CN103222021B - 电荷保持介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有实用级别的表面电位的电荷保持介质,尽管该电荷保持介质由包含具有基于四氟乙烯的重复单元和基于乙烯的重复单元的含氟共聚物的组合物所得。电荷保持介质(驻极体(30))由包含含氟共聚物(A)和带电助剂(B)的组合物得到,其中,所述含氟共聚物(A)具有基于四氟乙烯的重复单元和基于乙烯的重复单元;所述带电助剂(B)是选自具有1个以上的氨基和1个以上的除氨基外的反应性官能团的化合物及具有2个以上的氨基且不具有除氨基外的反应性官能团的化合物的至少1种。
Description
技术领域
本发明涉及驻极体等电荷保持介质。
背景技术
电荷保持介质是指在表面或内部保持有一定的电荷量的绝缘体(电介质)。电荷保持介质有2种,即通过向绝缘体(电介质)注入电荷而使内部保持同号电荷(独立的电荷)的电荷保持介质;及绝缘体(电介质)本身极化,材料整体保持有一定的电荷量的电荷保持介质。
电荷保持介质能够用于以下记载的各种用途。
作为保持同号电荷的电荷保持介质,使用具有高绝缘性、低吸水性的材料。具体而言,可例举采用电晕放电等方法向聚丙烯、聚苯乙烯、环烯烃共聚物等烃类有机高分子材料,聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)等含氟高分子材料,利用热氧化或等离子体CVD形成的SiO2等无机绝缘材料等中注入正极性或负极性的电荷而得的电荷保持介质。保持同号电荷的电荷保持介质能够利用在表面显现的电位用于静电感应型转换元件(发电元件、话筒、扬声器等)、或者用于提高集尘效率的过滤膜。此外,由于在表面和背面具有相反的极性,介质整体具有极化这样的特性,所以还可以用于压电元件或致动器。
作为绝缘体(电介质)自身极化的电荷保持介质,可使用在分子内具有高各向异性(大的偶极矩)的材料。主要使用具有强介电性的材料,具体而言,可例举聚偏氟乙烯、液晶性聚合物等各向异性有机高分子材料,PZT(Pb(Zr、Ti)O3)等各向异性无机材料等。绝缘体(电介质)自身极化的类型的电荷保持介质,可用于利用其强介电特性的存储器等记录介质、利用介质整体的极化的压电元件或致动器等。
具体而言,这些电荷保持介质可用于如下用途。
作为保持同号电荷的电荷保持介质的用途,有如下用途:将电能和动能进行转换的静电感应型转换元件(发电元件、话筒、扬声器、致动器、传感器等)中所使用的驻极体;在电极层上具有静电荷保持层的静电荷记录介质中的静电荷保持层(专利文献1);图像形成装置(复印机、打印机等)中,清洁残存于感光体的表面的调色剂的清洁辊的表面构件(专利文献2);电子纸等图像显示装置中所使用的、具有颜色和带电特性的图像显示用粒子用构件(专利文献3);带墨辊按压在印刷版上的印刷机中,测定带墨辊对印刷版的按压的压电驻极体薄膜(专利文献4);集尘过滤膜等。
作为绝缘体(电介质)自身极化的电荷保持介质的用途,有如下用途:在电极层上具有静电荷保持层的静电荷记录介质中的静电荷保持层(专利文献1);图像形成装置(复印机、打印机等)中,清洁残存于感光体的表面的调色剂的清洁辊的表面构件(专利文献2);带墨辊按压在印刷版上的印刷机中,测定带墨辊对印刷版的按压的压电驻极体薄膜(专利文献4)等。
在基材的表面设有作为电荷保持介质的驻极体的静电感应型转换元件(发电元件、话筒等)特别受到关注。作为驻极体用的材料,已知具有基于四氟乙烯的重复单元和基于乙烯的重复单元的含氟共聚物(以下也称为ETFE)等(专利文献5)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开平6-332198号公报
专利文献2:日本专利特开2007-199639号公报
专利文献3:日本专利第4456803号公报
专利文献4:日本专利特开2009-012474号公报
专利文献5:日本专利特开昭50-21299号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
由含ETFE的组合物所得的驻极体,与由包含主链具有环结构的含氟聚合物的组合物所得的驻极体相比,表面电荷密度低、表面电位不足够。
本发明提供一种具有实用级别的表面电位的电荷保持介质,尽管该电荷保持介质由包含具有基于四氟乙烯的重复单元和基于乙烯的重复单元的含氟共聚物的组合物所得。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明为下述[1]~[13]的发明。
[1]一种电荷保持介质,其由包含含氟共聚物(A)和带电助剂(B)的组合物得到,其中,所述含氟共聚物(A)具有基于四氟乙烯的重复单元和基于乙烯的重复单元;所述带电助剂(B)是选自具有1个以上的氨基和1个以上的除氨基外的反应性官能团的化合物及具有2个以上的氨基且不具有除氨基外的反应性官能团的化合物的至少1种。
[2]如[1]所述的电荷保持介质,其中,所述含氟共聚物(A)是具有反应性官能团的含氟共聚物。
[3]如[2]所述的电荷保持介质,其中,所述含氟共聚物(A)包含基于具有反应性官能团的单体的重复单元,且该重复单元的比例在全部重复单元100摩尔%中为0.01~5摩尔%。
[4]如[2]或[3]所述的电荷保持介质,其中,所述含氟共聚物(A)的反应性官能团为选自羧酸基、酸酐基及羧酰卤基的至少1种。
[5]如[1]~[4]中任一项所述的电荷保持介质,其中,所述带电助剂(B)是具有氨基的硅烷偶联剂或三(2-氨基乙基)胺。
[6]如[1]~[5]中任一项所述的电荷保持介质,其中,所述带电助剂(B)的量相对于100质量份的所述含氟共聚物(A)为0.1~10质量份。
[7]如[1]~[6]中任一项所述的电荷保持介质,其中,所述电荷保持介质是驻极体。
[8]如[1]~[7]中任一项所述的电荷保持介质,其中,所述组合物是涂布用组合物,且还包含有机溶剂(C)。
[9]如[8]所述的电荷保持介质,其通过将所述涂布用组合物涂布于基材,进行预干燥,接着进行烧成而形成涂膜后,向该涂膜中注入电荷而得到。
[10]如[8]所述的电荷保持介质,其通过将所述涂布用组合物涂布于基材,进行预干燥,接着以230~350℃进行烧成而形成涂膜后,向该涂膜中注入电荷而得到。
[11]如[8]~[10]中任一项所述的电荷保持介质,其中,所述涂布用组合物中的有机溶剂(C)的含量在涂布用组合物100质量%中为70~99.9质量%。
[12]如[8]~[11]中任一项所述的电荷保持介质,其中,所述有机溶剂(C)是以下式(1)表示的溶解指标(R)低于49的有机溶剂,
R=4×(δd-15.7)2+(δp-5.7)2+(δh-4.3)2......(1)
式中,δd、δp和δh分别为有机溶剂的汉森溶解度参数中的色散项、极性项和氢键项,单位为(MPa)1/2。
[13]如[8]~[12]中任一项所述的电荷保持介质,其中,所述有机溶剂(C)是1,3-双(三氟甲基)苯。
发明的效果
本发明的电荷保持介质尽管是由包含具有基于四氟乙烯的重复单元和基于乙烯的重复单元的含氟共聚物的组合物所得的,但也具有实用级别的表面电位。
附图说明
图1是表示使用电荷保持介质的静电感应型发电元件的一例的立体图。
图2为用于注入电荷的电晕充电装置的简略结构图。
图3为表示表面电位的测定点的设定位置的图。
图4为热稳定性试验中使用的装置的简略结构图。
具体实施方式
本说明书中的“重复单元”是指单体通过聚合而形成的来自该单体的单元。重复单元既可以是通过聚合反应直接形成的单元,也可以是通过对聚合物进行处理而将该单元的一部分变成了其它结构的单元。
本说明书中的“单体”表示具有聚合反应性碳-碳双键的化合物。
本说明书中,含氟共聚物溶解于有机溶剂中的“溶液状态”是指通过目视判定将含氟共聚物和有机溶剂充分混合而得的混合物时,未确认到不溶物的均匀状态。
本说明书中的“溶解温度”是指通过下述方法测得的温度。
在4.90g有机溶剂中加入0.10g含氟共聚物以制得混合物,用搅拌装置等使该混合物总是处于充分的混合状态并加热,通过目视观察含氟共聚物是否溶解。首先,确认混合物成为均匀的溶液状态而确认为完全溶解的温度。接着,缓慢地冷却,确认溶液变浑浊的温度,然后再次加热,将再次成为均匀的溶液状态的温度作为溶解温度。
<电荷保持介质>
本发明的电荷保持介质由包含含氟共聚物(A)和带电助剂(B)的组合物得到。
作为组合物,从能够涂布于基材、容易形成涂膜(电荷保持介质的前体)的角度考虑,较好是包含含氟共聚物(A)、带电助剂(B)和有机溶剂(C)的涂布用组合物。从容易获得的角度考虑,可以是用包含带电助剂(B)和有机溶剂(C)的溶液对含氟共聚物(A)的薄膜进行处理而得的组合物。此外,也可以是在含氟共聚物(A)中混炼带电助剂(B)而得的颗粒。
图1是表示作为将电荷保持介质用作驻极体的静电感应型转换元件的一例的、静电感应型发电元件的一例的立体图。
静电感应型发电元件1包括第一基材10、第二基材20、驻极体30和布线(图示略);第一基材10在由绝缘性的材料构成的基材本体12的表面具有以长轴方向与第二基材20运动的方向(图中箭头方向)交叉的方式、隔以规定的间隔而形成的多个线条状的基极14;第二基材20能够沿图中箭头方向往复运动(振动)、且自第一基材10起以一定的距离大致平行地配置,在由绝缘性的材料构成的基材主体22的第一基材10侧的表面具有以长轴方向与第二基材20运动的方向(图中箭头方向)交叉的方式、隔以规定的间隔而形成的多个线条状的对置电极24;驻极体30被覆在第一基材10的表面的基极14上,通过向由与基极14对应的图案形成的涂膜中注入电荷而获得;布线将基极14和对置电极24电连接,且在中途设有负载(图示略)。
静电感应型发电元件1能够通过使第二基材20沿图中箭头方向、大致水平地往复运动(振动)进行发电。即,通过该振动,第二基材20的位置相对于第一基材10发生相对变动,与此相伴,涂膜中注入有电荷的驻极体30与处于相对位置的对置电极24重合的面积发生变化。在驻极体30与对置电极24重合的部分,利用驻极体30中的电荷,可静电感应到对置电极24中具有与驻极体30中的电荷的极性相反的电荷。对于此,在驻极体30与对置电极24不重合的部分,与之前所感应的电荷相反的逆电荷消失,为了消除与外部的负载(图示略)之间的电位差,在负载流过电流。通过将重复操作以电压波的形式取出,能产生电能。由此,将动能转换成电能。
[含氟共聚物(A)]
含氟共聚物(A)是具有基于四氟乙烯(以下也称为TFE)的重复单元和基于乙烯的重复单元的共聚物。
具有基于TFE的重复单元和基于乙烯的重复单元的共聚物,基于下述理由有时被用作电荷保持介质用的材料。
·比主链中具有环结构的含氟聚合物更廉价,所以能够以低成本获得电荷保持介质。
·具有结晶性,所以通过在电荷保持介质中引入添加剂,混入结晶间的非结晶部位,从而能够实现纳米级的分散。
·具有结晶性,所以即使在玻璃化温度以上也不容易软化。
基于TFE的重复单元和基于乙烯的重复单元的摩尔比(TFE/乙烯)较好为70/30~30/70,更好为65/35~40/60,特好为60/40~40/60。该摩尔比如果在上述范围内,则耐热性、耐候性、耐化学品性等来自基于TFE的重复单元的特性与机械强度、熔融成形性等来自基于乙烯的重复单元的特性之间的平衡良好。
