JP7311825B2 - 変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液 - Google Patents
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Description
R1O-[CH2CH2O]n-[R2O]mR3 (I)
[式中、R1は、少なくとも6個の炭素原子、好ましくは8~18個の炭素原子を有する直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基を表し、R2は、3又は4個の炭素原子を有するアルキレン単位を表し、R3は、水素、C1~C3アルキル基、又はC1~C3ヒドロキシアルキル基を表し、nは、0~40の値を有し、mは、0~40の値を有し、n+mの合計は、少なくとも2である]に対応する少なくとも1種の非フッ素化非イオン性界面活性剤と、を含む、水性分散液であって、該コア-シェルポリマーは、該コアより大きい分子量を有する外側シェルを含有し、該分散液は、式
Y-Rf-Z-M
[式中、Yは、水素、Cl、又はFを表し、Rfは、直鎖又は分岐鎖の全フッ素化又は部分フッ素化アルキレンを表し、アルキレン鎖は、酸素原子によって1回又は2回以上中断されてもよく、Zは、1種又は複数種の酸アニオンを表し、Mは、1種又は複数種のカウンターカチオンを表す]に対応するフッ素化乳化剤を本質的に含まず、本質的に含まずとは、該分散液の重量に対して0ppmを含む50ppm未満の量を意味する、水性分散液が記載されている。
R3-O-A1-H (i)
(式中、R3は、炭素数8~18の直鎖状若しくは分岐鎖状の1級又は2級アルキル基であり、A1は、ポリオキシアルキレン鎖である。)により表される化合物を含むことが好ましい。
CHR31R32- (i-1)
(式中、R31は、水素原子又は炭素数1~16のアルキル基を表し、R32は、炭素数1~17のアルキル基を表し、R31とR32の合計炭素数は7~17である)で表されるアルキル基であることが好ましい。
含フッ素アニオン界面活性剤の存在下でテトラフルオロエチレン及び変性モノマーを乳化重合して変性ポリテトラフルオロエチレンを含む分散液を得る工程A、
工程Aで得られた分散液に非イオン性界面活性剤(1)を添加する工程B、
工程Bで得られた分散液から含フッ素アニオン界面活性剤を除去し、更に、濃縮する工程、又は、工程Bで得られた分散液を濃縮し、更に、含フッ素アニオン界面活性剤を除去する工程である工程C、及び、
工程Cで得られた分散液に非イオン性界面活性剤(2)及びフッ素非含有アニオン界面活性剤を添加する工程D、
を含み、
変性ポリテトラフルオロエチレンは、0.050質量%以上、1.00質量%以下の変性モノマーに基づく重合単位を含む
ことを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液の製造方法を提供する。
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)、(パーフルオロアルキル)エチレン及び環状型モノマーからなる群より選択される少なくとも1種の変性モノマーとを重合して上記コアを製造する工程A-1と、テトラフルオロエチレン及び上記変性モノマーに加え、ヘキサフルオロプロピレン及び連鎖移動剤からなる群より選択される少なくとも1種を重合して上記シェルを製造する工程A-2と、を含むことが好ましい。
R4-O-A2-H (1)
(式中、R4は、1分子あたりの平均メチル基数が2.0以上である炭素数8~18の直鎖状若しくは分岐鎖状の1級又は2級アルキル基であり、A2は、平均オキシエチレン単位数が7.0~12.0であり、平均オキシプロピレン単位数が0.0~2.0であるポリオキシアルキレン鎖である。)により表される化合物であることが好ましい。
R5-O-A3-H (2)
(式中、R5は、1分子あたりの平均メチル基数が2.0以上である炭素数8~18の直鎖状若しくは分岐鎖状の1級又は2級アルキル基であり、A3は、平均オキシエチレン単位数が10.0~12.0であるポリオキシアルキレン鎖である。)により表される化合物であることが好ましい。
上記高沸点多価アルコール(B)および解重合性アクリル樹脂粒子(C)の配合量が変性ポリテトラフルオロエチレン(A)100質量部に対してそれぞれ5~18質量部および5~25質量部であり、かつ酸化剤およびアミン系溶剤を含まない変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液を提供する。
上記観点から、比率[55℃における粘度/25℃における粘度]は、3.00以下がより好ましく、2.00以下が更に好ましい。
VTTは、PTFE水性分散液の粘度-温度依存性を表す。VTTは、PTFE水性分散液を25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃において、各温度に上昇させて30分間保持したのち、B型回転粘度計を用い、後述の実施例に示す条件で測定することにより得られる。VTT点は、25℃で測定した時と同じ値に粘度が再度達する温度である。なお、80mPa・s以上の場合、粘度測定において測定時間とともに粘度上昇現象が起きるため、測定開始5分後、10分後の粘度を測定し、その平均値を採用する。
非イオン性界面活性剤の量が多すぎると、粘度が高くなりすぎるおそれがあり、少なすぎると、貯蔵安定性や機械的安定性が低くなるおそれがある。
R3-O-A1-H (i)
(式中、R3は、炭素数8~18の直鎖状若しくは分岐鎖状の1級又は2級アルキル基であり、A1は、ポリオキシアルキレン鎖である。)により表される化合物が挙げられる。
R3の炭素数は8~16が好ましく、10~14がより好ましい。R3の炭素数が上記範囲であると水性分散液中の変性PTFEとの親和性が高く、55℃におけるより低い粘度及び優れた機械的安定性を達成することができる。
CHR31R32- (i-1)
(式中、R31は、水素原子又は炭素数1~16のアルキル基を表し、R32は、炭素数1~17のアルキル基を表し、R31とR32の合計炭素数は7~17である。)で表されるアルキル基であることが好ましい。上記R31としては、水素原子又は炭素数1~15のアルキル基がより好ましく、水素原子又は炭素数1~12のアルキル基が更に好ましく、水素原子又は炭素数1~10のアルキル基が更により好ましい。また、R32としては、炭素数1~15のアルキル基がより好ましく、炭素数1~14のアルキル基が更に好ましく、炭素数1~13のアルキル基が更により好ましい。
上記R3は、平均メチル基数が2.0以上である炭素数8~18のアルキル基であることが好ましい。上記R3の平均メチル基数は2.5以上がより好ましく、3.0以上が更に好ましく、3.5以上が殊更好ましく、4.0以上が特に好ましい。R3の平均メチル基数の上限は、12が好ましく、10がより好ましく、8が更に好ましい。
本明細書において、平均メチル基数は、試料にメタノールを添加してソックスレー抽出を行ったのち、抽出液を1H-NMRにて測定することにより求める値である。
例えば、上記一般式(i)のA1の平均オキシエチレン単位数が7.0~12.0であり、平均オキシプロピレン単位数が0.0~2.0であるポリオキシアルキレン鎖である化合物と、上記一般式(i)のA1の平均オキシエチレン単位数が10.0~12.0であるポリオキシアルキレン鎖である化合物との混合物であってもよい。
また、例えば、上記一般式(i)のA1の平均オキシエチレン単位数が7.0以上、10.0未満である化合物と、上記一般式(i)のA1の平均オキシエチレン単位数が10.0以上12.0以下であるポリオキシアルキレン鎖である化合物との混合物であってもよい。
特に、オキシエチレン単位を含むことが好ましく、平均オキシエチレン単位数が7.0以上であることが好ましく、8.0以上がより好ましく、14.0以下が好ましく、13.0以下がより好ましく、12.0以下が更に好ましい。
本明細書において、平均オキシアルキレン単位数は、試料にメタノールを添加してソックスレー抽出を行ったのち、抽出液を1H-NMRにて測定することにより求める値である。
変性PTFE水性分散液の粘度および機械的安定性の点からは、平均オキシエチレン単位数7.0~12.0および平均オキシプロピレン単位数0.0~2.0より構成されるポリオキシアルキレン鎖が好ましい。A1が平均プロピレン単位数を0.5~1.5有すると低起泡性が良好である点で好ましい。
上記HLBは、Griffinの算出式[HLB=E/5(式中、Eは、分子中の酸化エチレンの重量%);HLB=(E+P)/5(式中、Eは、上記定義したもの。Pは、分子中の多価アルコールの重量%);HLB=20(1-S/N)/5(式中、Sは、エステルのケン化値。Nは、エステルを構成する脂肪酸の中和値)]を用い、算出した値を意味する。
上記HLBは、2種以上の非イオン性界面活性剤を用いた場合、それぞれの非イオン性界面活性剤のHLBとその質量割合から算出する。例えば、非イオン性界面活性剤の全含有量に対して、HLBが14.00の非イオン性界面活性剤が60質量%であり、HLBが15.00の非イオン性界面活性剤が40質量%である場合には、HLB=14.00×0.6+15.00×0.4=14.40となる。
例えば、本開示の水性分散液は、曇点が30℃以上60℃以下の非イオン性界面活性剤と、曇点が60℃超90℃以下の非イオン性界面活性剤とを含むことが好ましく、曇点が35~60℃の非イオン性界面活性剤と、曇点が65~80℃の非イオン性界面活性剤とを含むことがより好ましい。曇点の高い非イオン性界面活性剤を使用すると機械的安定性を向上させることができる。また、曇点の異なる非イオン性界面活性剤を添加すると消泡剤を添加せずに泡立ちを抑制することもできる。
本明細書において、上記変性モノマー単位とは、変性PTFEの分子構造の一部分であって変性モノマーに由来する部分を意味する。
CF2=CF-ORf (A)
(式中、Rfは、パーフルオロ有機基を表す。)で表されるパーフルオロ不飽和化合物等が挙げられる。本明細書において、上記「パーフルオロ有機基」とは、炭素原子に結合する水素原子が全てフッ素原子に置換されてなる有機基を意味する。上記パーフルオロ有機基は、エーテル酸素を有していてもよい。
一般式:CF2=CF-CF2-ORf11
(式中、Rf11は、パーフルオロ有機基を表す。)で表されるフルオロモノマーが挙げられる。
上記一般式(ii)で表されるビニルヘテロ環状体としては、X2及びX3がフッ素原子、R1及びR2がパーフルオロメチル基であるパーフルオロ-2,2-ジメチル-1,3-ジオキソール〔PDD〕が好ましい。
