WO2015186798A1 - ポリテトラフルオロエチレン粉末 - Google Patents

ポリテトラフルオロエチレン粉末 Download PDF

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WO2015186798A1
WO2015186798A1 PCT/JP2015/066237 JP2015066237W WO2015186798A1 WO 2015186798 A1 WO2015186798 A1 WO 2015186798A1 JP 2015066237 W JP2015066237 W JP 2015066237W WO 2015186798 A1 WO2015186798 A1 WO 2015186798A1
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ptfe
polymerization
coom
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aqueous dispersion
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義典 難波
深見 大
拓也 山部
丈人 加藤
真誠 小野
平良 隆博
裕俊 吉田
拓 山中
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ダイキン工業株式会社
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    • C10N2060/08Halogenation

Definitions

  • the present invention relates to polytetrafluoroethylene powder.
  • Polytetrafluoroethylene has been used as an additive to be added to greases that require lubricity because of its excellent chemical durability and good sliding properties.
  • Patent Document 1 discloses a low molecular weight polytetrafluoroethylene powder comprising a tetrafluoroethylene unit, or a tetrafluoroethylene unit and a modified monomer unit copolymerizable with the tetrafluoroethylene unit, the low molecular weight polytetrafluoroethylene powder.
  • Tetrafluoroethylene describes a low molecular weight polytetrafluoroethylene powder characterized in that the average primary particle diameter is 100 nm or less.
  • this powder has a small average primary particle size, when used as an additive for a matrix material, the dispersion particle size becomes small, so that the amount of oil absorption increases and a stable fine dispersion can be obtained. For this reason, the effect of modifying the surface of the matrix material, such as improving the texture of the coating film surface, is high, and the addition amount itself can be reduced.
  • An object of this invention is to provide the polytetrafluoroethylene powder whose dispersibility to lubricating oil is still higher in view of the said present condition.
  • the present invention comprises a tetrafluoroethylene unit or a polytetrafluoroethylene containing a tetrafluoroethylene unit and a modified monomer unit based on a modified monomer copolymerizable with the tetrafluoroethylene, and has a specific surface area of 32 m 2 / It is polytetrafluoroethylene powder characterized by being g or more.
  • the polytetrafluoroethylene powder of the present invention preferably has a specific surface area of 35 m 2 / g or more.
  • the polytetrafluoroethylene powder of the present invention is preferably composed of polytetrafluoroethylene particles having a volume average particle diameter of 50 nm or less.
  • the polytetrafluoroethylene powder of the present invention is preferably composed of polytetrafluoroethylene particles having a volume average particle diameter of less than 20 nm.
  • the polytetrafluoroethylene powder of the present invention has the above-described configuration, it has high dispersibility in lubricating oil. Therefore, by using the polytetrafluoroethylene powder of the present invention, a grease having excellent load resistance can be obtained.
  • the polytetrafluoroethylene [PTFE] powder of the present invention has a specific surface area of 32 m 2 / g or more.
  • the specific surface area is preferably 33.5 m 2 / g or more.
  • the specific surface area is more preferably 35 m 2 / g or more.
  • the specific surface area is more preferably 40 m 2 / g or more.
  • the specific surface area can be measured using an automatic specific surface area meter (BELSORP-mini, manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.). An adsorption isotherm is measured by a nitrogen gas adsorption method under liquid nitrogen temperature. Analysis is performed by the BET method to determine the specific surface area.
  • BELSORP-mini automatic specific surface area meter
  • the PTFE powder is preferably composed of PTFE particles, and the PTFE particles preferably have a volume average particle diameter of 0.1 nm or more and 50 nm or less.
  • the volume average particle diameter is more preferably 0.5 nm or more, further preferably 1.0 nm or more, more preferably 20 nm or less, still more preferably less than 20 nm, and less than 15 nm. More preferably, it is more preferably 10 nm or less, still more preferably less than 5 nm, most preferably less than 3 nm.
  • PTFE powder having a volume average particle diameter of less than 0.1 nm is not easy to produce.
  • the volume average particle diameter is measured by a dynamic light scattering method.
  • a PTFE aqueous dispersion adjusted to a PTFE solid content concentration of 1.0% by mass is prepared and measured at 25 ° C. and 70 times total using ELSZ-1000S (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.).
  • the refractive index of the solvent (water) is 1.3328, and the viscosity of the solvent (water) is 0.8878 mPa ⁇ s.
  • the volume average particle diameter is an average particle diameter in a state dispersed in primary particles.
  • the PTFE powder preferably has an average particle diameter of 1 to 50 ⁇ m, more preferably 2 to 40 ⁇ m from the viewpoint of handleability.
  • the average particle size is less than 1 ⁇ m, the apparent density is small, so that it tends to fly and the handling property may be inferior.
  • the average particle diameter exceeds 50 ⁇ m, it is difficult to finely disperse in the matrix material, and a PTFE lump is easily produced in the matrix material.
  • the average particle size is obtained by measuring the particle size distribution with a laser diffraction particle size distribution measuring device (manufactured by Nippon Laser Co., Ltd.) without using a cascade, with a pressure of 0.1 MPa, and a measurement time of 3 seconds. It is assumed that it is equal to the particle diameter corresponding to 50%.
  • the PTFE powder is made of PTFE containing a tetrafluoroethylene unit or a modified monomer unit based on a tetrafluoroethylene unit and a modified monomer copolymerizable with the tetrafluoroethylene.
  • the “TFE unit” is a moiety [—CF 2 —CF 2 —] derived from TFE.
  • the PTFE may be homo-PTFE or modified PTFE.
  • Modified PTFE includes TFE units and modified monomer units based on modified monomers copolymerizable with TFE.
  • the PTFE may be high molecular weight PTFE having non-melt processability and fibrillation properties, or may be low molecular weight PTFE having melt processability and no fibrillation properties.
  • the modified monomer unit means a part derived from the modified monomer and part of the molecular structure of the modified PTFE, and the total monomer unit means all the single monomers in the molecular structure of the modified PTFE. It means a part derived from the body.
  • the PTFE has a melt flow rate (MFR) of 0 g / 10 min or more and less than 80 g / 10 min. It is preferably 30 g / 10 min or less, more preferably 10 g / 10 min or less, still more preferably 5 g / 10 min or less.
  • MFR melt flow rate
  • a small MFR means that the molecular weight of PTFE is high.
  • the PTFE powder is characterized by having a very small particle size as well as a high molecular weight.
  • the MFR described above uses a melt indexer (manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho Co., Ltd.), and the mass of the polymer flowing out per 10 minutes from a nozzle having an inner diameter of 2 mm and a length of 8 mm under a load of 380 ° C. and 5 kg ( g / 10 minutes).
  • the PTFE has a melting point of 324 to 360 ° C.
  • the melting point is preferably 350 ° C. or lower, and more preferably 348 ° C. or lower.
  • the melting point is the maximum value in the heat of fusion curve when 3 mg of a sample with no history heated to 300 ° C. or higher is heated at a rate of 10 ° C./min using a differential scanning calorimeter [DSC]. Corresponding temperature.
  • the PTFE has a thermal decomposition start temperature of 400 ° C. or higher.
  • the thermal decomposition starting temperature is preferably 420 ° C. or higher, and more preferably 430 ° C. or higher.
  • the thermal decomposition starting temperature is determined by using a differential thermal / thermogravimetric measuring apparatus [TG-DTA] (trade name: TG / DTA6200, manufactured by Seiko Denshi), and a 10 mg sample at a heating rate of 10 ° C./min. The temperature was raised from room temperature and the sample was reduced by 1% by mass.
  • TG-DTA differential thermal / thermogravimetric measuring apparatus
  • the PTFE contains a tetrafluoroethylene unit or a modified monomer unit based on a tetrafluoroethylene unit and a modified monomer copolymerizable with the tetrafluoroethylene.
  • the modifying monomer is not particularly limited as long as it can be copolymerized with TFE.
  • perfluoroolefin such as hexafluoropropylene [HFP]; chlorofluoroolefin such as chlorotrifluoroethylene [CTFE];
  • HFP hexafluoropropylene
  • CTFE chlorofluoroolefin
  • examples thereof include hydrogen-containing fluoroolefins such as trifluoroethylene and vinylidene fluoride [VDF]; perfluorovinyl ether; perfluoroalkylethylene; ethylene; fluorine-containing vinyl ether having a nitrile group.
  • denatured monomer to be used may be 1 type, and multiple types may be sufficient as it.
  • the “perfluoro organic group” means an organic group in which all hydrogen atoms bonded to carbon atoms are substituted with fluorine atoms.
  • the perfluoro organic group may have ether oxygen.
  • perfluorovinyl ether examples include perfluoro (alkyl vinyl ether) [PAVE] in which Rf 8 represents a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms in the general formula (6).
  • the perfluoroalkyl group preferably has 1 to 5 carbon atoms.
  • Examples of the perfluoroalkyl group in the PAVE include a perfluoromethyl group, a perfluoroethyl group, a perfluoropropyl group, a perfluorobutyl group, a perfluoropentyl group, and a perfluorohexyl group.
  • Purple propyl vinyl ether [PPVE] in which the group is a perfluoropropyl group is preferred.
  • Rf 8 is a perfluoro (alkoxyalkyl) group having 4 to 9 carbon atoms, Rf 8 is the following formula:
  • Rf 8 is a group represented by the following formula:
  • n an integer of 1 to 4
  • the perfluoroalkylethylene is not particularly limited, and examples thereof include perfluorobutylethylene (PFBE) and perfluorohexylethylene (PFHE).
  • fluorine-containing vinyl ether having a nitrile group CF 2 ⁇ CFORf 9 CN (wherein Rf 9 represents an alkylene group having 2 to 7 carbon atoms in which an oxygen atom may be inserted between two carbon atoms. ) Is more preferable.
  • fluorine-containing vinyl ether having a nitrile group include perfluoro [3- (1-methyl-2-vinyloxy-ethoxy) propionitrile] (CNVE).