从可赋予所得的共聚物以各种功能的角度来看,含氟共聚物(A)较好是具有基于TFE和乙烯以外的单体(下面称作其它单体)的重复单元。作为其它单体,可例举国际公开第2010/044421号的第[0025]~[0026]段、国际公开第2010/044425号的第[0026]~[0027]段中记载的其它单体等。例如,可例举偏氟乙烯(CF2=CH2)、六氟丙烯(CF2=CFCF3)、3,3,4,4,4-五氟-1-丁烯(CF3CF2CH=CH2)、3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟-1-己烯(CF3CF2CF2CF2CH=CH2)、2,3,3,4,4,5,5-七氟-1-戊烯(CF2HCF2CF2CF=CH2)、丙烯、异丁烯、4-甲基-1-戊烯、氯乙烯、偏氯乙烯等。
从涂膜和薄膜对基材的粘接性、与带电助剂(B)的亲和性(或结合性)的角度考虑,含氟共聚物(A)较好是包含对基材及带电助剂(B)具有反应性的反应性官能团。反应性官能团可以存在于含氟共聚物(A)的分子末端或侧链或主链中的任意位置。反应性官能团可以仅存在1种,也可以存在2种以上。反应性官能团的种类及含量可根据基材及带电助剂(B)的种类、基材及带电助剂(B)具有的官能团、电荷保持介质的用途、电荷保持介质所要求的特性、向含氟共聚物(A)中导入反应性官能团的方法等来适当选择。
作为反应性官能团,可例举选自羧酸基、1分子中的2个羧基脱水缩合而得的基团(下面称作酸酐基)、羟基、磺酸基、环氧基、氰基、碳酸酯基、异氰酸酯基、酯基、酰胺基、醛基、氨基、水解性甲硅烷基、碳-碳双键、烷氧基和羧酰卤基的至少1种。
羧酸基是指羧基及其盐(-COOM1)。式中,M1是能与羧酸形成盐的金属原子或原子团。
磺酸基是指磺基及其盐(-SO3M2)。式中,M2是能与磺酸形成盐的金属原子或原子团。
水解性甲硅烷基是指硅原子上结合烷氧基、氨基、卤原子等而成的基团,且是通过水解形成硅氧烷键从而能够交联的基团。较好是三烷氧基甲硅烷基、烷基二烷氧基甲硅烷基等。
反应官能团中,较好是选自羧酸基、酸酐基、羟基、环氧基、碳酸酯基、氨基、酰氨基、水解性甲硅烷基、碳-碳双键和羧酰卤基的至少1种。从与带电助剂(B)的氨基的反应性的角度考虑,更好是选自羧酸基、酸酐基和羧酰卤基的至少1种。含氟共聚物(A)的反应性官能团(羧酸基、酸酐基或羧酰卤基)与带电助剂(B)的氨基反应,含氟共聚物(A)和带电助剂(B)通过酰亚胺键或酰胺键结合,从而带电助剂(B)以纳米级分散在含氟共聚物(A)中。带电助剂(B)负责电荷保持部位,所以带电助剂(B)在含氟共聚物(A)中越是以尽可能小的单位分散,所得的电荷保持介质的性能越高。
作为向含氟共聚物(A)中引入反应性官能团的方法,可例举下述的方法等。
(i)在将TFE、乙烯和其它单体聚合时,将具有反应性官能团的单体作为其它单体之一进行共聚的方法。
(ii)在将TFE、乙烯和根据需要添加的其它单体共聚时,通过使用具有反应性官能团的聚合引发剂、链转移剂等,向含氟共聚物(A)的分子末端引入反应性官能团的方法。
(iii)使具有反应性官能团和能进行接枝化的官能团(不饱和键等)的化合物(接枝化合物)接枝于含氟共聚物(A)的方法。
(i)~(iii)的方法可以2种以上适当组合。从含氟共聚物(A)的耐久性的角度来看,(i)~(iii)的方法中优选(i)和/或(ii)的方法。
除了反应性官能团以外,对于为了赋予含氟共聚物(A)以各种功能而根据需要引入的官能团,也可通过与引入反应性官能团的方法同样的方法引入到含氟共聚物(A)中。
用(i)的方法在含氟共聚物(A)中引入反应性官能团的情况下,含氟共聚物(A)中的基于具有反应性官能团的单体的重复单元的比例在全部重复单元(100摩尔%)中较好是0.01~5摩尔%,特好是0.05~3摩尔%。基于具有反应性官能团的单体的重复单元的比例如果在该范围内,则不会有损实质上仅由基于TFE的重复单元和基于乙烯的重复单元的ETFE所具备的特性,能赋予基材和带电助剂(B)以充分的反应性。
从溶解性、强度等的角度来看,含氟共聚物(A)的熔点较好为130℃~275℃,更好为140℃~265℃,特好为150℃~260℃。含氟共聚物(A)的熔点例如用差示扫描热量测定(DSC)装置测定。
含氟共聚物(A)的容量流速(以下称为Q值)较好是0.1~2000mm3/秒。Q值是表示含氟共聚物(A)的熔融流动性的指标,是分子量的基准。Q值越大则表示分子量越低,Q值越小则表示分子量越高。Q值是使用流动测试仪(岛津制作所株式会社(島津製作所社)制),在比含氟共聚物(A)的熔点高50℃的温度下、以荷重7kgf将含氟共聚物(A)挤出至直径2.1mm、长8mm的孔中时的挤出速度。Q值如果过于小则溶解性变差,如果过于大则含氟共聚物的机械强度降低,制成涂膜时容易发生裂纹破裂等。含氟共聚物(A)的Q值更好是5~500mm3/秒,特好是10~200mm3/秒。Q值如果在上述范围内,含氟共聚物(A)的机械强度优异,在作为涂布用组合物使用时,涂膜不会发生裂纹破裂等,涂膜特性优异。
作为含氟共聚物(A),可以使用市售的ETFE。作为市售的ETFE,可例举国际公开第2010/044421号的第[0028]段、国际公开第2010/044425号的第[0031]段中记载的ETFE。例如,可例举旭硝子株式会社制的Fluon(注册商标)ETFE系列、FluonLM-ETFEAH系列等。
含氟共聚物(A)可单独使用1种,也可2种以上组合使用。
[带电助剂(B)]
带电助剂(B)是在电荷保持介质中负责电荷保持部位的成分。通过在组合物中含有带电助剂(B),所得的电荷保持介质的电荷密度进一步升高,在表面电位升高的同时,表面电位的经时稳定性也提高。作为电荷密度提高的机理,可认为是由于在电荷保持介质中注入电荷时带电助剂(B)发生极化,起到将所注入的电荷捕集的捕集位点的作用,从而将保持电荷稳定化的缘故。被捕集至带电助剂(B)附近的电荷由于含氟共聚物(A)的高绝缘性不会向外部放电,而是被保持。还有,在含有含氟共聚物(A)和带电助剂(B)而形成电荷保持介质的体系中,含氟共聚物(A)具有与氨基反应的反应性官能团时,带电助剂(B)起到交联剂的作用,所得到的电荷保持介质的表面电荷的热稳定性提高。即、电荷保持介质的电荷保持特性(耐久性)提高。
带电助剂(B)是选自具有1个以上的氨基和1个以上的反应性官能团(除氨基外)的化合物(以下也称为化合物(B1))、及具有2个以上的氨基且不具有反应性官能团(除氨基外)的化合物(以下也称为化合物(B2))的至少1种。
作为化合物(B1)中的反应性官能团(除氨基外),可例举水解性甲硅烷基(三烷氧基甲硅烷基、烷基二烷氧基甲硅烷基等)、硅烷醇基、羟基、巯基等。从下述角度考虑,较好是水解性甲硅烷基、或硅烷醇基,特好是水解性甲硅烷基,即、通过化合物(B1)中的反应性官能团彼此间的缩合反应和/或化合物(B1)与含氟共聚物(A)的缩合反应形成缩合物,该缩合物在含氟共聚物(A)中以纳米级发生相分离,使得所得的电荷保持介质的表面电荷和电荷保持特性(耐久性)进一步提高、及含氟共聚物(A)与基材的粘合性提高。所以,作为化合物(B1),较好是具有1个以上的氨基和1个以上的水解性甲硅烷基的化合物、即具有氨基的硅烷偶联剂。
作为具有氨基的硅烷偶联剂,可例举国际公开第2010/032759号的第[0078]~[0081]段中记载的硅烷偶联剂中的具有氨基的硅烷偶联剂。
具有氨基的硅烷偶联剂可以单独使用1种,也可以2种以上组合使用。此外,具有氨基的硅烷偶联剂也可以是与四烷氧基硅烷(四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷等)的共部分水解物(日文:共部分加水分解物)。
作为具有氨基的硅烷偶联剂,从所得的电荷保持介质的电荷保持特性(表面电位值、表面电位的经时稳定性和热稳定性)优异的角度考虑,特好是γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、氨基苯基三甲氧基硅烷、氨基苯基三乙氧基硅烷、氨基苯基甲基二甲氧基硅烷、或氨基苯基甲基二乙氧基硅烷。
作为化合物(B2),可例举下述的化合物。
脂肪族二胺:乙烯基二胺、1,2-二氨基丙烷、1,3-二氨基丙烷、1,2-二氨基丁烷、1,3-二氨基丁烷、1,4-二氨基丁烷、1,2-二氨基戊烷、1,3-二氨基戊烷、1,4-二氨基戊烷、1,5-二氨基戊烷、1,6-二氨基己烷、1,7-二氨基庚烷、1,8-二氨基辛烷、1,9-二氨基壬烷、1,10-二氨基癸烷、1,11-二氨基十一烷、1,12-二氨基十二烷、N-甲基乙烯基二胺、N-乙基乙烯基二胺、N-丙基乙烯基二胺、N-丁基乙烯基二胺、N-甲基-1,3-二氨基丙烷、N-甲基-1,4-二氨基丁烷、N-甲基-1,5-二氨基戊烷、N-甲基-1,6-二氨基己烷、N-甲基-1,7-二氨基庚烷、N-甲基-1,8-二氨基辛烷、N-甲基-1,9-二氨基壬烷、N-甲基-1,10-二氨基癸烷、N-甲基-1,11-二氨基十一烷、N-甲基-1,12-二氨基十二烷、1,3-双(氨基甲基)环己烷、1,4-双(氨基甲基)环己烷、哌嗪等。
芳香族二胺:1,2-苯二胺、1,3-苯二胺、1,4-苯二胺等。
脂肪族三胺:二乙烯基三胺、双(3-氨基丙基)胺、双(4-氨基丁基)胺、双(5-氨基戊基)胺、N-(6-氨基己基)-1,6-己二胺、六氢-1,3,5-三嗪等。
脂肪族四胺:N,N’-双(2-氨基乙基)乙烯基二胺、N,N’-双(3-氨基丙基)乙烯基二胺、N,N’-双(2-氨基乙基)-1,3-丙二胺、N,N’-双(3-氨基丙基)-1,3-丙二胺、N,N’-双(2-氨基乙基)-1,4-丁二胺、N,N’-双(3-氨基丙基)-1,4-丁二胺、N,N’-双(4-氨基丁基)-1,4-丁二胺、1,4,7,10-四氮杂环十二烷、1,4,8,11-四氮杂环十四烷、三(2-氨基乙基)胺、三(3-氨基丙基)胺、三(4-氨基丁基)胺、三(5-氨基戊基)胺、三(6-氨基己基)胺等。
脂肪族五胺:四乙烯基五胺等。
脂肪族六胺:五乙烯基六胺等。
化合物(B2)可单独使用1种,也可2种以上组合使用。
作为化合物(B2),从所得的电荷保持介质的表面电荷和电荷保持特性(耐久性)优异的角度考虑,优选三(2-氨基乙基)胺、三(3-氨基丙基)胺、三(4-氨基丁基)胺、三(5-氨基戊基)胺、或三(6-氨基己基)胺,特别优选三(2-氨基乙基)胺。
[有机溶剂(C)]
有机溶剂(C)是在含氟共聚物(A)的熔点以下的温度下能够将含氟共聚物(A)溶解的有机溶剂,并且是在后述的工序(II)中使含氟共聚物(A)的微粒从含氟共聚物溶液析出、均匀分散后,至少在常温常压下,起到使该微粒以分散状态存在的分散介质的作用的有机溶剂。
作为有机溶剂(C),可例举国际公开第2010/044421号的第[0035]~[0062]段、国际公开第2010/044425号的第[0037]~[0038]段中所记载的含氟芳香族化合物;国际公开第2010/044425号的第[0042]~[0048]段中所记载的具有羰基的链状的烃化合物等。
某种有机溶剂是否是能够溶解含氟共聚物(A)的有机溶剂(C)的问题可通过该有机溶剂所具有的极性是否在特定的范围内来判断。本发明中,作为有机溶剂(C),较好是根据汉森溶解度参数(Hansensolubilityparameters)来选择具有某特定范围内的极性的有机溶剂。
