JP7014976B2 - ポリテトラフルオロエチレン粉末の製造方法 - Google Patents
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Description
当該「有機基」の例は、
1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基、
1個以上の置換基を有していてもよいアルケニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいアルキニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいシクロアルキル基、
1個以上の置換基を有していてもよいシクロアルケニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいシクロアルカジエニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいアリール基、
1個以上の置換基を有していてもよいアラルキル基、
1個以上の置換基を有していてもよい非芳香族複素環基、
1個以上の置換基を有していてもよいヘテロアリール基、
シアノ基、
ホルミル基、
RaO-、
RaCO-、
RaSO2-、
RaCOO-、
RaNRaCO-、
RaCONRa-、
RaOCO-、
RaOSO2-、及び、
RaNRbSO2-
(これらの式中、Raは、独立して、
1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基、
1個以上の置換基を有していてもよいアルケニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいアルキニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいシクロアルキル基、
1個以上の置換基を有していてもよいシクロアルケニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいシクロアルカジエニル基、
1個以上の置換基を有していてもよいアリール基、
1個以上の置換基を有していてもよいアラルキル基、
1個以上の置換基を有していてもよい非芳香族複素環基、又は
1個以上の置換基を有していてもよいヘテロアリール基、
Rbは、独立して、H又は1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基である)
を包含する。
上記有機基としては、1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基が好ましい。
上記PTFEとしては、TFE単独重合体であっても、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。
CF2=CF-ORf (X)
(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。
コア:TFE単独重合体 シェル:TFE単独重合体
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
コア:低分子量PTFE シェル:高分子量PTFE
コア:高分子量PTFE シェル:低分子量PTFE
上記平均一次粒子径は、PTFE粒子濃度を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された平均一次粒子径との検量線を作成し、測定対象である水性分散液について、上記透過率を測定し、上記検量線をもとに決定できる。
上記水性媒体は、水が50質量%以上であることが好ましく、80質量%以上がより好ましく、100質量%が最も好ましい。
含フッ素界面活性剤及び炭化水素系界面活性剤としては特に限定されず、従来公知の界面活性剤を用いることができ、例えば、後述する含フッ素界面活性剤及び炭化水素系界面活性剤等が挙げられる。
上記溶融加工性フッ素樹脂としては、例えば、TFE/HFP共重合体〔FEP〕、TFE/PAVE共重合体〔PFA〕、エチレン/TFE共重合体〔ETFE〕、エチレン/TFE/HFP共重合体等が挙げられるが、中でもFEPが好ましい。
上記照射出力は、100W以上の出力で行うことがより好ましく、200W以上が更に好ましい。出力の上限は特に限定されないが、例えば、3000W以下であってよく、1000W以下が好ましく、800W以下がより好ましい。
超音波の照射時間はPTFE粒子を凝析させるのに十分な時間であればよく、生産性の観点から、20分以下であることが好ましい。
上記超音波照射装置としては、市販の超音波発信装置(例えば、超音波ホモジナイザー)、超音波発信器、循環式超音波照射機、超音波振動子、超音波洗浄器などがあり、これらのものから適宜選択して用いることができる。また、前記水性分散液に超音波を照射する方法は、PTFE水性分散液が凝集する条件であれば、特に制限なく、従来公知の方法を採用することができる。