CH2=CH-Rf1 (3a)
(式中、Rf1は炭素数が1~10のパーフルオロアルキル基である。)
CF2=CF-O-Rf2 (3b)
(式中、Rf2は炭素数が1~2のパーフルオロアルキル基である。)
CF2=CF-O-(CF2)nCF=CF2 (3c)
(式中、nは1又は2である。)
また、上記変性モノマーは、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)及び(パーフルオロアルキル)エチレンからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)を含むことがより好ましく、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)〔PPVE〕を含むことが更に好ましい。
上記ヘキサフルオロプロピレン単位、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)単位及び(パーフルオロアルキル)エチレン単位の合計量は、変性PTFEに対して、0.050質量%以上、1.00質量%以下の範囲であることが好ましい。上記合計量の下限としては、0.070質量%がより好ましく、0.10質量%が更に好ましく、0.15質量%が更により好ましく、0.20質量%が殊更に好ましく、0.25質量%が特に好ましい。上限としては、0.90質量%が好ましく、0.50質量%がより好ましく、0.45質量%が更に好ましく、0.40質量%が更により好ましく、0.35質量%が特に好ましい。
上記変性モノマー(4)における親水基としては、例えば、-NH2、-PO3M、-OPO3M、-SO3M、-OSO3M、-COOM(各式において、Mは、H、金属原子、NR7 4、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウム、R7は、H又は有機基であり、同一でも異なっていてもよい。いずれか2つがお互いに結合して、環を形成してもよい。)が挙げられる。上記親水基としては、なかでも、-SO3M及び-COOMが好ましい。上記金属原子としてはアルカリ金属が好ましく、アルカリ金属としては、Na、K等が挙げられる。
CXiXk=CXjRa-(CZ1Z2)k-Y3 (4)
(式中、Xi、Xj及びXkは、それぞれ独立して、F、Cl、H又はCF3であり;Y3は、親水基であり;Raは連結基であり;Z1及びZ2は、それぞれ独立して、H、F又はCF3であり、kは0又は1である)で表される化合物が好ましい。
上記親水基としては、例えば、-NH2、-PO3M、-OPO3M、-SO3M、-OSO3M、-COOM(各式において、Mは、H、金属原子、NR7 4、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウム、R7は、H又は有機基であり、同一でも異なっていてもよい。いずれか2つがお互いに結合して、環を形成してもよい。)が挙げられる。上記親水基としては、なかでも、-SO3M又は-COOMが好ましい。R7としては、H又はC1-10の有機基が好ましく、H又はC1-4の有機基がより好ましく、H又はC1-4のアルキル基が更に好ましい。
上記金属原子としては、1価又は2価の金属原子が挙げられ、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)等が挙げられ、Na、K又はLiが好ましい。
上記連結基は、鎖状又は分岐状、環状又は非環状構造、飽和又は不飽和、置換又は非置換であってよく、所望により硫黄、酸素、及び窒素からなる群から選択される1つ以上のヘテロ原子を含み、所望によりエステル、アミド、スルホンアミド、カルボニル、カーボネート、ウレタン、尿素及びカルバメートからなる群から選択される1つ以上の官能基を含んでよい。上記連結基は、炭素原子を含まず、酸素、硫黄又は窒素等のカテナリーヘテロ原子であってもよい。
Raが2価の有機基である場合、炭素原子に結合する水素原子は、フッ素以外のハロゲン、例えば塩素等で置き換えられてもよく、二重結合を含んでも含まなくてもよい。また、Raは、鎖状及び分岐状のいずれでもよく、環状及び非環状のいずれでもよい。また、Raは、官能基(例えば、エステル、エーテル、ケトン、アミン、ハロゲン化物等)を含んでもよい。
Raはまた、非フッ素の2価の有機基であってもよいし、部分フッ素化又は過フッ素化された2価の有機基であってもよい。
Raとしては、例えば、炭素原子にフッ素原子が結合していない炭化水素基、炭素原子に結合する水素原子の一部がフッ素原子で置換された炭化水素基、炭素原子に結合する水素原子の全てがフッ素原子で置換された炭化水素基、-(C=O)-、-(C=O)-O-、又は、-(C=O)-を含有する炭化水素基であってもよく、これらは酸素原子を含んでいてもよく、二重結合を含んでいてもよく、官能基を含んでいてもよい。
CF2=CF-(CF2)n1-Y3 (4a)
(式中、n1は、1~10の整数を表し、Y3は、-SO3M1又は-COOM1を表し、M1は、H、NH4又はアルカリ金属を表す。)
CF2=CF-(CF2C(CF3)F)n2-Y3 (4b)
(式中、n2は、1~5の整数を表し、Y3は、前記定義と同じ。)
CF2=CF-O-(CFX1)n3-Y3 (4c)
(式中、X1は、F又はCF3を表し、n3は、1~10の整数を表し、Y3は、前記定義と同じ。)
CF2=CF-O-(CF2CFX1O)n4-CF2CF2-Y3 (4d)
(式中、n4は、1~10の整数を表し、Y3及びX1は、前記定義と同じ。)
CX2 2=CFCF2-O-(CF(CF3)CF2O)n5-CF(CF3)-Y3 (4e)
(式中、各X2は、同一であり、F又はHを表す。n5は、0又は1~10の整数を表し、Y3は、前記定義と同じ。)
上記アルカリ金属としては、Na、K等が挙げられる。
上記式(4c)において、上記n3は、水溶性の点で5以下の整数であることが好ましく、上記Y3は、適度な水溶性及び界面活性が得られる点で、-COOM1であることが好ましく、上記M1は、分散安定性がよくなる点で、H又はNH4であることが好ましい。
コア:変性PTFE シェル:TFE単独重合体
コア:変性PTFE シェル:変性PTFE
コア:TFE単独重合体 シェル:変性PTFE
上記の構造はそれぞれ、高分子量と低分子量の態様を取り得る。例えば、高分子量の変性PTFEのコアと、低分子量のTFE単独重合体のシェルの構造、高分子量の変性PTFEのコアと、低分子量の変性PTFEのシェルの構造、高分子量のTFE単独重合体のコアと、低分子量の変性PTFEのシェルの構造、低分子量の変性PTFEのコアと、高分子量のTFE単独重合体のシェルの構造、低分子量の変性PTFEのコアと、高分子量の変性PTFEのシェルの構造、低分子量のTFE単独重合体のコアと、高分子量の変性PTFEのシェルの構造を取り得る。
上記TFEを含むモノマー組成物は、TFEのみを含むものであってもよいし、TFEと変性モノマーとを含むものであってもよい。
PFAEとしては、PFBE、(パーフルオロヘキシル)エチレン等が挙げられ、PFBEが好ましい。
上記環状型モノマーとしては、上述した一般式(ii)で表されるビニルヘテロ環状体が挙げられるが、パーフルオロ-2,2-ジメチル-1,3-ジオキソール〔PDD〕が好ましい。
上記連鎖移動剤において、非過酸化有機化合物、水溶性有機過酸化物及び過硫酸塩は、それぞれ1種又は2種以上を用いることができる。
本明細書において、上記「リダクションレシオ1500における押出し圧力」は、下記手順に従って測定する。
本開示の第1の変性PTFE水性分散液をメタノールにて凝固させ、得られた湿潤PTFE粉末を更にメタノールにてソックスレー抽出を行ない、非イオン性界面活性剤含む添加物を取り除く。取り除いた湿潤PTFE粉末を150℃で18時間乾燥してPTFE粉末を得る。
もしくは、重合上がりの、即ち非イオン性界面活性剤を加える前のPTFE水性分散液のPTFE濃度を10~15質量%になるように脱イオン水で希釈した後、機械的剪断を与えて湿潤PTFE粉末を得る。この湿潤PTFE粉末を150℃で18時間乾燥してPTFE粉末を得る。
得られたPTFE粉末100質量部(60g)に対して押出助剤として炭化水素油(商品名:アイソパーG、エクソン化学社製)を20.5質量部(12.3g)添加し、室温(25±1℃)で1時間熟成し、内径25.4mmのシリンダー付き押出ダイ(リダクションレシオ1500)でペースト押出成形を実施する。押出後半において、圧力が平衡状態になる部分の圧力をシリンダー断面積で除した値を、リダクションレシオ1500における押出し圧力とする。
上記平均一次粒子径は、樹脂固形分濃度を0.15質量%に調整した水性分散液の単位長さに対する550nmの投射光の透過率と、透過型電子顕微鏡写真における定方向径を測定して決定した数基準長さ平均一次粒子径との検量線をもとにして、上記透過率から決定した。
上記アスペクト比は、固形分濃度が約1質量%となるように希釈した変性PTFE水性分散液を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した200個以上の粒子について画像処理を行い、その長径と短径の比の平均より求める。
上記非溶融二次加工性とは、ASTM D-1238及びD-2116に準拠して、結晶化融点より高い温度でメルトフローレートを測定できない性質、すなわち溶融温度領域でも容易に流動しない性質を意味する。
本開示の第1の変性PTFE水性分散液は、含フッ素界面活性剤を実質的に含まないにも関わらず、高温での粘度を低くし、高温での機械的安定性を優れたものとすることができる。
含フッ素界面活性剤の含有量は、好ましくは700ppb以下であり、より好ましくは600ppb以下であり、更に好ましくは500ppb以下である。
含フッ素界面活性剤の含有量は、また、検出下限の量以上であってよく、定量下限の量以上であってもよく、100ppb以上であってもよい。
本開示の組成物において、含フッ素界面活性剤の含有量は、後述する実施例に記載するように、液体クロマトグラフィー質量分析法を用いて測定した値である。具体的には、下記方法で測定できる。
[含フッ素界面活性剤の含有量測定方法]
水性分散液の固形分を測定し、PTFE固形分1.5gに相当する量の水性分散液を100mLスクリュー管に秤量する。その後、水性分散液中に含まれている水と合わせ、抽出溶媒が37gの水/メタノール=10/90質量%となるように水とメタノールを加え、凝析するまでよく振とうする。液相を抜き出して4000rpmで1時間遠心分離を行い、上澄み液を抽出する。なお、このようなメタノール抽出の代わりに、水性分散液にメタノールを添加してソックスレー抽出を行う方法を用いてもよい。