汉森溶解度参数是汉森(Hansen)将由希尔德布兰德(Hildebrand)引入的溶解度参数分割成色散项δd、极性项δp、氢键项δh三个成分,在三维空间内表示的参数。色散项δd表示色散力的效果,极性项δp表示偶极子间力的效果,氢键项δh表示氢键力的效果。三维空间内的特定的树脂X的坐标与某种有机溶剂的坐标越近,则树脂X越容易溶解于该有机溶剂。
汉森溶解度参数的定义和计算方法记载于下述文献。
查尔斯M.汉森(CharlesM.Hansen)著,《汉森溶解度参数:用户手册(HansenSolubilityParameters:AUsersHandbook)》,CRC出版社,2007年。
此外,对于文献值未知的有机溶剂,通过使用计算机软件、即汉森溶解度参数实践(HansenSolubilityParametersinPractice(HSPiP)),也可以根据其化学结构简便地推算出汉森溶解度参数。
本发明中,使用HSPiP第3版,对于已录入数据库的有机溶剂使用其值,对于未录入数据库的有机溶剂使用推算值。
关于特定的树脂X的汉森溶解度参数,通常进行溶解度试验来确定,该溶解度试验是使该树脂X溶解于汉森溶解度参数已确定的多种不同的有机溶剂后测定溶解度。具体而言,找出满足将溶解度试验中使用的所有有机溶剂的汉森溶解度参数的坐标在三维空间内示出时、溶解树脂X的有机溶剂的坐标全部包在球的内侧、不溶解树脂X的有机溶剂的坐标位于球的外侧这一条件的球(溶解度球),将溶解度球的中心坐标作为树脂X的汉森溶解度参数。
然后,溶解度试验中未使用的某种有机溶剂的汉森溶解度参数的坐标为(δd,δp,δh)时,如果该坐标包在溶解度球的内侧,则可以认为该有机溶剂溶解树脂X。另一方面,该坐标如果位于溶解度球的外侧,则可以认为该有机溶剂无法溶解树脂X。
本发明中,以汉森溶解度参数计,将二异丙酮假定为性质与含氟共聚物(A)最接近的物质,可以使用以二异丙酮为基准(溶解度球的中心),自二异丙酮的汉森溶解度参数的坐标(15.7、5.7、4.3)起计在一定的距离(即溶解度球的内侧)内的有机溶剂组作为有机溶剂(C)。该二异丙酮是使含氟共聚物(A)在其熔点以下的温度下溶解,且在室温下使含氟共聚物(A)不凝集、作为微粒分散的最合适的有机溶剂。
具体而言,以作为用于求出汉森溶解度参数的三维空间内的2点间的距离Ra的公式而众所周知的公式:(Ra)2=4×(δd2-δd1)2+(δp2-δp1)2+(δh2-δh1)2为基础,制成用于估算二异丙基酮的坐标和某种有机溶剂的坐标之间的距离的下式(1),将下式(1)表示的R作为含氟共聚物(A)的溶解指标。
R=4×(δd-15.7)2+(δp-5.7)2+(δh-4.3)2......(1)
式中,δd、δp和δh分别为有机溶剂的汉森溶解度参数中的色散项、极性项和氢键项,单位为(MPa)1/2。
作为有机溶剂(C),较好是溶解指标(R)小于49的有机溶剂,特好是小于36的有机溶剂。溶解指标(R)低于上述上限值的有机溶剂(C)与含氟共聚物(A)的亲合性高,含氟共聚物(A)的溶解性和分散性高。
有机溶剂(C)是2种以上的有机溶剂组合而成的混合溶剂时,也可将溶解指标(R)作为含氟共聚物(A)的溶解指标。例如,根据混合溶剂的混合比(体积比)求出平均汉森溶解度参数,根据该平均值算出溶解指标(R)。
作为溶解指标(R)小于49的有机溶剂(C),具体而言可例举下述有机溶剂。
[表1]
有机溶剂 | δd | δp | δh | R | |
丙酮 | 15.5 | 10.4 | 7.0 | 29.5 | DB |
甲基乙基酮 | 16.0 | 9.0 | 5.1 | 11.9 | DB |
2-戊酮 | 16.0 | 7.6 | 4.7 | 4.1 | DB |
甲基异丙基酮 | 15.8 | 6.8 | 5.0 | 1.7 | calc |
2-己酮 | 15.3 | 6.1 | 4.1 | 0.8 | DB |
甲基异丁基酮 | 15.3 | 6.1 | 4.1 | 0.8 | DB |
频哪酮 | 15.2 | 5.7 | 5.3 | 2.0 | calc |
2-庚酮 | 16.2 | 5.7 | 4.1 | 1.0 | DB |
4-庚酮 | 15.8 | 7.6 | 4.9 | 4.0 | DB |
二异丙基酮 | 15.7 | 5.7 | 4.3 | 0 | calc |
异戊基甲基酮 | 16.0 | 5.7 | 4.1 | 0.4 | DB |
2-辛酮 | 16.1 | 4.7 | 4.0 | 1.7 | calc |
2-壬酮 | 16.0 | 5.5 | 3.8 | 0.7 | calc |
二异丁基酮 | 16.0 | 3.7 | 4.1 | 4.4 | DB |
2-癸酮 | 16.1 | 4.6 | 3.8 | 2.1 | calc |
环己酮 | 17.8 | 8.4 | 5.1 | 25.6 | DB |
2-甲基环己酮 | 17.6 | 7.8 | 4.7 | 19.0 | DB |
3-甲基环己酮 | 17.7 | 7.7 | 4.7 | 20.2 | DB |
4-乙基环己酮 | 17.3 | 7.7 | 4.5 | 14.3 | calc |
2,6-二甲基环己酮 | 17.3 | 8.4 | 5.3 | 18.5 | calc |
3,3,5-三甲基环己酮 | 17.0 | 7.0 | 5.0 | 8.9 | calc |
4-叔丁基环己酮 | 16.5 | 6.4 | 4.6 | 3.1 | calc |
环庚酮 | 17.2 | 10.6 | 4.8 | 33.3 | DB |
异佛尔酮 | 17.0 | 8.0 | 5.0 | 12.5 | DB |
(-)-葑酮 | 17.6 | 7.5 | 3.9 | 17.8 | calc |
甲酸乙酯 | 15.5 | 8.4 | 8.4 | 24.3 | DB |
甲酸丙酯 | 15.5 | 7.1 | 8.6 | 20.6 | DB |
甲酸异丙酯 | 15.4 | 6.6 | 7.4 | 10.8 | calc9 --> |
甲酸丁酯 | 15.7 | 6.5 | 9.2 | 24.7 | DB |
甲酸异丁酯 | 15.5 | 6.5 | 6.7 | 6.6 | DB |
甲酸仲丁酯 | 15.2 | 5.3 | 6.6 | 6.5 | calc |
甲酸叔丁酯 | 14.8 | 5.4 | 7.4 | 12.9 | calc |
甲酸戊酯 | 15.7 | 5.0 | 6.2 | 4.1 | calc |
甲酸异戊酯 | 15.3 | 4.9 | 6.3 | 5.3 | calc |
甲酸己酯 | 15.8 | 4.5 | 5.6 | 3.2 | calc |
甲酸环己酯 | 16.8 | 4.0 | 6.1 | 11.0 | calc |
甲酸庚酯 | 15.8 | 5.3 | 5.2 | 1.0 | calc |
甲酸辛酯 | 15.9 | 4.4 | 5.1 | 2.5 | calc |
甲酸-2-乙基己酯 | 15.7 | 3.8 | 5.2 | 4.4 | calc |
甲酸壬酯 | 16.0 | 4.1 | 4.9 | 3.3 | calc |
乙酸甲酯 | 15.5 | 7.2 | 7.6 | 13.3 | DB |
乙酸乙酯 | 15.8 | 5.3 | 7.2 | 8.6 | DB |
calc:计算值,DB:数据库值
[表2]
calc:计算值,DB:数据库值
[表3]
有机溶剂 | δd | δp | δh | R | |
丁酸甲酯 | 15.8 | 4.8 | 6.7 | 6.6 | calc |
丁酸乙酯 | 15.5 | 5.6 | 5.0 | 0.7 | DB |
丁酸丙酯 | 15.8 | 4.3 | 5.6 | 3.7 | calc |
丁酸异丙酯 | 15.8 | 4.2 | 5.6 | 4.0 | calc |
丁酸丁酯 | 15.6 | 2.9 | 5.6 | 9.6 | DB |
丁酸异丁酯 | 15.6 | 3.7 | 5.2 | 4.9 | calc |
丁酸仲丁酯 | 15.6 | 3.5 | 5.2 | 5.7 | calc |
丁酸叔丁酯 | 15.3 | 3.6 | 5.8 | 7.3 | calc |
丁酸戊酯 | 15.9 | 3.5 | 5.0 | 5.5 | calc |
丁酸异戊酯 | 15.7 | 3.4 | 5.1 | 5.9 | calc |
丁酸己酯 | 16.0 | 3.2 | 4.7 | 6.8 | calc |
丁酸环己酯 | 16.7 | 2.7 | 4.9 | 13.4 | calc |
异丁酸甲酯 | 15.7 | 4.7 | 6.6 | 6.3 | calc |
异丁酸乙酯 | 15.7 | 4.2 | 5.9 | 4.8 | calc |
异丁酸丙酯 | 15.8 | 4.2 | 5.6 | 4.0 | calc |
异丁酸异丙酯 | 15.7 | 4.1 | 5.5 | 4.0 | calc |
异丁酸丁酯 | 15.8 | 3.7 | 5.1 | 4.7 | calc |
异丁酸异丁酯 | 15.1 | 2.8 | 5.8 | 12.1 | DB |
异丁酸仲丁酯 | 15.6 | 3.5 | 5.2 | 5.7 | calc |
异丁酸叔酯 | 15.2 | 3.6 | 5.7 | 7.4 | calc |
异丁酸戊酯 | 15.9 | 3.4 | 5.0 | 5.9 | calc |
异丁酸异戊酯 | 15.6 | 3.4 | 5.0 | 5.8 | calc |
异丁酸己酯 | 15.9 | 3.2 | 4.6 | 6.5 | calc |
异丁酸环己酯 | 16.7 | 2.7 | 4.9 | 13.4 | calc |
戊酸甲酯 | 15.9 | 4.1 | 6.0 | 5.6 | calc |
戊酸乙酯 | 15.9 | 3.8 | 5.4 | 5.0 | calc |
戊酸丙酯 | 15.9 | 3.8 | 5.2 | 4.6 | calc |
戊酸异丙酯 | 15.8 | 3.7 | 5.1 | 4.7 | calc |
戊酸丁酯 | 15.9 | 3.4 | 4.8 | 5.7 | calc |
戊酸异丁酯 | 15.6 | 3.3 | 4.9 | 6.2 | calc |
戊酸仲丁酯 | 15.7 | 3.1 | 4.8 | 7.0 | calc |
戊酸叔丁酯 | 15.4 | 3.3 | 5.3 | 7.1 | calc |
戊酸戊酯 | 16.0 | 3.1 | 4.7 | 7.3 | calc |
戊酸异戊酯 | 15.7 | 3.1 | 4.7 | 6.9 | calc |
异戊酸甲酯 | 15.5 | 4.0 | 6.0 | 5.9 | calc |
异戊酸乙酯 | 15.5 | 3.7 | 5.5 | 5.6 | calc |
异戊酸丙酯 | 15.6 | 3.7 | 5.2 | 4.9 | calc |
异戊酸异丙酯 | 15.5 | 3.6 | 5.2 | 5.4 | calc12 --> |
异戊酸丁酯 | 15.6 | 3.3 | 4.9 | 6.2 | calc |
异戊酸异丁酯 | 15.4 | 3.2 | 4.9 | 7.0 | calc |