また、必要に応じてpHを調整してもよい。例えば、超音波を照射する前に炭酸アンモニウムや硝酸などを適宜加える方法等が挙げられる。
水性分散液の比重を1.03~1.20に調整することが好ましい。水性分散液の比重の上限は1.10がより好ましく、1.08が更に好ましい。
本発明の製造方法は、更に、凝析工程で得られた湿潤PTFE粉末を含む凝析後分散液から、湿潤PTFE粉末を単離する工程を含んでもよい。
また、単離した湿潤PTFE粉末を乾燥する工程を含んでもよい。
乾燥は、湿潤PTFE粉末をあまり流動させない状態で、熱風などの加熱手段を用いて行うことが好ましい。乾燥温度は、ポリマーの融点より低い温度であればよいが、通常100~300℃の範囲が適している。上記乾燥は、120~250℃、好ましくは140~230℃の乾燥温度で行うことができる。上記乾燥は、減圧、真空、高周波と組み合わせてもよい。
乾燥時間は特に限定されず、乾燥後のPTFE粉末中の水分を含まなくなるまで行うことが好ましい。
上記PTFEの色調L*及びZは、JIS Z8781-4に準拠して、測色色差計(CIELABカラースケール)を用いて測定する。
上記焼成は、385℃に加熱した電気炉内で10分間熱処理することで実施する。
上記見掛密度はJIS K6892に準拠して測定する値である。
上記平均粒径は、JIS K6891に準拠して測定する値である。
更に、通常、PTFE水性分散液には界面活性剤が含まれているため、得られるPTFE粉末に界面活性剤が残存する。本発明の製造方法では、残存する界面活性剤量が少ないPTFE粉末が得られる。
従来、乳化重合によりPTFEを製造する場合、含フッ素アニオン界面活性剤が使用されてきたが、最近では、含フッ素アニオン界面活性剤に代えて、炭化水素界面活性剤の使用も提案されている。
しかし、炭化水素系界面活性剤の存在下にTFEの重合を行うと、得られるポリテトラフルオロエチレン粉末が着色する傾向があり、改善の余地があった。
すなわち、本発明の製造方法は、PTFE粒子を含むPTFE水性分散液に超音波を照射して、PTFE粒子を凝析させる工程を含み、前記ポリテトラフルオロエチレン水性分散液は、炭化水素系界面活性剤の存在下に、水性媒体中でテトラフルオロエチレンの重合を行うことにより得られたものであることが好ましい。
すなわち、炭化水素系界面活性剤の存在下に、水性媒体中でテトラフルオロエチレンの重合を行う工程(以下「重合工程」ともいう)、及び、PTFE粒子を含むPTFE水性分散液に超音波を照射して、PTFE粒子を凝析させる工程を含むPTFE粉末の製造方法も本発明の一つである。
上記変性モノマー(A)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、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。
上記変性モノマー(A)における「ラジカル重合で反応可能な官能基」としては、例えば、エチレン性不飽和結合を有する基が挙げられる。エチレン性不飽和結合を有する基は、下記式:
CX1X3=CX2R-
(式中、X1、X2及びX3は、それぞれ独立して、F、Cl、H、CF3、CF2H、CFH2、又は、CH3であり;Rは連結基である。)で示すことができる。好ましくは-CH=CH2、-CF=CH2、-CH=CF2、-CF=CF2、-CH2-CH=CH2、-CF2-CF=CH2、-CF2-CF=CF2、-(C=O)-CH=CH2、-(C=O)-CF=CH2、-(C=O)-CH=CF2、-(C=O)-CF=CF2、-(C=O)-C(CH3)=CH2、-(C=O)-C(CF3)=CH2、-(C=O)-C(CH3)=CF2、-(C=O)-C(CF3)=CF2、-O-CH2-CH=CH2、-O-CF2-CF=CH2、-O-CH2-CH=CF2、-O-CF2-CF=CF2等の不飽和結合を有する基が挙げられる。
上記変性モノマー(A)としては、例えば、一般式(270a):
CF2=CF-(CF2)n271a-Y271
(式中、n271aは、1~10の整数を表し、Y271は、-SO3M271又は-COOM271を表し、M271は、H、NH4又はアルカリ金属を表す。)で表される界面活性剤、一般式(270b):
CF2=CF-(CF2C(CF3)F)n271b-Y271
(式中、n271bは、1~5の整数を表し、Y271は、前記定義と同じ。)で表される界面活性剤、一般式(270c):
CF2=CF-O-(CFX271)n271c-Y271
(式中、X271は、F又はCF3を表し、n271cは、1~10の整数を表し、Y271は、前記定義と同じ。)で表される界面活性剤、一般式(270d)
CF2=CF-O-(CF2CFX271O)n271d-CF2CF2-Y271
(式中、n271dは、1~10の整数を表し、Y271及びX271は、前記定義と同じ。)で表される界面活性剤、一般式:(270e)
CX272 2=CFCF2-O-(CF(CF3)CF2O)n271e-CF(CF3)-Y271