上記で得られた抽出液中の含フッ素界面活性剤について、液体クロマトグラフ質量分析計を用いて測定を行う。
上記含フッ素アニオン界面活性剤は、例えば、下記一般式(N0)におけるアニオン基Y0を除く部分の総炭素数が20以下のフッ素原子を含む界面活性剤であってよい。
なお、上記「アニオン部分」は、上記含フッ素界面活性剤のカチオンを除く部分を意味する。例えば、後述する式(I)で表されるF(CF2)n1COOMの場合には、「F(CF2)n1COO」の部分である。
上記LogPOWは、カラム;TOSOH ODS-120Tカラム(φ4.6mm×250mm、東ソー(株)製)、溶離液;アセトニトリル/0.6質量%HClO4水=1/1(vol/vol%)、流速;1.0ml/分、サンプル量;300μL、カラム温度;40℃、検出光;UV210nmの条件で、既知のオクタノール/水分配係数を有する標準物質(ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸及びデカン酸)についてHPLCを行い、各溶出時間と既知のオクタノール/水分配係数との検量線を作成し、この検量線に基づき、試料液におけるHPLCの溶出時間から算出する。
Xn0-Rfn0-Y0 (N0)
(式中、Xn0は、H、Cl又は及びFである。Rfn0は、炭素数3~20で、鎖状、分枝鎖状または環状で、一部または全てのHがFにより置換されたアルキレン基であり、該アルキレン基は1つ以上のエーテル結合を含んでもよく、一部のHがClにより置換されていてもよい。Y0はアニオン基である。)で表される化合物が挙げられる。
Y0のアニオン基は、-COOM、-SO2M、又は、-SO3Mであってよく、-COOM、又は、-SO3Mであってよい。
Mは、H、金属原子、NR7 4、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウムであり、R7は、H又は有機基である。
上記金属原子としては、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)等が挙げられ、例えば、Na、K又はLiである。
R7としては、H又はC1-10の有機基であってよく、H又はC1-4の有機基であってよく、H又はC1-4のアルキル基であってよい。
Mは、H、金属原子又はNR7 4であってよく、H、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)又はNR7 4であってよく、H、Na、K、Li又はNH4であってよい。
上記Rfn0は、Hの50%以上がフッ素に置換されているものであってよい。
下記一般式(N1):
Xn0-Rfm-Y0 (N1)
(式中、Xn0は、H、Cl及びFであり、Rfmは3~15の炭素原子を有する直鎖又は分岐鎖のパーフルオロアルキレン基であり、Y0は、上記定義したものである。)で表される化合物(より具体的には、下記一般式(N1a):
Xn0-(CF2)m1-Y0 (N1a)
(式中、Xn0は、H、Cl及びFであり、m1は3~15の整数であり、Y0は、上記定義したものである。)で表される化合物)、下記一般式(N2):
Rfn1-O-(CF(CF3)CF2O)m2CFXn1-Y0 (N2)
(式中、Rfn1は、炭素数1~5のパーフルオロアルキル基であり、m2は、0~3の整数であり、Xn1は、F又はCF3であり、Y0は、上記定義したものである。)で表される化合物、下記一般式(N3):
Rfn2(CH2)m3-(Rfn3)q-Y0 (N3)
(式中、Rfn2は、炭素数1~13のエーテル結合を含み得る、部分または完全フッ素化されたアルキル基であり、m3は、1~3の整数であり、Rfn3は、直鎖状又は分岐状の炭素数1~3のパーフルオロアルキレン基であり、qは0又は1であり、Y0は、上記定義したものである。)で表される化合物、下記一般式(N4):
Rfm4-O-L4-Y0 (N4)
(式中、Rfm4は、エーテル結合及び塩素原子からなる群より選択される少なくとも1種を含み得る直鎖状または分枝鎖状の部分または完全フッ素化された脂肪族基であり、L4は、部分または完全フッ素化された直鎖状のアルキレン基又は脂肪族炭化水素基を表し、Y0は、上記定義したものである。)で表される化合物(より具体的には、下記一般式(N4a):
Rfn4-O-(CYn1Yn2)pCF2-Y0 (N4a)
(式中、Rfn4は、炭素数1~12のエーテル結合及び塩素原子からなる群より選択される少なくとも1種を含み得る直鎖状または分枝鎖状の部分または完全フッ素化されたアルキル基であり、Yn1及びYn2は、同一若しくは異なって、H又はFであり、pは0又は1であり、Y0は、上記定義したものである。)で表される化合物)、及び、下記一般式(N5):
F(CF2)n1COOM (I)
(式中、n1は、3~14の整数であり、Mは、H、金属原子、NR7 4、置換基を有していてもよいイミダゾリウム、置換基を有していてもよいピリジニウム又は置換基を有していてもよいホスホニウムであり、R7は、H又は有機基である。)で表されるものである。
H(CF2)n2COOM (II)
(式中、n2は、4~15の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf1-O-(CF(CF3)CF2O)n3CF(CF3)COOM (III)
(式中、Rf1は、炭素数1~5のパーフルオロアルキル基であり、n3は、0~3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
上記パーフルオロポリエーテルカルボン酸(III)としては、総炭素数7以下、かつLogPOW3.5以下のパーフルオロポリエーテルカルボン酸が好ましい。上記総炭素数は、特に5~7が好ましい。また、上記LogPOWは3.4以下がより好ましい。
Rf2(CH2)n4Rf3COOM (IV)
(式中、Rf2は、炭素数1~5のパーフルオロアルキル基であり、Rf3は、直鎖状又は分岐状の炭素数1~3のパーフルオロアルキレン基、n4は、1~3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf4-O-CY1Y2CF2-COOM (V)
(式中、Rf4は、炭素数1~12のエーテル結合及び塩素からなる群より選択される少なくとも1種を含み得る直鎖状または分枝鎖状の部分または完全フッ素化されたアルキル基であり、Y1及びY2は、同一若しくは異なって、H又はFであり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
F(CF2)n5SO3M (VI)
(式中、n5は、3~14の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
H(CF2)n6SO3M (VII)
(式中、n6は、4~14の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf5(CH2)n7SO3M (VIII)
(式中、Rf5は、炭素数1~13のパーフルオロアルキル基であり、n7は、1~3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf6(CH2)n8COOM (IX)
(式中、Rf6は、炭素数1~13のエーテル結合を含み得る直鎖状または分岐鎖状の部分または完全フッ素化されたアルキル基であり、n8は、1~3の整数であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf7-O-Rf8-O-CF2-COOM (X)
(式中、Rf7は、炭素数1~6のエーテル結合及び塩素からなる群より選択される少なくとも1種を含み得る直鎖状または分枝鎖状の部分または完全フッ素化されたアルキル基であり、Rf8は、炭素数1~6の直鎖状または分枝鎖状の部分または完全フッ素化されたアルキル基であり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Rf9-O-CY1Y2CF2-SO3M (XI)
(式中、Rf9は、炭素数1~12のエーテル結合を含み得る直鎖状または分枝鎖状であって、塩素を含んでもよい、部分または完全フッ素化されたアルキル基であり、Y1及びY2は、同一若しくは異なって、H又はFであり、Mは、上記定義したものである。)で表されるものである。
Y0は、-COOM、-SO2M、又は、-SO3Mであってよく、-SO3M、又は、COOMであってよい(式中、Mは上記定義したものである。)。
Lとしては、例えば、単結合、炭素数1~10のエーテル結合を含みうる部分又は完全フッ素化されたアルキレン基が挙げられる。
主鎖の途中に存在するエーテル性酸素は1個以上であり、1~4個が好ましく、1又は2個がより好ましい。
上記炭素数は5~7が好ましい。
下記式:
上記フッ素非含有アニオン界面活性剤としては、アルキルスルホネート、アルキルサルフェート、アルキルアリールサルフェート及びそれらの塩;脂肪酸(脂肪族カルボン酸)及びその塩;リン酸アルキルエステル、リン酸アルキルアリールエステル又はそれらの塩;等が挙げられるが、中でも、アルキルスルホネート、アルキルサルフェート、脂肪族カルボン酸またはそれらの塩が好ましい。
アルキルサルフェートまたはその塩としては、ラウリル硫酸アンモニウム、またはラウリル硫酸ナトリウム等が好ましい。
脂肪酸(脂肪族カルボン酸)またはその塩としては、コハク酸、デカン酸、ウンデカン酸、ウンデセン酸、ラウリン酸、ハイドロドデカン酸、またはそれらの塩が好ましい。
上記フッ素非含有アニオン界面活性剤としては、アルキルサルフェート及びその塩、並びに、脂肪酸及びその塩からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
フッ素非含有アニオン界面活性剤の添加量の下限としては、50ppm以上がより好ましく、100ppm以上が更に好ましい。添加量が少なすぎると、粘度調整効果が乏しい。
フッ素非含有アニオン界面活性剤の添加量の上限としては、4000ppm以下がより好ましく、3000ppm以下が更に好ましい。添加量が多すぎると、粘度が上昇する、特に高温での粘度上昇が大きくなるおそれがある。また、泡立ちが多くなるおそれがある。
上記水性分散液のpHを調整する目的で、アンモニア水などのpH調整剤を配合することもできる。
本開示の第1の変性PTFE水性分散液は、pHが8~13であることが好ましい。より好ましくは、9~12であり、更に好ましくは、9~11である。