异戊酸仲丁酯 | 15.4 | 3.1 | 4.9 | 7.5 | calc |
异戊酸叔丁酯 | 15.1 | 3.2 | 5.4 | 8.9 | calc |
calc:计算值,DB:数据库值
[表4]
有机溶剂 | δd | δp | δh | R | |
异戊酸戊酯 | 15.7 | 3.1 | 4.7 | 6.9 | calc |
异戊酸异戊酯 | 15.5 | 3.0 | 4.8 | 7.7 | calc |
己酸甲酯 | 16.0 | 3.7 | 5.7 | 6.3 | calc |
己酸乙酯 | 15.5 | 3.2 | 5.9 | 9.0 | DB |
己酸丙酯 | 15.9 | 3.5 | 5.0 | 5.5 | calc |
己酸异丙酯 | 15.9 | 3.4 | 5.0 | 5.9 | calc |
己酸丁酯 | 16.0 | 3.1 | 4.7 | 7.3 | calc |
己酸异丁酯 | 15.7 | 3.1 | 4.7 | 6.9 | calc |
己酸仲丁酯 | 15.8 | 2.9 | 4.7 | 8.0 | calc |
己酸叔丁酯 | 15.5 | 3.0 | 5.2 | 8.3 | calc |
庚酸甲酯 | 16.0 | 3.4 | 5.2 | 6.5 | calc |
庚酸乙酯 | 16.0 | 3.2 | 4.8 | 6.9 | calc |
庚酸丙酯 | 16.0 | 3.2 | 4.7 | 6.8 | calc |
庚酸异丙酯 | 15.9 | 3.2 | 4.6 | 6.5 | calc |
辛酸甲酯 | 16.0 | 4.2 | 4.8 | 2.9 | calc |
辛酸乙酯 | 15.9 | 3.9 | 4.5 | 3.4 | calc |
壬酸甲酯 | 16.1 | 3.5 | 4.8 | 5.7 | calc |
环己烷羧酸甲酯 | 16.9 | 2.8 | 5.6 | 15.9 | calc |
环己烷羧酸乙酯 | 16.8 | 2.6 | 5.1 | 15.1 | calc |
环己烷羧酸丙酯 | 16.7 | 2.7 | 4.9 | 13.4 | calc |
环己烷羧酸异丙酯 | 16.7 | 2.7 | 4.9 | 13.4 | calc |
环己烷羧酸-2.2.2三氟乙酯 | 16.5 | 3.0 | 4.5 | 9.9 | calc |
琥珀酸双(2.2.2-三氟乙基)酯 | 15.8 | 5.1 | 6.0 | 3.3 | calc |
戊二酸双(2.2.2-三氟乙基)酯 | 15.8 | 5.6 | 5.7 | 2.0 | calc |
己乙二酸双(2.2.2-三氟乙基)酯 | 15.9 | 4.9 | 5.6 | 2.5 | calc |
三氟乙酸甲酯 | 15.3 | 6.0 | 6.4 | 5.1 | calc |
三氟乙酸乙酯 | 15.3 | 5.3 | 5.6 | 2.5 | calc |
三氟乙酸丙酯 | 15.4 | 5.1 | 5.4 | 1.9 | calc |
三氟乙酸异丙酯 | 15.3 | 5.0 | 5.3 | 2.1 | calc |
三氟乙酸丁酯 | 15.5 | 4.5 | 4.8 | 1.9 | calc |
三氟乙酸异丁酯 | 15.2 | 4.4 | 4.9 | 3.1 | calc13 --> |
三氟乙酸仲丁酯 | 15.2 | 4.2 | 4.9 | 3.6 | calc |
三氟乙酸叔丁酯 | 14.9 | 4.3 | 5.5 | 6.0 | calc |
三氟乙酸戊酯 | 15.6 | 4.1 | 4.7 | 2.8 | calc |
三氟乙酸异戊酯 | 15.3 | 4.0 | 4.8 | 3.8 | calc |
三氟乙酸己酯 | 15.7 | 3.8 | 4.4 | 3.6 | calc |
三氟乙酸环己酯 | 16.5 | 3.3 | 4.6 | 8.4 | calc |
三氟乙酸庚酯 | 15.7 | 4.5 | 4.1 | 1.5 | calc |
三氟乙酸辛酯 | 15.8 | 3.8 | 4.1 | 3.7 | calc |
三氟乙酸-2-乙基己酯 | 15.7 | 3.3 | 4.2 | 5.8 | calc |
二氟乙酸甲酯 | 16.1 | 7.5 | 6.3 | 7.9 | calc |
二氟乙酸乙酯 | 16.0 | 6.5 | 5.5 | 2.4 | calc |
calc:计算值,DB:数据库值
[表5]
calc:计算值,DB:数据库值
[表61
有机溶剂 | δd | δp | δh | R | |
碳酸二甲酯 | 15.5 | 8.6 | 9.7 | 37.7 | DB |
碳酸甲乙酯 | 15.3 | 7.3 | 6.1 | 6.4 | calc15 --> |
碳酸二乙酯 | 15.1 | 6.3 | 3.5 | 2.4 | DB |
碳酸二丙酯 | 15.5 | 5.8 | 4.9 | 0.5 | calc |
碳酸二丁酯 | 15.6 | 4.7 | 4.2 | 1.1 | calc |
碳酸双(2.2.2-三氟乙基)酯 | 14.9 | 6.5 | 3.8 | 3.4 | calc |
碳酸双(2,2,3,3-四氟丙基)酯 | 14.5 | 2.9 | 2.6 | 16.5 | calc |
四氢呋喃 | 16.8 | 5.7 | 8.0 | 18.5 | DB |
丁腈 | 15.3 | 12.4 | 5.1 | 46.2 | DB |
异丁腈 | 15.7 | 10.5 | 4.5 | 23.1 | calc |
戊腈 | 15.3 | 11.0 | 4.8 | 29.0 | DB |
异戊腈 | 15.4 | 8.7 | 4.1 | 9.4 | calc |
己腈 | 16.0 | 7.7 | 3.9 | 4.5 | calc |
异己腈 | 15.6 | 7.6 | 4.0 | 3.7 | calc |
庚腈 | 16.0 | 6.8 | 3.6 | 2.1 | calc |
辛腈 | 16.0 | 7.4 | 3.3 | 4.3 | calc |
壬腈 | 16.1 | 6.3 | 3.4 | 1.8 | calc |
癸腈 | 16.1 | 5.8 | 3.4 | 1.5 | calc |
五氟苄腈 | 18.3 | 7.7 | 1.1 | 41.3 | calc |
3,5-双(三氟甲基)苄腈 | 17.9 | 8.7 | 1.5 | 36.2 | calc |
2-(三氟甲基)苄腈 | 18.0 | 10.0 | 2.6 | 42.5 | calc |
3-(三氟甲基)苄腈 | 18.0 | 8.5 | 1.9 | 34.8 | calc |
3-(三氟甲氢基)苄腈 | 18.0 | 9.7 | 4.5 | 37.2 | calc |
五氟苯甲酸甲酯 | 17.8 | 6.6 | 2.2 | 22.9 | calc |
五氟苯甲酸乙酯 | 17.5 | 6.0 | 2.0 | 18.3 | calc |
3-(三氟甲基)苯甲酸甲酯 | 17.6 | 7.4 | 2.7 | 19.9 | calc |
4(三氟甲基)苯甲酸甲酯 | 17.8 | 8.3 | 3.2 | 25.6 | calc |
3.5-双(三氟甲基)苯甲酸甲酯 | 17.5 | 7.8 | 2.2 | 21.8 | calc |
五氟硝基苯 | 18.6 | 5.0 | 1.9 | 39.9 | calc |
1-(五氟苯基)乙醇 | 17.9 | 4.0 | 7.8 | 34.5 | calc |
甲酸五氟苯酯 | 18.0 | 4.7 | 4.2 | 22.2 | calc |
乙酸五氟苯酯 | 18.0 | 3.4 | 3.9 | 26.6 | calc |
丙酸五氟苯酯 | 17.7 | 3.2 | 3.6 | 22.7 | calc |
丁酸五氟苯酯 | 17.6 | 3.2 | 3.6 | 21.2 | calc |
戊酸五氟苯酯 | 17.5 | 2.9 | 3.4 | 21.6 | calc |
2’,3’,4’,5’,6’五氟苯乙酮 | 18.5 | 6.6 | 2.8 | 34.4 | calc |
3’.5’-双(三氟甲基)苯乙酮 | 18.0 | 7.8 | 2.7 | 28.1 | calc |
3’-(三氟甲基)苯乙酮 | 18.2 | 7.4 | 3.3 | 28.9 | calc |
五氟苯甲醚 | 17.9 | 3.5 | 3.7 | 24.6 | calc |
3.5-双(三氟甲基)苯甲醚 | 17.6 | 5.6 | 3.3 | 15.5 | calc |
五氟吡啶 | 15.4 | 8.0 | 4.8 | 5.9 | calc16 --> |
三氟甲苯 | 17.5 | 8.8 | 0.0 | 41.1 | DB |
calc:计算值,DB:数据库值
[表7]
calc:计算值,DB:数据库值
从与含氟共聚物(A)的亲合性高、含氟共聚物(A)的溶解性和分散性足够高的角度来看,作为有机溶剂(C)较好是下述溶剂。
甲基乙基酮、2-戊酮、甲基异丙基酮、2-己酮、甲基异丁基酮、频哪酮、2-庚酮、4-庚酮、二异丙基酮、异戊基甲基酮、2-辛酮、2-壬酮、二异丁基酮、环己酮、2-甲基环己酮、3-甲基环己酮、4-乙基环己酮、2,6-二甲基环己酮、3,3,5-三甲基环己酮、环庚酮、异佛尔酮、(-)-葑酮、甲酸丙酯、甲酸异丙酯、甲酸丁酯、甲酸异丁酯、甲酸仲丁酯、甲酸戊酯、甲酸异戊酯、甲酸己酯、甲酸庚酯、甲酸辛酯、甲酸-2-乙基己酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸戊酯、乙酸异戊酯、乙酸己酯、乙酸环己酯、乙酸庚酯、乙酸-2,2,2-三氟乙酯、乙酸-2,2,3,3-四氟丙酯、乙酸-2,2,3,3,3-五氟丙酯、乙酸-1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙酯、乙酸-2,2-双(三氟甲基)丙酯、乙酸-2,2,3,3,4,4,4-七氟丁酯、乙酸-2,2,3,4,4,4-六氟丁酯、乙酸-2,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟戊酯、乙酸-2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊酯、乙酸-3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己酯、乙酸-4,4,5,5,6,6,7,7,7-九氟庚酯、乙酸-2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟庚酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸异丙酯、丙酸丁酯、丙酸异丁酯、丙酸仲丁酯、丙酸叔丁酯、丙酸戊酯、丙酸异戊酯、丙酸己酯、丙酸环己酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、丁酸异丙酯、丁酸丁酯、丁酸异丁酯、丁酸仲丁酯、丁酸叔丁酯、丁酸戊酯、丁酸异戊酯、异丁酸甲酯、异丁酸乙酯、异丁酸丙酯、异丁酸