(式中、各X272は、同一であり、F又はHを表す。n271eは、0又は1~10の整数を表し、Y271は、前記定義と同じ。)で表されるモノマー等が挙げられる。
上記含フッ素界面活性剤は、LogPOWが2.5以上であってもよいし、3.0以上であってもよい。
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。
LogPOWで表されるオクタノール/水分配係数は、カラム:TOSOH ODS-120Tカラム(φ4.6mm×250mm)、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。
CF3-(CF2)4-COOX
(式中、Xは水素原子、NH4又はアルカリ金属を表す。)、一般式:
CF3CF2CF2OCF(CF3)COOX
(式中、Xは水素原子、NH4又はアルカリ金属原子を表す。)、一般式:
CF3OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COOX
(式中、Xは水素原子、NH4又はアルカリ金属原子を表す。)、及び、一般式:
CF3CF2OCF2CF2OCF2COOX
(式中、Xは水素原子、NH4又はアルカリ金属原子を表す。)
からなる群より選択される少なくとも1種の含フッ素界面活性剤であることが好ましい。
CF3OCF2CF2OCF2CF2COOX
(式中、Xは水素原子、NH4又はアルカリ金属原子を表す。)、一般式:
CF3OCF2CF2CF2OCHFCF2COOX
(式中、Xは水素原子、NH4又はアルカリ金属原子を表す。)
等も挙げることができる。
ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、ソルビタンアルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル、グリセロールエステル、それらの誘導体。
具体的には、CH3-(CH2)n-L-M(式中、nが、6~17の整数である。LおよびMが、上記と同じ)によって表されるものが挙げられる。
Rが、12~16個の炭素原子を有するアルキル基であり、Lが、硫酸塩又はドデシル硫酸ナトリウム(SDS)であるものの混合物も使用できる。
炭化水素系界面活性剤としては、R6(-L-M)2(式中、R6が、置換基を有してもよい炭素数1以上の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、又は、置換基を有してもよい炭素数3以上の環状のアルキレン基であり、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含んでもよいし、環を巻いていてもよい。Lが、-ArSO3 -、-SO3 -、-SO4-、-PO3 -又は-COO-であり、Mが、H+、Na+、K+又はNH4 +である。-ArSO3 -は、アリールスルホン酸塩である。a及びbは、それぞれ、1以上の整数である。)によって表されるアニオン性界面活性剤も挙げられる。
炭化水素系界面活性剤としては、R7(-L-M)3(式中、R7が、置換基を有してもよい炭素数1以上の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキリジン基、又は、置換基を有してもよい炭素数3以上の環状のアルキリジン基であり、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含んでもよいし、環を巻いていてもよい。Lが、-ArSO3 -、-SO3 -、-SO4-、-PO3 -又は-COO-であり、Mが、H+、Na+、K+又はNH4 +である。-ArSO3 -は、アリールスルホン酸塩である。a及びbは、それぞれ、1以上の整数である。)によって表されるアニオン性界面活性剤も挙げられる。
本明細書中、特に断りのない限り、「置換基」は、置換可能な基を意味する。当該「置換基」の例は、脂肪族基、芳香族基、ヘテロ環基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、脂肪族オキシ基、芳香族オキシ基、ヘテロ環オキシ基、脂肪族オキシカルボニル基、芳香族オキシカルボニル基、ヘテロ環オキシカルボニル基、カルバモイル基、脂肪族スルホニル基、芳香族スルホニル基、ヘテロ環スルホニル基、脂肪族スルホニルオキシ基、芳香族スルホニルオキシ基、ヘテロ環スルホニルオキシ基、スルファモイル基、脂肪族スルホンアミド基、芳香族スルホンアミド基、ヘテロ環スルホンアミド基、アミノ基、脂肪族アミノ基、芳香族アミノ基、ヘテロ環アミノ基、脂肪族オキシカルボニルアミノ基、芳香族オキシカルボニルアミノ基、ヘテロ環オキシカルボニルアミノ基、脂肪族スルフィニル基、芳香族スルフィニル基、脂肪族チオ基、芳香族チオ基、ヒドロキシ基、シアノ基、スルホ基、カルボキシ基、脂肪族オキシアミノ基、芳香族オキシアミノ基、カルバモイルアミノ基、スルファモイルアミノ基、ハロゲン原子、スルファモイルカルバモイル基、カルバモイルスルファモイル基、ジ脂肪族オキシホスフィニル基、及び、ジ芳香族オキシホスフィニル基を包含する。