上記pHは、JIS K6893に準拠し、25℃において測定した値である。
上記その他の水溶性高分子化合物としては特に限定されず、例えば、ポリエチレンオキサイド(分散安定剤)、ポリエチレングリコール(分散安定剤)、ポリビニルピロリドン(分散安定剤)、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。更に、イソチアゾロン系、アゾール系、プロノポール、クロロタロニル、メチルスルホニルテトラクロルピロジン、カルベンタジム、フルオロフォルベット、二酢酸ナトリウム、ジヨードメチルパラトリルスルホンなどの防腐剤を含有してもよい。
消泡剤としては、各種水性用のものが使用でき、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール等の如き低級アルコール;アミルアルコール、ポリプロピレングリコールおよびその誘導体等の如き高級アルコール;オレイン酸、トール油、ミネラルオイル、石鹸等の如き油脂;ソルビタン脂肪酸エステル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、プルロニック(登録商標)型ノニオン界面活性剤等の如き界面活性剤;シロキサン、シリコーン樹脂等の如きシリコーン系界面活性剤が挙げられ、単独あるいは、併用して使用される。代表的な消泡剤の市販品としては、アデカネートB、アデカネートB1068等のB-シリーズ(旭電化工業社製);フォーマスターDL、ノプコNXZ、SNデフォーマー113、325、308、368等のSNデフォーマーシリーズ;デヒドラン1293、デヒドラン1513(サンノプコ(株)製);フロノンSB-110N、SB-210、510、551、アクアレン800、805、アクアレン1488(共栄社化学(株)製);サーフィノール104E、440(エアープロダクツ社製アセチレン系消泡剤);KS-607A(信越化学社(株)製);FSアンチフォーム(ダウコーニング社製);BYK-020、031、073、W(ビッグケミー社製);デヒドラン981(ヘンケル白水社製);エパン-410、710、720(第一工業製薬(株)製);Tego Foamexシリーズ(テゴ・ゴールドシュミット社製);フォームレックス-747、TY-10、EPシリーズ(日華化学社製)等が挙げられる。消泡剤の含有量は変性PTFE水性分散液に対して0.01~10質量%が好ましく、0.05~5質量%が特に好ましい。
本開示の第1の変性PTFE水性分散液は、消泡剤を含んでもよいが、含まないことが好ましい。消泡剤を含まない場合、コストの点で有利である。また、消泡剤を含むと、変性PTFE水性分散液を塗膜化した時に着色するおそれがある。
安定性保持時間は、下記の方法で測定した値である。
直径67mm、内容積300mlのプラスチックカップに変性PTFE水性分散液100gを入れ、60℃の水槽に漬け、直径50mmの撹拌翼(図1)を、プラスチックカップの底面から撹拌翼の中心(図1(b)の軸方向において、撹拌翼の下端から6mmの位置)までの高さが20mmとなるようにセットして、3000rpmで回転させ、PTFE水性分散液が凝集するか固化して飛び散るまでの時間を、安定性保持時間とした。
本開示の第1の変性PTFE水性分散液は、コロイダルシリカを含まないことがより好ましい。
上記防腐剤の添加量は、変性PTFE水性分散液に対して、0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましい。
より具体的には、下記製造方法により本開示のPTFE水性分散液を製造することができる。
含フッ素アニオン界面活性剤の存在下でTFE及び変性モノマーを乳化重合して変性PTFEを含む分散液を得る工程A、
工程Aで得られた分散液に非イオン性界面活性剤(1)を添加する工程B、
工程Bで得られた分散液から含フッ素アニオン界面活性剤を除去し、更に、濃縮する工程、又は、工程Bで得られた分散液を濃縮し、更に、含フッ素アニオン界面活性剤を除去する工程である工程C、及び、工程Cで得られた分散液に非イオン性界面活性剤(2)及びフッ素非含有アニオン界面活性剤を添加する工程Dを含み、変性ポリテトラフルオロエチレンは、0.050質量%以上、1.00質量%以下の変性モノマーに基づく重合単位を含む。
なお、本明細書にて、「工程Aで得られた分散液」と記載する場合、工程Aを経た分散液であればよく、工程Aの後に他の処理等が実施された分散液であってもよい。工程B~Dについても同様である。
例えば、重合温度が10~150℃であることが好ましい。重合温度は、30℃以上がより好ましく、50℃以上が更に好ましい。また、120℃以下がより好ましく、100℃以下が更に好ましい。
重合圧力が0.05~10MPaであることが好ましい。重合圧力は、0.3MPa以上がより好ましく、0.5MPa以上が更に好ましい。また、5.0MPa以下がより好ましく、3.0MPa以下が更に好ましい。
上記乳化重合は、水性媒体に対して水溶性ラジカル重合開始剤を500ppm以下の量で使用することが好ましく、上記量は、400ppm以下がより好ましく、300ppm以下が更に好ましく、200ppm以下が特に好ましく、また、5ppm以上が好ましく、10ppm以上がより好ましく、20ppm以上が更に好ましい。
例えば、上記水溶性ラジカル重合開始剤としては、水性媒体に対して、好ましくは0.1ppm以上、より好ましくは1.0ppm以上、更に好ましくは1.5ppm以上、更により好ましくは2.0ppm以上、特に好ましくは2.5ppm以上の過硫酸アンモニウムが好ましい。また、水性媒体に対して、好ましくは50ppm以下、より好ましくは40ppm以下、更に好ましくは30ppm以下の加硫酸アンモニウムが好ましい。
また、上記水溶性ラジカル重合開始剤としては、水性媒体に対して、好ましくは10ppm以上、より好ましくは30ppm以上、更に好ましくは50ppm以上のジコハク酸パーオキサイドが好ましい。また、水性媒体に対して、好ましくは500ppm以下、より好ましくは300ppm以下、更に好ましくは200ppm以下ジコハク酸パーオキサイドが好ましい。
上記乳化重合では、過硫酸アンモニウムとジコハク酸パーオキサイドを併用することが特に好ましく、併用する場合の過硫酸アンモニウム及びジコハク酸パーオキサイドの量としては、上記の過硫酸アンモニウム及びジコハク酸パーオキサイドの量を組合わせて使用できる。
上記乳化重合において、重合を開始した後に、ラジカル重合開始剤を連続的に又は断続的に加えてもよい。
上記変性モノマーとしては、特に、PAVE、PFAE、パーフルオロアリルエーテル及び環状型モノマーからなる群より選択される少なくとも1種の単量体が好ましく、PAVEがより好ましい。
一般式:CF2=CF-CF2-ORf12
(式中、Rf12は、パーフルオロ有機基を表す。)で表されるフルオロモノマーが挙げられる。
上記一般式(ii)で表されるビニルヘテロ環状体としては、X2及びX3がフッ素原子、R1及びR2がパーフルオロメチル基であるパーフルオロ-2,2-ジメチル-1,3-ジオキソール〔PDD〕が好ましい。
例えば、先ずTFE及び必要に応じて変性モノマーを重合してコア(PTFE又は変性PTFE)を製造し、次いで、TFE及び必要に応じて変性モノマーを重合してシェル(PTFE又は変性PTFE)を製造することによって得ることができる。
工程Aは、TFEと、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、(パーフルオロアルキル)エチレン及び環状型モノマーからなる群より選択される少なくとも1種の変性モノマーとを重合して上記コアを製造する工程A-1と、TFE及び上記変性モノマーに加え、HFP及び連鎖移動剤からなる群より選択される少なくとも1種を重合して上記シェルを製造する工程A-2と、を含むことが好ましい。
F2C=CFO(CF2)n1X1 (iii)
(式中、X1は、水素原子又はフッ素原子を表し、n1は、1~6の整数を表す。)で表されるフルオロ(アルキルビニルエーテル)若しくは下記一般式(iv)
CX4X5=CX6(CF2)n2F (iv)
(式中、X4、X5及びX6は、水素原子又はフッ素原子を表し、少なくとも1つはフッ素原子を表す。n2は、1~5の整数を表す。)で表されるフルオロオレフィンを共重合させることにより得られるものが好ましい。
上記フルオロオレフィンとしては、炭素数2~4のパーフルオロオレフィン、炭素数2~4の水素含有フルオロオレフィンが挙げられる。
上記フルオロオレフィンとしては、パーフルオロオレフィンが好ましく、なかでも、ヘキサフルオロプロピレン〔HFP〕が好ましい。
上記PTFEは、コアを構成するPTFEにおける変性モノマーとして上記一般式(iii)で表されるフルオロ(アルキルビニルエーテル)、特にPPVEを用いる場合、連鎖移動剤としてメタノール、イソブタン、DSP及び/又はAPSを用いるか、又は、変性剤としてHFP及び/又はPPVEを共重合することによるものが好ましく、メタノール又はHFPを用いることによるものがより好ましい。
より具体的には、上記一般式(N1)で表される化合物(但しPFOA又はその塩を除く)、上記一般式(N2)で表される化合物、上記一般式(N3)で表される化合物、上記一般式(N4)で表される化合物、及び、上記一般式(N5)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(但しPFOA又はその塩を除く)が挙げられる。
より具体的には、上記一般式(I)で表されるパーフルオロカルボン酸(I)(但しPFOA又はその塩を除く)、上記一般式(II)で表されるω-Hパーフルオロカルボン酸(II)、上記一般式(III)で表されるパーフルオロポリエーテルカルボン酸(III)、上記一般式(IV)で表されるパーフルオロアルキルアルキレンカルボン酸(IV)、上記一般式(V)で表されるパーフルオロアルコキシフルオロカルボン酸(V)、上記一般式(VI)で表されるパーフルオロアルキルスルホン酸(VI)、上記一般式(VII)で表されるω-Hパーフルオロスルホン酸(VII)、上記一般式(VIII)で表されるパーフルオロアルキルアルキレンスルホン酸(VIII)、上記一般式(IX)で表されるアルキルアルキレンカルボン酸(IX)、上記一般式(X)で表されるフルオロカルボン酸(X)、上記一般式(XI)で表されるアルコキシフルオロスルホン酸(XI)、及び、下記一般式(XII)で表される化合物(XII)からなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。
