JP2921026B2 - テトラフルオロエチレン共重合体およびその製法 - Google Patents

テトラフルオロエチレン共重合体およびその製法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、良好な加工性と熱安定性を有する溶融成形
可能なテトラフルオロエチレン共重合体に関するもので
あり、さらに詳しくは、テトラフルオロエチレン共重合
体の末端に存在する熱的に不安定な基を安定化した共重
合体およびその製法に関する。
[従来の技術] テトラフルオロエチレンとパーフルオロ(アルキルビ
ニルエーテル)との共重合体(以下、PFAという)は溶
融成形可能なフッ素樹脂としてよく知られており、チュ
ーブやパイプ、継手、容器、電線被覆などの成形品、あ
るいはコーティング、ライニング、中空成形品を製造す
るための回転成形用として幅広く用いられている。
こうしたPFAはその重合機構上、共重合体の末端に−C
OF基が微量生成し、過硫酸アンモニウム(APS)などの
重合開始剤を用いた乳化重合では−COOH末端基が生じ、
あるいは分子量調節剤としてメタノールを使用すると−
CH2OHや−COOCH3などの基が末端に生ずる。これらの末
端基は熱的に不安定であり、成形時の発泡やフッ素酸の
発生の原因となり、成形の失敗や成形機の金型の腐食な
どを生起することが知られている。
そこで従来より、これらの不安定末端基を安定化する
技術が検討され、いくつかの提案がなされている。たと
えば、特開昭61−98709号公報には、末端基として存在
する−CH2OHを熱的に安定化するためにPFA中の−COFお
よび−COOH末端基の少なくとも50%を−CONH2末端基に
転換されるのに充分な時間PFAとアンモニアガスまたは
アンモニアを生成しうるチッ素化合物とを接触させて、
熱的に安定で−CH2OHを炭素数106個あたり少なくとも15
個有するPFAを製造する方法が開示されている。
また、特開昭62−104822号公報には、炭素数106個あ
たり6個よりも多い−CF2CH2OH、−CONH2および−COF末
端基を含むPFAをこれらの末端基が炭素数106個あたり6
個よりも少なくなるのに充分な温度、時間および圧力条
件下にフッ素含有ガスと接触させる方法が開示されてい
る。
[発明が解決しようとする課題] 本発明者らは、これらの提案に基づいて不安定末端基
を安定化させたPFAを製造し、回転成形法で成形したと
ころ、えられた成形品は熱収縮が大きく寸法安定性に問
題があることがわかった。さらに特開昭62−104822号公
報のフッ素化法では、転換効率を高めるために高温で長
時間の反応が要求されるが、そうした条件を少しでも緩
和できれば経済上も安全上も有利である。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは不安定末端基の処理法を種々検討した結
果、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)を1〜10
重量%含有しているPFAをフッ素ガスと接触させて−COF
および−COOH末端基の合計数を炭素数106個あたり7〜4
0個にし、ついでアンモニアガスと接触させることによ
り−COFを完全に−CONH2に変換する方法を採用し、−CO
NH2末端基の数が炭素数106個あたり7〜20個であり、−
CH2OHおよび−COFを含まず、372℃における溶融粘度が
0.1×104〜100×104ポイズである安定化されたPFAが上
記の課題を解決しうることを見出し、本発明を完成し
た。
[作用] PFAの不安定末端基である−CH2OHや−COOH、−COOCH3
はフッ素ガスと接触すると−COFに変化し、最終的に−C
F3になる。この変化の途上、酸素含有末端基が−COFと
−COOHだけになる状態が生ずる。本発明では、その状態
のうち−COFと−COOHの合計数が炭素数106個あたり7〜
40個の段階になったときにフッ素ガスとの接触を中止す
る。したがって、フッ素による処理の時間や温度、圧力
などの条件を緩和でき、経済性と安定性の両方に有利と
なる。
つぎにアンモニアガスと接触させるのであるが、その
結果、−COFがずべて−CONH2に変換され、PFA中に−COF
と−CH2OH末端基が存在しなくなり、−CONH2末端基も炭
素数106個あたり7〜20個となる。えられたこのPFAはフ
ッ素イオンをフッ化アンモニウムの形で含有しうる。
後述する実施例からも明らかなように、−CONH2末端
基数が炭素数106個あたり7〜20個の範囲にあるとき、
成形時の発泡が大幅に減少する。また、−CONH2末端基
の数が減少すればえられる成形品の収縮率が大きくな
る。
[実施例] 以下、本発明の好ましい実施態様を説明する。
本発明が対象とするPFAは、テトラフルオロエチレン
と式:Rf−O−CF=CF2(式中、Rfは炭素数3〜4のパー
フルオロアルキル基)で表わされるパーフルオロ(アル
キルビニルエーテル)の少なくとも1種との共重合体で
あって、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)を1