  • the modified monomer in the modified PTFE is preferably at least one selected from the group consisting of HFP, CTFE, VDF, PPVE, PFBE, CNVE and ethylene. More preferably, it is at least one monomer selected from the group consisting of HFP, CNVE and CTFE.
  • the modified monomer unit is preferably in the range of 0.001 to 2 mol%, more preferably in the range of 0.001 to 1 mol% with respect to the total monomer units.
  • each monomer constituting PTFE can be calculated by appropriately combining NMR, FT-IR, elemental analysis, and fluorescent X-ray analysis depending on the type of monomer.
  • the PTFE is preferably not a fluorinated ionomer because it is difficult to apply to the use of the PTFE powder described later.
  • the PTFE preferably has an equivalent weight (EW) of 6,000 or more.
  • the equivalent weight (EW) is the dry weight per equivalent of ion exchange groups, and the large equivalent weight (EW) of PTFE means that the monomer constituting PTFE contains almost no ionomer.
  • the PTFE has a surprisingly large specific surface area despite the fact that it contains little ionomer.
  • the equivalent weight (EW) is more preferably 10,000 or more, and the upper limit is not particularly limited, but is preferably 50,000,000 or less.
  • the equivalent weight can be measured by the following method.
  • An aqueous dispersion containing PTFE particles is coagulated with hydrochloric acid or nitric acid.
  • the agglomerated PTFE is washed with pure water until the washing solution becomes neutral, and then dried by heating at 110 ° C. or lower until no water remains.
  • Approximately 0.3 g of the dried PTFE is immersed in 30 mL of a saturated aqueous NaCl solution at 25 ° C. and left for 30 minutes with stirring.
  • the protons in the saturated NaCl aqueous solution are neutralized and titrated with 0.01N sodium hydroxide aqueous solution using phenolphthalein as an indicator.
  • the PTFE preferably contains substantially no monomer units based on a reactive compound having a functional group capable of reacting by radical polymerization and a hydrophilic group, and more preferably contains no monomer units.
  • the PTFE is preferably obtained in the absence of a reactive compound having a functional group capable of reacting by radical polymerization and a hydrophilic group.
  • the reactive compound include the reactive compounds described in JP 2010-183064 A. Use of the reactive compound may impair the excellent physical properties of PTFE.
  • the PTFE powder can be suitably used as a molding material, ink, cosmetics, paint, grease, a member for office automation equipment, an additive for modifying toner, an additive to a plating solution, and the like.
  • the molding material include engineering plastics such as polyoxybenzoyl polyester, polyimide, polyamide, polyamideimide, polyacetal, polycarbonate, and polyphenylene sulfide.
  • the PTFE powder is particularly suitable as a thickener for grease.
  • the PTFE powder can be used as an additive for molding materials, for example, to improve the non-adhesiveness / sliding characteristics of copy rolls, the texture of engineering plastic moldings such as furniture surface sheets, automobile dashboards, and home appliance covers.
  • the PTFE powder can be used as a paint additive for the purpose of improving the slipperiness of varnish and paint.
  • the PTFE powder can be used as a cosmetic additive for the purpose of improving the slipperiness of cosmetics such as foundations.
  • the PTFE powder is also suitable for applications that improve oil repellency or water repellency, such as wax, and for applications that improve the slipperiness of grease and toner.
  • the PTFE powder can also be used as an electrode binder for secondary batteries and fuel cells, a hardness adjusting agent for electrode binders, a water repellent treatment agent for electrode surfaces, and the like.
  • Grease can also be prepared using the PTFE powder and lubricating oil. Since the above grease contains PTFE powder and lubricating oil, the PTFE powder is uniformly and stably dispersed in the lubricating oil, and has characteristics such as load resistance, electrical insulation, and low hygroscopicity. Is excellent.
  • the lubricating oil (base oil) may be a mineral oil or a synthetic oil.
  • examples of the lubricating oil (base oil) include paraffinic and naphthenic mineral oils, synthetic hydrocarbon oils, ester oils, fluorine oils, and silicone oils.
  • Fluorine oil is preferable from the viewpoint of heat resistance, and examples of the fluorine oil include perfluoropolyether oil and low polymerized ethylene trifluoride chloride.
  • the low polymer of ethylene trifluoride chloride may have a weight average molecular weight of 500 to 1200.
  • the grease may further contain a thickener.
  • the thickener include metal soap, composite metal soap, bentonite, phthalocyanine, silica gel, urea compound, urea / urethane compound, urethane compound, and imide compound.
  • the metal soap include sodium soap, calcium soap, aluminum soap, and lithium soap.
  • the urea compound, urea / urethane compound, and urethane compound include diurea compounds, triurea compounds, tetraurea compounds, other polyurea compounds, urea / urethane compounds, diurethane compounds, and mixtures thereof.
  • the grease preferably contains 0.1 to 50% by mass of the PTFE powder, more preferably 0.5% by mass or more, and more preferably 30% by mass or less. If the amount of PTFE powder is too large, the grease will be too hard and sufficient lubricity may not be exhibited, and if the amount of PTFE powder is too small, sealing properties may not be exhibited.
  • the grease may also contain a solid lubricant, extreme pressure agent, antioxidant, oiliness agent, rust inhibitor, viscosity index improver, detergent dispersant and the like.
  • the PTFE powder is a modified monomer capable of copolymerizing tetrafluoroethylene or tetrafluoroethylene with the tetrafluoroethylene in the presence of a chain transfer agent, a fluorine-containing surfactant having a Log POW of 3.4 or less, and a polymerization initiator. And the step of obtaining PTFE powder from the aqueous dispersion containing the obtained PTFE particles.
  • the amount of the fluorine-containing surfactant used is 4600 to 500,000 ppm of the aqueous medium. Can be produced by a method having an amount corresponding to.
  • a polymerization process for obtaining an aqueous dispersion is important. It is a finding found by the present inventors that an aqueous dispersion containing PTFE powder having a large specific surface area can be produced by use.
  • the above Log POW is the partition coefficient between 1-octanol and water, and Log P [wherein P is the octanol / water (1: 1) mixture containing the fluorine-containing surfactant in the octanol when the phase separation occurs. Represents the fluorine-containing surfactant concentration / fluorine-containing surfactant concentration ratio in water].
  • the Log POW is preferably 1.5 or more, preferably 3.0 or less, and more preferably 2.8 or less in terms of easy removal from PTFE.
  • the calibration curve of each elution time and a known octanol / water partition coefficient is prepared, and the calculation is performed from the HPLC elution time in the sample solution based on this calibration curve.
  • a fluorine-containing anionic surfactant is preferable.
  • the fluorine-containing surfactant having a Log POW of 3.4 or less is preferably an anionic surfactant.
  • anionic surfactant for example, carboxylic acid-based surfactants, sulfonic acid-based surfactants and the like are preferable, and as these surfactants, perfluorocarboxylic acid represented by the following general formula (I) ( I), ⁇ -H perfluorocarboxylic acid (II) represented by the following general formula (II), perfluoropolyether carboxylic acid (III) represented by the following general formula (III), and the following general formula (IV) Perfluoroalkylalkylene carboxylic acid (IV) represented by the following general formula (V), perfluoroalkoxyfluorocarboxylic acid (V), perfluoroalkyl sulfonic acid represented by the following general formula (VI) ( VI) and / or a perfluoroalkylalkylene sulfonic acid (VII) represented by the following general formula (VII).
  • perfluorocarboxylic acid represented by the following general formula (I) ( I)
  • the perfluorocarboxylic acid (I) is represented by the following general formula (I) F (CF 2 ) n1 COOM (I) (Wherein n1 is an integer of 3 to 6, and M is H, NH 4 or an alkali metal element).
  • the preferable lower limit of n1 is 4 in terms of stability of the polymerization reaction.
  • the M is preferably NH 4 in that it hardly remains during processing of the obtained PTFE aqueous dispersion.
  • perfluorocarboxylic acid (I) examples include F (CF 2 ) 6 COOM, F (CF 2 ) 5 COOM, and F (CF 2 ) 4 COOM (wherein M is as defined above). .) Etc. are preferred.
  • the ⁇ -H perfluorocarboxylic acid (II) has the following general formula (II) H (CF 2 ) n2 COOM (II) (Wherein n2 is an integer of 4 to 8, and M is as defined above).
  • the preferable upper limit of n2 is 6 from the viewpoint of the stability of the polymerization reaction.
  • the M is preferably NH 4 in that it hardly remains during processing of the obtained PTFE aqueous dispersion.
  • Examples of the ⁇ -H perfluorocarboxylic acid (II) include H (CF 2 ) 8 COOM, H (CF 2 ) 7 COOM, H (CF 2 ) 6 COOM, H (CF 2 ) 5 COOM, H ( CF 2 ) 4 COOM (wherein M is as defined above) is preferred.
  • the perfluoropolyether carboxylic acid (III) is represented by the following general formula (III) Rf 1 —O— (CF (CF 3 ) CF 2 O) n3 CF (CF 3 ) COOM (III) (Wherein Rf 1 is a perfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, n3 is an integer of 0 to 3, and M is as defined above). .
  • Rf 1 is preferably a perfluoroalkyl group having 4 or less carbon atoms from the viewpoint of stability during polymerization, and n3 is preferably 0 or 1, M is preferably NH 4 in that it hardly remains during processing of the obtained PTFE aqueous dispersion.
  • perfluoropolyether carboxylic acid (III) for example, C 4 F 9 OCF (CF 3 ) COOM, C 3 F 7 OCF (CF 3 ) COOM, C 2 F 5 OCF (CF 3 ) COOM, CF 3 OCF (CF 3 ) COOM, CF 3 OCF (CF 3 ) CF 2 OCF (CF 3 ) COOM (In each formula, M is as defined above) and the like are preferable, and both the stability during polymerization and the removal efficiency are good.
  • CF 3 OCF (CF 3 ) COOM, CF 3 OCF (CF 3 ) CF 2 OCF (CF 3 ) COOM In each formula, M is as defined above) and the like are more preferable.
