JP2003261730A - フッ化ポリビニリデンをベースとする組成物 - Google Patents

フッ化ポリビニリデンをベースとする組成物

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パスカル ティエリー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 海上または陸上の石油鉱床から抽出した炭化
水素の輸送パイプに用いられる強靱な可撓管。 【解決手段】 少なくとも1種のフッ化ビニリデン(VF
2)のホモポリマーまたはVF2と100重量部のVF2に対し
て0〜30重量部の量で存在しするVF2と共重合可能な
少なくとも1種の他のモノマーとのコポリマーAと、少
なくとも1種のフルオロエラストマーBと、必要に応じ
て用いられる可塑剤Cとを含み、100重量部の(コ)ポ
リマーAに対して、0.5〜10重量部のエラストマーB
と、0〜10重量部の可塑剤Cとを含み、BとCの合計は
0.5〜10.5重量部であり、フッ化ビニリデンのホモポリ
マーまたはコポリマーAは230℃、荷重5kgでISO1133規
格で測定したメルトフローインデックスが5g/10分以下
で且つ190℃で測定した溶融剪断弾性率G'とG''の交差
で測定した臨界弾性率Gcが5〜22kPaとなるように選択
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明はポリフッ化ビニリデ
ンをベースにした組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】フッ素化されたホモポリマーおよびコポ
リマーは優れた耐熱性、耐薬品性、特に耐溶媒性、耐候
性、耐放射線(UV等)特性、気体および液体に対する
不透過性および電気絶縁性で知られており、海上(オフ
ショア)または地上(オンショア)の石油鉱床から掘り
出した炭化水素の輸送パイプで用いられる。この炭化水
素は高温(135℃程度)、高圧(例えば70MPa)
で輸送される。プラント運転中の深刻な問題はパイプ材
料の機械的耐久性、耐熱性および耐薬品性である。それ
に加えて、パイプには使用前または使用後、さらにはそ
の製造時、取付時および/または取外し時(連結−分離
時)に衝撃力と曲げが加わる。特に低温(例えば−35
℃程度まで)で加わる衝撃力および曲げ力は問題であ
る。
【0003】上記の短期的および長期的な問題を解決す
るために種々の材料が提案されている。機械的剛性を保
証するためには一般に1つまたは複数の金属を含む材
料、例えば螺旋状に巻き付けたスチールテープが提案さ
れており、耐リーク性と断熱性とを確実にするためには
ポリマー組成物をベースにした各種の層が提案されてい
る。この組成物は半結晶フルオロポリマー、特にポリ
(フッ化ビニリデン)(PVDF)をベースとすること
が多いが、柔軟性に欠け、降伏点での変形度が小さく、
強靭性が不十分であるという欠点を克服するために一般
に可塑化する。しかし、輸送される炭化水素によって可
塑剤が急速に抽出され、可塑剤によって与えられた利点
(柔軟性、強靭性等)が次第に失われ、一般には収縮現
象を伴って、これらの組成物をベースにした物品の寿命
が短くなるという問題がある。
【0004】これらの問題のいくつかを解決するため
に、フルオロポリマー(可塑化されたものを含めて)の
代わりにPVDFホモポリマーと、フッ化ビニリデン
(VF2)と少なくとも1つの他のフルオロモノマーと
の(エラストマーではない)熱可塑性コポリマー(下記
の特許文献1および特許文献2)とを含むポリマー組成
物を用いることが提案されている。特許文献2では可塑
剤も用いられる。
【0005】
【特許文献1】 欧州特許第EP608939号
【特許文献2】 欧州特許第EP608940号 しかし、上記混合物の形態を厳密、正確に制御するには
複雑で高価な装置を使用しなけれないため、この解決法
は現実的ではない。さらに、上記混合物は低温での弾性
に限度があり、耐膨潤性、例えば炭化水素との接触時の
耐膨潤性が低く、耐薬品性はPVDF単独よりも劣り、
所定の化学物質との接触で可塑剤が抽出されるという欠
点がある。さらに、PVDFホモポリマーの占める割合