异丙酯、异丁酸丁酯、异丁酸异丁酯、异丁酸仲丁酯、异丁酸叔丁酯、异丁酸戊酯、异丁酸异戊酯、戊酸甲酯、戊酸乙酯、戊酸丙酯、戊酸异丙酯、戊酸丁酯、戊酸异丁酯、戊酸仲丁酯、戊酸叔丁酯、异戊酸甲酯、异戊酸乙酯、异戊酸丙酯、异戊酸异丙酯、异戊酸丁酯、异戊酸异丁酯、异戊酸仲丁酯、异戊酸叔丁酯、己酸甲酯、己酸乙酯、己酸丙酯、己酸异丙酯、庚酸甲酯、庚酸乙酯、辛酸甲酯、环己烷羧酸甲酯、环己烷羧酸乙酯、环己烷羧酸-2,2,2-三氟乙酯、琥珀酸双(2,2,2-三氟乙基)酯、戊二酸双(2,2,2-三氟乙基)酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸丙酯、三氟乙酸异丙酯、三氟乙酸丁酯、三氟乙酸异丁酯、三氟乙酸仲丁酯、三氟乙酸叔丁酯、三氟乙酸戊酯、三氟乙酸异戊酯、三氟乙酸己酯、三氟乙酸环己酯、三氟乙酸庚酯、二氟乙酸乙酯、全氟丙酸乙酯、全氟丁酸甲酯、全氟丁酸乙酯、全氟戊酸甲酯、全氟戊酸乙酯、2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊酸甲酯、2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊酸乙酯、全氟庚酸甲酯、全氟庚酸乙酯、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟庚酸甲酯、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟庚酸乙酯、2-三氟甲基-3,3,3-三氟丙酸甲酯、2-三氟甲基-3,3,3-三氟丙酸乙酯、乙酸-2-丙氧基乙酯、乙酸-2-丁氧基乙酯、乙酸-2-戊氧基乙酯、1-甲氧基-2-乙酰氧基丙烷、1-乙氧基-2-乙酰氧基丙烷、1-丙氧基-2-乙酰氧基丙烷、1-丁氧基-2-乙酰氧基丙烷、乙酸-3-甲氧基丁酯、乙酸-3-乙氧基丁酯、乙酸-3-丙氧基丁酯、乙酸-3-甲氧基-3-甲基丁酯、乙酸-3-乙氧基-3-甲基丁酯、乙酸-4-甲氧基丁酯、乙酸-4-乙氧基丁酯、乙酸-4-丙氧基丁酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、碳酸双(2,2,2-三氟乙基)酯、碳酸双(2,2,3,3-四氟丙基)酯、四氢呋喃、丁腈、异丁腈、戊腈、异戊腈、己腈、异己腈、庚腈、辛腈、壬腈、3-(三氟甲基)苄腈、五氟苯甲酸甲酯、五氟苯甲酸乙酯、3-(三氟甲基)苯甲酸甲酯、4-(三氟甲基)苯甲酸甲酯、3,5-双(三氟甲基)苯甲酸甲酯、1-(五氟苯基)乙醇、甲酸五氟苯酯、乙酸五氟苯酯、丙酸五氟苯酯、丁酸五氟苯酯、戊酸五氟苯酯、2’,3’,4’,5’,6’-五氟苯乙酮、3’,5’-双(三氟甲基)苯乙酮、3’-(三氟甲基)苯乙酮、五氟苯甲醚、3,5-双(三氟甲基)苯甲醚、五氟吡啶、4-氯三氟甲苯、1,3-双(三氟甲基)苯、苯甲酸-2,2,2-三氟乙酯、苯甲酸-2,2,3,3-四氟丙酯、苯甲酸-2,2,3,3,3-五氟丙酯、苯甲酸-1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙酯、苯甲酸-2,2-双(三氟甲基)丙酯、苯甲酸-2,2,3,3,4,4,4-七氟丁酯、苯甲酸-2,2,3,4,4,4-六氟丁酯、苯甲酸-2,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟戊酯、苯甲酸-2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊酯、邻苯二甲酸双(2,2,2-三氟乙基)酯、5-(全氟丁基)双环[2.2.1]-2-庚烯、5-(全氟丁基)双环[2.2.1]庚烷、1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷、1,1,1,2,3,3-六氟-4-(1,1,2,3,3,3-六氟丙氧基)戊烷、2,2,3,4,4,4-六氟-1-丁醇、2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1-戊醇、2,2-双(三氟甲基)-1-丙醇、3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟-1-己醇、2,3,3,3-四氟-2-(全氟丙氧基)-1-丙醇、4,4,5,5,6,6,7,7,7-九氟-1-庚醇、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟-1-庚醇、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟-1-辛醇、7,7,8,8,8-五氟-1-辛醇、4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-十三氟-1-壬醇、7,8,8,8-四氟-7-(三氟甲基)-1-辛醇。
有机溶剂(C)可单独使用1种,也可2种以上组合使用。此外,只要是混合后可用作有机溶剂(C)的溶剂,也可使用将其它有机溶剂与有机溶剂(C)混合而成的混合溶剂。此外,只要是混合后可用作有机溶剂(C)的溶剂,还可使用将2种以上的其它有机溶剂混合而成的混合溶剂。
作为可用作有机溶剂(C)的混合溶剂,具体而言可例举下述组合。
[表8]
有机溶剂 | δd | δp | δh | R | |
频哪酮 | 15.2 | 5.7 | 5.3 | 2.0 | calc |
苄腈 | 18.8 | 12.0 | 3.3 | 79.1 | DB |
90/10(体积比) | 15.6 | 6.3 | 5.1 | 1.1 | - |
甲酸叔丁酯 | 14.8 | 5.4 | 7.4 | 12.9 | calc |
苯乙酮 | 18.8 | 9.0 | 4.0 | 49.4 | DB |
71/29(体积比) | 16.0 | 6.4 | 6.4 | 5.3 | - |
乙酸叔丁酯 | 15.0 | 3.7 | 6.0 | 8.9 | DB |
环戊酮 | 17.9 | 11.9 | 5.2 | 58.6 | DB |
76/24(体积比) | 15.7 | 5.8 | 5.8 | 2.3 | - |
三氟甲苯 | 17.5 | 8.8 | 0.0 | 41.1 | DB |
1,4-二噁烷 | 17.5 | 1.8 | 9.0 | 50.3 | DB |
54/46(体积比) | 17.5 | 5.6 | 4.1 | 13.0 | - |
环己酮 | 17.8 | 8.4 | 5.1 | 25.6 | DB |
六氟苯 | 16.0 | 0.0 | 0.0 | 51.3 | DB |
62/38(体积比) | 17.1 | 5.2 | 3.2 | 9.6 | - |
calc:计算值,DB:数据库值
作为有机溶剂(C),较好是使用与含氟共聚物(A)形成溶液状态的温度在230℃以下的有机溶剂。如果该温度范围在230℃以下,则可在与含氟共聚物(A)的熔点相比足够低的温度下实施下述的含氟共聚物(A)的溶解,因此可抑制含氟共聚物(A)的特性的劣化。
作为与含氟共聚物(A)形成溶液状态的温度范围在230℃以下、即溶解温度在230℃以下的有机溶剂(C),可例举下述溶剂。
1,3-双(三氟甲基)苯(溶解温度:140℃)、
二异丙基酮(溶解温度:150℃)、
2-己酮(溶解温度:150℃)、
环己酮(溶解温度:180℃)、
3’,5’-双(三氟甲基)苯乙酮(溶解温度:150℃)、
2’,3’,4’,5’,6’-五氟苯乙酮(溶解温度:150℃)、
三氟甲苯(溶解温度:150℃)、
乙酸异丁酯(溶解温度:150℃)。
这里,括号内的溶解温度是含氟共聚物(A)为下述实施例中的含氟共聚物(A-1)时的溶解温度。
作为有机溶剂(C),从作为涂布用组合物使用的角度考虑,较好是室温(25℃)下为液体的有机溶剂。此外,基于同样的理由,有机溶剂(C)的熔点较好为20℃以下。
从有机溶剂(C)的操作性和后述的工序(V)中的有机溶剂(C)的除去性的角度考虑,有机溶剂(C)的沸点(常压)较好是210℃以下,更好是200℃以下,特好是180℃以下。此外,从在后述的工序(V)中抑制气泡的产生的角度考虑,有机溶剂(C)的沸点(常压)较好是40℃以上,更好是50℃以上,特好是80℃以上。
[组合物]
相对于100质量份的含氟共聚物(A),组合物(包含涂布用组合物)中的带电助剂(B)的量较好是0.1~10质量份,特好是0.2~5质量份。带电助剂(B)的量如果在上述范围内,则所得的电荷保持介质的电荷密度进一步提高,且电荷保持特性进一步提高。
组合物是涂布用组合物的情况下,100质量%的涂布用组合物中,含氟共聚物(A)的含量较好是0.1~30质量%,特好是0.5~20质量%。
组合物是涂布用组合物的情况下,100质量%的涂布用组合物中,有机溶剂(C)的含量较好是70~99.9质量%,特好是80~99.5质量%。溶剂(C)的含量如果在上述范围内,则作为涂布用组合物在涂膜制造中的涂布时的操作性等优异、且能够使所得的涂膜均质。
涂布用组合物的制备中使用的有机溶剂(C)中所含有的水分以少为宜,优选在100质量ppm以下,特别优选在20质量ppm以下。
涂布用组合物的固体成分浓度根据欲形成的膜厚进行适当设定即可。通常为0.1~30质量%,较好是0.5~20质量%。
固体成分的量通过对测定质量后的涂布用组合物在常压下、以200℃加热1小时,蒸馏除去有机溶剂(C),测定残存的固体成分的质量来算出。
组合物(包含涂布用组合物)可以含有四烷氧基硅烷(四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷等)。四烷氧基硅烷的含量在100质量%的组合物中,较好是在50质量%以下,更好是在20质量%以下。涂布用组合物的情况下,四烷氧基硅烷的含量在100质量%的涂布用组合物中,较好是在10质量%以下,更好是在5质量%以下。
组合物(包含涂布用组合物)可以根据需要在不损害本发明的效果的范围内含有其它任意成分。作为其它任意成分,可例举例如抗氧化剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、交联剂、润滑剂、增塑剂、增稠剂、分散稳定剂、填充剂(填料)、强化剂、颜料、染料、阻燃剂等各种添加剂。其它任意成分的含量在100质量%的组合物中,较好是在50质量%以下,特好是在20质量%以下。涂布用组合物的情况下,其它任意成分的含量在100质量%的涂布用组合物中,较好是在30质量%以下,特好是在10质量%以下。
[优选的组合]
作为组合物中的含氟共聚物(A)和带电助剂(B)的优选的组合,从所得的电荷保持介质的表面电荷和电荷保持特性(耐久性)优异的角度考虑,可例举下述的组合。
含氟共聚物(A):具有TFE/乙烯/反应性官能团(选自羧酸基、酸酐基或羧酰卤基的至少1种)的单体且单体比例是65~40/35~60/0.01~5(摩尔比)的含氟共聚物。
带电助剂(B):选自具有氨基的硅烷偶联剂、或三(2-氨基乙基)胺、三(3-氨基丙基)胺、三(4-氨基丁基)胺、三(5-氨基戊基)胺、和三(6-氨基己基)胺的至少1种。
特别优选的组合如下所述。
(组合1)
