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Info
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Abstract
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
ンをベースにした組成物に関するものである。
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。
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。
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。
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。
号
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。
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)。
(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:
εbが200%以上、23℃での衝撃強度が50kJ/
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)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。
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。
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。
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
Gcが5〜22kPaとなるように選択することを特徴
とする組成物にある。
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の
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。
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。
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。
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。
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(CF2)nCH2OCF=CF2(ここで、n
は1,2,3,4または5)の化合物;式:R1CH2O
CF=CF2(ここで、R1は水素またはF(CF2)zで
あり、zは1,2,3または4)の化合物;式:R3O
CF=CH2(ここで、R3はF(CF2)z−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。
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。
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
に基のものの中から選択することができる:
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
3号
5号
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (7)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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FR0202876 | 2002-03-07 |
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