は特許文献1で組成物の60〜80重量%、また、特許
文献2の組成物で25〜75重量%に過ぎない。
【0006】
【特許文献3】 フランス国特許第2,592,655
【特許文献4】 フランス国特許第2,618,791
号 上記文献ではPVDFにエラストマー粒子をPVDF中
のエラストマーの比率が総量の25%を超えないように
混和し、液体炭化水素を吸収させて混合物全体にわたっ
て固定する。このような混合物はPVDF単独よりも強
靭性は向上するが、液体炭化水素と直接接触していない
ときにはあまり柔軟がないので、用途、特に気体炭化水
素の輸送および/または貯蔵では柔軟性が不十分であ
る。フランス国特許第2,592,655号には、少な
くとも10重量%の可塑剤をさらに含む混合物は、所望
の柔軟性と所望の衝撃強度の両方を備えてるが、遅かれ
早かれ可塑剤が滲出するということが記載されている。
【0007】
【特許文献5】 欧州特許第0,714,944号 上記文献には必要に応じて軟化された加硫エラストマー
の結節(nodules)が分散したPVDFマトリクスを有
する組成物が記載されている。この組成物の多軸衝撃強
度は極めて良いが、エラストマーの量が100重量部の
PVDF1000に対して26.6または50重量部
(例6および例11)と高いため、150℃での熱的お
よび化学的な安定性に欠ける。さらに、この組成物は加
圧下での透過性が高く、高温加圧ガスの急速減圧に対す
る抵抗が不十分である(「ブリスター」するという欠点
がある)。
【0008】
【特許文献6】 国際特許第WO98/56855号 上記文献には上記の技術的問題を解決するために下記: (1) フッ化ビニリデン(VF2)のホモポリマー
(A)またはVF2と100重量部のVF2に対して0
〜30重量部のVF2と共重合可能な少なくとも1種の
モノマーとのコポリマー(A)、(2) 少なくとも1種
のフルオロエラストマー(B)および(3) 少なくとも1
種の可塑剤(C)を含む柔軟で強靭な組成物が提案されて
いる。この組成物は100重量部の(A)に対して、0.
5〜10重量部のエラストマー(B)と、0.5〜10重
量部の可塑剤(C)とを含み、(B)と(C)の合計は1〜1
0.5重量部で、フッ化ビニリデンのホモポリマー
(A)は230℃、荷重5kgでISO1133規格で測定し
たメルトフローインデックスが5g/10分以下で且つ
190℃で溶融剪断弾性率G'とG''の交差で測定した
臨界弾性率Gcが5〜22kPaとなるように選択され
る。この組成物は下記の特性を有する:
【0009】降伏点伸びεyが11%以上、破断点伸び
εbが200%以上、23℃での衝撃強度が50kJ/
2以上、−30℃での衝撃強度が10kJ/m2以上
(これらはISO 180-1982規格に準じて測定)で、ライニ
ングした金属割りテープ(feullard metallique)での
曲げ破壊抵抗が50%以上、150℃の空気中での1ヶ
月間の重量損失Δwが8%以下、150℃で1ヶ月間の
石油(シクロヘキサンとイソオクタンとキシレンとの等
量混合物)中の重量変化Δwがマイナスでない(石油中
で組成物が減らない)。臨界弾性率Gcは動的機械分光
計、例えば直径が25mmの面−面粘度計を用いたRheo
metrics RMS 800型によって190℃で測定される。
【0010】上記特許文献6(国際特許第WO98/5
6855号)ではエラストマー(B)がポリアクリルコア
−シェル構造をベースとするか、あるいはポリシロキサ
ン構造またはNBR(ニトリルブタジエンゴム)をベー
スとし、さらに可塑剤を用いる必要がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、エラスト
マー(B)がフルオロエラストマーの場合には、所望の機
械特性を得るのに可塑剤が必ずしも存在する必要はない
ということを見出した。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の対象は、少なく
とも1種のフッ化ビニリデン(VF2)のホモポリマー
(A)またはVF2と100重量部のVF2に対して0
〜30重量部の量で存在しするVF2と共重合可能な少