含氟共聚物(A):TFE/乙烯/六氟丙烯/3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟-1-己烯/衣康酸酐的共聚物、
带电助剂(B):γ-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷。
(组合2)
含氟共聚物(A):TFE/乙烯/六氟丙烯/3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟-1-己烯/衣康酸酐的共聚物、
带电助剂(B):N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷。
(组合3)
含氟共聚物(A):TFE/乙烯/六氟丙烯/3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟-1-己烯/衣康酸酐的共聚物、
带电助剂(B):N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。
(组合4)
含氟共聚物(A):TFE/乙烯/六氟丙烯/3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟-1-己烯/衣康酸酐的共聚物、
带电助剂(B):三(2-氨基乙基)胺。
(组合5)
含氟共聚物(A):TFE/乙烯/3,3,4,4,4-五氟-1-丁烯/衣康酸酐的共聚物、
带电助剂(B):N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷。
(组合6)
含氟共聚物(A):丹尼昂公司(Dyneon社)制的Dyneon(注册商标)HTE1705(TFE、乙烯、六氟丙烯的共聚物)、
带电助剂(B):N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷。
<电荷保持介质的制造方法>
作为在基材的表面设置电荷保持介质的方法,可例举例如下述的方法(α)~(ε)。
(α)将包含含氟共聚物(A)、带电助剂(B)和有机溶剂(C)的涂布用组合物涂布于基材,进行预干燥,接着进行烧成、形成涂膜后,在该涂膜中注入电荷的方法。
(β)混炼原料来制备包含含氟共聚物(A)和带电助剂(B)的组合物(颗粒),用各种成形法(挤出成形法、射出成形法等)将该组合物制成薄膜,通过高温按压、粘合剂等将该薄膜粘贴在基材的表面后,在该薄膜中注入电荷的方法。
(γ)混炼原料来制备包含含氟共聚物(A)和带电助剂(B)的组合物(颗粒),将该组合物和基材的材料(树脂等)共挤出,制成组合物的薄膜与基材薄膜的层叠体后,在组合物的薄膜中注入电荷的方法。
(δ)制备包含含氟共聚物(A)和带电助剂(B)的组合物(粉体涂料),使该粉体涂料附着于基材的表面,进行烧成,形成涂膜并粘贴后,在该涂膜中注入电荷的方法。
(ε)用各种成形法(挤出成形法、射出成形法等)将含氟共聚物(A)制成薄膜,通过高温按压、粘合剂等将该薄膜粘贴在基材的表面后,将带电助剂(B)涂布于该薄膜上,进行烧成、形成涂膜后,在该涂膜中注入电荷的方法。
方法(α)~(ε)中,从能够容易形成涂膜(电荷保持介质的前体)的角度考虑,优选方法(α)。
作为方法(α),从所得的电荷保持介质的表面电荷和电荷保持特性(耐久性)优异的角度考虑,较好是依次包括下述的工序(I)~工序(VII)的方法。
(I)在含氟共聚物(A)溶解于有机溶剂(C)的溶解温度以上且含氟共聚物(A)的熔点以下,将含氟共聚物(A)溶解于有机溶剂(C),得到含氟共聚物溶液的工序。
(II)将含氟共聚物溶液冷却至低于所述溶解温度的温度,得到含氟共聚物(A)的微粒分散在有机溶剂(C)中的含氟共聚物分散液的工序。
(III)将含氟共聚物分散液和带电助剂(B)混合来获得涂布用组合物的工序。
(IV)将涂布用组合物涂布于基材来形成湿膜(湿润层)的工序。
(V)在50℃以上且低于150℃的温度条件下对湿膜进行预干燥,接着以230~350℃进行烧成来形成涂膜(电荷保持介质的前体)的工序。
(VI)根据需要,在涂膜的表面形成其它层的工序。
(VII)根据需要,在涂膜中注入电荷,获得电荷保持介质的工序。
在工序(I)~工序(VII)的工序前、工序间和工序后,只要对各工序不产生影响,也可以进行其它工序。
(工序(I))
工序(I)中的温度在含氟共聚物(A)的熔点以下。含氟共聚物(A)的熔点最高大约是275℃,所以有机溶剂(C)中溶解含氟共聚物(A)的温度较好是在大约275℃以下,从抑制含氟共聚物(A)的劣化的角度考虑,更好是230℃以下,特好是200℃以下。工序(I)中的温度如果超过275℃,则在进行实际作业时,有可能无法容易地实施。
此外,工序(I)中的温度在上述溶解温度以上,较好是在40℃以上,更好是在60℃以上,若考虑到操作性等,则特好是在80℃以上。工序(I)中的温度如果低于40℃,则可能无法获得充分的溶解状态。
工序(I)中的压力通常较好是常压或0.5MPa左右的微加压。有机溶剂(C)的沸点低于工序(I)中的温度时,可以在耐压容器中至少是在自然产生的压力以下、较好是3MPa以下、更好是2MPa以下、进一步更好是1MPa以下的条件下、特好是常压以下的压力下溶解,通常采用0.01~1MPa左右。
工序(I)的时间依赖于含氟共聚物(A)的含量、含氟共聚物(A)的形状等,较好是0.1~8小时,特好是0.2~2小时。工序(I)的时间若在上述范围的下限值以上,则获得充分的溶解状态,若在上述范围的上限值以下,则效率高。从缩短溶解时间的作业效率的角度考虑,含氟共聚物(A)的形状较好是粉末状,从获得的难易程度的角度来看,较好是颗粒状。粉末状的情况下,平均粒径较好是5~1000μm,特好是5~700μm。颗粒状的情况下,对形状没有特别限定。圆筒状的颗粒的情况下,平均长度和平均直径较好是均为0.5~30mm,特好是0.5~5mm。另外,平均长度和平均直径是利用游标卡尺测得的值。
作为工序(I)中的混合设备,可例举均相混合机、亨舍尔混合机、班伯里混合机、加压捏合机、单轴或双轴挤出机等公知的搅拌混合机。
在加压下进行溶解时,可使用带搅拌机的高压釜等装置。作为搅拌叶片的形状,可例举螺旋桨(日文:マリンプロペラ翼)叶片、浆叶、锚叶、涡轮叶片等。以小规模进行时,也可使用磁力搅拌器等。
工序(I)中,含氟共聚物(A)和有机溶剂(C)的混合和加热可以同时进行,也可以在将含氟共聚物(A)和有机溶剂(C)混合后,根据需要一边搅拌一边加热。
(工序(II))
通过将由工序(I)所得的含氟共聚物溶液置于含氟共聚物(A)可作为微粒在有机溶剂(C)中析出的条件下(通常为常温常压下),从而含氟共聚物(A)的微粒在有机溶剂(C)中析出,获得含氟共聚物(A)的微粒分散于有机溶剂(C)中而得的含氟共聚物分散液。具体而言,通过将含氟共聚物溶液冷却至含氟共聚物(A)作为微粒析出的温度以下、即低于上述溶解温度,通常冷却至常温,从而使含氟共聚物(A)的微粒在有机溶剂(C)中析出。冷却的方法既可以是缓慢冷却,也可以是急速冷却。另外,较好的冷却速度是0.02~100℃/秒,特好是0.1~20℃/秒。冷却速度如果在上述范围内,则可获得具有优选的平均粒径的含氟共聚物(A)的微粒。
含氟共聚物分散液中的含氟共聚物(A)的微粒的平均粒径较好是0.005~2μm,更好是0.005~1μm,特好是0.01~0.5μm。微粒的平均粒径如果在上述范围内,则能够形成均质且透明性、平坦性、和密合性优异的涂膜,所以优选。
含氟共聚物(A)的微粒的平均粒径在20℃下用小角X射线散射法或动态光散射法测定。
(工序(III))
工序(III)中,可以将带电助剂(B)和由工序(II)所得的含氟共聚物分散液(涂布用组合物)混合,也可以将预先溶解于有机溶剂的带电助剂溶液和含氟共聚物分散液混合,从含氟共聚物(A)和带电助剂(B)容易混合的角度考虑,优选后者。
作为溶解带电助剂(B)的有机溶剂,较好是与含氟共聚物分散液所使用的有机溶剂(C)相同的有机溶剂。
有机溶剂可单独使用1种,也可2种以上组合使用。
作为工序(III)中的混合装置,可例举球磨机等公知的搅拌混合机。
此外,为了将含氟共聚物(A)的微粒更均匀地分散,可使用能施加高剪切的搅拌混合机。具体而言,较好是能够一边施加高剪切力一边搅拌液状物的常用的搅拌装置。
另外,带电助剂(B)可以在工序(I)之前加入到有机溶剂(C)中,也可以在工序(I)中与含氟共聚物(A)一起加入到有机溶剂(C)中,但工序(I)中有含氟共聚物(A)和带电助剂(B)共存的情况下,通过工序(I)中的加热,含氟共聚物(A)和带电助剂(B)反应,在工序(II)中有时会阻碍含氟共聚物(A)的微粒均匀地分散于有机溶剂(C)中。因此,较好是在工序(II)和工序(IV)之间、即在工序(III)中将带电助剂(B)和含氟共聚物分散液混合。
(工序(IV))
作为工序(IV)中的涂布方法,没有特别限定,可使用通常所使用的方法。
作为涂布方法,可例举辊涂法、流延法、灌注法、浸涂法、旋涂法、水上流延法、朗缪尔-布洛杰特法、模涂法、喷墨法、喷涂法、凸版印刷法、凹版印刷法、平板印刷法、丝网印刷法、胶版印刷法等。可根据电荷保持介质的用途、基材、要求特性等进行适当选择。
工序(IV)中的涂布用组合物的状态可以是含氟共聚物(A)溶解于有机溶剂(C)的状态,也可以是含氟共聚物(A)分散于有机溶剂(C)的状态。本发明中优选后者。即、在低于含氟共聚物(A)溶解于有机溶剂(C)的溶解温度下,将含氟共聚物分散液(涂布用组合物)涂布在基材上,在工序(V)中能以较低的温度除去有机溶剂(C),所以从作业性的观点考虑是优选的。此外,通过将涂布温度及干燥温度调整至低温,能够在不对基材和各材料增加负担的情况下获得致密且平坦的涂膜。
工序(IV)中的涂布温度虽取决于涂布用组合物,但较好是0~210℃,更好是0~130℃,特好是0~50℃。涂布温度如果在上述范围的下限值以上,则含氟共聚物(A)的分散状态充分,如果在上述范围的上限值以下,则有机溶剂(C)不容易挥发,产生气泡等的可能性小。
湿膜的形状、尺寸根据所需的电荷保持介质的形状、尺寸适当设定即可。静电感应型转换元件用途或压电元件用途的驻极体的情况下,驻极体的厚度通常为1~200μm,从驻极体的特性和涂膜的加工性的角度考虑,较好是10~20μm。所以,为了将工序(V)后的涂膜的厚度制为1~200μm、优选10~20μm,只需将湿膜的厚度制为2~220μm、优选12~25μm即可。当用于清洁辊的表面构件或带电粒子用的构件用途时,构件用涂膜的厚度通常为0.001~50μm,从带电特性和涂膜的加工性的角度考虑,较好是0.01~10μm。所以,为了将工序(V)后的涂膜的厚度制为0.001~50μm、优选0.01~10μm,只需将湿膜的厚度制为0.0012~60μm、优选0.012~12μm即可。当用于集尘用过滤膜用途时,过滤膜的厚度通常为1μm~10mm,从过滤膜的捕集效率和成形性的角度考虑,较好是20μm~1mm。所以,为了将工序(V)后的涂膜的厚度制为1μm~10mm、优选20μm~1mm,只需将湿膜的厚度制为1.2μm~12mm、优选24μm~1.2mm即可。