  • the perfluoroalkylalkylene carboxylic acid (IV) is represented by the following general formula (IV): Rf 2 (CH 2 ) n4 Rf 3 COOM (IV) (Wherein Rf 2 is a perfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, Rf 3 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 1 to 3 carbon atoms, and n4 is a group having 1 to 3 carbon atoms. It is an integer and M is as defined above.
  • Rf 2 is preferably a perfluoroalkyl group having 2 or more carbon atoms or a perfluoroalkyl group having 4 or less carbon atoms.
  • Rf 3 is preferably a perfluoroalkylene group having 1 or 2 carbon atoms, and more preferably — (CF 2 ) — or —CF (CF 3 ) —.
  • N4 is preferably 1 or 2, and more preferably 1.
  • the M is preferably NH 4 in that it hardly remains at the time of processing the obtained PTFE aqueous dispersion.
  • perfluoroalkylalkylene carboxylic acid (IV) for example, C 4 F 9 CH 2 CF 2 COOM, C 3 F 7 CH 2 CF 2 COOM, C 2 F 5 CH 2 CF 2 COOM, C 4 F 9 CH 2 CF (CF 3) COOM, C 3 F 7 CH 2 CF ( CF 3) COOM, C 2 F 5 CH 2 CF (CF 3) COOM, C 4 F 9 CH 2 CH 2 CF 2 COOM, C 3 F 7 CH 2 CH 2 CF 2 COOM, C 2 F 5 CH 2 CH 2 CF 2 COOM (Wherein M is as defined above) and the like are preferred.
  • the perfluoroalkoxyfluorocarboxylic acid (V) is represented by the following general formula (V) Rf 4 —O—CY 1 Y 2 CF 2 —COOM (V) (Wherein Rf 4 is a perfluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, Y 1 and Y 2 are the same or different and are H or F, and M is as defined above.) It is represented by
  • Rf 4 is preferably a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms and more preferably a perfluoroalkyl group having 3 carbon atoms from the viewpoint of polymerization stability.
  • the M is preferably NH 4 in that it hardly remains at the time of processing the obtained PTFE aqueous dispersion.
  • the perfluoroalkylsulfonic acid (VI) is represented by the following general formula (VI) F (CF 2 ) n5 SO 3 M (VI) (Wherein n5 is an integer of 3 to 6 and M is as defined above).
  • n5 is preferably an integer of 4 or 5 from the viewpoint of polymerization stability, and the M is less likely to remain during processing of the obtained PTFE aqueous dispersion. NH 4 is preferred.
  • F (CF 2 ) 4 SO 3 M, F (CF 2 ) 5 SO 3 M (Wherein M is as defined above) and the like are preferred.
  • the perfluoroalkylalkylene sulfonic acid (VII) is represented by the following general formula (VII) Rf 5 (CH 2 ) n6 SO 3 M (VII) (Wherein Rf 5 is a perfluoroalkyl group of 1 to 6, n6 is an integer of 1 to 3, and M is as defined above).
  • Rf 5 is preferably a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and more preferably a perfluoroalkyl group having 3 carbon atoms.
  • N6 is preferably 1 or 2, and more preferably 1.
  • the M is preferably NH 4 in that it hardly remains at the time of processing the obtained PTFE aqueous dispersion.
  • Examples of the perfluoroalkylalkylene sulfonic acid (VII) include: C 3 F 7 CH 2 SO 3 M, C 6 F 13 (CH 2) 2 SO 3 M (Wherein, M is as defined above) and the like are preferable, and both the stability during polymerization and the removal efficiency are good. C 3 F 7 CH 2 SO 3 M (Wherein M is as defined above) is more preferred.
  • fluorine-containing surfactant having a Log POW of 3.4 or less, the following general formula (1) X- (CF 2 ) m1 -Y (1) (Wherein X represents H or F, m1 represents an integer of 3 to 5, Y represents —SO 3 M, —SO 4 M, —SO 3 R, —SO 4 R, —COOM, —PO 3
  • X represents H or F
  • m1 represents an integer of 3 to 5
  • Y represents —SO 3 M, —SO 4 M, —SO 3 R, —SO 4 R, —COOM
  • —PO 3 A fluorine-containing compound represented by the general formula (II): M 2 , —PO 4 M 2 (M represents H, NH 4 or an alkali metal, and R represents an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms).
  • the fluorine-containing surfactant having a Log POW of 3.4 or less the following general formula (1) X- (CF 2 ) m1 -Y (1) (Wherein X represents H or F, m1 represents an integer of 3 to 5, Y represents —SO 3 M, —SO 4 M, —SO 3 R, —SO 4 R, —COOM, —PO 3 A fluorine-containing compound represented by M 2 , —PO 4 M 2 (M represents H, NH 4 or an alkali metal, and R represents an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms); 3) CF 3 OCF (CF 3 ) CF 2 OCF (CF 3 ) COOX (3) (Wherein X represents a hydrogen atom, NH 4 or an alkali metal atom), and the following general formula (4) CF 3 CF 2 OCF 2 CF 2 OCF 2 COOX (4) (Wherein, X represents a hydrogen atom, NH 4 or an alkali metal atom), and the following general formula
  • the fluorine-containing surfactant having a Log POW of 3.4 or less the following general formula (1) X- (CF 2 ) m1 -Y (1) (Wherein X represents H or F, m1 represents an integer of 3 to 5, Y represents —SO 3 M, —SO 4 M, —SO 3 R, —SO 4 R, —COOM, —PO 3
  • M 2 , —PO 4 M 2 M represents H, NH 4 or an alkali metal, and R represents an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms
  • the amount of the fluorine-containing surfactant used in the above method is an amount corresponding to 4,600 to 500,000 ppm of the aqueous medium. If the amount of the fluorine-containing surfactant used is too small, an aqueous dispersion containing PTFE particles having a small volume average particle diameter cannot be obtained. If the amount used is too large, an effect commensurate with the amount used cannot be obtained. It is economically disadvantageous.
  • the amount of the fluorine-containing surfactant used is preferably 6,000 ppm or more, more preferably 8,000 ppm or more, further preferably 18,000 ppm or more, and 20,000 ppm or more. Even more preferably, more than 40,000 ppm, even more preferably 400,000 ppm or less, and even more preferably 300,000 ppm or less.
  • the polymerization initiator used in the above method is not particularly limited as long as it can generate radicals within the above polymerization temperature range, and known oil-soluble and / or water-soluble polymerization initiators can be used. Furthermore, the polymerization can be started as a redox in combination with a reducing agent or the like. The concentration of the polymerization initiator is appropriately determined depending on the type of monomer, the molecular weight of the target polymer, and the reaction rate.
  • the polymerization initiator is preferably at least one selected from the group consisting of persulfates and organic peroxides.
  • persulfates and organic peroxides.
  • the dispersion stability of PTFE particles in an aqueous dispersion is improved.
  • a water-soluble organic peroxide is mentioned.
  • ammonium persulfate is preferable.
  • the amount of the polymerization initiator used can be appropriately determined according to the target MFE of PTFE.
  • the amount of the polymerization initiator used is usually 2 to 500 ppm with respect to the total amount of the aqueous medium.
  • a more preferred upper limit is 300 ppm, and a still more preferred upper limit is 100 ppm. Since the dispersion stability of the PTFE particles in the aqueous dispersion is good, the amount is preferably equal to or more than 2 ppm of the aqueous medium.
  • the aqueous medium used in the above method is a reaction medium for carrying out polymerization and means a liquid containing water.
  • the aqueous medium is not particularly limited as long as it contains water, and water and, for example, a fluorine-free organic solvent such as alcohol, ether, and ketone, and / or a fluorine-containing organic solvent having a boiling point of 40 ° C. or lower. May be included.
  • chain transfer agent used in the above method, known ones can be used, for example, saturated hydrocarbons such as methane, ethane, propane and butane, halogenated hydrocarbons such as chloromethane, dichloromethane and difluoroethane, methanol, Examples thereof include alcohols such as ethanol, hydrogen, and the like, preferably those in a gaseous state at normal temperature and pressure, and more preferably ethane or propane.
  • saturated hydrocarbons such as methane, ethane, propane and butane
  • halogenated hydrocarbons such as chloromethane, dichloromethane and difluoroethane
  • methanol examples thereof include alcohols such as ethanol, hydrogen, and the like, preferably those in a gaseous state at normal temperature and pressure, and more preferably ethane or propane.
  • the amount of the chain transfer agent used is usually 1 to 50,000 ppm, preferably 1 to 20,000 ppm, based on the total amount of fluoromonomer supplied.
  • a more preferred upper limit is 10,000 ppm, a still more preferred upper limit is 7,000 ppm, a still more preferred upper limit is 2,000 ppm, a more preferred lower limit is 50 ppm, and a still more preferred lower limit is 100 ppm.
  • Use of a large amount of a fluorine-containing surfactant and a small amount of a chain transfer agent is also one of preferable conditions of the above method. By adopting such conditions, it becomes possible to easily produce PTFE particles having a high molecular weight and a small particle size.
  • a particularly preferable condition is that a fluorine-containing surfactant is used at 6,000 ppm or more and a chain transfer agent is used at 20,000 ppm or less.
  • the fluorine-containing surfactant is more preferably 8,000 ppm or more, further preferably 18,000 ppm or more, particularly preferably 20,000 ppm or more, and 400,000 ppm or less.
  • the chain transfer agent is more preferably 10,000 ppm or less, still more preferably 7,000 ppm or less, and 2,000 ppm or less. Is more preferably 50 ppm or more, and more preferably 100 ppm or more.
  • the chain transfer agent may be added to the reaction vessel all at once before the start of polymerization, may be added in several portions during the polymerization, or may be added continuously during the polymerization. May be.
  • the emulsion polymerization is preferably performed at 10 to 95 ° C., more preferably 30 ° C. or more, and more preferably 90 ° C. or less.
  • the emulsion polymerization is preferably performed at 0.05 to 3.9 MPaG, more preferably at 0.1 MPaG or more, and more preferably at 3.0 MPaG or less.