なくとも1種の他のモノマーとのコポリマー(A)と、
少なくとも1種のフルオロエラストマーBと、必要に応
じて用いられる可塑剤Cとを含む柔軟で強靭な組成物で
あって、100重量部の(コ)ポリマー(A)に対し
て、0.5〜10重量部のエラストマー(B)と、0〜
10重量部の可塑剤(C)とを含み、(B)と(C)の
合計は0.5〜10.5重量部であり、フッ化ビニリデ
ンのホモポリマーまたはコポリマー(A)は230℃、
荷重5kgでISO1133規格で測定したメルトフローイン
デックスが5g/10分以下で且つ190℃で測定した
溶融剪断弾性率G'とG''の交差で測定した臨界弾性率
cが5〜22kPaとなるように選択することを特徴
とする組成物にある。
【0013】
【実施の形態】本発明の組成物は下記の特性を有する:
降伏点伸びεyが9%以上、破断点伸びεbが200%以
上、23℃での衝撃強度が46kJ/m2以上、−30
℃での衝撃強度が10kJ/m2以上(これらはISO 180
-1982規格に準じて測定)、ライニングした金属割りテ
ープでの曲げ破壊抵抗が50%以上、150℃の空気中
に置いた時の1ヶ月間の重量ロスΔwが8%以下、15
0℃で1ヶ月間の石油(シクロヘキサンとイソオクタン
とキシレンとの等量混合物)中に置いた時の重量変化Δ
wがマイナスでない(組成物が石油中で減らない)。エ
ラストマー(B)がフルオロエラストマーでない組成物の
場合の150℃で1ヶ月放置した後の破断点伸びεb
減少率は12〜25%であるのに対して、本発明の場合
の破断点伸びεbは10%以下に低下する。エラストマ
ー(B)がフルオロエラストマーでない組成物の場合の1
50℃で12ヶ月放置した後の破断点伸びεbの減少率
は約50%であるのに対して、本発明での減少率は0〜
20%に低下する。エラストマー(B)がフルオロエラス
トマーでない組成物の場合の150℃で1ヶ月放置した
後の破断点伸びεbの減少率が15〜25%であるのに
対して、本発明では破断点伸びεbは上昇または不変で
ある。
【0014】臨界弾性率Gcは動的機械分光計、例えばR
heometrics RMS 800型機械分光計によって直径が25m
mの面−面粘度計を用いて190℃で測定される。ポリ
マー(A)中の上記他のモノマーの量は0〜5重量部にす
るのが好ましい。ポリマー(A)中の上記他のモノマーは
フルオロモノマーであるのが好ましい。100重量部の
(A)に対して(B)は0.5〜5重量部の相対量で存在す
るのが有利である。100重量部の(A)に対して(C)は
0.5〜5重量部の相対量で存在するのが有利である。
【0015】本発明の組成物のフルオロポリマー(A)
は、天然ガスまたは原油の存在下での化学的不活性が非
常に高くかつ高温安定性を有するという理由で、VF2
のホモポリマーまたはコポリマーの中から選択できる。
本発明組成物は100重量部のフッ化ビニリデンホモポ
リマーと、2.1重量部の(B)と、3.2重量部の(C)
とを含み、上記ホモポリマーは230℃で測定したMF
Iが0.7で、190℃で測定した臨界弾性率Gcが2
0kPaになるように選択するのが好ましい。
【0016】本発明で用いることができるフルオロエラ
ストマー(B)は真(vrais)のエラストマーまたは真のエ
ラストマーを得るための基本成分の役目をするポリマー
樹脂の中から選択することができる。真のエラストマー
はASTM、Special Technical Bulletin、No.184規格
で定義され、室温で2倍の長さのに伸ばすことができ、
張力下に5分間保持した後に解放した時に上記と同じ初
期長さの10%以内に戻る材料である。真のエラストマ
ーを得るための基本成分の役目をするポリマー樹脂は一
般に結晶度が低く(結晶相が20容積%以下)、ガラス
遷移温度(Tg)が室温以下の非晶質樹脂で、大抵の場
合、Tgが0℃以下のコポリマーまたはターポリマーに
対応し、真のエラストマーを(場合によっては添加物の
存在下で)生成可能な反応基を含むことができる。
【0017】フルオロポリマー(B)はVF2と、少なく
とも1種の他のフルオロモノマーとのコポリマーにする
のが有利である。コモノマーの例としてはフッ化ビニ
ル;トリフルオロエチレン;クロロトリフルオロエチレ
