JP4839616B2 - 含フッ素ポリマーの製造方法 - Google Patents
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Description
目的ポリマーのモノマー成分数をn(nは2以上の整数)、各モノマーの成分名をA1、A2、…An、目的ポリマー組成の各モノマー成分A1、A2、…Anの重量百分率をそれぞれa1、a2、…an(%)(ただし、aは
(a1−a’1×B):(a2−a’2×B)…(an−a’n×B)
によって各モノマーの追加モノマー組成重量比を算出し、該追加モノマー組成重量比の追加モノマーを含有する追加モノマーを添加する含フッ素ポリマーの製造方法に関する。
(1)目的ポリマーのモノマー成分数をnとする(nは2以上の整数)
(2)各モノマーの成分名をA1、A2、…Anとする(枝番は下記各成分の重量百分率の枝番に対応する)
(3)目的ポリマー組成の各モノマー成分の重量百分率をa1、a2、…an(%)とする(ただし、aは
(4)初期モノマー組成の各モノマー成分の重量百分率をa’1、a’2、…a’n(%)とする(ただし、a’は
(5)重合時気相モノマーの比重/目的ポリマーの比重=Bとする
(6)追加モノマー組成重量比は成分名A1、A2、…Anの順にそれぞれ
(a1−a’1×B):(a2−a’2×B)…(an−a’n×B)
とする。
(2)モノマーの成分名をA1、A2とする
(3)目的ポリマー組成の各モノマー成分の重量百分率をa1、a2(%)とする
(4)初期モノマー組成の各モノマー成分の重量百分率をa’1、a’2(%)とする
(5)重合時気相モノマーの比重/目的ポリマーの比重=Bとする
(6)追加モノマーA1:A2の組成重量比は
A1:A2=(a1−a’1×B):(a2−a’2×B)
となる。
VdF:HFP=60:40(重量比百分率)
=78:22(モル百分率)
である時の追加モノマー組成比計算方法をあげる。
(2)モノマーの成分名A1=VdF、A2=HFP
(3)目的ポリマー組成の各モノマー成分の重量百分率60、40(%)
(4)初期モノマー組成の各モノマー成分の重量百分率19、81(%)
(5)B=モノマー比重0.76/ポリマー比重1.80=0.42
(6)追加モノマーVdF:HFPの組成重量比は
VdF:HFP=(60−19×0.42):
(40−81×0.42)
=52:6
=90:10(重量百分率換算)
=95:5(モル百分率)
許容される範囲 VdF90〜100モル%、HFP0〜10モル%
具体的な例2として、目的ポリマー組成が、
VdF:TFE:HFP=50:20:30(重量比百分率)
=33:21:46(モル百分率)
である時の追加モノマー組成比計算方法をあげる。
(2)モノマーの成分名A1=VdF、A2=TFE、A3=HFP
(3)目的ポリマー組成の各モノマー成分の重量百分率
33、21、46(%)
(4)初期モノマー組成の各モノマー成分の重量百分率
6、5、90(%)
(5)B=モノマー比重0.69/ポリマー比重1.80=0.38
(6)追加モノマーVdF:TFE:HFPの組成重量比は
VdF:TFE:HFP=(33−6×0.38):
(21−5×0.38):(46−90×0.38)
=50:31:19(重量百分率換算)
=65:25:10(モル百分率)
許容される範囲 VdF60〜70モル%、TFE20〜30モル%、
HFP5〜15モル%
換算温度 TR=T/Tc
(式中、Tは重合時の実際の温度であり、TcはPeng−Robinson式を用いて算出した臨界温度である)
により決定されるものであり、同様に換算圧力とは、
換算圧力 PR=P/Pc
(式中、Pは重合時の実際の圧力であり、PcはPeng−Robinson式を用いて算出した臨界圧力である)
により決定されるものである。
ai=αi0.45724R2Tc 2/Pc
αi(T)=[1+mi(1−Tc 0.5)]2
mi=0.37464+1.54226ωi−0.26992ωi 2
bi=0.0778RTc/Pc
P:圧力
T:温度
Vm:体積