  • a fluoromonomer is charged into a polymerization reactor, the contents of the reactor are stirred, and the reactor is maintained at a predetermined polymerization temperature, and then a polymerization initiator is added to start the polymerization reaction. To do. Prior to the start of the polymerization reaction, an aqueous medium, an additive, or the like may be charged into the reactor as necessary. After the polymerization reaction starts, a fluoromonomer, a polymerization initiator, a chain transfer agent, or the like may be additionally added depending on the purpose.
  • the emulsion polymerization in the above method is represented by the following general formula (2).
  • X represents H or F, m2 represents an integer of 6 or more, and Y represents —SO 3 M, —SO 4 M, —SO 3 R, —SO 4 R, —COOM, —PO 3 M 2 , —PO 4 M 2 (M represents H, NH 4 or an alkali metal, and R represents an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms)) in the absence of a fluorine-containing compound represented by Preferably it is done.
  • an aqueous dispersion containing PTFE particles having a sufficiently small volume average particle diameter can be produced without using such a conventional long-chain fluorine-containing surfactant.
  • the emulsion polymerization in the above method is preferably performed in the absence of a reactive compound having a functional group and a hydrophilic group that can be reacted by radical polymerization. According to the above method, an aqueous dispersion containing PTFE particles having a sufficiently small volume average particle diameter can be produced without using such a conventional reactive compound.
  • the method further includes a step of obtaining PTFE powder from the PTFE aqueous dispersion obtained by the polymerization step. Since the PTFE aqueous dispersion contains PTFE particles having a small volume average particle diameter, a PTFE powder having a large specific surface area can be obtained. In order to obtain the PTFE powder from the PTFE aqueous dispersion, the PTFE particles dispersed in the PTFE aqueous dispersion may be coagulated. Examples of the method of coagulating the PTFE particles include a method of freezing the PTFE aqueous dispersion and a method of aggregating the PTFE particles by mechanical shearing force.
  • an electrolyte such as nitric acid, sulfuric acid, or ammonium nitrate as a coagulant to the aqueous dispersion before coagulation.
  • an acid such as sodium hydroxide or potassium hydroxide is used after coagulation. It is preferable to neutralize the water phase and coagulated particles after coagulation.
  • the coagulated particles are usually further washed with pure water.
  • the washing is preferably repeated a plurality of times.
  • the PTFE powder After washing the coagulated particles, the PTFE powder can be obtained by drying.
  • DLS Dynamic light scattering
  • ELSZ-1000S manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.
  • the sample used was a PTFE aqueous dispersion adjusted to a PTFE solid content concentration of 1.0 mass%.
  • the refractive index of the solvent (water) was 1.3328
  • the viscosity of the solvent (water) was 0.8878 mPa ⁇ s.
  • the light source used was a 660 nm laser, and the scattered light from the sample was measured at 165 °, which is close to backscattering.
  • the apparatus automatically adjusted the intensity of the laser beam applied to the sample and the observation position so that the optimum scattering intensity (10000 to 50000 cps) was obtained according to the intensity of the scattering intensity of the sample.
  • the average particle diameter (d) and polydispersity index (PI) by the Cumulant method adapted to the autocorrelation function were obtained from the ELSZ-1000 software. Information is inadequate. For this reason, in order to obtain a particle size distribution, a histogram method is used in which approximation is performed by representing the distribution with a finite number of ⁇ j.
  • the modified Marquardt method was used as the nonlinear least square method used for approximation. Since the obtained particle size distribution depends on the scattering intensity, it was converted into a weight distribution using the Rayleigh-Gans-Debye function. The average value in the weight distribution was defined as the weight average particle size. Further, since the specific gravity of the particles in the sample is the same regardless of the size of the particle size, the weight average particle size is assumed to be equivalent to the volume average particle size.
  • Specific surface area Measurement was carried out using an automatic specific surface area meter (BELSORP-mini, manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.). The adsorption isotherm was measured by a nitrogen gas adsorption method under liquid nitrogen temperature. Analysis was performed by the BET method to determine the specific surface area. In addition, as a pretreatment of the sample, vacuum deaeration was performed at 100 ° C. for 10 hours using Belprep vac-II (manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.).
  • a particle size distribution was measured using a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus (manufactured by Nippon Laser Co., Ltd.) without using a cascade and with a pressure of 0.1 MPa and a measurement time of 3 seconds. From the obtained particle size distribution, the particle size corresponding to 50% of the integrated particle size distribution was taken as the average particle size.
  • MFR Melt flow rate
  • Solid content concentration The solid concentration of the aqueous dispersion before concentration obtained by polymerization was determined by drying 1 g of the aqueous dispersion at 300 ° C. for 60 minutes in a blow dryer, and heating with respect to the mass (1 g) of the aqueous dispersion. A value representing the percentage of the remaining mass in percentage was adopted.
  • concentration of the solid content of the PTFE aqueous dispersion after concentration was such that 1 g of the aqueous dispersion was dried in a blow dryer at 300 ° C. for 60 minutes, and the heating residue relative to the mass (1 g) of the aqueous dispersion The value of the mass ratio of was expressed as a percentage.
  • Example 1 Into a glass reactor equipped with a stirrer having an internal volume of 1 L, 530 g of deionized water, 30 g of paraffin wax and 49.5 g of ammonium perfluorohexanoate dispersant (APFH) were placed. The reactor contents were then aspirated while heating to 85 ° C. and simultaneously purged with TFE monomer to remove oxygen in the reactor. Thereafter, 0.03 g of ethane gas was added to the reactor and the contents were stirred at 540 rpm. TFE monomer was added into the reactor until a pressure of 0.73 MPaG was reached.
  • APFH ammonium perfluorohexanoate dispersant
  • PTFE aqueous dispersion had a solid content concentration of 19.3% by mass and a volume average particle size of 3.2 nm.
  • Nitric acid was added to the obtained PTFE aqueous dispersion and coagulated by vigorous stirring until solidified.
  • the obtained aggregate was washed with deionized water and then dried at 150 ° C. to obtain PTFE powder.
  • the average particle size of the PTFE powder at this time was 27 ⁇ m, the specific surface area was 37.1 m 2 / g, the MFR was 0 g / 10 min, the melting point was 330.9 ° C., and the thermal decomposition starting temperature of 1 mass% was 494.2 ° C. Met.
  • Example 2 Polymerization was carried out in the same manner as in Example 1 except that 49.5 g of the ammonium perfluorohexanoate dispersant (APFH) in Example 1 was changed to 33.0 g.
  • APFH ammonium perfluorohexanoate dispersant
  • Example 3 Similar to Example 1 except that 0.006 g of ammonium persulfate (APS) initiator in Example 1 was 0.110 g and that the reactor contents were heated to 85 ° C. to 70 ° C. Polymerization was performed.
  • APS ammonium persulfate
  • Example 4 49.5 g of ammonium perfluorohexanoate dispersant (APFH) in Example 1 was added to 10.5 g of 2,3,3,3-tetrafluoro-2- [1,1,2,3,3,3-hexa Fluoro-2- (trifluoromethoxy) propoxy] -propanoic acid ammonium salt dispersant (CF 3 OCF (CF 3 ) CF 2 OCF (CF 3 ) COONH 4 ) [PMPA] went.
  • APFH ammonium perfluorohexanoate dispersant
  • Example 5 To a glass reactor with a stirrer with a content volume of 1 L, 530 g of deionized water, 30 g of paraffin wax and 22.0 g of 2,3,3,3-tetrafluoro-2- [1,1,2,3, 3,3-Hexafluoro-2- (trifluoromethoxy) propoxy] -propanoic acid ammonium salt dispersant (CF 3 OCF (CF 3 ) CF 2 OCF (CF 3 ) COONH 4 ) [PMPA] was added. The reactor contents were then aspirated while heating to 70 ° C. and simultaneously purged with TFE monomer to remove oxygen in the reactor.
  • TFE monomer was added into the reactor until a pressure of 0.73 MPaG was reached.
  • 0.110 g ammonium persulfate (APS) initiator dissolved in 20 g deionized water was injected into the reactor and the reactor was brought to a pressure of 0.83 MPaG. A pressure drop occurred after the injection of the initiator and the onset of polymerization was observed.
  • TFE monomer was added to the reactor to maintain pressure and polymerization was continued until about 140 g of TFE monomer had reacted.
  • the reactor was evacuated until the pressure in the reactor reached normal pressure, and the contents were taken out of the reactor and cooled.
  • the supernatant paraffin wax was removed from the PTFE aqueous dispersion.
  • the obtained PTFE aqueous dispersion had a solid content concentration of 20.7% by mass and a volume average particle size of 0.9 nm.
  • Nitric acid was added to the obtained PTFE aqueous dispersion, and the mixture was agglomerated by vigorous stirring until solidified.
  • the obtained aggregate was washed with deionized water and then dried at 150 ° C. to obtain PTFE powder.
  • the average particle diameter of the PTFE powder at this time was 15 ⁇ m
  • the specific surface area was 44.1 m 2 / g
  • the MFR was 0 g / 10 min
  • the CNVE modification amount was 0.62 mol%
  • the melting point was 329.2 ° C., and 1 mass%.
  • the thermal decomposition starting temperature of was 450.4 ° C.
  • Example 1 (Comparative Example 1) In Example 1, 49.5 g of ammonium perfluorohexanoate dispersant (APFH) was added to 8.8 g of 2,3,3,3-tetrafluoro-2- [1,1,2,3,3,3-hexa. Fluoro-2- (trifluoromethoxy) propoxy] -propanoic acid ammonium salt dispersant (CF 3 OCF (CF 3 ) CF 2 OCF (CF 3 ) COONH 4 ) [PMPA], about 40 g of TFE monomer reacted Polymerization was conducted in the same manner as in Example 1 except that the polymerization was continued until the end.