ン(CTFE);1,2−ジフルオロエチレン;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);ペルフルオロ(メチルビニル)エーテル
(PMVE)、ペルフルオロ(エチルビニル)エーテル
(PEVE)およびペルフルオロ(プロピルビニル)エ
ーテル(PPVE)等のペルフルオロ(アルキルビニ
ル)エーテル;ペルフルオロ(1,3−ジオキソー
ル);ペルフルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオ
キソール)(PDD);式:CF2=CFOCF2(CF
3)OCF2X(ここで、XはSO2F、CO2H、CH2
OH、CH2OCNまたはCH2OPO3H)の化合物;
式:CF2=CFOCF2CF2SO3F)OCF2の化合
物;式:F(CF2nCH2OCF=CF2(ここで、n
は1,2,3,4または5)の化合物;式:R1CH2
CF=CF2(ここで、R1は水素またはF(CF2z
あり、zは1,2,3または4)の化合物;式:R3
CF=CH2(ここで、R3はF(CF2z−であり、z
は1,2,3または4)の化合物;ペルフルオロブチル
エチレン(PFBE);3,3,3−トリフルオロプロ
ペンおよび2−トリフルオロメチル−3,3,3−トリ
フルオロ−1−プロペン等を挙げることができる。複数
のコモノマーを用いることもできる。
【0018】エラストマー(B)の例としては、VF2の
重量比率が50〜25%のHFPに対して50〜75%
のVF2/HFPコポリマーを挙げることができる。さ
らに、45〜65%のVF2を含み、HFPとTFEの
重量比HFP/TFEが1/5〜5/1、好ましくは1
/2〜2/1になるVF2/HFP/TFEコポリマー
も挙げられる。これらのエラストマー(B)は下記文献に
記載の方法によって製造することができる。
【非特許文献】 「フッ化ビニリデンコポリマーおよび
ターポリマーのフルオロエラストマーの組成および単位
の分布、19F核磁気共鳴分析およびある種特性の関係に
よる測定」(Maurizio Pianca、Piergiorgio Bonardell
i、 Marco Tato、Gianna CirilloおよびGiovanni Mogg
i、POLYMER、1987年、第28巻、2月、224〜230頁
【0019】可塑剤(C)は通常の可塑剤、特に下記文献
に基のものの中から選択することができる:
【特許文献7】 米国特許第3,541,039号
【特許文献6】 米国特許第4,584,215号 可塑剤はセバシン酸ジブチルおよびN−n−ブチルスル
ホンアミドの中から選択するのが好ましい。本発明組成
物は上記の(A、B、C)成分の他に文献で周知の各種有
機または無機高分子または非高分子添加物および/また
は充填剤および/または着色剤および/または顔料を含
むことができる。
【0020】充填剤の例としてはマイカ、アルミナ、タ
ルク、カーボンブラック、ガラス繊維または炭素繊維お
よび高分子化合物が挙げられるが、これらに限定される
ものではない。添加剤の例としてはUV安定剤、難燃
剤、熱安定剤および加工助剤が挙げられるが、これらに
限定されるものではない。これらの添加剤および充填剤
は一般にこれらを混合する組成物の全重量の20重量%
以下にする。
【0021】本発明組成物は(A、B、C)成分を溶融混
合して製造するのが有利である。本発明組成物はビニリ
デンのホモポリマーまたはコポリマー(A)と、粉末また
は顆粒状のエラストマー(B)とを押出し機、二軸ロール
機、任意タイプの混合装置で溶融混合することで製造で
きる。ビニリデンのホモポリマーまたはコポリマーのラ
テックスと、粉末状またはラテックス状のエラストマー
とを混合することもできる。添加物および可塑剤は(A
とB)との混合中に混合段階の前に一種または複数の成
分に混ぜるか、上記の(AとB)との混合後に組成物に添
加することができる。
【0022】本発明組成物は高温および/または低温条
件下で攻撃的な物質(炭化水素、強酸、溶媒、無機およ
び有機塩基等)と接触し、応力を受ける強靭性および柔
軟性を特に必要とする物品の製造に適している。
【0023】既に述べたように、本発明組成物は石油お
