JP7177694B2 - 樹脂組成物、樹脂組成物の製造方法、成形体および成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
(組成)
本実施形態におけるフッ化ビニリデン重合体は、フッ化ビニリデンを主構成成分とする重合体である。「フッ化ビニリデンを主構成成分とする」とは、フッ化ビニリデン重合体がフッ化ビニリデンに由来する構成単位を50モル%以上含有することを言う。フッ化ビニリデン重合体は、フッ化ビニリデンに由来の構成単位を実質的に100質量%含有するフッ化ビニリデンの単独重合体であってもよいし、フッ化ビニリデンと共重合可能な他のモノマーに由来する構成単位をさらに含むフッ化ビニリデンの共重合体であってもよい。フッ化ビニリデンと共重合可能な他のモノマーとしては、テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニル、2,3,3,3-テトラフルオロプロペン、ペンタフルオロプロペン、ペルフルオロメチルビニルエーテルおよびペルフルオロプロピルビニルエーテルなどが挙げられる。他のモノマーは、一種でもそれ以上でもよい。他のモノマーに由来する構成単位の含有率は、全構成単位の合計の10モル%以下であることが好ましく、5モル%以下であることがより好ましく、2モル%以下であることがさらに好ましい。フッ化ビニリデン重合体は、単独で、あるいは2種類以上を組み合わせて使用することができる。
本実施形態におけるフッ化ビニリデン重合体は、フッ化ビニリデン重合体に含まれる異種結合の割合が、4%以上である。ここで、異種結合とは、頭尾結合される高分子中において、頭頭結合および尾尾結合のことを指す。例えば、フッ化ビニリデンの重合体では、通常、「CF2」と「CH2」とが交互に結合しているが、その中で、「CF2」同士または「CH2」同士が結合している部分がある。この「CF2」同士または「CH2」同士が結合している部分が異種結合である。
異種結合の割合(%)=[{(S1+S2)/2}/S0]×100 (1)
異種結合の割合が上述の範囲内であれば、アルキル四級アンモニウム硫酸塩を含んだ本実施形態に係る樹脂組成物を用いた場合に、1mm以上の厚みのある成形体の製造、190℃以上での樹脂組成物の成形であっても、得られる成形体において黄変を抑制することができる。なお、本明細書において「黄変が抑制されている」とは、YI値(イエローインデックス)が40以下となることを意図している。なお、YI値については後述する。
上述の黄変メカニズムの推測によれば、フッ化ビニリデン重合体の末端においては、変性末端が少ないことが好ましい。このような観点から、本実施形態におけるフッ化ビニリデン重合体は、赤外線吸収スペクトルにおける下記の式(2)で表される吸光度比(AR)が0.09以下であることが好ましい。
AR=A1700-1800/A3023 (2)
式(2)において、A1700-1800は1700~1800cm-1の範囲に検出されるカルボニル基の伸縮振動に由来する吸光度であり、A3023は3023cm-1付近に検出されるCHの伸縮振動に由来する吸光度である。よって、ARの値は、フッ化ビニリデン重合体中のカルボニル基の存在量を示す尺度となる。フッ化ビニリデン重合体を構成するモノマーにカルボニル基を含まない場合には、エステル末端およびカーボネート末端の存在量を示す尺度となる。なお、フッ化ビニリデン重合体を構成するモノマーとして、アクリル酸等のカルボニル基を含むモノマーを用いている場合には、吸光度比ARはモノマー中のカルボニル基の伸縮振動も反映した値となる。しかしながら、得られた吸光度比ARが0.09以下であれば、エステル末端、カーボネート末端におけるカルボニル基の伸縮振動のみを反映した吸光度比ARは、必然的に0.09より小さな値となる。
本実施形態におけるフッ化ビニリデン重合体の粘度は、成形加工性の観点から、インヘレント粘度が0.8~2.0dL/gであることが好ましく、0.8~1.3dL/gであることがより好ましく、0.9~1.2dL/gであることがさらに好ましい。インヘレント粘度は、フッ化ビニリデン重合体4gを1リットルのN,N-ジメチルホルムアミドに溶解させた溶液の30℃における対数粘度である。
(フッ化ビニリデン重合体の製造方法)
フッ化ビニリデン重合体の製造方法としては、例えば乳化重合、ソープフリー乳化重合、シード乳化重合、懸濁重合、ミニエマルション重合、および溶液重合等が挙げられる。そのなかでも、吸光度比を小さくできる観点から、乳化重合、ソープフリー乳化重合およびシード乳化重合が好ましい。