  • APFH ammonium perfluorohexanoate dispersant

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Abstract

潤滑油への分散性が高いポリテトラフルオロエチレン粉末を提供する。 テトラフルオロエチレン単位、又は、テトラフルオロエチレン単位と前記テトラフルオロエチレンと共重合可能な変性モノマーに基づく変性モノマー単位とを含むポリテトラフルオロエチレンからなり、比表面積が32m/g以上であることを特徴とするポリテトラフルオロエチレン粉末。

Description

ポリテトラフルオロエチレン粉末
本発明は、ポリテトラフルオロエチレン粉末に関する。
ポリテトラフルオロエチレンは、化学的耐久性に優れるとともに、滑りがよいという特性があることから、潤滑性が求められるグリースに添加する添加剤等として用いられてきた。
特許文献1には、テトラフルオロエチレン単位、又は、テトラフルオロエチレン単位と上記テトラフルオロエチレン単位と共重合可能な変性モノマー単位とを含む低分子量ポリテトラフルオロエチレンの粉末であって、上記低分子量ポリテトラフルオロエチレンは、平均一次粒子径が100nm以下であることを特徴とする低分子量ポリテトラフルオロエチレン粉末が記載されている。
この粉末は、平均一次粒子径が小さいために、マトリックス材料の添加剤として用いた場合に、分散粒径が小さくなるため、吸油量も多くなり、安定した微分散体が得られる。このため、塗膜表面の質感を向上させる等、マトリックス材料の表面を改質する効果が高く、添加量自体を低減させることができる。
特開2010-180364号公報
しかしながら、潤滑油への分散性が高いポリテトラフルオロエチレン粉末が求められている。
本発明は、上記現状に鑑み、潤滑油への分散性が更に高いポリテトラフルオロエチレン粉末を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意検討した結果、ポリテトラフルオロエチレン粉末の比表面積を32m/g以上とすることによって、潤滑油への分散性が改善することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、テトラフルオロエチレン単位、又は、テトラフルオロエチレン単位と前記テトラフルオロエチレンと共重合可能な変性モノマーに基づく変性モノマー単位とを含むポリテトラフルオロエチレンからなり、比表面積が32m/g以上であることを特徴とするポリテトラフルオロエチレン粉末である。
本発明のポリテトラフルオロエチレン粉末は、比表面積が35m/g以上であることが好ましい。
本発明のポリテトラフルオロエチレン粉末は、体積平均粒子径が50nm以下のポリテトラフルオロエチレン粒子からなることが好ましい。
本発明のポリテトラフルオロエチレン粉末は、体積平均粒子径が20nm未満のポリテトラフルオロエチレン粒子からなることが好ましい。
本発明のポリテトラフルオロエチレン粉末は、上記構成を有することから、潤滑油への分散性が高い。従って、本発明のポリテトラフルオロエチレン粉末を用いることにより、耐荷重性等に優れたグリースを得ることができる。
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明のポリテトラフルオロエチレン〔PTFE〕粉末は、比表面積が32m/g以上であることを特徴とする。
上記比表面積は、33.5m/g以上であることが好ましい。上記比表面積は、35m/g以上であることがより好ましい。上記比表面積は、40m/g以上であることが更に好ましい。
上記比表面積は、自動比表面積計(BELSORP-mini、日本ベル株式会社製)を用いて測定することができる。液体窒素温度下における窒素ガス吸着法にて、吸着等温線を測定する。BET法にて解析を行い、比表面積を求める。
上記PTFE粉末は、PTFE粒子からなることが好ましく、上記PTFE粒子は、体積平均粒子径が0.1nm以上、50nm以下であることが好ましい。体積平均粒子径が上記範囲内にあると、マトリックス材料に対して極めて微分散が可能である。
上記体積平均粒子径は、0.5nm以上であることがより好ましく、1.0nm以上であることが更に好ましく、20nm以下であることがより好ましく、20nm未満であることが更に好ましく、15nm未満であることが更により好ましく、10nm以下であることが殊更に好ましく、5nm未満であることが特に好ましく、3nm未満であることが最も好ましい。体積平均粒子径が0.1nm未満のPTFE粉末は製造が容易でない。
上記体積平均粒子径は、動的光散乱法により測定する。PTFE固形分濃度1.0質量%に調整したPTFE水性分散液を作成し、ELSZ-1000S(大塚電子株式会社製)を使用して25℃、積算70回にて測定する値である。溶媒(水)の屈折率は1.3328、溶媒(水)の粘度は0.8878mPa・sとする。体積平均粒子径は一次粒子に分散した状態の平均粒子径である。
上記PTFE粉末は、取り扱い性の点で、平均粒子径が1~50μmであるものが好ましく、より好ましくは2~40μmである。平均粒子径が1μm未満のものは、見掛密度が小さいため舞い立ちやすく、取り扱い性に劣るおそれがある。平均粒子径が50μmを超えるものは、マトリックス材料に微分散し難く、マトリックス材料中にPTFEの塊状が出やすくなる。
上記平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(日本レーザー社製)を用い、カスケードは使用せず、圧力0.1MPa、測定時間3秒で粒度分布を測定し、得られた粒度分布積算の50%に対応する粒子径に等しいとする。
上記PTFE粉末は、テトラフルオロエチレン単位、又は、テトラフルオロエチレン単位と前記テトラフルオロエチレンと共重合可能な変性モノマーに基づく変性モノマー単位とを含むPTFEからなる。本明細書において、例えば、「TFE単位」とは、TFEに由来する部分〔-CF-CF-〕である。
上記PTFEとしては、ホモPTFEであっても、変性PTFEであってもよい。変性PTFEは、TFE単位とTFEと共重合可能な変性モノマーに基づく変性モノマー単位とを含む。また、上記PTFEは、非溶融加工性及びフィブリル化性を有する高分子量PTFEであってもよいし、溶融加工性を有し、フィブリル化性を有しない低分子量PTFEであってもよい。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し、全単量体単位とは、変性PTFEの分子構造における全ての単量体に由来する部分を意味する。
上記PTFEは、メルトフローレート(MFR)が0g/10分以上、80g/10分未満である。30g/10分以下であることが好ましく、10g/10分以下であることがより好ましく、5g/10分以下であることが更に好ましい。
小さいMFRはPTFEの分子量が高いことを意味する。上記PTFE粉末は、分子量が高いと同時に、極めて小さな粒子径を有することに特徴がある。
上記MFRは、ASTM D1238に従って、メルトインデクサー((株)安田精機製作所製)を用いて、380℃、5kg荷重下で内径2mm、長さ8mmのノズルから10分間あたりに流出するポリマーの質量(g/10分)として得られる値である。
上記PTFEは、融点が324~360℃である。上記融点は、350℃以下であることが好ましく、348℃以下であることがより好ましい。
本明細書において、融点は、示差走査熱量計〔DSC〕を用いて、300℃以上に加熱した履歴の無い試料3mgを10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値に対応する温度である。
上記PTFEは、熱分解開始温度が400℃以上である。上記熱分解開始温度は、420℃以上であることが好ましく、430℃以上であることがより好ましい。
本明細書において、熱分解開始温度は、示差熱・熱重量測定装置〔TG-DTA〕(商品名:TG/DTA6200、セイコー電子社製)を用い、試料10mgを昇温速度10℃/分で室温から昇温し、試料が1質量%減少した温度である。
上記PTFEは、テトラフルオロエチレン単位、又は、テトラフルオロエチレン単位と前記テトラフルオロエチレンと共重合可能な変性モノマーに基づく変性モノマー単位とを含む。
上記変性モノマーとしては、TFEとの共重合が可能なものであれば特に限定されず、例えば、ヘキサフルオロプロピレン〔HFP〕等のパーフルオロオレフィン;クロロトリフルオロエチレン〔CTFE〕等のクロロフルオロオレフィン;トリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン〔VDF〕等の水素含有フルオロオレフィン;パーフルオロビニルエーテル;パーフルオロアルキルエチレン;エチレン;ニトリル基を有するフッ素含有ビニルエーテル等が挙げられる。また、用いる変性モノマーは1種であってもよいし、複数種であってもよい。
上記パーフルオロビニルエーテルとしては特に限定されず、例えば、下記一般式(6)
CF=CF-ORf   (6)
(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。
上記パーフルオロビニルエーテルとしては、例えば、上記一般式(6)において、Rfが炭素数1~10のパーフルオロアルキル基を表すものであるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)〔PAVE〕が挙げられる。上記パーフルオロアルキル基の炭素数は、好ましくは1~5である。
上記PAVEにおけるパーフルオロアルキル基としては、例えば、パーフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基等が挙げられるが、パーフルオロアルキル基がパーフルオロプロピル基であるパープルオロプロピルビニルエーテル〔PPVE〕が好ましい。
上記パーフルオロビニルエーテルとしては、更に、上記一般式(6)において、Rfが炭素数4~9のパーフルオロ(アルコキシアルキル)基であるもの、Rfが下記式:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
(式中、mは、0又は1~4の整数を表す。)で表される基であるもの、Rfが下記式:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(式中、nは、1~4の整数を表す。)で表される基であるもの等が挙げられる。
パーフルオロアルキルエチレンとしては特に限定されず、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(PFHE)等が挙げられる。
ニトリル基を有するフッ素含有ビニルエーテルとしては、CF=CFORfCN(式中、Rfは2つの炭素原子間に酸素原子が挿入されていてもよい炭素数が2~7のアルキレン基を表す。)で表されるフッ素含有ビニルエーテルがより好ましい。ニトリル基を有するフッ素含有ビニルエーテルとしては、パーフルオロ[3-(1-メチル-2-ビニルオキシ-エトキシ)プロピオニトリル](CNVE)等が挙げられる。
上記変性PTFEにおける変性モノマーとしては、HFP、CTFE、VDF、PPVE、PFBE、CNVE及びエチレン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。より好ましくは、HFP、CNVE及びCTFEからなる群より選択される少なくとも1種の単量体である。
上記変性PTFEは、全単量体単位に対して、変性モノマー単位が0.001~2モル%の範囲であることが好ましく、0.001~1モル%の範囲であることがより好ましい。
本明細書において、PTFEを構成する各単量体の含有量は、NMR、FT-IR、元素分析、蛍光X線分析を単量体の種類によって適宜組み合わせることで算出できる。
上記PTFEは、後述するPTFE粉末の用途に適用することが困難であることから、フッ素化イオノマーでないことが好ましい。
上記PTFEは、当量重量(EW)が6,000以上であることが好ましい。当量重量(EW)は、イオン交換基1当量当たりの乾燥重量であり、PTFEの当量重量(EW)が大きいことは、PTFEを構成するモノマーにイオノマーがほとんど含まれないことを意味する。上記PTFEは、イオノマーがほとんど含まれないにも関わらず、驚くべきことに大きな比表面積を有する。当量重量(EW)は、10,000以上であることがより好ましく、上限は特に限定されないが、50,000,000以下であることが好ましい。