〜10重量%含むものである。パーフルオロ(アルキルビ
ニルエーテル)としては炭素数3〜4個のパーフルオロ
アルキル基を有するものが好ましく、たとえばパーフル
オロ(プロピルビニルエーテル)、パーフルオロ(ブチ
ルビニルエーテル)などがあげられる。形状は粉末状、
ペレット状、フレーク状などでよい。
本発明の製法は不安定末端基を含むPFAをフッ素ガス
処理する第1段階とアンモニアガス処理する第2段階と
からなる。
第1段階のフッ素ガス処理は、PFAをフッ素ガスと通
常150〜250℃、好ましくは200℃までの温度で1〜10時
間、好ましくは2〜5時間接触させることにより行な
う。圧力は1〜10気圧の範囲でよいが、通常大気圧が採
用される。用いるフッ素ガスは純粋なフッ素を用いても
よいが安全性の点から不活性ガスで5〜25容量%、好ま
しくは7〜15容量%に希釈した希釈フッ素ガスが好まし
い。不活性ガスとしてはチッ素ガス、アルゴンガス、ヘ
リウムガスなどがあげられる。この第1段階のフッ素ガ
ス処理でPFA中の−COFおよび−COOH末端基の合計数の炭
素数106個あたり7〜40個とする。したがって、末端基
を殆ど完全にフッ素化する特開昭62−104822号公報記載
の方法に比して、より低温かつ短時間で処理できる。
本発明の製法の第2段階では、第1段階でえられたPF
Aをアンモニアガスと接触させて−COFを完全に−CONH2
に変換する。アンモニアガスを通すまえにチッ素ガスな
どの不活性ガスでPFAを洗浄しておくのが好ましい。接
触させるアンモニアガスは100%のもので不活性ガスで
5〜50容量%程度に希釈したものであってもよい。処理
時間に特に制限はないが、通常0.5〜5時間、好ましく
は60〜90分間である。温度も圧力も特に制限されず、そ
れぞれ通常0〜100℃、好ましくは室温、および通常0.5
〜10気圧、好ましくは大気圧である。この第2段階の反
応は速やかに進行し、−COFがすべて−CONH2に変換され
る。その結果、えられるPFAは−COFおよび−CH2OHを全
く含まず、−CONH2が炭素数106個あたり7〜20個とな
る。
かくしてえられるPFAは、パーフルオロ(アルキルビ
ニルエーテル)を1〜10重量%含み、372℃における溶
融粘度が0.1×104〜100×104ポイズであるものである。
このPFAは成形時の発泡が少なくかつ成形品の収縮も小
さく寸法安定性に富むものである。
なお、本明細書における末端基の種類と個数の分析お
よび溶融粘度の測定は、以下の方法で行なう。
(末端基の分析) PFA粉末を350℃で30分間圧縮成形して厚さ0.25〜0.3m
mのフィルムを赤外吸収スペクトル分析し、既知のフィ
ルムの赤外吸収スペクトルと比較して種類を決定し、そ
の差スペクトルから次式により個数を算出する。
対象となる末端基の補正係数をつぎに示す。
末端基 吸収周波数(cm-1) 補正係数 −COF 1883 440 −COOH 3560 440 −COOCH3 1795 400 −CONH2 3436 460 −CH2OH 3648 2300 この補正係数は炭素数106個あたりの末端基を計算す
るためにモデル化合物の赤外吸収スペクトルから決定し
た。
赤外吸収スペクトル分析は、パーキンエルマーFTIRス
ペクトロメーター1760Xおよびパーキンエルマー7700プ
ロフェショナルコンピュータ(いずれもパーキンエルマ
ー社製)を用いて100回スキャンして行なった。
(溶融粘度の測定) (株)島津製作所製高化式フローテスターを用い、共
重合体を内径11.3mmのシリンダーに装填し、温度380℃
で5分間保ったのち、7kgのピストン荷重下に内径2.1m
m、長さ8mmのオリフィスを通して押し出し、このときの
押出速度(g/分)で53150を割った値を溶融粘度として
求める。
つぎに本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明
はかかる実施例のみに限定されるものではない。
実施例1 水性懸濁重合法によりテトラフルオロエチレン/パー
フルオロ(プロピルビニルエーテル)共重合体(重量
比:97/3)を特開昭58−189210号公報の方法に従って製
造した。えられたPFAの末端基は−CH2OH、−COOCH3およ
び−COOHであり、炭素数106個あたりの個数はそれぞれ1
00、43および2個であった。
専用トレイに入れたこのPFA15gを箱型反応オーブンに
入れ密閉し、チッ素ガスで充分置換し、フッ素ガスとチ
ッ素ガスの混合ガス(フッ素ガス濃度10容量%)を1.0l
/分の流速で3時間通した。オーブン内は大気圧とし温
度は、180℃に保った。反応終了後、加熱を中止すると
共にチッ素ガスに切替え約1時間にわたってフッ素ガス
を充分に置換した。そのとき温度は30℃となっていた。
この段階で末端基の種類と個数を調べたところ、−CO
Fが28個で−COOHが3個(いずれも炭素数106個あたり)
であり、−CH2OHおよび−COOCH3は消滅していた。フッ
素ガス処理したPFAを反応オーブン内で、アンモニアガ
スとチッ素ガスの混合ガス(アンモニアガス濃度50容量
%)を2.0l/分の流速で30分間通すことによりアンモニ