作为基材,在所形成的涂膜中注入电荷时,只要是能接地的基材即可。作为基材,可例举由金属(金、铂、铜、铝、铬、镍等)构成的基材;绝缘性的材料(玻璃等无机材料;聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯、丙烯酸树脂等有机高分子材料等)。在基材主体的表面可以通过溅射法、蒸镀法、湿式涂布法等形成金属膜。
此外,即使是半导体材料(硅等),只要是在表面形成有金属膜、或半导体材料的电阻值低,即可以直接使用。
作为基材的电阻值,以体积固有电阻值计较好是在0.1Ωcm以下,特好是在0.01Ωcm以下。
基材可以是表面平滑的平板,也可以是表面形成有凹凸的平板。此外,可以图案化以形成各种形状。将绝缘性的材料作为基材主体使用时,绝缘性的材料自身可以形成凹凸或图案,也可以在表面所形成的金属膜上形成凹凸或图案。
作为在基材上形成凹凸或图案的方法,可使用目前公知的方法。形成凹凸或图案的方法可以是真空处理、或湿式处理。作为真空处理,可例举隔着掩模的溅射法、隔着掩模的蒸镀法等。作为湿式处理,可例举辊涂法、流延法、浸涂法、旋涂法、水上流延法、朗缪尔-布洛杰特法法、模涂法、喷墨法、喷涂法、凸版印刷法、凹版印刷法、平板印刷法、丝网印刷法、胶版印刷法等。另外,作为形成微细的凹凸或图案的方法,可例举纳米压印法、光刻法等。
为了提高基材与涂膜的密合性等,可以对基材的表面实施预处理。作为预处理的方法,可例举在基材上涂布聚乙烯亚胺等的方法;通过喷砂等对表面进行物理处理的方法;通过电晕放电等对表面进行化学处理的方法等。
(工序(V))
预干燥中,尽可能使湿膜中的有机溶剂(C)飞散,使湿膜预干燥。通过预干燥,能够抑制烧成时的涂膜的发泡、表面粗糙、不均匀化等。
预干燥温度较好是在有机溶剂(C)的沸点以下,具体而言,较好是在50℃以上且低于150℃,特好是80~120℃。
预干燥时间较好是0.1~5小时,特好是0.5~2小时。
烧成温度较好是230℃~350℃,更好是230℃~300℃,特好是240~280℃。烧成温度如果在上述范围内,则通过烧成后的冷却,含氟共聚物(A)的结晶形成有序性更高的结晶(结晶的高有序化),通过将带电助剂(B)混入在含氟共聚物(A)中的结晶间存在的非晶部位,使其能够以纳米级别分散。藉此,能够获得具有充分的表面电位、热稳定性优异的电荷保持介质。此外,烧成温度如果在上述范围的下限值以上,则可促进上述的含氟共聚物(A)的反应性官能团(羧酸基、酸酐基或羧酰卤基)和带电助剂(B)的氨基生成酰亚胺键或酰胺键,所得的电荷保持介质的热稳定性优异。烧成温度在上述范围的上限值以上时,有可能发生带电助剂(B)的分解,所以较好是在上限值以下进行烧成。
烧成时间较好是0.5~5小时,特好是1~2小时。烧成时间如果采用上述范围,则能够减少残存的溶剂量,所以从该方面考虑是优选的。
烧成时的气氛可以是在惰性气体中或空气中,带电助剂(B)具有上述的水解性甲硅烷基或硅烷醇基的情况下,从能促进其水解缩合的角度考虑,较好是在空气中。另外,惰性气体中是指包含99体积%以上的选自氮气、氦气及氩气等稀有气体的至少1种惰性气体的气体中。
烧成时的压力较好是常压。
所得的涂膜的厚度可根据目的进行自由选择。如果使用浓度高的涂布用组合物,则得到厚的涂膜,如果使用浓度低的涂布用组合物,则得到薄的涂膜。此外,通过反复多次进行工序(IV),也可获得更厚的涂膜。
对湿膜预干燥、烧成后,进行冷却并达到常温。冷却是缓慢冷却或急速冷却都无妨,但较好是缓慢冷却。冷却速度较好是5℃/分钟~10℃/分钟。冷却可以通过使用装置来进行也可以通过放置使其自然冷却,但从使涂膜的状态(表面平滑性、膜厚均匀性等)稳定的角度考虑,较好是使用装置来进行。
由工序(V)所得的涂膜可以从基材剥离作为单独的膜来使用。
(工序(VI))
根据需要,可以在由工序(V)所得的涂膜的表面层叠其它的层。作为能层叠的其它的层,可例举例如保护层、仅由含氟共聚物(A)构成的层、由含氟共聚物(A)以外的含氟聚合物构成的层、由无机物构成的层等。作为其它的层,较好是由不含带电助剂的含氟聚合物构成的层。作为该含氟聚合物,较好是含氟共聚物(A)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、全氟链烯基乙烯基醚聚合物、全氟烷基乙烯基醚聚合物、或具有脂肪族环结构的含氟聚合物。通过设置由不含带电助剂的含氟聚合物构成的层,可实现驻极体在高温高湿下的电荷的稳定性提高的效果。由不含带电助剂的含氟聚合物构成的层的厚度较好是1~10μm。
作为其它的层,可以形成于烧成后的涂膜的表面,也可以在预干燥和烧成之间形成,与预干燥所得的湿膜一起烧成。
(工序(VII))
作为在涂膜中注入电荷的方法,可例举使绝缘体带电的常规方法。可例举例如电晕放电法(G.M.Sessler著,《驻极体》(第三版)(ElectretsThirdEdition),拉普拉斯出版社(LaplacianPress),1998年,第20页,第2.2章,“充电和极化方法(ChargingandPolarizingMethods)”)、电子束撞击法、离子束撞击法、放射线照射法、光照射法、接触带电法、液体接触带电法等,驻极体的情况下,较好是电晕放电法、或电子束撞击法。
从注入后所保持的电荷的稳定性的角度考虑,注入电荷时的温度较好是在含氟共聚物(A)的玻璃化温度以上,更好是玻璃化温度+10~20℃左右的温度。
注入电荷时的施加电压只要在涂膜的绝缘破坏电压以下的范围内,则较好是尽可能高的电压。本发明中的涂膜可以采用±6~±30kV的高电压,较好是±8~±15kV的电压。构成涂膜的含氟共聚物(A)能够将负电荷保持得比正电荷更稳定,所以特别优选-8~-15kV的电压。
作为在涂膜中注入电荷而得的电荷保持介质,可以在将基材剥离制成薄膜状的电荷保持介质后用于静电感应型转换元件等,也可以在设置于基材的表面上的状态下用于静电感应型转换元件等。
(作用效果)
以上说明的本发明的电荷保持介质由包含含氟共聚物(A)和带电助剂(B)的组合物获得,带电助剂(B)在电荷保持介质中负责电荷保持部位。其结果是,尽管本发明的电荷保持介质是由包含含氟共聚物(A)的组合物而得的,但也具有实用级别的表面电位。
实施例
以下,通过实施例对本发明进行更详细的说明,但本发明并不局限于这些实施例。
例1、2、11~16、21~26、31~35、41、42、44是实施例,例3、43是比较例。
(含氟共聚物(A))
含氟共聚物(A-1):ETFE(重复单元的摩尔比:TFE/乙烯/六氟丙烯/3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟-1-己烯/衣康酸酐=47.7/42.5/8.4/1.2/0.2,熔点:188℃,Q值:9.5mm3/秒,玻璃化温度:52℃)。
含氟共聚物(A-2):ETFE(重复单元的摩尔比:TFE/乙烯/3,3,4,4,4-五氟-1-丁烯/衣康酸酐=57.5/39.9/2.3/0.3,熔点:240℃,Q值:15~30mm3/秒,玻璃化温度:87℃)。
含氟共聚物(A-3):丹尼昂公司制的Dyneon(注册商标)HTE1705(TFE、乙烯、六氟丙烯的共聚物,熔点:210℃)。
(带电助剂(B))
化合物(B1-1):γ-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷(信越化学工业株式会社制)。
化合物(B1-2):N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷(信越化学工业株式会社制)。
化合物(B1-3):N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(信越化学工业株式会社制)。
化合物(B2-1):三(2-氨基乙基)胺(东京化成工业株式会社制)。
(有机溶剂(C))
有机溶剂(C-1):1,3-双(三氟甲基)苯(东京化成工业株式会社制,溶解指标(R):26.5,溶解温度(含氟共聚物(A-1)):140℃,溶解温度(含氟共聚物(A-2)):185℃,溶解温度(含氟共聚物(A-3)):200℃,沸点(常压):116℃)。
(含氟聚合物(D))
将45g全氟丁烯基乙烯基醚(CF2=CFOCF2CF2CF=CF2)、240g离子交换水、7g甲醇和作为聚合引发剂的0.1g过氧化二碳酸二异丙酯粉末(((CH3)2CHOCOO)2)加入内容积为500L的耐压玻璃制高压釜中。用氮对体系内进行3次置换后,于40℃进行23小时的悬浮聚合,得到39g含氟聚合物(D-1)。对含氟聚合物(D-1)的IR光谱进行了测定,结果是没有由单体中存在的双键引起的在1660cm-1和1840cm-1附近的特性吸收。
接着,对所得的含氟聚合物(D-1)在空气中以250℃热处理8小时后,使含氟聚合物(D-1)在全氟三丁胺溶剂中溶解以达到9质量%。然后,将所得的溶液加入高压釜中,使高压釜内充满氟气和氮气,以200℃进行30小时的加热处理,得到含氟聚合物(D-2)。
测定了含氟聚合物(D-1)和含氟聚合物(D-2)的各自的压缩成形薄膜的IR光谱。其结果是,含氟聚合物(D-1)中确认到来源于位于主链末端的-COF基的1890cm-1的特性吸收,与此相对,含氟聚合物(D-2)中未确认到1890cm-1的特性吸收。
此外,对含氟聚合物(D-2)进行了差示扫描热分析(DSC),结果是含氟聚合物(D-2)的玻璃化温度(Tg)为108℃。
(涂布液P1)
在全氟三丁胺中溶解上述含氟聚合物(D-2)并使其浓度达到9质量%,得到涂布液P1。
[例1]
(工序(I))
在硼硅酸盐玻璃制的耐压反应容器中加入320mg的含氟共聚物(A-1)、15.68g的有机溶剂(C-1),一边搅拌一边加热至140℃,结果成为均匀且透明的含氟共聚物溶液。加热进行0.3小时。
(工序(II))
将含氟共聚物溶液慢慢放冷至室温,结果得到均匀且没有沉淀物的含氟共聚物分散液。冷却时间为0.3小时。
(工序(III))
将0.3g的化合物(B1-1)溶解于9.7g的有机溶剂(C-1),获得带电助剂溶液。
将16.00g的由工序(II)得到的含氟共聚物分散液和0.32g该带电助剂溶液混合,得到均匀的涂布用组合物。
(工序(IV))
在铜基材(3cm见方、厚度300μm)上通过灌注法涂布该涂布用组合物。
(工序(V))
使用雅马拓科学株式会社(ヤマト科学社)制的清洁型恒温箱(日文:クリーンオーブン)DT610,于100℃将湿膜预干燥1小时后,在同一恒温箱中以280℃烧成1小时,形成厚度为15μm的涂膜。
(工序(VII))
使用图2示出的电晕充电装置在所得的涂膜中注入电荷,得到例1的驻极体。
电晕充电装置中,将形成有涂膜32的第一基材10(铜基材)用作电极,利用直流高压电源装置42(松定精密仪器株式会社(松定プレシジョン社)制、HAR-20R5)在电晕针44和第一基材10之间施加高电压。此外,栅极46能够自栅极用电源48施加栅极电压。藉此,由电晕针44释放的负离子被栅极46均一化后,落到涂膜32上而注入电荷。
此外,为了实现注入到涂膜32中的电荷的稳定,利用加热板50,能够将注入电荷中的涂膜32加热到玻璃化温度以上。还有,符号40为电流计。
例1中,将利用加热板50的涂膜32的加热温度设为120℃,比含氟共聚物(A-1)的玻璃化温度高68℃。
而且,在空气中、对电晕针44和第一基材10之间施加3分钟的-8kV的高电压。此外,将它们之间的栅极电压设为-1200V。