上記当量重量は、次の方法により測定することができる。
PTFE粒子を含む水性分散液を、塩酸あるいは硝酸を用いてPTFEを凝析させる。凝析したPTFEは、洗浄液が中性になるまで純水にて洗浄を行った後、水分がなくなるまで110℃以下で真空加熱乾燥させる。乾燥させたPTFEのおよそ0.3gを、25℃の飽和NaCl水溶液30mLに浸漬し、攪拌しながら30分間放置する。次いで、飽和NaCl水溶液中のプロトンを、フェノールフタレインを指示薬として0.01N水酸化ナトリウム水溶液を用いて中和滴定する。中和後に得られたイオン交換基の対イオンがナトリウムイオンの状態となっているPTFEを、純水ですすぎ、さらに真空乾燥して秤量する。中和に要した水酸化ナトリウムの物質量をM(mmol)、イオン交換基の対イオンがナトリウムイオンのPTFEの質量をW(mg)とし、下記式より当量重量EW(g/eq)を求める。
EW=(W/M)-22
上記PTFEは、ラジカル重合で反応可能な官能基と親水基とを有する反応性化合物に基づく単量体単位を実質的に含まないことが好ましく、全く含まないことがより好ましい。また、上記PTFEは、ラジカル重合で反応可能な官能基と親水基とを有する反応性化合物の非存在下に得られたものであることが好ましい。上記反応性化合物としては、特開2010-183064号公報に記載の反応性化合物が挙げられる。上記反応性化合物の使用は、PTFEが有する優れた物性を損なうおそれがある。
上記PTFE粉末は、成形材料、インク、化粧品、塗料、グリース、オフィスオートメーション機器用部材、トナーを改質する添加剤、めっき液への添加剤等として好適に使用することができる。上記成形材料としては、例えば、ポリオキシベンゾイルポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド等のエンジニアリングプラスチックが挙げられる。上記PTFE粉末は、特に、グリース用粘稠剤として好適である。
上記PTFE粉末は、成形材料の添加剤として、例えば、コピーロールの非粘着性・摺動特性の向上、家具の表層シート、自動車のダッシュボード、家電製品のカバー等のエンジニアリングプラスチック成形品の質感を向上させる用途、軽荷重軸受、歯車、カム、プッシュホンのボタン、映写機、カメラ部品、摺動材等の機械的摩擦を生じる機械部品の滑り性や耐摩耗性を向上させる用途、エンジニアリングプラスチックの加工助剤等として好適に用いることができる。
上記PTFE粉末は、塗料の添加剤として、ニスやペンキの滑り性向上の目的に用いることができる。上記PTFE粉末は、化粧品の添加剤として、ファンデーション等の化粧品の滑り性向上等の目的に用いることができる。
上記PTFE粉末は、更に、ワックス等の撥油性又は撥水性を向上させる用途や、グリースやトナーの滑り性を向上させる用途にも好適である。
上記PTFE粉末は、二次電池や燃料電池の電極バインダー、電極バインダーの硬度調整剤、電極表面の撥水処理剤等としても使用できる。
上記PTFE粉末及び潤滑油を使用してグリースを調製することもできる。上記グリースは、PTFE粉末及び潤滑油を含有することを特徴とすることから、潤滑油中にPTFE粉末が均一かつ安定に分散しており、耐荷重性、電気絶縁性、低吸湿性等の特性に優れている。
上記潤滑油(基油)は、鉱物油であっても、合成油であってもよい。上記潤滑油(基油)としては、例えば、パラフィン系やナフテン系の鉱物油、合成炭化水素油、エステル油、フッ素オイル、シリコーンオイルのような合成油等が挙げられる。耐熱性の観点からはフッ素オイルが好ましく、上記フッ素オイルとしては、パーフルオロポリエーテルオイル、三フッ化塩化エチレンの低重合物等が挙げられる。三フッ化塩化エチレンの低重合物は、重量平均分子量が500~1200であってよい。
上記グリースは、更に、増稠剤を含むものであってもよい。上記増稠剤としては、金属石けん、複合金属石けん、ベントナイト、フタロシアニン、シリカゲル、ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ウレタン化合物、イミド化合物等が挙げられる。上記金属石けんとしては、例えばナトリウム石けん、カルシウム石けん、アルミニウム石けん、リチウム石けん等が挙げられる。また上記ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物及びウレタン化合物としては、例えばジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、その他のポリウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ジウレタン化合物又はこれらの混合物等が挙げられる。
上記グリースは、上記PTFE粉末を0.1~50質量%含むことが好ましく、0.5質量%以上含むことがより好ましく、30質量%以下含むことがより好ましい。PTFE粉末の量が多すぎると、グリースが硬くなりすぎて、充分な潤滑性を発揮できないおそれがあり、PTFE粉末の量が少なすぎると、シール性が発揮できないおそれがある。
上記グリースは、固体潤滑剤、極圧剤、酸化防止剤、油性剤、さび止め剤、粘度指数向上剤、清浄分散剤等を含むこともできる。
上記PTFE粉末は、連鎖移動剤、LogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤及び重合開始剤の存在下、テトラフルオロエチレン、又は、テトラフルオロエチレンと上記テトラフルオロエチレンと共重合可能な変性モノマーとの乳化重合を水性媒体中で行う工程、及び、得られたPTFE粒子を含む水性分散液からPTFE粉末を得る工程を含み、上記含フッ素界面活性剤の使用量は、水性媒体の4600~500000ppmに相当する量である方法によって製造することができる。
本発明の特徴の一つである大きな比表面積を有するPTFE粉末を得るには、水性分散液を得る重合工程が重要であり、上記重合において特定範囲のLogPOWを有する含フッ素界面活性剤を多量に使用することで、大きな比表面積を有するPTFE粉末を含む水性分散液を製造できることは、本発明者らが見出した知見である。
上記LogPOWは、1-オクタノールと水との分配係数であり、LogP[式中、Pは、含フッ素界面活性剤を含有するオクタノール/水(1:1)混合液が相分離した際のオクタノール中の含フッ素界面活性剤濃度/水中の含フッ素界面活性剤濃度比を表す]で表されるものである。上記LogPOWは、1.5以上であることが好ましく、PTFEから除去しやすい点で、3.0以下であることが好ましく、2.8以下であることがより好ましい。
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%HClO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。
LogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤としては、含フッ素アニオン性界面活性剤が好ましく、米国特許出願公開第2007/0015864号明細書、米国特許出願公開第2007/0015865号明細書、米国特許出願公開第2007/0015866号明細書、米国特許出願公開第2007/0276103号明細書、米国特許出願公開第2007/0117914号明細書、米国特許出願公開第2007/142541号明細書、米国特許出願公開第2008/0015319号明細書、米国特許第3250808号明細書、米国特許第3271341号明細書、特開2003-119204号公報、国際公開第2005/042593号、国際公開第2008/060461号、国際公開第2007/046377号、国際公開第2007/119526号、国際公開第2007/046482号、国際公開第2007/046345号に記載されたもの等を使用できる。
LogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤としては、アニオン界面活性剤であることが好ましい。
上記アニオン界面活性剤としては、例えば、カルボン酸系界面活性剤、スルホン酸系界面活性剤等が好ましく、これらの界面活性剤としては、下記一般式(I)で表されるパーフルオロカルボン酸(I)、下記一般式(II)で表されるω-Hパーフルオロカルボン酸(II)、下記一般式(III)で表されるパーフルオロポリエーテルカルボン酸(III)、下記一般式(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)、下記一般式(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)、下記一般式(VI)で表されるパーフルオロアルキルスルホン酸(VI)、及び/又は、下記一般式(VII)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(VII)からなるものが挙げられる。
上記パーフルオロカルボン酸(I)は、下記一般式(I)
F(CFn1COOM   (I)
(式中、n1は、3~6の整数であり、Mは、H、NH又はアルカリ金属元素である。)で表されるものである。
上記一般式(I)において、重合反応の安定性の点で、上記n1の好ましい下限は4である。また、上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくいという点で、NHであることが好ましい。
上記パーフルオロカルボン酸(I)としては、例えば、F(CFCOOM、F(CFCOOM、F(CFCOOM(各式中、Mは、上記定義したものである。)等が好ましい。
上記ω-Hパーフルオロカルボン酸(II)は、下記一般式(II)
H(CFn2COOM   (II)
(式中、n2は、4~8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。
上記一般式(II)において、重合反応の安定性の点で、上記n2の好ましい上限は6である。また、上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくいという点で、NHであることが好ましい。
上記ω-Hパーフルオロカルボン酸(II)としては、例えば、H(CFCOOM、H(CFCOOM、H(CFCOOM、H(CFCOOM、H(CFCOOM(各式中、Mは、上記定義したものである。)等が好ましい。
上記パーフルオロポリエーテルカルボン酸(III)は、下記一般式(III)
Rf-O-(CF(CF)CFO)n3CF(CF)COOM   (III)
(式中、Rf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。
上記一般式(III)において、上記Rfは、重合時の安定性の点で、炭素数4以下のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、n3は、0又は1であることが好ましく、上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくいという点で、NHであることが好ましい。
上記パーフルオロポリエーテルカルボン酸(III)としては、例えば、
OCF(CF)COOM、COCF(CF)COOM、
OCF(CF)COOM、CFOCF(CF)COOM、
CFOCF(CF)CFOCF(CF)COOM
(各式中、Mは上記定義したものである。)等が好ましく、重合時の安定性と除去効率とが共によい点で、
CFOCF(CF)COOM、CFOCF(CF)CFOCF(CF)COOM
(各式中、Mは上記定義したものである。)等がより好ましい。
上記パーフルオロアルキルアルキレンカルボン酸(IV)は、下記一般式(IV)
Rf(CHn4RfCOOM   (IV)
(式中、Rfは、炭素数1~5のパーフルオロアルキル基であり、Rf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。