R :気体定数
Xi:モノマー成分iの組成比
Tc:モノマー成分iの臨界温度
Pc:モノマー成分iの臨界圧力
ωi:モノマー成分iの偏心因子
があげられ、具体例としては、たとえば
実質的にヨウ素を含まないとは、ポリマー中のヨウ素含有量が10ppm以下のことである。従来、ヨウ素を含む場合に重量平均分子量/数平均分子量が2.0以下のポリマーを容易に製造できることが知られているが、本発明によれば、ヨウ素を実質的に含まない場合においても、重量平均分子量/数平均分子量が3.0以下のポリマーを製造することができる。
(標準配合1)
含フッ素ポリマー 100重量部
ビスフェノールAF 2.17重量部
ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド 0.43重量部
高活性酸化マグネシウム 3重量部
カーボンブラックMT−C 20重量部
水酸化カルシウム 6重量部
(標準配合2)
含フッ素ポリマー 100重量部
ビスフェノールAF 2.17重量部
ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド 0.77重量部
高活性酸化マグネシウム 3重量部
カーボンブラックMT−C 20重量部
水酸化カルシウム 6重量部
(標準加硫条件1)
混練方法 :ロール練り
プレス加硫 :170℃で10分間
[但し、プレス圧力2〜3MPaに達した時点で約1分間減圧(約0.01MPa)]
オーブン加硫:230℃で24時間
(標準加硫条件2)
混練方法 :ロール練り
プレス加硫 :180℃で15分間
[但し、プレス圧力2〜3MPaに達した時点で約1分間減圧(約0.01MPa)]
オーブン加硫:230℃で24時間
このような組成物とすることで、非常に低粘度であるにもかかわらず、加硫効率が高く、成形加工性に優れ、しかも圧縮永久歪みが低い加硫フッ素ゴムを与えることができる。
<ポリマー組成測定>
19F−NMR:Bruker社製AC300P型
日本電子(株)製FX100型
Aspen Plus Ver.11.1(Aspen Tech社製)を使用した。各モノマーの臨界温度、臨界圧力、パラメーターは全てソフトに内蔵の値を使用した。
Tc : VdF 29.65℃、
TFE 33.3 ℃、
HFP 85.0 ℃
Pc : VdF 4.46 MPa/SQCM、
TFE 3.94 MPa/SQCM、
HFP 3.21 MPa/SQCM
ω : VdF 0.136、
TFE 0.226、
HFP 0.382
装置:HLC−8000(東ソー(株)製)
カラム:TSK gel GMHXL−H 2本
TSK gel G3000HXL 1本
TSK gel G2000HXL 1本
検出器:示差屈折率計
展開溶媒:テトラヒドロフラン
温度:35℃
試料濃度:0.2重量%
標準試料:単分散ポリスチレン各種((Mw/Mn)=1.14(Max))、TSK standard POLYSTYRENE(東ソー(株)製)
ASTM−D1646およびJIS K6300に準拠して測定する。
測定機器:(株)上島製作所製の自動ムーニー粘度計
ローター回転数:2rpm
測定温度:121℃
<圧縮永久歪み>
下記標準配合物1を下記標準加硫条件1で、また、下記標準配合物2を下記標準加硫条件2で、1次プレス加硫および2次オーブン加硫して0−リング(P−24)を作製し、JIS−K6301に準じて、1次プレス加硫後の圧縮永久歪みおよび2次オーブン加硫後の圧縮永久歪み(CS)を測定する(25%加圧圧縮下に200℃で72時間保持したのち25℃の恒温室内に30分間放置した試料を測定)
(標準配合1)
含フッ素ポリマー 100重量部
ビスフェノールAF 2.17重量部
ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド 0.43重量部
高活性酸化マグネシウム 3重量部
カーボンブラックMT−C 20重量部
水酸化カルシウム 6重量部
(標準加硫条件1)
混練方法 :ロール練り
プレス加硫 :170℃で10分間