よびガスの抽出および/または輸送に使われる可撓性金
属パイプの非透過性スリーブの製造に特に適している。
この非透過性スリーブは一般に可撓性金属パイプを挿通
すしながら押出し成形または共押出成形して作った単層
または多層チューブに形にするか、通常の表面被覆法を
用いて可撓性金属パイプ上に直接形成することができ。
本発明組成物は例えば下記文献に記載の非透過性多層ス
リーブの製造で用いることができる。
【特許文献7】 米国特許第5,601,893号
【0024】本発明組成物は化学工学分野で使用される
部品、特にパイプおよびチューブの製造や、土木工業お
よび建設工業で使用される物品、例えばケーブルの外
装、ステー、その他任意の単層または多層の工業フィル
ムおよびシートの製造で使用することができる。本発明
組成物は下記文献に記載のワイヤ、ロープ、ケーブルお
よびステーの被覆剤、スリーブで用いることができる。
【特許文献8】 欧州特許第EP671502号
【特許文献9】 欧州特許第EP671746号
【0025】
【実施例】220℃に調整された直径40mmの一軸ス
クリュー(L/D=33、圧縮比=3.5)を用いて、
少なくとも1種のフルオロポリマーA4、A5またはA
7と、エラストマーB1、B2、B5〜B7の中の1つ
と、可塑剤C1とを含む組成物(Ai Bj Ck x)
を押出し成形した。各種成分の各比率に応じて各組成物
をα、χ、θ、η、γと表示した。〔表1〕はVF2の
ホモポリマーまたはコポリマーであるフルオロポリマー
Aiのメルトフローインデックスと臨界弾性率Gcを示
している。メルトフローインデックスMFIは負荷5k
g、230℃で、ISO 1133規格に従って測定し、臨界弾
性率Gcは動的機械分光計、例えばRheometrics RMS 800
型で190℃で直径25mmの面−面粘度計を用いて測
定した。〔表2〕はエラストマーBjの化学的性質、商
標名、メーカ名を示している。〔表3〕は可塑剤Ckの
化学的性質と種類を示している。〔表4〕は各組成物の
成分の重量比率と対応する組成物の参照符号を示してい
る。
【0026】
【表1】
【0027】上記のVF2のホモポリマーまたはコポリ
マーは下記文献に記載の公知の乳化重合法または懸濁ラ
ジカル重合法で製造した。これらを溶液重合または塊状
重合で作ることもできる。
【特許文献10】 欧州特許第EP709429号
【特許文献11】 フランス国特許第2,286,15
3号
【特許文献12】 フランス国特許第2,610,32
5号
【0028】
【表2】
【0029】上記エラストマー(B1)はアクリルシェ
ルを有するコア−シェルポリマーであり、下記文献に従
ってアクリルモノマーの水相ラジカル重合で作った。
【特許文献13】 米国特許第3,264,373号
【特許文献14】 米国特許第3,562,235号
【0030】エラストマー(B2)は水相中でラジカル
重合で得られるコア−シェルポリマーで、このエラスト
マーはMBS型すなわちコアがブタジエン/スチレンコ
ポリマーで、シェルがPMMAで作られている。エラス
トマー(B5〜B7)は本明細書に記載の文献に記載の
方法を用いて作った。
【0031】
【表3】
【0032】
【表4】
【0033】上記の各組成物に対して引張強度、アイゾ
ッド衝撃強度、スリーブ(ライニング)した金属割りテ
ープでの曲げ破壊抵抗および熱的・化学的安定性を試験
した。引張伸びは押出し組成物を205℃で成形した厚
さ0.7mmの成形板で測定した。引張試験片は成形板
からパンチで打ち抜いて作ったASTM D 1708型のもので
ある。引張伸び(引張降伏点歪みεy、破断点伸びεb
はASTM D 638に従って室温で測定した。ノッチ付アイゾ
ッド衝撃強度(23℃と−30℃で測定)は230℃で
射出成形した80×10×4mmの試験片で測定した。
ノッチ付けおよび試験手順はISO 180-1982規格に従っ
た。
【0034】スリーブ付き金属割りテープでの曲げ破壊
抵抗はクロスヘッドを用いて押出した上記組成物でライ
ニングした可撓性金属構造物(外径が29mmの金属ス
パイラル管)で室温で評価した。スリーブの平均厚さは
4mm、スリーブの押出温度は200〜250℃にし
た。得られたスリーブ付き金属管を250mm間隔で2