上記工程1における含フッ素アニオン界面活性剤において、一般式(N1)で表される化合物を使用する場合、式(N1)におけるRfmの炭素数は3~6の整数であることが好ましい。また、式(N1a)におけるm1は3~6の整数であることが好ましい。また、パーフルオロカルボン酸(I)を用いる場合、一般式(I)におけるn1は3~6の整数であることが好ましい。
主鎖の途中に存在するエーテル性酸素は1個以上であり、1~4個が好ましく、1又は2個がより好ましい。
上記炭素数は5~7が好ましい。
下記式:
上記PFAEとしては、例えば、(パーフルオロブチル)エチレン(PFBE)、(パーフルオロヘキシル)エチレン等が挙げられる。
上記p1/p2は、PTFE全体におけるコアの割合を示し、PTFEの重合におけるTFEの全仕込量に対して、重合途中で変性モノマー、または、連鎖移動剤を仕込んだ時のTFE仕込量の比率を示すものである。上記p1は、シェルを仕込んだ時のTFE仕込量であり、p2は、TFEの全仕込量を示す。
上記非イオン性界面活性剤(1)としては、
下記式(1):
R4-O-A2-H (1)
(式中、R4は、1分子あたりの平均メチル基数が2.0以上である炭素数8~18の直鎖状若しくは分岐鎖状の1級又は2級アルキル基であり、A2は、平均オキシエチレン単位数が7.0~12.0であり、平均オキシプロピレン単位数は0.0~2.0であるポリオキシアルキレン鎖である。)により表される化合物であることが好ましい。
CHR41R42- (1-1)
(式中、R41は、水素原子又は炭素数1~16のアルキル基を表し、R42は、炭素数1~17のアルキル基を表し、R41とR42の合計炭素数は7~17である。)で表されるアルキル基であることが好ましい。上記R41としては、水素原子又は炭素数1~15のアルキル基がより好ましく、水素原子又は炭素数1~12のアルキル基が更に好ましく、水素原子又は炭素数1~10のアルキル基が更により好ましい。また、R42としては、炭素数1~15のアルキル基がより好ましく、炭素数1~14のアルキル基が更に好ましく、炭素数1~13のアルキル基が更により好ましい。
上記R4の平均メチル基数は2.5以上が好ましく、3.0以上がより好ましく、3.5以上が更に好ましく、4.0以上が特に好ましい。R4の平均メチル基数の上限は、12が好ましく、10がより好ましく、8が更に好ましい。
上記陰イオン交換樹脂としては、例えば、官能基として-N+X-(CH3)3基(Xは、Cl又はOHを表す。)を有する強塩基性陰イオン交換樹脂、-N+X-(CH3)3(C2H4OH)基(Xは、上記と同じ。)を有する強塩基性陰イオン交換樹脂等、公知のものが挙げられる。具体的には、国際公開第99/62858号、国際公開第03/020836号、国際公開第2004/078836号、国際公開第2013/027850号、国際公開第2014/084399号に記載されたもの等が挙げられる。
従って、工程Cは、工程Bで得られた分散液を2回以上濃縮するものであってもよい。
また、工程Cは、水性分散液を陰イオン交換樹脂に接触させることにより行うことが好ましい。
例えば相分離、遠心沈降、曇点濃縮、電気濃縮、電気泳動、限外ろ過を用いた濾過処理、逆浸透膜(RO膜)を用いた濾過処理、ナノ濾過処理等が挙げられる。上記濃縮は、用途に応じて、PTFE濃度を50~70質量%に濃縮することができる。濃縮によりディスパージョンの安定性が損なわれることがあるため、工程Cにおいて更に非イオン性界面活性剤を添加してもよい。工程Cにおける非イオン性界面活性剤は、本開示の第1の変性PTFE水性分散液と同じである。
また、必要に応じて非イオン性界面活性剤以外の分散安定剤を使用してもよい。上記分散安定剤の総量は、変性PTFEの固形分質量に対し0.5~20質量%の濃度である。0.5質量%未満であると、分散安定性に劣る場合があり、20質量%を超えると、存在量に見合った分散効果がなく実用的でない。上記分散安定剤のより好ましい下限は2質量%であり、より好ましい上限は12質量%である。
上記の濃縮操作によって、重合で含フッ素界面活性剤を使用した場合にも、水性分散液中の含フッ素界面活性剤を除去することができる。
非イオン性界面活性剤(2)とフッ素非含有アニオン界面活性剤を添加する順番は限定されず、非イオン性界面活性剤(2)を添加した後、フッ素非含有アニオン界面活性剤を添加してもよいし、フッ素非含有アニオン界面活性剤を添加した後、非イオン性界面活性剤(2)を添加してもよいし、フッ素含有アニオン界面活性剤と非イオン性界面活性剤を同時に添加してもよい。
また、非イオン性界面活性剤(2)及びフッ素非含有アニオン界面活性剤の添加は各々複数回行ってもよく、非イオン性界面活性剤(2)の添加とフッ素非含有アニオン界面活性剤の添加を交互に複数回行ってもよい。
R5-O-A3-H (2)
(式中、R5は、1分子あたりの平均メチル基数が2.0以上である炭素数8~18の直鎖状若しくは分岐鎖状の1級又は2級アルキル基であり、A3は、平均オキシエチレン単位数が10.0~12.0であるポリオキシアルキレン鎖である。)により表される化合物であることが好ましい。
CHR51R52- (2-1)
(式中、R51は、水素原子又は炭素数1~16のアルキル基を表し、R52は、炭素数1~17のアルキル基を表し、R51とR52の合計炭素数は7~17である。)で表されるアルキル基であることが好ましい。上記R51としては、水素原子又は炭素数1~15のアルキル基がより好ましく、水素原子又は炭素数1~12のアルキル基が更に好ましく、水素原子又は炭素数1~10のアルキル基が更により好ましい。また、R52としては、炭素数1~15のアルキル基がより好ましく、炭素数1~14のアルキル基が更に好ましく、炭素数1~13のアルキル基が更により好ましい。
上記R5の平均メチル基数は2.5以上が好ましく、3.0以上がより好ましく、3.5以上が更に好ましく、4.0以上が特に好ましい。R5の平均メチル基数の上限は、12が好ましく、10がより好ましく、8が更に好ましい。
中でも、アルキルサルフェート及びその塩、並びに、脂肪酸及びその塩からなる群より選択される少なくとも1種がより好ましい。
アルキルサルフェート及びその塩としては、ラウリル硫酸アンモニウム、またはラウリル硫酸ナトリウム等が好ましい。
脂肪酸及びその塩としては、コハク酸、デカン酸、ウンデカン酸、ウンデセン酸、ラウリン酸、ハイドロドデカン酸、またはそれらの塩が好ましい。
フッ素非含有アニオン界面活性剤の添加量の下限としては、100ppmがより好ましく、200ppmが更に好ましい。添加量が少なすぎると、粘度調整効果が乏しい。
フッ素非含有アニオン界面活性剤の添加量の上限としては、4000ppmがより好ましく、3000ppmが更に好ましく、2000ppmが更により好ましく、1000ppmが特に好ましい。添加量が多すぎると、粘度が上昇する、特に高温での粘度上昇が大きくなるおそれがある。また、泡立ちが多くなるおそれがある。
上記添加剤は、コロイダルシリカ以外の添加剤であってよい。
塗料原料の含有量は特に限定されず、用途に応じて適宜設定すればよい。
また、本開示の製造方法により得られた変性PTFE水性分散液は、非イオン性界面活性剤の濃度が変性PTFEに対して4質量%以上、12質量%以下であることが好ましく、10質量%以下がより好ましく、8質量%以下が更に好ましく、7質量%以下が更により好ましく、5質量%以上がより好ましい。
本開示の製造方法により得られた変性PTFE水性分散液は、非イオン性界面活性剤の曇点が60℃以上であることが好ましく、63℃以上がより好ましく、65℃以上が更に好ましい。また、80℃以下であることが好ましく、76℃以下であることがより好ましく、73℃以下であることが更に好ましい。
本開示の製造方法により得られた変性PTFE水性分散液は、非イオン性界面活性剤のHLBが13.00~15.00であることが好ましく、13.30以上であることがより好ましく、13.50以上であることが更に好ましい。
本開示の製造方法により得られた変性PTFE水性分散液は、含フッ素アニオン界面活性剤の含有量が水性分散液に対して1.0ppm以下であることが好ましい。
本開示の塗膜は、基材に本開示の水性分散液を塗布して得ることができる。上記基材の材料としては特に限定されず、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス、銅等の金属単体及びこれらの合金類等の金属;ホーロー、ガラス、セラミック等の非金属無機材料等が挙げられる。上記合金類としては、ステンレス等が挙げられる。上記基材の材料としては、金属が好ましく、アルミニウム又はステンレスがより好ましい。
本開示の含浸膜は、本開示の水性分散液を用いること以外は従来公知の方法により製造することができる。例えば、本開示の含浸膜は、本開示の第1の変性PTFE水性分散液を多孔性支持体に含浸させたのち、水性媒体を除去することにより得ることができる。水性媒体は、通常、常温下及び/又は加熱下で乾燥することにより除去することができる。本開示の第1の変性PTFE水性分散液を含浸して得られる含浸膜は、少なくとも加熱下で乾燥を行ったものが好ましい。上記含浸における「加熱下で乾燥」は、例えば、80~400℃で行うことができる。
上記多孔性支持体は、多孔構造を有するものであれば特に限定されず、有機又は無機の材料の何れでもよく、例えばグラスウール、セラミック、アルミナ、PTFE製多孔フィルム、カーボン、不織布、各種ポリマーからなるもの等が挙げられる。
上記変性PTFE水性分散液は、例えば、国際公開第2007/004250号に記載の塵埃抑制処理剤組成物に好適に用いることができ、国際公開第2007/000812号に記載の塵埃抑制処理方法にも好適に用いることができる。
上記高沸点多価アルコール(B)および解重合性アクリル樹脂粒子(C)の配合量が変性PTFE(A)100質量部に対してそれぞれ5~18質量部および5~25質量部であり、かつ酸化剤およびアミン系溶剤を含まない変性PTFE水性分散液(以下、本開示の第2の変性PTFE水性分散液とも記載する)にも関する。
本開示の第2の変性PTFE水性分散液で用いる変性PTFE樹脂粒子としては本開示の第1の変性PTFE水性分散液と同様の変性PTFEであってよく、0.050質量%以上、1.00質量%以下の変性モノマーに基づく重合単位を含む変性PTFEが好ましい。上記変性PTFEは、99.00質量%以上、99.95質量%以下のTFEに基づく重合単位を含むことが好ましい。上記変性PTFEは、TFEに基づく重合単位及び変性モノマーに基づく重合単位のみからなるものであってよい。上記変性PTFEを構成する変性モノマーの含有量の下限としては、0.070質量%がより好ましく、0.10質量%が更に好ましく、0.15質量%が更により好ましく、0.20質量%が殊更に好ましく、0.25質量%が特に好ましい。上限としては、0.90質量%が好ましく、0.50質量%がより好ましく、0.45質量%が更に好ましく、0.40質量%が更により好ましく、0.35質量%が特に好ましい。