懸濁重合とは、懸濁剤などを含む水中で油溶性の重合開始剤を非水溶性のモノマーに溶かし、これを機械的撹拌により懸濁および分散させて行われる重合方法である。懸濁重合では、モノマー液滴中で重合が進行することで、フッ化ビニリデン重合体粒子が得られる。
本実施形態におけるアルキル四級アンモニウム硫酸塩は、式(3);
本実施形態に係る樹脂組成物は、本実施の形態の効果が得られる範囲において、他の成分をさらに含有していてもよい。当該他の成分は、一種でもそれ以上でもよい。樹脂組成物における添加剤の含有量は、本実施の形態の効果と添加剤による効果との両方が得られる範囲において適宜に決めることが可能である。上記の他の成分の例には、添加剤および上述以外の重合体が含まれる。添加剤の例には、熱安定剤、紫外線吸収剤、光安定剤、滑剤、可塑剤、ブルーイング剤、および着色防止剤が含まれる。
本実施形態における樹脂組成物の製造方法には、特に制限がなく、例えば、フッ化ビニリデン重合体の粉末またはペレットと、アルキル四級アンモニウム硫酸塩とを混合することによって、樹脂組成物を得ることができる。
本実施形態に係る成形体は、本実施形態の樹脂組成物から成形される、厚みが1mm以上の成形体である。成形体の形状は、後述の成形工程を実現可能な範囲において、適宜に決めることが可能である。厚み1mm以上の成形体とは、最も薄い部分における厚みが1mm以上である成形体を指す。また、厚みは、任意の複数回(例えば、5回)の厚み測定の平均値を意図している。本実施形態における樹脂組成物を用いることにより、厚み1mm以上の成形体においても、分光測色系を用いて測定したYI値が40以下であり、かつヘイズ40%以下を実現できる。さらには、厚み2mm以上の成形体においても、当該YI値およびヘイズを実現でき、さらには、厚み3mm以上の成形体においても、当該YI値およびヘイズを実現できる。すなわち、本実施形態に係る成形体の厚みは、1mm以上であり得、さらには2mm以上でもあり得、さらには3mm以上でもあり得る。
本実施形態の成形体は、従来のフッ化ビニリデン重合体の成形品の製造と同様に、射出成形またはプレス成形、カレンダー成形、押出成形、溶融紡糸等の公知の方法によって製造することができる。また、所望の成形体の形状に合わせてその製造方法を選択することができる。
射出成形は、例えば、樹脂組成物を射出成形機に供給し、加熱によって溶融させ、金型に流し込み、射出して冷却することで成形体を得る方法である。
プレス成形は、一般に、樹脂組成物を型内に収容し、圧縮成形機を用いて高温プレス(例えば、230℃で3分間、5MPaの圧力)した後、冷プレス(例えば、30℃で3分間)することで成形体を得る方法である。
成形体の製造方法は、本実施の形態の効果が得られる範囲において、他の工程をさらに含んでいてもよい。このような他の工程の例には、成形に先立って型を予熱する予熱工程、樹脂組成物の成形品を型内に作製する成形品作製工程、加熱加圧成形後の成形品を徐冷する徐冷工程、および、得られた成形体をアニール処理するアニール工程、が含まれる。
上述の製造方法によって得られる成形体の形状は様々であり、特に限定されない。得られる成形体の形状としては、例えば、射出成形体、パイプ状、丸棒状、角棒状、シート状、フィルム状、および繊維状等を挙げることができる。
以上の通り、本発明に係る樹脂組成物は、フッ化ビニリデン重合体を主成分として含む樹脂組成物であって、アルキル四級アンモニウム硫酸塩をさらに含み、前記フッ化ビニリデン重合体における異種結合の割合が4%以上である。
AR=A1700-1800/A3023
上記式において、A1700-1800は1700~1800cm-1における吸光度であり、A3023は3023cm-1における吸光度である。
(樹脂組成物1)
フッ化ビニリデン重合体100重量部に、テトラブチルアンモニウム硫酸水素塩(広栄化学工業社製、以下、「TBAHS」と略記)を1.0重量部になるように添加した。フッ化ビニリデン重合体としては、アルケマ社製Kynar(登録商標)740(フッ化ビニリデン単独重合体)を使用した。次いで、同方向2軸押出機(東芝機械社製 TEM-26)により、シリンダー温度190℃で押出し、ペレット状の樹脂組成物1を得た。
フッ化ビニリデン重合体をアルケマ社製Kynar(登録商標)1000HD(フッ化ビニリデン単独重合体)に変更した以外は、樹脂組成物1の製造と同様にして、樹脂組成物2を得た。
フッ化ビニリデン重合体をスリーエフ社製FR907(フッ化ビニリデン単独重合体)に変更した以外は、樹脂組成物1の製造と同様にして、樹脂組成物3を得た。
フッ化ビニリデン重合体をアルケマ社製Kynar(登録商標)2800-00(フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)に変更した以外は、樹脂組成物1の製造と同様にして、樹脂組成物4を得た。