[但し、プレス圧力2〜3MPaに達した時点で約1分間減圧(約0.01MPa)]
オーブン加硫:230℃で24時間
(標準配合2)
含フッ素ポリマー 100重量部
ビスフェノールAF 2.17重量部
ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド 0.77重量部
高活性酸化マグネシウム 3重量部
カーボンブラックMT−C 20重量部
水酸化カルシウム 6重量部
(標準加硫条件2)
混練方法 :ロール練り
プレス加硫 :180℃で15分間
[但し、プレス圧力2〜3MPaに達した時点で約1分間減圧(約0.01MPa)]
オーブン加硫:230℃で24時間
前記標準配合物1、2をそれぞれ前記標準加硫条件1、2で1次プレス加硫および2次オーブン加硫して厚さ2mmのシートとし、JIS−K6251に準じて測定する。
前記標準配合物1、2をそれぞれ前記標準加硫条件1、2で1次プレス加硫および2次オーブン加硫して厚さ2mmのシートとし、JIS−K6251に準じて測定する。
前記標準配合物1、2をそれぞれ前記標準加硫条件1、2で1次プレス加硫および2次オーブン加硫して厚さ2mmのシートとし、JIS−K6253に準じて測定する。
前記1次プレス加硫時にJSR型キュラストメータII型、およびV型を用いて170℃における加硫曲線を求め、最低粘度(ML)、加硫度(MH)、誘導時間(T10)および最適加硫時間(T90)を求める。
(シードポリマー粒子の製造)
攪拌装置として電磁誘導式攪拌装置を有する内容積1.8リットルの重合槽に、純水720g、10重量%のパーフルオロオクタン酸アンモニウム水溶液290g、およびマロン酸ジエチル0.6gを仕込み、系内をチッ素ガスで充分置換したのち減圧した。この操作を3回繰返し、減圧状態でVdF20gとHFP51gを仕込み、攪拌下に80℃まで昇温した。ついで、純水0.6gに溶解した過硫酸アンモニウム塩(APS)0.02gをチッ素ガスにて圧入して重合を開始した。重合圧力を2MPaとし、重合時の圧力低下を補うためにVdF/HFP混合モノマー(78/22(モル%))を連続的に供給し、攪拌下に重合を行なった。30分後に攪拌を止め、モノマーを放出して重合を停止した。
(シードポリマー粒子の製造)
攪拌装置として電磁誘導式攪拌装置を有する内容積1.8リットルの重合槽に、純水809g、10重量%のパーフルオロオクタン酸アンモニウム水溶液200g、系内を窒素ガスで充分置換したのち減圧にした。この操作を3回繰り返し、減圧状態でイソペンタン0.5mL仕込み、80℃での槽内組成がVdF/TFE/HFP=29.0/13.0/58.0モル%、槽内圧を1.4MPaになるよう各モノマーを仕込んだ。昇温終了後、純水20gに溶解した過硫酸アンモニウム塩(APS)0.67gを窒素ガスにて圧入して重合を開始した。重合圧力を1.4MPaとし、重合時の圧力低下を補うため、VdF/TFE/HFP混合モノマー(50/20/30(モル%))を連続的に供給し、攪拌下に重合を行った。重合終了までに、320gのモノマーを槽内に供給した。
(含フッ素ポリマーの製造)
参考例1と同じ攪拌装置を有する内容積1.8リットルの重合槽に、純水1258g、参考例1で製造したシードポリマー粒子の水性分散液(濃度16.3重量%)26.65g、およびマロン酸ジエチル4.91gを仕込み、系内をチッ素ガスで充分置換したのち減圧した。この操作を3回繰返し、減圧状態でVdF76gとHFP323gを仕込み、攪拌下に80℃まで昇温した。ついで、純水20gに溶解したAPS0.195gをチッ素ガスにて圧入して重合を開始し、以下(a)〜(c)の条件で重合を継続し、3時間後に攪拌を止め、モノマーを放出して重合を停止した。
参考例1と同じ攪拌装置を有する内容積1.8リットルの重合槽に、純水968g、参考例1で製造したシードポリマー粒子の水性分散液(濃度16.3重量%)17.4g、およびマロン酸ジエチル14.0gを仕込み、系内をチッ素ガスで充分置換したのち減圧した。この操作を3回繰返し、減圧状態でVdF117gとHFP508gを仕込み、攪拌下に80℃まで昇温した。ついで、純水17gに溶解したAPS0.3gをチッ素ガスにて圧入して重合を開始し、以下(a)および(b)の条件で重合を継続し、3時間後に攪拌を止め、モノマーを放出して重合を停止した。