(表面电位的测定)
对于驻极体,测定以下的各表面电位。结果示于表9。
各表面电位的值是使用表面电位计(门罗电子公司(モンローエレクトロニクス社)制,型号279),测定驻极体的9个测定点(自膜的中心以3mm的间隔呈格子状设定,参照图3)的表面电位而得的平均值。
初期表面电位:将通过电晕充电而刚注入电荷后的驻极体恢复至常温(25℃)时的表面电位。
200小时后的表面电位:测定初期表面电位后的驻极体以20℃、60%RH的条件保存200小时后,恢复至常温时的表面电位。
(TSD试验)
对于TSD试验前测定了表面电位的驻极体,使用图4所示的装置,按照以下的顺序进行TSD试验。
首先,如图4所示,以与第一基材10(铜基材)上的驻极体30相向的方式配置成为对置电极的第二基材20。
接着,通过用加热器加热而使图4的虚线所示的部分的温度以恒定的速率(1℃/分钟)升温,将从驻极体30释放的电荷量以从第二基材20流出的电流值i计,利用电流计52(微小电流计(吉时利仪器公司(Keithley社)制),型号6517A)进行测定,求得放电开始温度和放电峰值温度。结果示于表9。
在这里,放电峰值温度表示放电时所检出的电流值达到最大时的温度,放电开始温度表示通过电流计52检出以下式(2)求出的电流值(放电开始时的电流值)时的温度。
放电开始时的电流值={(放电峰值温度时的电流值)-(放电前的电流值)}×0.1+(放电前的电流值)……(2)。
TSD试验是采用被称作热激放电法(以下称为TSD法)的方法的试验。该方法中,由驻极体30和第二基材20(对置电极)形成电容器。因此,加热驻极体30后,膜中所捕获的电荷变得不稳定,如果表面附近的电荷因扩散等而消失,则存储于第二基材20的电荷也减少。所以,通过测定自第二基材20流出的电流值的大小,能够评价驻极体30的热稳定性。
采用TSD法的试验中,放电峰值温度、放电开始温度两者都很重要,特别是放电开始温度更重要。可以说这些温度越高,则驻极体的热稳定性越高。
[例2]
除了工序(VII)的栅极电压采用表9所示的值以外,与例1同样地获得驻极体。结果示于表9。
[例3]
除了省略工序(III)以外,与例1同样地获得驻极体。结果示于表9。
[表9]
根据例1和例3的比较,确认到通过添加化合物(B1-1)作为带电助剂(B),电荷保持性能(初期表面电位和200小时后的表面电位)及热稳定性(TSD放电开始温度和放电峰值温度)提高。
[例11、12]
除了将化合物(B1-1)改为化合物(B1-3)、将工序(V)的烧成温度和工序(VII)的栅极电压改为表10所示的值以外,与例1同样地获得驻极体。结果示于表10。
[例13~16]
除了将化合物(B1-1)改为化合物(B2-1)、将工序(V)的烧成温度和工序(VII)的栅极电压改为表10所示的值以外,与例1同样地获得驻极体。结果示于表10。
[表10]
根据例11~16的结果,可知作为带电助剂(B),即使在使用化合物(B1-3)、化合物(B2-1)的情况下,通过将工序(V)的烧成温度设为230℃以上,也可以观察到与使用化合物(B1-1)时同样的效果。
[例21~26]
除了将化合物(B1-1)改为化合物(B1-2)、将带电助剂(B)的量改为表11所示的量,并将工序(V)的烧成温度和工序(VII)的栅极电压设为表11所示的值以外,与例1同样地获得驻极体。结果示于表11。
[表11]
根据例21~26的结果,可知相对于100重量份的含氟共聚物(A-1),带电助剂(B)的添加量在1~10重量份的范围内时,由添加量引起的对电荷保持性能的影响小。
[例31~35]
除了将化合物(B1-1)改为化合物(B1-2)、将工序(V)的烧成温度改为表12所示的值以外,与例1同样地获得驻极体。结果示于表12。
[表12]
根据例31~35和22的结果可知,烧成温度越高,则初期表面电位、电荷保持的热稳定性(TSD放电开始温度和放电峰值温度)越高。可认为这是由于通过提高烧成温度,上述的结晶的高有序化高度进行,使带电助剂(B)的分散状态进一步均匀化的缘故。作为驻极体的初期表面电位,确认到较好是-700V以下,作为烧成温度,确认到较好是230℃以上。此外,可知电荷保持的热稳定性(TSD放电开始温度和放电峰值温度)优异而不取决于工序(V)的烧成温度。
[例41]
除了将含氟共聚物(A-1)改为含氟共聚物(A-2)、将工序(I)中的温度设为185℃、将化合物(B1-1)改为化合物(B1-2)、将工序(V)的烧成温度和工序(VII)的栅极电压改为表13所示的值以外,与例1同样地获得驻极体。结果示于表13。
[例42]
除了将含氟共聚物(A-1)改为含氟共聚物(A-3),将工序(I)中的温度设为200℃,将化合物(B1-1)改为化合物(B1-2)以外,与例41同样地获得驻极体。结果示于表13。
[例43]
除了省略工序(III)以外,与例42同样地获得驻极体。结果示于表13。
[表13]
根据例42和例43的结果,确认到含氟共聚物(A-3)具有同样的带电助剂(B)的效果。
[例44]
例22中,在由工序(V)所得的15μm的涂膜上,进一步通过灌注法涂布涂布液P1。接着,使用雅马拓科学株式会社(ヤマト科学社)制的清洁型恒温箱(日文:クリーンオーブン)DT610,于100℃预干燥1小时后,在同一恒温箱中以200℃烧成1小时,形成厚度为2μm的涂膜。接着,与例22同样地在工序(VII)将栅极电压设为-1200V来进行电荷的注入,得到驻极体。将所得的驻极体的初期表面电位和耐湿热性的评价结果示于表14。
(耐湿热性)
将测定初期表面电位后的驻极体在50℃、95%RH的条件下保存100小时后,测定恢复至常温时的表面电位,算出表面电位的残存率。
[表14]
例44中,由于具有不含带电助剂的最外层,所以与最外层中包含带电助剂的例22相比,高温高湿下的电荷的稳定性优异。
(红外线吸收光谱的测定)
通过灌注法将例31~35和22中使用的涂布用组合物涂布在聚四氟乙烯制的片材(以下称为“PTFE片材”)的表面。将湿膜于100℃预干燥1小时后,以表14所述的烧成温度烧成1小时,形成涂膜。将涂膜从PTFE片材剥离,得到50~100μm厚的流延膜。
用赛默尼科莱特(ThermoNicolet)公司制的AVATAR370FT-IR测定各流延膜的红外吸收光谱,确认到以下的2个峰的变化。
2800~2950cm-1的吸收(以下称为峰(x)):源自化合物(B1-2)的甲氧基的C―H键。
1710~1720cm-1的吸收(以下称为峰(y)):源自由化合物(B1-2)和含氟共聚物(A-1)中的反应性官能团(衣康酸酐基)反应所形成的酰亚胺基的羰基。
利用下式(3),将用源自含氟聚合物(A)的CF2的2000~2700cm-1的吸收(以下称为峰(z))的面积对峰(x)的面积进行标准化而得的峰面积标准化值示于表14。
(峰面积标准化值)=(峰(x)的面积)/(峰(z)的面积)×100……(3)。
此外,峰(y)的峰顶波数也示于表15。
[表15]
烧成温度[℃] | 160 | 200 | 220 | 230 | 240 | 260 | 280 |
峰(x)面积标准化值 | 12.24 | 8.15 | 6.56 | 6.23 | 5.67 | 5.12 | 4.57 |
峰(y)波数[cm-1] | 1712 | 1713 | 1714 | 1716 | 1716 | 1717 | 1719 |
关于峰(x),可知烧成温度越高则峰面积越是减少,特别是在220℃以上的温度下大幅减少。关于峰(y),可知烧成温度越高,则越向高波数侧移动。
根据以上的结果,能够确认烧成温度较好是230℃以上。
即、如果升高烧成温度,则首先在220℃为止的温度下化合物(B1-2)的烷氧基甲硅烷基水解。如果将烧成温度升至高于230℃,则含氟共聚物(A-1)中的反应性官能团和该烷氧基甲硅烷基反应而形成酰亚胺基。还有,生成的硅烷醇基发生缩合,可认为通过该硅烷醇基和化合物(B1-2)结合的该酰亚胺基的运动受到束缚。
根据例31~35和22的结果,可知在将工序(V)的烧成温度设为230℃以上时,电荷保持性能(初期表面电位和200小时后的表面电位)尤其提高。根据IR光谱的测定结果,确认到通过包含含氟共聚物(A)和带电助剂(B),由含氟共聚物(A)和带电助剂(B)反应而得的驻极体的电荷保持性能提高。还确认到通过将工序(V)的烧成温度设在该范围内,该反应会充分进行。
产业上利用的可能性
本发明的电荷保持介质可用作静电感应型转换元件(发电元件、话筒、扬声器、致动器、传感器等)中所使用的驻极体;图像形成装置(复印机、打印机等)中所使用的清洁辊的表面构件;电子纸等图像显示装置中所使用的图像显示用粒子用构件;带墨辊按压在印刷版上的印刷机中,测定带墨辊对印刷版的按压的压电驻极体薄膜;集尘过滤膜等。
另外,在这里引用2010年12月3日提出申请的日本专利申请2010-270652号的说明书、权利要求书、附图和摘要的所有内容作为本发明说明书的揭示。
符号的说明
1静电感应型发电元件
10第一基材
12基材主体
14基极
20第二基材
22基材主体
24对置电极
30驻极体
32涂膜
40电流计
42直流高压电源装置
44电晕针
46栅极
48栅极用电源
50加热板
52电流计
Claims (10)
1.一种电荷保持介质,其由包含含氟共聚物(A)和带电助剂(B)的组合物得到,其中,所述含氟共聚物(A)具有基于四氟乙烯的重复单元、基于乙烯的重复单元和基于具有反应性官能团的单体的重复单元,且基于具有反应性官能团的单体的重复单元的比例在全部重复单元100摩尔%中为0.01~5摩尔%;所述带电助剂(B)是具有氨基的硅烷偶联剂。
2.如权利要求1所述的电荷保持介质,其特征在于,所述含氟共聚物(A)的反应性官能团为选自羧酸基、酸酐基及羧酰卤基的至少1种。
3.如权利要求1或2所述的电荷保持介质,其特征在于,所述带电助剂(B)的量相对于100质量份的所述含氟共聚物(A)为0.1~10质量份。
4.如权利要求1或2所述的电荷保持介质,其特征在于,所述电荷保持介质是驻极体。
5.如权利要求1或2所述的电荷保持介质,其特征在于,所述组合物是涂布用组合物,且还包含有机溶剂(C)。
6.如权利要求5所述的电荷保持介质,其特征在于,该电荷保持介质通过将所述涂布用组合物涂布于基材,进行预干燥,接着进行烧成而形成涂膜后,向该涂膜中注入电荷而得到。
7.如权利要求5所述的电荷保持介质,其特征在于,该电荷保持介质通过将所述涂布用组合物涂布于基材,进行预干燥,接着以230~350℃进行烧成而形成涂膜后,向该涂膜中注入电荷而得到。
8.如权利要求5所述的电荷保持介质,其特征在于,所述涂布用组合物中的有机溶剂(C)的含量在涂布用组合物100质量%中为70~99.9质量%。
9.如权利要求5所述的电荷保持介质,其特征在于,所述有机溶剂(C)是以下式(1)表示的溶解指标(R)低于49的有机溶剂,
R=4×(δd-15.7)2+(δp-5.7)2+(δh-4.3)2……(1)
式中,δd、δp和δh分别为有机溶剂的汉森溶解度参数中的色散项、极性项和氢键项,单位为(MPa)1/2。
10.如权利要求5所述的电荷保持介质,其特征在于,所述有机溶剂(C)是1,3-双(三氟甲基)苯。
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