フッ化ビニリデン重合体をソルベイ社製Solef6010/0001(フッ化ビニリデン単独重合体)に変更した以外は、樹脂組成物1の製造と同様にして、樹脂組成物5を得た。
フッ化ビニリデン重合体を次のように製造したフッ化ビニリデン単独重合体(PolymerA)に変更した以外は、樹脂組成物1の製造と同様にして、樹脂組成物6を得た。樹脂組成物6におけるフッ化ビニリデン重合体は、特許文献:国際公開WO2006/061988における実施例4に記載の重合体の製造条件と同一の条件により製造した。
TBAHSの量を0.7重量部に変更した以外は、樹脂組成物1の製造と同様にして、樹脂組成物7を得た。
TBAHSの量を3.0重量部に変更した以外は、樹脂組成物1の製造と同様にして、樹脂組成物8を得た。
TBAHSの量を5.0重量部に変更した以外は、樹脂組成物1の製造と同様にして、樹脂組成物9を得た。
TBAHSの代わりに、テトラエチルアンモニウム硫酸水素塩(東京化成工業社製、以下、「TEAHS」と略記)を用いた以外は、樹脂組成物1の製造と同様にして、樹脂組成物10を得た。
TBAHSの代わりに、テトラプロピルアンモニウム硫酸水素塩(Ardrich社製、以下、「TPAHS」と略記)を用いた以外は、樹脂組成物1の製造と同様にして、樹脂組成物11を得た。
フッ化ビニリデン重合体をソルベイ社製Solef11010/0001(フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)に変更した以外は、樹脂組成物1の製造と同様にして、樹脂組成物12を得た。
フッ化ビニリデン重合体をクレハ社製KF#1000(フッ化ビニリデン単独重合体)に変更した以外は、樹脂組成物1の製造と同様にして、樹脂組成物13を得た。
フッ化ビニリデン重合体をクレハ社製KF#2300(フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)に変更した以外は、樹脂組成物1の製造と同様にして、樹脂組成物14を得た。
各フッ化ビニリデン重合体における異種結合の割合、吸光度比、インヘレント粘度および融点は、以下のようにして求めた。結果を表1に示す。
フッ化ビニリデン重合体40mgを重水素ジメチルホルムアミド(D7-DMF)0.8mlに溶解し、室温下で19F-NMRを測定した。得られた19F-NMRのスペクトルにおける-91.6ppm、-92.1ppm、-94.7ppm、-113.5ppm、および-115.9ppmの位置の主要な5本のピークの面積の合計をS0、-113.5ppmのピークの面積をS1、-115.9ppmのピークの面積をS2として、次式により算出した。
異種結合の割合(%)=[{(S1+S2)/2}/S0]×100
(吸光度比)
フッ化ビニリデン重合体を、230℃で熱プレスして、厚み50μm以上100μm以下のプレスシートを作製した。作製したプレスシートのIRスペクトルを、赤外分光光度計FT/IR-4100(日本分光社製)を用いて、1500cm-1~4000cm-1範囲で測定し。下記式によって吸光度比ARを求めた。
上記式において、A1700-1800は1700~1800cm-1の範囲で検出されるカルボニル基の伸縮振動に由来の吸光度であり、A3023は3023cm-1付近に検出されるCHの伸縮振動に由来の吸光度である。具体的には、1660cm-1の吸光度と1900cm-1の吸光度とを結んだ線をベースラインとしたときの1700cm-1~1800cm-1における吸光度の最大値をA1700-1800とした。一方、2900cm-1の吸光度と3300cm-1の吸光度とを結んだ線をベースラインとしたときの3023±10 cm-1における吸光度の最大値をA3023とした。
成形体から微小片を切り出し、測定用のサンプルを作製した。このサンプルについて、示差走査熱量測定装置「DSC-1」(メトラー・トレド株式会社製)を用いて、30℃から230℃まで10℃/分で昇温させて測定を行った。成形体の融点は、昇温過程にて観察される結晶融解ピークにおけるピークトップの温度として求めた。
フッ化ビニリデン重合体80mgを20mlのN,N-ジメチルホルムアミドに溶解して、30℃の恒温槽内でウベローデ粘度計を用い次式によりインヘレント粘度ηiを求めた。
ηi=(1/C)・ln(η/ηo)
ここで、ηは重合体溶液の粘度、ηoは溶媒のN,N-ジメチルホルムアミド単独の粘度、Cは0.4(g/dl)である。
(成形体の製造)