マロン酸ジエチルを8g、APSを0.25gとしたこと以外は実施例2と同様にして含フッ素ポリマーを製造した。
マロン酸ジエチルを20g、APSを0.35gとしたこと以外は実施例2と同様にして含フッ素ポリマーを製造した。
初期モノマー仕込をVdF125g、HFP450gとし、マロン酸ジエチルを4.0g、APSを0.15gとし、連続的に供給するモノマーの組成比をVdF/HFP(78/22モル%)としたこと以外は実施例1と同様にして含フッ素ポリマーを製造した。重合開始前の気相部モノマーVdF/HFP組成比(モル)は42/58、終了時は32/68であった。
実施例1〜3、比較例1で得られた含フッ素ポリマー、およびG790(ダイキン工業(株)製、含フッ素ポリマー)を用い、下記の配合、加硫条件にしたがって、加硫フッ素ゴムを得た。
含フッ素ポリマー 100重量部
ビスフェノールAF 2.17重量部
ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド 0.43重量部
高活性酸化マグネシウム 3重量部
カーボンブラックMT−C 20重量部
水酸化カルシウム 6重量部
(標準加硫条件1)
混練方法 :ロール練り
プレス加硫 :170℃で10分間
[但し、プレス圧力2〜3MPaに達した時点で約1分間減圧(約0.01MPa)]
オーブン加硫:230℃で24時間
実施例4で得られた含フッ素ポリマーを用い、実施例5〜7で記載した標準配合と比較してベンジルトリフェニルホスホニウムクロライドを0.50重量部にのみ変更し、その他は実施例5〜7と同一の配合、加硫条件にしたがって、加硫フッ素ゴムを得た。
実施例2で得られた含フッ素ポリマーを加工助剤として、含フッ素ポリマー(ダイキン工業(株)製、G716(100%)、ムーニ粘度65)にブレンドした。混合割合は、重量比でそれぞれ加工助剤:含フッ素ポリマー=1:4、1:1とした。また、加工助剤以外の配合割合、および加硫条件は、前記実施例5〜7と同様である。
含フッ素ポリマー(ダイキン工業(株)製、G716(100%)、ムーニ粘度65)を用いた以外は、実施例5〜7と同様の条件で加硫フッ素ゴムを得た。加工助剤は、用いなかった。
(含フッ素ポリマーの製造)
参考例1と同じ攪拌装置を有する内容積1.8リットルの重合槽に、純水970g、参考例1で製造したシードポリマー粒子の水性分散液(濃度28.5重量%)27g、およびマロン酸ジエチル4gを仕込み、系内をチッ素ガスで充分置換したのち減圧した。この操作を3回繰返し、減圧状態でVdF17gとTFE21gとHFP536gを仕込み、攪拌下に80℃まで昇温した。ついで、純水15gに溶解したAPS0.2gをチッ素ガスにて圧入して重合を開始し、以下(a)〜(c)の条件で重合を継続し、3時間後に攪拌に初期の半量のAPSを追加した。4時間後に攪拌を止め、モノマーを放出して重合を停止した。
実施例1と同じ攪拌装置を有する内容積1.8リットルの重合槽に、純水970g、参考例2で製造したシードポリマーの水性分散液(濃度28.5重量%)27g、および、マロン酸ジエチル8g仕込み、系内を窒素ガスで十分に置換したのち減圧した。この操作を3回繰返し、減圧状態でVdFを17gとTFE21gとHFP536gを仕込み、攪拌下に80℃まで昇温した。ついで、純水15gに溶解したAPS0.25gを窒素ガスにて圧入して重合を開始し、以下(a)〜(c)の条件で重合を継続し、重合開始後3時間後および6時間後に、初期の半量のAPSを追加した。7.3時間後に攪拌を止めモノマーを放出して重合を停止した。
マロン酸ジエチルを11g、APSを0.45gにしたこと以外は実施例11と同様にして含フッ素ポリマーを製造した。