上記一般式(IV)において、上記Rfは、炭素数2以上のパーフルオロアルキル基、又は、炭素数4以下のパーフルオロアルキル基であることが好ましい。上記Rfは、炭素数1又は2のパーフルオロアルキレン基であることが好ましく、-(CF)-又は-CF(CF)-であることがより好ましい。上記n4は、1又は2であることが好ましく、1であることがより好ましい。上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくいという点で、NHであることが好ましい。
上記パーフルオロアルキルアルキレンカルボン酸(IV)としては、例えば、
CHCFCOOM、CCHCFCOOM、
CHCFCOOM、CCHCF(CF)COOM、
CHCF(CF)COOM、CCHCF(CF)COOM、
CHCHCFCOOM、CCHCHCFCOOM、
CHCHCFCOOM
(各式中、Mは上記定義したものである。)等が好ましい。
上記パーフルオロアルコキシフルオロカルボン酸(V)は、下記一般式(V)
Rf-O-CYCF-COOM   (V)
(式中、Rfは、炭素数1~5のパーフルオロアルキル基であり、Y及びY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。
上記一般式(V)において、上記Rfは、重合安定性の点で、炭素数1~3のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、炭素数3のパーフルオロアルキル基がより好ましい。上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくいという点で、NHであることが好ましい。
上記パーフルオロアルコキシフルオロカルボン酸(V)としては、
OCHCFCOOM、COCHFCFCOOM、
OCFCFCOOM
(各式中、Mは上記定義したものである。)等が好ましい。
上記パーフルオロアルキルスルホン酸(VI)は、下記一般式(VI)
F(CFn5SOM   (VI)
(式中、n5は、3~6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。
上記一般式(VI)において、上記n5は、重合安定性の点で、4又は5の整数であることが好ましく、上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくいという点で、NHであることが好ましい。
上記パーフルオロアルキルスルホン酸(VI)としては、例えば、
F(CFSOM、F(CFSO
(各式中、Mは上記定義したものである。)等が好ましい。
上記パーフルオロアルキルアルキレンスルホン酸(VII)は、下記一般式(VII)
Rf(CHn6SOM   (VII)
(式中、Rfは、1~6のパーフルオロアルキル基であり、n6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。
上記一般式(VII)において、Rfは、炭素数1~3のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、炭素数3のパーフルオロアルキル基であることがより好ましい。上記n6は、1又は2であることが好ましく、1であることがより好ましい。上記Mは、得られるPTFE水性分散液の加工時に残存しにくい点で、NHであることが好ましい。
上記パーフルオロアルキルアルキレンスルホン酸(VII)としては、例えば、
CHSOM、C13(CHSO
(式中、Mは上記定義したものである。)等が好ましく、重合時の安定性と除去効率とが共によい点で、
CHSO
(式中、Mは上記定義したものである)等がより好ましい。
LogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤としては、下記一般式(1)
X-(CFm1-Y   (1)
(式中、XはH又はFを表し、m1は3~5の整数を表し、Yは-SOM、-SOM、-SOR、-SOR、-COOM、-PO、-PO(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1~12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物、一般式(II)で表されるω-Hパーフルオロカルボン酸(II)、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)、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)、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)、及び、一般式(VII)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(VII)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。
また、LogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤としては、下記一般式(1)
X-(CFm1-Y   (1)
(式中、XはH又はFを表し、m1は3~5の整数を表し、Yは-SOM、-SOM、-SOR、-SOR、-COOM、-PO、-PO(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1~12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物、下記一般式(3)
CFOCF(CF)CFOCF(CF)COOX   (3)
(式中、Xは水素原子、NH又はアルカリ金属原子を表す。)で表される含フッ素化合物、及び、下記一般式(4)
CFCFOCFCFOCFCOOX   (4)
(式中、Xは水素原子、NH又はアルカリ金属原子を表す。)で表される含フッ素化合物、及び、下記一般式(5)
CFOCFCFOCFCOOX   (5)
(式中、Xは水素原子、NH又はアルカリ金属原子を表す。)で表される含フッ素化合物からなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましい。
また、LogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤としては、下記一般式(1)
X-(CFm1-Y   (1)
(式中、XはH又はFを表し、m1は3~5の整数を表し、Yは-SOM、-SOM、-SOR、-SOR、-COOM、-PO、-PO(MはH、NH4又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1~12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物が更に好ましい。
上記方法における含フッ素界面活性剤の使用量は、水性媒体の4,600~500,000ppmに相当する量である。含フッ素界面活性剤の使用量が少なすぎると、体積平均粒子径が小さいPTFE粒子を含む水性分散液を得ることができず、使用量が多すぎると、使用量に見合った効果が得られず経済的に不利である。含フッ素界面活性剤の使用量は、6,000ppm以上であることが好ましく、8,000ppm以上であることがより好ましく、18,000ppm以上であることが更に好ましく、20,000ppm以上であることが更により好ましく、40,000ppm超であることが殊更に好ましく、400,000ppm以下であることが好ましく、300,000ppm以下であることがより好ましい。
上記方法で使用する重合開始剤としては、上記重合温度範囲でラジカルを発生しうるものであれば特に限定されず、公知の油溶性及び/又は水溶性の重合開始剤を使用することができる。更に、還元剤等と組み合わせてレドックスとして重合を開始することもできる。上記重合開始剤の濃度は、モノマーの種類、目的とする重合体の分子量、反応速度によって適宜決定される。
上記重合開始剤としては、過硫酸塩及び有機過酸化物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。重合開始剤としては、PTFE粒子の水性分散液中での分散安定性が良好となることから、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩、ジサクシニックアシッドパーオキサイド、ジグルタニックアシッドパーオキサイドなどの水溶性有機過酸化物が挙げられる。取り扱いの簡便性、コストを鑑みれば、過硫酸アンモニウムが好ましい。
上記重合開始剤の使用量は、目的とするPTFEのMFRにあわせて添加量を適宜決定することができる。上記重合開始剤の使用量は、通常、水性媒体の全量に対して2~500ppmである。より好ましい上限は300ppmであり、更に好ましい上限は100ppmである。PTFE粒子の水性分散液中での分散安定性が良好となることから、水性媒体の2ppmに相当する量以上であることが好ましい。
上記方法で使用する水性媒体は、重合を行わせる反応媒体であって、水を含む液体を意味する。上記水性媒体は、水を含むものであれば特に限定されず、水と、例えば、アルコール、エーテル、ケトン等のフッ素非含有有機溶媒、及び/又は、沸点が40℃以下であるフッ素含有有機溶媒とを含むものであってもよい。
上記方法で使用する連鎖移動剤としては、公知のものが使用できるが、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の飽和炭化水素、クロロメタン、ジクロロメタン、ジフルオロエタン等のハロゲン化炭化水素類、メタノール、エタノール等のアルコール類、水素等が挙げられるが、常温常圧で気体状態のものが好ましく、エタン又はプロパンがより好ましい。
上記連鎖移動剤の使用量は、通常、供給されるフルオロモノマー全量に対して、1~50,000ppmであり、好ましくは1~20,000ppmである。より好ましい上限は10,000ppmであり、更に好ましい上限は7,000ppmであり、更により好ましい上限は2,000ppmであり、より好ましい下限は50ppmであり、更に好ましい下限は100ppmである。
多量の含フッ素界面活性剤と少量の連鎖移動剤とを使用することも、上記方法の好ましい条件の一つである。このような条件を採用すれば、高分子量かつ小粒径のPTFE粒子を容易に製造することが可能となる。
特に好ましい条件は、含フッ素界面活性剤を6,000ppm以上使用し、連鎖移動剤を20,000ppm以下使用することである。この好適な条件において、含フッ素界面活性剤は、8,000ppm以上であることがより好ましく、18,000ppm以上であることが更に好ましく、20,000ppm以上であることが特に好ましく、400,000ppm以下であることが好ましく、300,000ppm以下であることがより好ましく、連鎖移動剤は、10,000ppm以下であることがより好ましく、7,000ppm以下であることが更に好ましく、2,000ppm以下であることが更により好ましく、50ppm以上であることが好ましく、100ppm以上であることがより好ましい。
上記連鎖移動剤は、重合開始前に一括して反応容器中に添加してもよいし、重合中に複数回に分割して添加してもよいし、また、重合中に連続的に添加してもよい。
上記乳化重合は、10~95℃で行うことが好ましく、30℃以上で行うことがより好ましく、90℃以下で行うことがより好ましい。
上記乳化重合は、0.05~3.9MPaGで行うことが好ましく、0.1MPaG以上で行うことがより好ましく、3.0MPaG以下で行うことがより好ましい。
上記乳化重合は、重合反応器に、フルオロモノマーを仕込み、反応器の内容物を撹拌し、そして反応器を所定の重合温度に保持し、次に重合開始剤を加え、重合反応を開始することにより行う。重合反応開始前に、必要に応じて、水性媒体、添加剤等を反応器に仕込んでもよい。重合反応開始後に、目的に応じて、フルオロモノマー、重合開始剤、連鎖移動剤等を追加添加してもよい。
上記方法における乳化重合は、下記一般式(2)
X-(CFm2-Y   (2)
(式中、XはH又はFを表し、m2は6以上の整数を表し、Yは-SOM、-SOM、-SOR、-SOR、-COOM、-PO、-PO(MはH、NH又はアルカリ金属を表し、Rは炭素数1~12のアルキル基を表す。)を表す。)で表される含フッ素化合物の非存在下に行うことが好ましい。上記方法によれば、このような従来の長鎖含フッ素界面活性剤を使用しなくても、体積平均粒子径の充分小さいPTFE粒子を含む水性分散液を製造することができる。