得られた樹脂組成物をアルミ箔にはさみ、さらにステンレス鋼(SUS)板に挟んで圧縮成形機(神藤金属工業所社製、型式AYSR-5)を用いて200℃で5分間、5MPaの圧力でプレスした。次いで、プレス品をSUS板に挟んだまま直ちに30℃の冷プレスで3分間保持して冷却(急冷)した。これにより、シート状の成形体を作製した。成形体の厚みを、厚さ計「DG-925」(小野測器社製)を用い、1サンプルにつき5回ずつ測定して平均値を求めた。この平均値を成形体の厚みとした。
成形体のYI値は、測色色差計color meter ZE6000(日本電色工業株式会社製)を用いて成形体に白板を載せて反射法で測定し、ASTM D1925に従い算出した。また、成形体の任意の箇所4点を測定し、その平均値を成形体のYI値とした。
熱プレスの条件を、(A)230℃、2分間、5MPa、または(B)260℃、2分間、5MPaに変更した以外は、[成形体の製造および評価1]と同様にして、成形体を製造し、その評価を行った。なお、樹脂組成物としては、樹脂組成物1および6を使用した。結果を表3に示す。
Claims (8)
- フッ化ビニリデン重合体を主成分として含む樹脂組成物であって、
アルキル四級アンモニウム硫酸水素塩をさらに含み、
前記アルキル四級アンモニウム硫酸水素塩の含有量は、フッ化ビニリデン重合体100重量部に対して0.3重量部以上10重量部以下であり、
前記フッ化ビニリデン重合体はフッ化ビニリデンの単独重合体またはフッ化ビニリデンと他のモノマーとの共重合体であり、
前記他のモノマーは、テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニル、2,3,3,3-テトラフルオロプロペン、ペンタフルオロプロペン、ペルフルオロメチルビニルエーテルおよびペルフルオロプロピルビニルエーテルから選択される少なくとも一種であり、
前記共重合体における他のモノマーに由来する構成単位の含有率は、全構成単位の合計の10モル%以下であり、
前記フッ化ビニリデン重合体における異種結合の割合が4%以上6%未満であることを特徴とする樹脂組成物。 - 前記フッ化ビニリデン重合体は、赤外線吸収スペクトルにおける下記式で表される吸光度比(AR)が0.09以下である、請求項1に記載の樹脂組成物。
AR=A1700-1800/A3023
(上記式において、A1700-1800は1700~1800cm-1における吸光度であり、A3023は3023cm-1における吸光度である。) - 前記アルキル四級アンモニウム硫酸塩が、テトラエチルアンモニウム硫酸水素塩、テトラプロピルアンモニウム硫酸水素塩およびテトラブチルアンモニウム硫酸水素塩から選択される少なくとも1つである、請求項1または2に記載の樹脂組成物。
- 前記フッ化ビニリデン重合体は、フッ化ビニリデンの単独重合体またはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体である、請求項1~3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- フッ化ビニリデン重合体を主成分として含む樹脂組成物の成形体であって、
請求項1~4のいずれか1項に記載の樹脂組成物から形成されており、
40%以下のヘイズを有し、YI値が40以下であり、厚みが1mm以上であることを特徴とする成形体。 - フッ化ビニリデン重合体を主成分として含む樹脂組成物の製造方法であって、
異種結合の割合が4%以上6%未満であるフッ化ビニリデン重合体に、アルキル四級アンモニウム硫酸水素塩を添加することを含み、
前記アルキル四級アンモニウム硫酸水素塩の含有量は、フッ化ビニリデン重合体100重量部に対して0.3重量部以上10重量部以下であり、
前記フッ化ビニリデン重合体はフッ化ビニリデンの単独重合体またはフッ化ビニリデンと他のモノマーとの共重合体であり、
前記他のモノマーは、テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニル、2,3,3,3-テトラフルオロプロペン、ペンタフルオロプロペン、ペルフルオロメチルビニルエーテルおよびペルフルオロプロピルビニルエーテルから選択される少なくとも一種であり、
前記フッ化ビニリデン共重合体における他のモノマーに由来する構成単位の含有率は、全構成単位の合計の10モル%以下であることを特徴とする樹脂組成物の製造方法。 - フッ化ビニリデン重合体を主成分として含む樹脂組成物の成形体の製造方法であって、
190℃以上で前記樹脂組成物の成形を行う成形工程を含んでおり、
前記樹脂組成物として請求項1~4のいずれか1項に記載の樹脂組成物を用いることを特徴とする成形体の製造方法。 - 前記成形工程において、厚みが1mm以上である成形体を得る、請求項7に記載の成形体の製造方法。
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