槽内組成がVdF/TFE/HFP=9.7/5.1/85.2モル%、槽内圧を6.3MPa、またマロン酸ジエチルを3.0g、APSを0.3gとし、連続的に供給するモノマーの組成比をVdF/TFE/HFP=50.0/20.0/30.0(モル%)としたこと以外は実施例11と同様にして含フッ素エラストマーを製造した。重合終了時の組成は、VdF/TFE/HFP=3.6/3.4/93.0(モル%)であった。
実施例11、比較例5で得られた含フッ素ポリマーを用い、下記の標準配合2、加硫条件にしたがって、加硫フッ素ゴムを得た。
含フッ素ポリマー 100重量部
ビスフェノールAF 2.17重量部
ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド 0.77重量部
高活性酸化マグネシウム 3重量部
カーボンブラックMT−C 20重量部
水酸化カルシウム 6重量部
(標準加硫条件2)
混練方法 :ロール練り
プレス加硫 :180℃で15分間
[但し、プレス圧力2〜3MPaに達した時点で約1分間減圧(約0.01MPa)]
オーブン加硫:230℃で24時間
Claims (5)
- ビニリデンフルオライド:ヘキサフルオロプロピレンがモル比で9:1〜5:5であり、かつテトラフルオロエチレンが0〜40モル%であるビニリデンフルオライド系共重合体である含フッ素ポリマーを反応槽内の気相部分における各モノマーの臨界温度、臨界圧力、およびそれぞれの組成比からPeng−Robinson式を用いて算出した臨界定数の換算温度が0.95以上、換算圧力が0.80以上の条件下で行われるバッチ式共重合法により製造する方法であって、
目的ポリマーのモノマー成分数をn(nは2以上の整数)、各モノマーの成分名をA1、A2、…An、目的ポリマー組成の各モノマー成分A1、A2、…Anの重量百分率をそれぞれa1、a2、…an(%)(ただし、aは
(a1−a’1×B):(a2−a’2×B)…(an−a’n×B)
によって各モノマーの追加モノマー組成重量比を算出し、該追加モノマー組成重量比の追加モノマーを含有する追加モノマーを添加する含フッ素ポリマーの製造方法。 - 重合時の圧力が4MPa以上である請求項1記載の含フッ素ポリマーの製造方法。
- 重合時の圧力が3MPa以上である請求項1記載の含フッ素ポリマーの製造方法。
- ビニリデンフルオライドおよびヘキサフルオロプロピレンからなる共重合体であって、ビニリデンフルオライド:ヘキサフルオロプロピレンがモル比で9:1〜5:5であり、かつテトラフルオロエチレンを0〜40モル%含み、さらに重量平均分子量が14万以下、重量平均分子量/数平均分子量が3.0以下であり、実質的にヨウ素を含まず、以下の標準配合1または2、および標準加硫条件1または2で加硫したときの200℃×72時間での圧縮永久歪みが30%以下である含フッ素ポリマー。
(標準配合1)
含フッ素ポリマー 100重量部
ビスフェノールAF 2.17重量部
ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド 0.43重量部
高活性酸化マグネシウム 3重量部
カーボンブラックMT−C 20重量部
水酸化カルシウム 6重量部
(標準配合2)
含フッ素ポリマー 100重量部
ビスフェノールAF 2.17重量部
ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド 0.77重量部
高活性酸化マグネシウム 3重量部
カーボンブラックMT−C 20重量部
水酸化カルシウム 6重量部
(標準加硫条件1)
混練方法 :ロール練り
プレス加硫 :170℃で10分間
[但し、プレス圧力2〜3MPaに達した時点で1分間減圧(0.01MPa)]
オーブン加硫:230℃で24時間
(標準加硫条件2)
混練方法 :ロール練り
プレス加硫 :180℃で15分間
[但し、プレス圧力2〜3MPaに達した時点で1分間減圧(0.01MPa)]
オーブン加硫:230℃で24時間 - 請求項4記載の含フッ素ポリマー、加硫剤、および加硫促進剤からなる含フッ素ポリマー組成物。
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