つの固定支持体上に載せ、2つの支持点から等距離の所
に直径80mmの曲げ円筒体(galet de cintrage)を用
いて金属管を押圧し、金属管が破断するまでチューブを
撓ませるのに十分な圧力を加える。曲げ円筒体の圧入の
深さを測定して可撓性金属管の変形性の指標にした。1
60mmでの固定最大圧入深さで測定した値に対する破
断時の圧入深さの比がスリーブ付き金属管の曲げ破壊抵
抗に対応する。
【0035】熱的・化学的な安定性は、各組成物からな
る厚さ3mmの押出し試験片(重量5g)の重量とこれ
と同じ試験片を所定媒体〔空気または石油(容積比で1
/3のシクロヘキサンと1/3のイソオクタンと1/3
のキシレンとを含む)〕中に150℃で1ヶ月放置した
後の重量との間の重量変化Δwを測定して評価した。こ
の試験片はさらに、破断点引張伸び(εyおよびεb)も
測定した。−(負の数)は重量損失に対応する。化学的
安定性は各組成物からなる厚さ3mmの押出試験片(質
量5g)の重量とこれと同じ試験片を濃縮HCl溶液
(37重量%)中に50℃で7日間放置し、次に蒸留水
で洗浄し、150℃で24時間オーブン乾燥させた後の
重量との間の重量変化Δwを測定して評価した。−(負
の数)は損失重量に対応する(表5)。熱的・化学的安
定性はさらに、150℃で12ヶ月空気中で老化(劣化)
させた後の破断点伸びと23℃でのシャルピー衝撃強度
とを測定して評価した(表6)。全ての結果は〔表5〕
および〔表6〕に示してある。
【0036】
【表5】
【0037】
【表6】
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Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも1種のフッ化ビニリデン(VF
    2)のホモポリマー(A)またはVF2と100重量部
    のVF2に対して0〜30重量部の量で存在しするVF
    2と共重合可能な少なくとも1種の他のモノマーとのコ
    ポリマー(A)と、 少なくとも1種のフルオロエラストマー(B)と、 必要に応じて用いられる可塑剤(C)とを含む柔軟で強
    靭な組成物であって、 100重量部の(コ)ポリマー(A)に対して、0.5
    〜10重量部のエラストマー(B)と、0〜10重量部
    の可塑剤(C)とを含み、(B)と(C)の合計は0.
    5〜10.5重量部であり、 フッ化ビニリデンのホモポリマーまたはコポリマー
    (A)は230℃、荷重5kgでISO1133規格で測定し
    たメルトフローインデックスが5g/10分以下で且つ
    190℃で測定した溶融剪断弾性率G'とG''の交差で
    測定した臨界弾性率Gcが5〜22kPaとなるように
    選択することを特徴とする組成物。
  2. 【請求項2】 (A)中の他のモノマーの量が0〜5重
    量部である請求項1に記載の組成物。
  3. 【請求項3】 (A)中の他のモノマーがフッ素化モノ
    マーである請求項1または2に記載の組成物。
  4. 【請求項4】 (B)が0.5〜5重量部の相対量で存
    在する請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
  5. 【請求項5】 (C)が0.5〜5重量部の相対量で存
    在する請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物。
  6. 【請求項6】 エラストマー(B)がVF2/HFPコ
    ポリマーの中から選択され、これらの重量比率を50〜
    25重量%のHFPに対して50〜75重量%のVF2
    にする請求項1〜5のいずれか一項に記載の組成物。
  7. 【請求項7】 エラストマー(B)が45〜65%のV
    F2を含むVF2/HFP/TFEコポリマーの中から
    選択され、HFPとTFEの比率はHFP/TFE重量
    比が1/5〜5/1である請求項1〜5のいずれか一項
    に記載の組成物。
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