ヒドロカルビル基の炭素原子が、フッ素などのハロゲンによって置換され得る場合に、水素原子によって完全に置換されるという意味では、これらのシロキサン界面活性剤は、炭化水素界面活性剤とみなすこともでき、すなわち、ヒドロカルビル基の炭素原子上の一価置換基は水素である。
このようなシロキサン界面活性剤としては、例えば、ポリジメチルシロキサン-グラフト-(メタ)アクリル酸塩、ポリジメチルシロキサン-グラフト-ポリアクリレート塩およびポリジメチルシロキサングラフト化第4級アミンが挙げられる。
シロキサン界面活性剤の親水性部分の極性部分は、ポリエチレンオキシド(PEO)、および混合されたポリエチレンオキシド/プロピレンオキシドポリエーテル(PEO/PPO)などのポリエーテル;単糖類および二糖類;およびピロリジノンなどの水溶性複素環によって形成される非イオン性基を含み得る。エチレンオキシド対プロピレンオキシド(EO/PO)の比率は、混合されたポリエチレンオキシド/プロピレンオキシドポリエーテルにおいて変化され得る。
スルホサクシネート炭化水素系界面活性剤としては、スルホコハク酸ジイソデシルNa塩、(ClariantのEmulsogen(登録商標)SB10)、スルホコハク酸ジイソトリデシルNa塩(Cesapinia ChemicalsのPolirol(登録商標)TR/LNA)等が挙げられる。
上記アルキル基は、炭素数が3以上の場合、2つの炭素原子間にカルボニル基(-C(=O)-)を含んでもよい。また、上記アルキル基は、炭素数が2以上の場合、上記アルキル基の末端に上記カルボニル基を含むこともできる。すなわち、CH3-C(=O)-で示されるアセチル基等のアシル基も、上記アルキル基に含まれる。
また、上記アルキル基は、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含むこともできるし、環を巻くこともできる。上記複素環としては、不飽和複素環が好ましく、含酸素不飽和複素環がより好ましく、例えば、フラン環等が挙げられる。R1aにおいて、2価の複素環が2つの炭素原子間に挿入されていてもよいし、2価の複素環が末端に位置して-C(=O)-と結合してもよいし、1価の複素環が上記アルキル基の末端に位置してもよい。
上記エステル結合を含む1価の有機基としては、式:-O-C(=O)-R101a(式中、R101aはアルキル基)で示される基が挙げられる。
上記アルキル基は、炭素原子に結合した水素原子の75%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、50%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、25%以下がハロゲン原子により置換されていてもよいが、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を含まない非ハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
R2a及びR3aは、独立に、単結合又は炭素数1以上の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基又は炭素数3以上の環状のアルキレン基であることが好ましい。
R2a及びR3aを構成する上記アルキレン基は、カルボニル基を含まないことが好ましい。
上記エステル結合を含む1価の有機基としては、式:-O-C(=O)-R102a(式中、R102aはアルキル基)で示される基が挙げられる。
上記アルキレン基は、炭素原子に結合した水素原子の75%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、50%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、25%以下がハロゲン原子により置換されていてもよいが、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を含まない非ハロゲン化アルキレン基であることが好ましい。
R1a、R2a及びR3aは、いずれか2つがお互いに結合して、環を形成してもよい。
Xaとしては、H、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)又はNR4a 4が好ましく、水に溶解しやすいことから、H、Na、K、Li又はNH4がより好ましく、水に更に溶解しやすいことから、Na、K又はNH4が更に好ましく、Na又はNH4が特に好ましく、除去が容易であることから、NH4が最も好ましい。XaがNH4であると、上記界面活性剤の水性媒体への溶解性が優れるとともに、PTFE中又は最終製品中に金属成分が残留しにくい。
R11aとしての上記アルキル基は、炭素原子に結合した水素原子が官能基により置換されていてもよく、例えば、ヒドロキシ基(-OH)又はエステル結合を含む1価の有機基により置換されていてもよいが、如何なる官能基によっても置換されていないことが好ましい。