アガス処理した。温度は室温(約30℃)であった。処理
後チッ素ガスを出口ガスが中性になるまで通したのちオ
ーブを大気に開放して中味を取り出し、末端基の分析と
溶融粘度の測定をしたところ、−CONH2の個数は15個
(炭素数106個あたり)であり、溶融粘度は7.5×104
イズであった。
同じ原料PFAを用いフッ素ガス処理の条件を第1表に
示すように変更して上記実験を行なった。結果を第1表
に示す。なお、上記実験例は第1表にサンプルNo.4とし
て記載してある。
また、えられたPFAのフッ素イオン抽出量も併記して
ある。フッ素イオン抽出量の測定は、試料(ペレット
状、フィルム状、粉末状など)10gと水5mlとメタノール
5mlと全イオン濃度活性緩衝液10mlとをポリエチレン製
のビンの中で充分混合して24時間放置したのち濾過し、
濾液をフッ素イオンメータ(オリオン社製のパブリケー
ション番号96−90−00)で測定した。
実施例2 実施例1でえたサンプルNo.1〜8のPFA粉末および未
処理(原料)PFA(サンプルNo.9)を用いて回転成形を
し、成形品の性状(発泡の数、収縮率、内容積)を調べ
た。結果を第1表に示す。
(回転成形) ブラスト処理した内容積3lのボトル成形用回転成形金
型(内径161mm)に離型剤を塗布したのち、各サンプル
を各600g投入し、内温を380℃に設定したオーブン中で
1時間回転成形(回転数:公転9.4rpm、自転23rpm)
し、冷却後金型から均一な2mm厚のボトル成形品を取り
出す。
(収縮率) 前記回転成形でえられた成形品ボトルの直径D(mm)
を測定し、つぎの式により求める。
(内容積) 純水で前記成形品ボトルを満たし、この水の量(ml)
をメスシリンダーで測定する。
(発泡の数) 前記成形品ボトルをナイフで縦に切断し、ボトル内面
に存在する気泡の数を目視で全部計数する。
第1表から明らかなとおり、−CONH2末端基の個数
(炭素数106個あたり)が7〜20個のもの(サンプルNo.
2、4、5、6)では発泡が少なく、寸法安定性(収縮
率)も許容できる範囲にある。なお、フッ素イオン抽出
量と発泡や収縮率との関係はキレイな相関関係にはない
が、抽出量がある程度ある方が発泡が少ない。
実施例3 実施例1でえたサンプルNo.4、8およびサンプルNo.9
(未処理)のPFA粉末をメルトインデクサー(タカラ工
業(株)製のMX−101)で押出成形(372℃で5分間放置
したのちピストンで押出す)してえられたストランドを
2mm毎にカットし、フッ素イオン抽出量と−COF末端基の
個数を調べた(処理1)。
また、PFAをあらかじめ熱処理(サンプル粉末20gをア
ルミカップに入れ380℃で5時間空気中で加熱する)し
た熱処理サンプルについても同様に押出成形し、フッ素
イオン抽出量および−COF末端基の個数を調べた(処理
2)。
結果を第2表に示す。
第2表から、本発明のPFAは加熱してもフッ素イオン
抽出量および−COF末端基数の増加が少なく、熱的に安
定なことがわかる。
[発明の効果] 本発明によれば、熱的に安定で粉体特性も優れたPFA
を提供することができ、このものを用いてえられる成形
品は発泡が少なく寸法安定性にも優れたものである。
フロントページの続き (72)発明者 宮谷 敏雄 大阪府摂津市西一津屋1番1号 ダイキ ン工業株式会社淀川製作所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08F 214/26 C08F 8/22 C08F 8/30

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】テトラフルオロエチレンと式: Rf−O−CF=CF2 (式中、Rfは炭素数3〜4のパーフルオロアルキル基)
    で表わされるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)
    の少なくとも1種との共重合体であって、パーフルオロ
    (アルキルビニルエーテル)単位を1〜10重量%含み、
    −CONH2末端基の数が炭素数106個あたり7〜20個であ
    り、−CH2OHおよび−COFを含まず、380℃における溶融
    粘度が0.1×104〜100×104ポイズであるテトラフルオロ
    エチレン共重合体。
  2. 【請求項2】テオラフルオロエチレンと式: Rf−O−CF=CF2 (式中、Rfは炭素数3〜4のパーフルオロアルキル基)
    で表わされるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)
    の少なくとも1種とからなり、パーフルオロ(アルキル
    ビニルエーテル)単位を1〜10重量%含む共重合体であ
    って、該共重合体をフッ素ガスと接触させて−COFおよ
    び−COOH末端基の合計数を炭素数106個あたり7〜40個
    にし、ついでアンモニアガスと接触させることにより−
    COFを完全に−CONH2に変換する請求項1記載のテトラフ
    ルオロエチレン共重合体の製法。
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