本開示の第2の変性PTFE水性分散液で用いる高沸点多価アルコールの作用は、当該水性分散液を塗布後乾燥するときのマッドクラックの発生を防止する作用である。塗布された水性分散組成物は、通常、室温~150℃で乾燥される。その際、まず水が蒸散するが、その乾燥温度で蒸散しないかまたは蒸散速度が水よりも遅い高沸点多価アルコールを併用しなければ解分解性アクリル樹脂粒子が軟化する前に水が蒸散してしまうため、樹脂粒子間に間隙が生じてしまい、マッドクラックの原因となる。
本開示の第2の変性PTFE水性分散液で用いる解重合性アクリル樹脂粒子は、本開示の第2の変性PTFE水性分散液を塗布乾燥後焼成するとき、変性PTFE樹脂粒子へのバインダー効果を維持しながら徐々に分解するので、収縮クラックの発生を防止する。したがって、解重合性アクリル樹脂粒子は、変性PTFE樹脂の溶融温度以下で溶融しておりかつ解重合が始まっており、変性PTFE樹脂粒子の溶融温度で少なくとも一部は残存し、焼成温度で殆ど分解揮散していることが必要である。
CH2=C(CH3)COOR (5)
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基またはヒドロキシアルキル基)で示されるメタクリレート系単量体を必須とするメタクリレート系単独重合体または共重合体が好ましくあげられる。メタクリレート系単量体の具体例としては、たとえばメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ジメチルプロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ペンチルメタクレートが好ましく採用される。これらのうちガラス転移温度は低くかつ解重合性(分解性)が良好な点からブチルメタクリレートを単量体とする解重合性アクリル樹脂が好ましい。
本開示の第2の変性PTFE水性分散液で用いる非イオン性界面活性剤としては本開示の第1の変性PTFE水性分散液で述べた非イオン性界面活性剤と同様のものが使用でき、その含有量としては変性PTFEに対して4.0質量%以上であることが好ましく、4.5質量%以上がより好ましく、5.0質量%以上が更に好ましく、また、12.0質量%以下が好ましく、10.0質量%以下がより好ましく、8.0質量%以下がさらに好ましく、7.0質量%以下が殊更に好ましい。
非イオン性界面活性剤の量が多すぎると、粘度が高くなりすぎるおそれがあり、少なすぎると、貯蔵安定性や機械的安定性が低くなるおそれがある。
R1O-[CH2CH2O]n-[R2O]mR3 (6)
(式中、R1は、少なくとも6個の炭素原子、好ましくは8~18個の炭素原子を有する直鎖又は分岐鎖の脂肪族炭化水素基を表し、R2は、3又は4個の炭素原子を有するアルキレン単位を表し、R3は、水素、C1~C3アルキル基、又はC1~C3ヒドロキシアルキル基を表し、nは、0~40の値を有し、mは、0~40の値を有し、n+mの合計は、少なくとも2である)に対応する少なくとも1種の非フッ素化非イオン性界面活性剤がある。具体例としては、たとえば前記式(6)のポリオキシアルキレンアルキルエーテル系非イオン性界面活性剤があげられ、特に好ましいノンフェノール型非イオン性界面活性剤としては、式(7)
CxH2x+1CH(CyH2y+1)CzH2zO(C2H4O)nH (7)
(式中、xは1以上の整数、yは1以上の整数、zは0または1、ただしx+y+zは8~18の整数、nは4~20の整数)で表わされかつHLB値が9.50~16.00である非イオン性界面活性剤、および/または式(8):
(式中、xは8~18の整数、Aはオキシエチレンユニットを5~20およびオキシプロピレンユニットを1または2個有するポリオキシアルキレン鎖)で示されるポリオキシエチレンアルキルエーテル系界面活性剤があげられる。これらのHLB値は9.50~16.00、12.00~15.00であるのがより好ましく、12.00~14.00であるのが更に好ましく、変性PTFE樹脂を安定的に分散させる点から好ましい。
コーティング用水性分散組成物の液状媒体として使用し、組成物の固形分濃度を調整する。水を単独で使用してもよいし、水と水溶性化合物と併用した水性混合溶媒としてもよい。
必要に応じて、さらに他の添加剤を配合してもよい。
(F)無機材料
無機材料としては、顔料のほか、雲母粒子、顔料で被覆された雲母粒子、金属フレークまたはこれら2種以上の無機フィラーがあげられる。これらは本開示の第2の変性PTFE水性分散液の効果を損なわない範囲の量で配合される。
上記消泡剤としては、たとえばトルエン、キシレン、炭素数9~11の炭化水素系などの非極性溶剤、シリコーンオイルなどがあげられる。
上記乾燥剤としては、たとえば酸化コバルトなどがあげられる。
上記増粘剤としては、たとえばメチルセルロース、ポリビニルアルコール、カルボキシル化ビニルポリマー、ラウリル硫酸ナトリウム水溶液などがあげられる。
上記観点から、比率[55℃における粘度/25℃における粘度]は、3.00以下がより好ましく、2.00以下が更に好ましく、1.50以下が更により好ましく、1.20以下が殊更に好ましく、1.10以下が特に好ましく、1.00以下が殊更特に好ましい。
VTTは、PTFE水性分散液の粘度-温度依存性を表す。VTTは、PTFE水性分散液を25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃において、各温度に上昇させて30分間保持したのち、B型回転粘度計を用い、後述の実施例に示す条件で測定することにより得られる。VTT点は、25℃で測定した時と同じ値に粘度が再度達する温度である。なお、80mPa・s以上の場合、粘度測定において測定時間とともに粘度上昇現象が起きるため、測定開始5分後、10分後の粘度を測定し、その平均値を採用する。
本開示の第2の変性PTFE水性分散液は、含フッ素界面活性剤を実質的に含まないにも関わらず、高温での粘度を低くし、高温での機械的安定性を優れたものとすることができる。
含フッ素界面活性剤の含有量は、好ましくは700ppb以下であり、より好ましくは600ppb以下であり、更に好ましくは500ppb以下である。
含フッ素界面活性剤の含有量は、また、検出下限の量以上であってよく、定量下限の量以上であってもよく、100ppb以上であってもよい。
本開示の第2の変性PTFE水性分散液における含フッ素界面活性剤の含有量は、本開示の第1の変性PTFE水性分散液で述べた方法と同様の方法で測定できる。
また、上記塗膜の膜厚は、30μm以上であることが好ましく、余りにも厚すぎると塗膜内に各種の分解残渣が残ってしまい着色の原因となるため、100μm以下であることが好ましい。
非イオン性界面活性剤の量が多すぎると、粘度が高くなりすぎるおそれがあり、少なすぎると、貯蔵安定性や機械的安定性が低くなるおそれがある。
(1)各樹脂粒子を真球と仮定した場合、それぞれの樹脂粒子を最密充填構造に配列させたときの樹脂粒子間の理論空隙率26%の75~95%を占める量(以下、「占有率」という。理論空隙率基準である)の非イオン性界面活性剤が存在していること、
(2)該非イオン性界面活性剤が100℃の温度まで不揮発性でありかつ樹脂粒子の熱分解温度よりも低い温度で揮散または熱分解する溶媒であることが必要である。
CH2=C(CH3)COOR (9)(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基またはヒドロキシアルキル基)で示されるメタクリレート系単量体を必須とするメタクリレート系単独重合体または共重合体が好ましくあげられる。メタクリレート系単量体の具体例としては、たとえばメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ジメチルプロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ペンチルメタクレートが好ましく採用される。これらのうちガラス転移温度は低くかつ解重合性(分解性)が良好な点からブチルメタクリレートを単量体とする解重合性アクリル樹脂が好ましい。
上記観点から、比率[55℃における粘度/25℃における粘度]は、3.00以下がより好ましく、2.00以下が更に好ましく、1.50以下が更により好ましく、1.20以下が殊更に好ましく、1.10以下が特に好ましく、1.00以下が殊更特に好ましい。
VTTは、PTFE水性分散液の粘度-温度依存性を表す。VTTは、PTFE水性分散液を25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃において、各温度に上昇させて30分間保持したのち、B型回転粘度計を用い、後述の実施例に示す条件で測定することにより得られる。VTT点は、25℃で測定した時と同じ値に粘度が再度達する温度である。なお、80mPa・s以上の場合、粘度測定において測定時間とともに粘度上昇現象が起きるため、測定開始5分後、10分後の粘度を測定し、その平均値を採用する。
本開示の第3の変性PTFE水性分散液は、含フッ素界面活性剤を実質的に含まないにも関わらず、高温での粘度を低くし、高温での機械的安定性を優れたものとすることができる。
含フッ素界面活性剤の含有量は、好ましくは700ppb以下であり、より好ましくは600ppb以下であり、更に好ましくは500ppb以下である。
含フッ素界面活性剤の含有量は、また、検出下限の量以上であってよく、定量下限の量以上であってもよく、100ppb以上であってもよい。
本開示の第3の変性PTFE水性分散液における含フッ素界面活性剤の含有量は、本開示の第1の変性PTFE水性分散液で述べた方法と同様の方法で測定できる。
また、上記塗膜の膜厚は、30μm以上であることが好ましく、余りにも厚すぎると塗膜内に各種の分解残渣が残ってしまい着色の原因となるため、100μm以下であることが好ましい。
(1)平均一次粒子径
PTFE水性分散液を水で固形分濃度が0.15質量%になるまで希釈し、得られた希釈水性分散液の単位長さに対する550nmの投射光の透過率と、透過型電子顕微鏡写真により定方向径を測定して決定した数基準長さ平均一次粒子径とを測定して、検量線を作成した。この検量線を用いて、各試料の550nmの投射光の実測透過率から平均一次粒子径を決定した。
試料約1g(Xg)を直径5cmのアルミカップにとり、110℃、30分で乾燥し、更に300℃、30分乾燥した加熱残分(Zg)に基づき、式:P=Z/X×100(質量%)にて決定した。