上記エステル結合を含む1価の有機基としては、式:-O-C(=O)-R103a(式中、R103aはアルキル基)で示される基が挙げられる。
R11aとしての上記アルキル基は、炭素原子に結合した水素原子の75%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、50%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、25%以下がハロゲン原子により置換されていてもよいが、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を含まない非ハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
R12aとしての上記アルキレン基は、直鎖状又は分岐鎖状であってよい。
R12aとしての上記アルキレン基は、カルボニル基を含まないことが好ましい。R12aとしては、エチレン基(-C2H4-)又はプロピレン基(-C3H6-)がより好ましい。
R12aとしての上記アルキレン基は、炭素原子に結合した水素原子が官能基により置換されていてもよく、例えば、ヒドロキシ基(-OH)又はエステル結合を含む1価の有機基により置換されていてもよいが、如何なる官能基によっても置換されていないことが好ましい。
上記エステル結合を含む1価の有機基としては、式:-O-C(=O)-R104a(式中、R104aはアルキル基)で示される基が挙げられる。
R12aとしての上記アルキレン基は、炭素原子に結合した水素原子の75%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、50%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、25%以下がハロゲン原子により置換されていてもよいが、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を含まない非ハロゲン化アルキレン基であることが好ましい。
上記アルキル基は、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含むこともできるし、環を巻くこともできる。上記複素環としては、不飽和複素環が好ましく、含酸素不飽和複素環がより好ましく、例えば、フラン環等が挙げられる。R1bにおいて、2価の複素環が2つの炭素原子間に挿入されていてもよいし、2価の複素環が末端に位置して-C(=O)-と結合してもよいし、1価の複素環が上記アルキル基の末端に位置してもよい。
上記アルキル基は、炭素原子に結合した水素原子の75%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、50%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、25%以下がハロゲン原子により置換されていてもよいが、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を含まない非ハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
上記アルキル基は、如何なる置換基も有していないことが好ましい。
上記アルキル基は、炭素原子に結合した水素原子の75%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、50%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、25%以下がハロゲン原子により置換されていてもよいが、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を含まない非ハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
上記アルキル基は、如何なる置換基も有していないことが好ましい。
上記アルキレン基は、炭素原子に結合した水素原子の75%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、50%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、25%以下がハロゲン原子により置換されていてもよいが、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を含まない非ハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
上記アルキレン基は、如何なる置換基も有していないことが好ましい。
Xbとしては、H、アルカリ金属(1族)、アルカリ土類金属(2族)又はNR5b 4が好ましく、水に溶解しやすいことから、H、Na、K、Li又はNH4がより好ましく、水に更に溶解しやすいことから、Na、K又はNH4が更に好ましく、Na又はNH4が特に好ましく、除去が容易であることから、NH4が最も好ましい。XbがNH4であると、上記界面活性剤の水性媒体への溶解性が優れるとともに、フルオロポリマー中又は最終製品中に金属成分が残留しにくい。