上記方法における乳化重合は、ラジカル重合で反応可能な官能基と親水基とを有する反応性化合物の非存在下に行うことが好ましい。上記方法によれば、このような従来の反応性化合物を使用しなくても、体積平均粒子径の充分小さいPTFE粒子を含む水性分散液を製造することができる。
上記方法は、上記重合工程により得られたPTFE水性分散液からPTFE粉末を得る工程を更に含む。上記PTFE水性分散液は体積平均粒子径の小さいPTFE粒子を含むことから、比表面積が大きいPTFE粉末を得ることができる。
PTFE水性分散液からPTFE粉末を得るには、PTFE水性分散液に分散しているPTFE粒子を凝析すればよい。上記PTFE粒子を凝析する方法としては、PTFE水性分散液を凍結する方法、機械的剪断力によりPTFE粒子を凝集させる方法が挙げられるが、凝析後の水相に残存するポリマーを低減させる上で、凝析剤として硝酸、硫酸、硝酸アンモニウム等の電解質を凝析前の水性分散液に加えることが好ましく、電解質に酸を用いた場合、凝析後に水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリで凝析後の水相及び凝析粒子を中和することが好ましい。
その後、含フッ素界面活性剤の除去の為、通常さらに新たに純水で凝析粒子を洗浄する。除去効率を上げるために、洗浄は複数回繰り返すことが好ましい。
凝析粒子を洗浄した後、乾燥させることにより、PTFE粉末を得ることができる。
つぎに本発明を実施例をあげて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
実施例の各数値は以下の方法により測定した。
(体積平均粒子径)
動的光散乱法(DLS)により測定される。動的光散乱(DLS)測定は、ELSZ-1000S(大塚電子株式会社製)を使用して25℃で行った。試料はPTFE固形分濃度1.0質量%に調整したPTFE水性分散液を用いた。その時、溶媒(水)の屈折率は1.3328、溶媒(水)の粘度は0.8878mPa・sとした。光源は660nmレーザーを用いて、試料からの散乱光は後方散乱に近い165°で測定を行った。1測定には70回の積算を行い、およそ3分間かけてデータを取り込んだ。試料の散乱強度の強弱に応じて、最適な散乱強度(10000~50000cps)になるよう、試料に照射するレーザー光強度や観測位置を装置が自動的に調整を行った。
得られた自己相関関数をもとに、自己相関関数に適合されたCumulant法による平均粒子径(d)と多分散指数(PI)がELSZ-1000ソフトウエアから得られたが、粒度分布についての情報は不十分である。
このため、粒度分布を得るために有限個数のΓjで分布を代表させて近似を行うヒストグラム法を用いた。ここで近似に使用する非線形最少二乗法には修正Marquardt法を用いた。得られた粒度分布は散乱強度に依存した分布であるため、Rayleigh-Gans-Debye関数を用いて重量分布に換算した。重量分布における平均値を重量平均粒子径とした。また、試料中の粒子の比重は粒度の大きさに関わりなく同一であるので、重量平均粒子径は体積平均粒子径と等価であるとした。
(比表面積)
自動比表面積計(BELSORP-mini、日本ベル株式会社製)を用いて測定を行った。液体窒素温度下における窒素ガス吸着法にて、吸着等温線を測定した。BET法にて解析を行い、比表面積を求めた。
尚、試料の前処理として、Belprep vac-II(日本ベル株式会社製)を用いて100℃にて10時間真空脱気を行った。
(平均粒子径)
レーザー回折式粒度分布測定装置(日本レーザー社製)を用い、カスケードは使用せず、圧力0.1MPa、測定時間3秒で粒度分布を測定した。得られた粒度分布から、粒度分布積算の50%に対応する粒子径を平均粒子径とした。
(メルトフローレート(MFR))
ASTM D1238に従って、メルトインデクサー((株)安田精機製作所製)を用いて、380℃、5kg荷重下で内径2mm、長さ8mmのノズルから10分間あたりに流出するポリマーの質量(g/10分)を測定した。
なお、流出したポリマー量がごく微量であることから、流出したポリマーの質量を測定することが困難である場合は0.2g以下/10分とした。
(融点)
示差走査熱量計〔DSC〕を用いて、300℃以上に加熱した履歴の無い試料3mgを10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値に対応する温度として求めた。
(熱分解開始温度)
示差熱・熱重量測定装置〔TG-DTA〕(商品名:TG/DTA6200、セイコー電子社製)を用い、試料10mgを昇温速度10℃/分で室温から昇温し、試料が1質量%減少した温度を測定した。
(固形分濃度)
重合により得られた濃縮前の水性分散液の固形分濃度は、水性分散液1gを、送風乾燥機中で300℃、60分の条件で乾燥し、水性分散液の質量(1g)に対する、加熱残分の質量の割合を百分率で表した値を採用した。
また、濃縮後のPTFE水性分散液の固形分濃度は、水性分散液1gを、送風乾燥機中で300℃、60分の条件で乾燥し、水性分散液の質量(1g)に対する、加熱残分の質量の割合を百分率で表した値を採用した。
(分散安定性の評価)
100℃に保持したグリース90gをガラス製のメスシリンダーに入れて48時間保持した。離油が観察された場合は、メスシリンダーの目盛りを読み取ることで離油の容積を求めて、グリース全容積に対する離油容積を百分率で表示した。割合が低いほど分散安定性に優れることを示す。
(実施例1)
内容量1Lの撹拌機付きガラス製反応器に、530gの脱イオン水、30gのパラフィンワックス及び49.5gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を入れた。次いで反応器の内容物を85℃まで加熱しながら吸引すると同時にTFE単量体でパージして反応器内の酸素を除いた。その後、0.03gのエタンガスを反応器に加え、内容物を540rpmで攪拌した。反応器中にTFE単量体を0.73MPaGの圧力となるまで加えた。20gの脱イオン水に溶解した0.006gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を反応器に注入し、反応器を0.83MPaGの圧力にした。開始剤の注入後に圧力の低下が起こり重合の開始が観測された。TFE単量体を反応器に加えて圧力を保ち、約140gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた。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。上澄みのパラフィンワックスをPTFE水性分散液から取り除いた。
得られたPTFE水性分散液の固形分濃度は19.3質量%であり、体積平均粒子径は3.2nmであった。
得られたPTFE水性分散液に硝酸を加え、凝固するまで激しく撹拌して凝析させた。得られた凝集物を脱イオン水で水洗いした後150℃で乾燥させることにより、PTFE粉末を得た。このときのPTFE粉末の平均粒子径は、27μm、比表面積は37.1m/g、MFRは0g/10分、融点は330.9℃、1質量%の熱分解開始温度は494.2℃であった。
得られたPTFE粉末20gにフッ素系オイル(デムナム S-20、ダイキン工業社製)80gを加え、擂潰機中で2時間攪拌してグリースを得た。
(実施例2)
実施例1における49.5gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を33.0gとした以外は実施例1と同様に重合を行った。
(実施例3)
実施例1における0.006gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を0.110gとし、反応器の内容物を85℃まで加熱することを70℃まで加熱することとした以外は実施例1と同様に重合を行った。
(実施例4)
実施例1における49.5gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を10.5gの2,3,3,3-テトラフルオロ-2-[1,1,2,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]-プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CFOCF(CF)CFOCF(CF)COONH)〔PMPA〕とした以外は実施例1と同様に重合を行った。
(実施例5)
内容量1Lの撹拌機付きガラス製反応器に、530gの脱イオン水、30gのパラフィンワックス及び22.0gの2,3,3,3-テトラフルオロ-2-[1,1,2,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]-プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CFOCF(CF)CFOCF(CF)COONH)〔PMPA〕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単量体でパージして反応器内の酸素を除いた。その後、0.03gのエタンガスと1.12gのパーフルオロ[3-(1-メチル-2-ビニルオキシ-エトキシ)プロピオニトリル]〔CNVE〕を反応器に加え、内容物を540rpmで攪拌した。反応器中にTFE単量体を0.73MPaGの圧力となるまで加えた。20gの脱イオン水に溶解した0.110gの過硫酸アンモニウム(APS)開始剤を反応器に注入し、反応器を0.83MPaGの圧力にした。開始剤の注入後に圧力の低下が起こり重合の開始が観測された。TFE単量体を反応器に加えて圧力を保ち、約140gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた。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。上澄みのパラフィンワックスをPTFE水性分散液から取り除いた。
得られたPTFE水性分散液の固形分濃度は20.7質量%であり、体積平均粒子径は0.9nmであった。
得られたPTFE水性分散液に硝酸を加え、凝固するまで激しく撹拌して凝集させた。得られた凝集物を脱イオン水で水洗いした後150℃で乾燥させることにより、PTFE粉末を得た。このときのPTFE粉末の平均粒子径は、15μm、比表面積は44.1m/g、MFRは0g/10分、CNVE変性量は0.62モル%、融点は329.2℃、1質量%の熱分解開始温度は450.4℃であった。
(比較例1) 
実施例1における49.5gのパーフルオロヘキサン酸アンモニウム分散剤(APFH)を8.8gの2,3,3,3-テトラフルオロ-2-[1,1,2,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-(トリフルオロメトキシ)プロポキシ]-プロパン酸アンモニウム塩分散剤(CFOCF(CF)CFOCF(CF)COONH)〔PMPA〕とし、約40gのTFE単量体が反応し終わるまで重合を続けた以外は実施例1と同様に重合を行った。
各実施例における重合条件及び得られたPTFE水性分散液の評価結果をそれぞれ表1及び表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004

Claims (4)

  1. テトラフルオロエチレン単位、又は、テトラフルオロエチレン単位と前記テトラフルオロエチレンと共重合可能な変性モノマーに基づく変性モノマー単位とを含むポリテトラフルオロエチレンからなり、比表面積が32m/g以上であることを特徴とするポリテトラフルオロエチレン粉末。
  2. 比表面積が35m/g以上である請求項1記載のポリテトラフルオロエチレン粉末。
  3. 体積平均粒子径が50nm以下のポリテトラフルオロエチレン粒子からなる請求項1又は2記載のポリテトラフルオロエチレン粉末。
  4. 体積平均粒子径が20nm未満のポリテトラフルオロエチレン粒子からなる請求項1、2又は3記載のポリテトラフルオロエチレン粉末。
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