ASTM D4895-89に準拠して成形されたサンプルを用い、ASTM D-792に準拠した水置換法により測定した。
PPVE含有量は、PTFE粉末をプレス成形することで薄膜ディスクを作成し、薄膜ディスクをFT-IR測定した赤外線吸光度から、995cm-1における吸光度/935cm-1における吸光度の比に0.14を乗じて求めた。
水性分散液の固形分を測定し、PTFE固形分1.5gに相当する量の水性分散液を100mLスクリュー管に秤量した。その後、水性分散液中に含まれている水と合わせ、抽出溶媒が37gの水/メタノール=10/90質量%となるように水とメタノールを加え、凝析するまでよく振とうした。液相を抜き出して4000rpmで1時間遠心分離を行い、上澄み液を抽出した。
抽出液中の含フッ素界面活性剤について、液体クロマトグラフ質量分析計(Waters,LC-MS ACQUITY UPLC/TQD)を用いて測定を行った。測定機器構成とLC-MS測定条件を表1に示す。
1ng/mL~100ng/mLの濃度既知の含フッ素界面活性剤のメタノール標準溶液を5水準調製し、液体クロマトグラフ質量分析計(Waters,LC-MS ACQUITY UPLC/TQD)を用いて測定を行った。それぞれのサンプル濃度とピークの積分値から一次近似を用い、下記関係式(3)によりa、bを求めた。
A=a×X+b (3)
A:含フッ素界面活性剤のピーク面積
X:含フッ素界面活性剤の濃度(ng/mL)
定量下限は100ppbである。
試料約1g(Xg)を直径5cmのアルミカップにとり、110℃にて30分で加熱した加熱残分(Yg)、更に、得られた加熱残分(Yg)を300℃にて30分加熱した加熱残分(Zg)より、式:N=[(Y-Z)/Z]×100(質量%)から算出した量より安定剤を差し引いた量を非イオン性界面活性剤の含有量とした。安定剤は調製時に添加した量に基づき算出した。
直径67mm、内容積300mlのプラスチックカップにPTFE水性分散液100gを入れ、60℃の水槽に漬け、直径50mmの撹拌翼(図1)を、プラスチックカップの底面から撹拌翼の中心(図1(b)の軸方向において、撹拌翼の下端から6mmの位置)までの高さが20mmとなるようにセットして、3000rpmで回転させ、PTFE水性分散液が凝集するか固化して飛び散るまでの時間を、安定性保持時間として測定した。
B型回転粘度計(東機産業社製、ローターNo.2)を用い、回転数60rpm、測定時間120秒の条件で、25℃における粘度を測定した。また、55℃の粘度は、液温を55℃に上昇させて60分間保持したのち、25℃における粘度測定と同条件で測定した。なお、80mPa・s以上の場合、粘度測定において測定時間とともに粘度上昇現象が起きるため、測定開始5分後、10分後の粘度を測定し、その平均値を採用した。
ガラス電極(堀場製作所社製)を用い、JIS K6893に準拠して、25℃におけるpHを測定した。
(10)粘度温度遷移(VTT)
VTTは、PTFE水性分散液を25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃において、各温度に上昇させて30分間保持したのち、B型回転粘度計(東機産業社製、ローターNo.2)を用い、回転数60rpm、測定時間120秒の条件で、粘度を測定することにより得た。VTT点は、25℃で測定した時と同じ値に粘度が再度達する温度である。なお、80mPa・s以上の場合、粘度測定において測定時間とともに粘度上昇現象が起きるため、測定開始5分後、10分後の粘度を測定し、その平均値を採用した。
試料にメタノールを添加してソックスレー抽出を行ったのち、抽出液を1H-NMRにて測定することにより求めた。
PTFE粉末100質量部(60g)に対して押出助剤として炭化水素油(商品名:アイソパーG、エクソン化学社製)を20.5質量部(12.3g)添加し、室温(25±1℃)で1時間熟成し、内径25.4mmのシリンダー付き押出ダイ(リダクションレシオ1500)でペースト押出成形を実施する。押出後半において、圧力が平衡状態になる部分の圧力をシリンダー断面積で除した値を、リダクションレシオ1500における押出し圧力とした。
界面活性剤(a):C13H27O(CH2CH2O)8H(1分子あたりの平均メチル基数4.0)、HLB13.30、曇点60℃
界面活性剤(b):C13H27O(CH2CH2O)10H(1分子あたりの平均メチル基数4.0)、HLB13.80、曇点71℃
1Lオートクレーブを窒素にて置換した後、脱水したテトラメチル尿素16.5gおよびジエチレングリコールジメチルエーテル220gを仕込み、冷却した。フッ化カルボニル38.5gを仕込み、次いでヘキサフルオロプロピレンオキサイド100gを導入して撹拌した。その後、フッ化カルボニル38.5g及びヘキサフルオロプロピレンオキサイド100gを追加で仕込んだ。その後、さらにフッ化カルボニル及びヘキサフルオロプロピレンオキサイドを同量の仕込みを行った。反応終了後、反応混合液を取り出して、分液して下層の反応生成物を得た。
内容量6Lの撹拌機付きSUS製反応器に、3580gの脱イオン水、160gのパラフィンワックス、含フッ素界面活性剤として、4.7gの合成例1で得られた白色固体を入れた。次いで反応器の内容物を70℃まで加熱しながら吸引すると同時にTFEでパージして反応器内の酸素を除き、内容物を攪拌した。反応器中に6.5gのPPVEをTFEで圧入した。開始剤として20gの脱イオン水に溶解した50mgのAPSを反応器に注入し、圧力を1.5MPaGとした。圧力1.5MPaG一定となるようにTFEを加えた。反応で消費したTFEが1466gに達した時点で0.5gのメタノールを反応器に注入し、引き続き反応を行った。反応で消費したTFEが1543gに達した時点でTFEの供給を止め、撹拌を停止して反応を終了した。その後に、反応器内の圧力が常圧になるまで排気し、内容物を反応器から取り出して冷却した。パラフィンワックスを取り除いて、変性PTFE水性分散液1-1を得た。
水性分散液1-1に非イオン性界面活性剤として界面活性剤(a)を加え、非イオン性界面活性剤濃度を変性PTFE100質量部に対し10質量部とした分散液を調製した。引き続き、直径20mmのカラムに、OH型の陰イオン交換樹脂(商品名アンバージェット4002、ローム・アンド・ハース社製)を250ml充填し、上記分散液をSV=1で通液した。更に、通液し得られた水性分散液に界面活性剤(a)を変性PTFE100質量部に対し16質量部になるように加え、65℃にて3時間保持し、上澄相と濃縮相とに分離した。濃縮相を回収し、変性PTFE水性分散液1-2を得た。
得られた変性PTFE水性分散液1-2に、界面活性剤(b)を変性PTFEに対して5.0質量%になるように追加し、ラウリル硫酸アンモニウムを変性PTFEに対して500ppm添加し、さらに脱イオン水およびアンモニア水を加え、変性PTFE水性分散液1-3を得た。
得られた変性PTFE水性分散液1-3は、固形分濃度62.9質量%、非イオン性界面活性剤の含有量は、変性PTFEに対して、5.0質量%であった。
得られた変性PTFE水性分散液1-3について、上記の方法でpH及び粘度を測定し、機械的安定性試験を行った。安定性保持時間については、固形分濃度を60.0質量%に希釈して測定した。結果を表2に示す。
反応で消費したTFEが1466gに達した時点でメタノールを反応器に注入せず、引き続き反応を行った点を除いて、製造例1と同様にして、変性PTFE水性分散液2-1を得た。
変性PTFE水性分散液1-1を変性PTFE水性分散液2-1に変えたことを除いて、実施例1と同様にして変性PTFE水性分散液2-2及び変性PTFE水性分散液2-3を得た。
得られた変性PTFE水性分散液2-3は、固形分濃度62.9質量%、非イオン性界面活性剤の含有量は、変性PTFEに対して、5.0質量%であった。変性PTFE水性分散液2-3について、実施例1と同様に評価した。ただし、安定性保持時間については、固形分濃度を60.0質量%に希釈して測定した。結果を表2に示す。
また、比較例1に対して実施例1の60℃における安定性保持時間は、著しく長くなったことから、機械的安定性は改善された。
つぎに示す各成分を記載の順序で混合した。
(A)変性PTFE水性分散液(実施例1の組成物) 74.5部
(B)グリセリン 4.7部
(C)解重合性アクリル樹脂粒子エマルジョン(ブチルメタクリレート系樹脂。平均粒子径0.3μm、固形分濃度40%) 11.7部
(D)非イオン性界面活性剤(ポリオキシエチレントリデシルエーテル、日本油脂(株)製のディスパノールTOC(20%水溶液)) 4.7部
(その他)増粘剤(ラウリル硫酸ナトリウムの25%水溶液) 1.9部
(E)水 6.6部
得られたコーティング用水性分散組成物について、つぎの性質を調べた。結果を表3に示す。
コーティング用水性分散組成物500gをポリエチレン製のビンに入れ、40℃の恒温槽内で1ヶ月間放置し、再分散性で評価した。評価は、150メッシュの金網を用い、全てが通過したものを○、金網上に残存物があるものを×とした。ついで、得られたコーティング用水性分散組成物をノンブラストアルミニウム板にスプレー法により塗布し、80℃にて15分間乾燥した。得られた乾燥塗膜表面を光学顕微鏡で観察し、マッドクラックの発生の有無を調べたところ、マッドクラックは発生していなかった。ついで乾燥塗膜を380℃の温度で20分間焼成して溶融塗膜を形成した。この塗膜につき、つぎの塗膜物性を調べた。結果を表3に示す。
光学顕微鏡により塗膜表面を観察した。
JIS K5600の記載の方法に従って、25℃で評価した。
膜厚を種々変更し、クラックが発生し始める膜厚をクラック限界膜厚とした。
塗膜を目視で観察した。
岩田スプレイガンW88(ノズル径1.5mm)において9.8N(5kgf)、塗出量バルブ1回転戻し、パターンバルブ全閉のセッティングで、トリガー開閉断続的な塗装を行ない、ガンより塗料が出なくなる回数を数えた。
岩田スプレイガンW88(ノズル径1.5mm)において9.8N(5kgf)、塗出量バルブ1回転戻し、パターンバルブ全閉のセッティングで、20cm×60cmの黒クラフト紙10枚にトリガー開閉断続的な塗装を行ない、目視にて、白斑が発生するショット回数を数えた。
実施例2における実施例1の変性PTFE水性分散液1-3を比較例1で得られた変性PTFE水分散液2-3に変え、表3に示す組成にて混合し、コーティング用水性分散組成物を得た。実施例2と同様にして測定した。結果を表3に示す。
つぎに示す各成分を記載の順序で混合した。
(A)変性PTFE水性分散液(実施例1の組成物) 74.5部
(B)解重合性アクリル樹脂粒子エマルジョン(比重約1.1、ブチルメタクリレート系樹脂、平均粒子径0.6μm、固形分濃度40%) 14.1部
(C)非イオン性界面活性剤(比重約1.0)
非イオン性界面活性剤(ポリオキシエチレントリデシルエーテル、日本油脂(株)製のディスパノールTOC(50%水溶液)) 9.4部
(D)その他添加剤
グリセリン 3.5部
炭化水素系溶剤 1.4部
水 8.7部
得られた樹脂水性分散組成物について、性質を調べた。結果を表4に示す。なお、非イオン性界面活性剤の合計量の占有率は86%であった。
実施例3における実施例1の変性PTFE水性分散液1-3を、比較例1で得られた変性PTFE水分散液2-3に変え、表4に示す組成で混合した。得られた樹脂水性分散組成物について、性質を調べた。結果を表4に示す。
Claims (27)
- 変性ポリテトラフルオロエチレン、及び、非イオン性界面活性剤を含み、
変性ポリテトラフルオロエチレンの固形分濃度が50~70質量%であり、
非イオン性界面活性剤の含有量が、変性ポリテトラフルオロエチレンに対して4.0質量%以上、12.0質量%以下であり、
含フッ素界面活性剤を実質的に含まず、
55℃における粘度が80mPa・s以下であり、
変性ポリテトラフルオロエチレンは、0.050質量%以上、1.00質量%以下の変性モノマーに基づく重合単位を含み、
変性モノマーが、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン、フルオロ(アルキルビニルエーテル)、パーフルオロアリルエーテル、(パーフルオロアルキル)エチレン、エチレン、及び、ラジカル重合で反応可能な官能基と親水基とを有する変性モノマーからなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液。 - 含フッ素界面活性剤の含有量が100ppb以上、1.0ppm以下である請求項1記載の水性分散液。
- 比率[55℃における粘度/25℃における粘度]が4.00以下である請求項1又は2記載の水性分散液。
- 60℃における安定性保持時間が20分以上である請求項1~3のいずれかに記載の水性分散液。
- 非イオン性界面活性剤は、下記一般式(i):
R3-O-A1-H (i)
(式中、R3は、炭素数8~18の直鎖状若しくは分岐鎖状の1級又は2級アルキル基であり、A1は、ポリオキシアルキレン鎖である。)により表される化合物を含む請求項1~4のいずれかに記載の水性分散液。 - R3は、下記一般式(i-1):
CHR31R32- (i-1)
(式中、R31は、水素原子又は炭素数1~16のアルキル基を表し、R32は、炭素数1~17のアルキル基を表し、R31とR32の合計炭素数は7~17である)で表されるアルキル基である請求項5に記載の水性分散液。 - R3は、平均メチル基数が2.0以上である炭素数8~18のアルキル基である請求項5又は6記載の水性分散液。
- 非イオン性界面活性剤は、A1の平均オキシエチレン単位数が異なる式(i)により表される化合物の混合物である請求項5~7のいずれかに記載の水性分散液。
- 変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液を製造する方法であって、
含フッ素アニオン界面活性剤の存在下でテトラフルオロエチレン及び変性モノマーを乳化重合して変性ポリテトラフルオロエチレンを含む分散液を得る工程A、
工程Aで得られた分散液に非イオン性界面活性剤(1)を添加する工程B、
工程Bで得られた分散液から含フッ素アニオン界面活性剤を除去し、更に、濃縮する工程、又は、工程Bで得られた分散液を濃縮し、更に、含フッ素アニオン界面活性剤を除去する工程である工程C、及び、
工程Cで得られた分散液に非イオン性界面活性剤(2)及びフッ素非含有アニオン界面活性剤を添加する工程D、
を含み、
工程Dは、分散液中の非イオン性界面活性剤の濃度が変性ポリテトラフルオロエチレンに対して4質量%以上12質量%以下になるように非イオン性界面活性剤(2)を添加する工程であり、
変性ポリテトラフルオロエチレンは、0.050質量%以上、1.00質量%以下の変性モノマーに基づく重合単位を含み、
変性モノマーが、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン、フルオロ(アルキルビニルエーテル)、パーフルオロアリルエーテル、(パーフルオロアルキル)エチレン、エチレン、及び、ラジカル重合で反応可能な官能基と親水基とを有する変性モノマーからなる群より選択される少なくとも1種である
ことを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液の製造方法。 - 工程Aは、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)及び(パーフルオロアルキル)エチレンからなる群より選択される少なくとも1種の単量体とを重合する工程である請求項9記載の製造方法。
- 工程Aは、コアシェル構造を有する変性ポリテトラフルオロエチレンの分散液を得る工程であり、
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)及び(パーフルオロアルキル)エチレンからなる群より選択される少なくとも1種の変性モノマーとを重合して前記コアを製造する工程A-1と、テトラフルオロエチレン及び前記変性モノマーに加え、ヘキサフルオロプロピレン及び連鎖移動剤からなる群より選択される少なくとも1種を重合して前記シェルを製造する工程A-2と、を含む請求項9又は10記載の製造方法。 - 非イオン性界面活性剤(1)は、下記式(1):
R4-O-A2-H (1)
(式中、R4は、1分子あたりの平均メチル基数が2.0以上である炭素数8~18の直鎖状若しくは分岐鎖状の1級又は2級アルキル基であり、A2は、平均オキシエチレン単位数が7.0~12.0であり、平均オキシプロピレン単位数が0.0~2.0であるポリオキシアルキレン鎖である。)により表される化合物である請求項9~11のいずれかに記載の製造方法。 - 非イオン性界面活性剤(2)は、下記式(2):
R5-O-A3-H (2)
(式中、R5は、1分子あたりの平均メチル基数が2.0以上である炭素数8~18の直鎖状若しくは分岐鎖状の1級又は2級アルキル基であり、A3は、平均オキシエチレン単位数が10.0~12.0であるポリオキシアルキレン鎖である。)により表される化合物である請求項9~12のいずれかに記載の製造方法。 - 変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液は、非イオン性界面活性剤の曇点が60~80℃である請求項9~13のいずれかに記載の製造方法。
- 工程Cにおける含フッ素アニオン界面活性剤の除去は、水性分散液を陰イオン交換樹脂に接触させることにより行う請求項9~14のいずれかに記載の製造方法。
- 変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液は、含フッ素アニオン界面活性剤の含有量が水性分散液に対して1.0ppm以下である請求項9~15のいずれかに記載の製造方法。
- 含フッ素アニオン界面活性剤は、LogPOWが3.5以下の含フッ素アニオン界面活性剤である請求項9~16のいずれかに記載の製造方法。
- フッ素非含有アニオン界面活性剤は、アルキルサルフェート及びその塩、並びに、脂肪酸及びその塩からなる群より選択される少なくとも1種である請求項9~17のいずれかに記載の製造方法。
- 変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液は、フッ素非含有アニオン界面活性剤の含有量が、変性ポリテトラフルオロエチレンに対して50~5000ppmである請求項9~18のいずれかに記載の製造方法。
- 更に、塗料原料を加える工程を含む請求項9~19のいずれかに記載の製造方法。
- 水性塗料である請求項1~8のいずれかに記載の水性分散液。
- 請求項1~8及び21のいずれかに記載の水性分散液を塗布して得られた塗膜。
- 請求項1~8及び21のいずれかに記載の水性分散液を含浸して得られた含浸膜。
- 請求項1記載の水性分散液を含む変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液であり、
(A)前記変性ポリテトラフルオロエチレンからなる変性ポリテトラフルオロエチレン樹脂粒子と、(B)窒素原子を含まず沸点が100℃以上でかつ水酸基を2個以上有する高沸点多価アルコールと、(C)分解して気化する温度が該変性ポリテトラフルオロエチレン樹脂の分解温度までの温度範囲内にある解重合性アクリル樹脂粒子と、(D)非イオン性界面活性剤と、(E)水性媒体とを含み、
前記高沸点多価アルコール(B)および解重合性アクリル樹脂粒子(C)の配合量が変性ポリテトラフルオロエチレン(A)100質量部に対してそれぞれ5~18質量部および5~25質量部であり、かつ酸化剤およびアミン系溶剤を含まない変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液。 - 請求項1記載の水性分散液を含む変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液であり、
前記変性ポリテトラフルオロエチレンからなる変性ポリテトラフルオロエチレン樹脂粒子、解重合性アクリル樹脂粒子、及び水を含み、各樹脂粒子の一次平均粒子と同体積の真球と置き換えたと仮定した場合、それぞれの樹脂粒子を最密充填構造に配列させたときの樹脂粒子間の理論空隙率26%の75~95%を占める量の非イオン性界面活性剤が存在しており、該非イオン性界面活性剤が100℃までの温度範囲で実質的に不揮発性でありかつ樹脂粒子の熱分解温度よりも低い温度で揮散または熱分解する溶媒であることを特徴とする変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液。 - 請求項24又は25記載の変性ポリテトラフルオロエチレン水性分散液を塗布して得られた塗膜を有する塗装物品。
- 金属調理器具、ベアリング、バルブ、電線、金属箔、ボイラー、パイプ、船底、オーブン内張り、アイロン底板、パン焼き型、炊飯器、グリル鍋、電気ポット、製氷トレー、雪かきシャベル、すき、工具、包丁、はさみ、ホッパー、工業用コンテナ、および鋳型からなる群より選択される少なくとも1種である請求項26記載の塗装物品。
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