化合物(11a)と、式:
化合物(12a)が有する脱離基を脱離させて、式:
化合物(13a)を酸化させて、式:
を含む製造方法により製造できる。
化合物(21a)が有する脱離基を脱離させて、式:
化合物(22a)を酸化させて、式:
を含む製造方法により製造できる。
R23aとしては、炭素数1以上の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R24aとしては、炭素数1以上の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、メチレン基(-CH2-)がより好ましい。
(式中、R3aは上述のとおり、Yaはハロゲン原子、Eaは脱離基である。)で示されるハロゲン化アルキルと、式:
化合物(31a)を酸化して、式:
化合物(32a)が有する脱離基を脱離させて、式:
化合物(33a)を酸化させて、式:
を含む製造方法により製造できる。
化合物(51a)と式:
化合物(52a)を酸の存在下で加熱することにより、式:
化合物(53a)を酸化させて、式:
を含む製造方法により製造できる。
化合物(61a)に、アルカリを作用させたのちに酸を作用させて、式:
を含む製造方法により製造できる。
で示される化合物(10b)と、下記式:
上記塩基としては、水素化ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、トリエチルアミン等が挙げられる。上記塩基は、化合物(10b)1モルに対して、0.5~20モルの量で使用できる。
上記溶媒としては、有機溶媒を使用でき、非プロトン性極性溶媒が挙げられ、具体的にはエーテル、芳香族化合物、ニトリル、ハロゲン化炭化水素等が挙げられる。
で示される化合物(20b)を酸化させて、下記式:
で示される化合物(21b)を得る工程(21b)を含む製造方法により製造できる。
R11b-CH=CH-Y1b-OH
(式中、R11bは、H、置換基を有してもよい炭素数1以上の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又は、置換基を有してもよい炭素数3以上の環状のアルキル基であり、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含んでも環を巻いていてもよい。Y1bは、-(CR2b 2)n-又は-(CR2b 2)n-(OR3b)p-(CR4b 2)q-Lb-CH2-(R2b~R4b、n、p及びqは、上記のとおり。Lbは、単結合、-CO2-B-*、-OCO-B-*、-CONR6b-B-*、-NR6bCO-B-*、又は、-CO-(但し、-CO2-B-、-OCO-B-、-CONR6b-B-、-NR6bCO-B-に含まれるカルボニル基を除く。)であり、Bは単結合もしくは置換基を有してもよい炭素数1~10のアルキレン基であり、R6bは、H又は置換基を有していてもよい、炭素数1~4のアルキル基である。*は、式中の-CH2-に結合する側を指す。)である。)で示される化合物(100b)をヒドロキシ化して、下記式:
化合物(101b)を酸化して、下記式:
R11bとしての上記アルキル基は、炭素原子に結合した水素原子の75%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、50%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、25%以下がハロゲン原子により置換されていてもよいが、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を含まない非ハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
上記アルキル基は、如何なる置換基も有していないことが好ましい。
R21b-CH=CH-Y1b-OH
(式中、Y1bは、上記のとおり。R21bは、H、置換基を有してもよい炭素数1以上の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又は、置換基を有してもよい炭素数3以上の環状のアルキル基であり、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含んでも環を巻いていてもよい。)で示される化合物(300b)をエポキシ化して、下記式:
化合物(301b)と、R22b 2CuLi(R22bは、置換基を有してもよい炭素数1以上の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基又は置換基を有してもよい炭素数3以上の環状のアルキル基であり、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含んでも環を巻いていてもよい。)で示されるジアルキル銅リチウムとを反応させて、下記式:
化合物(302b)を酸化して、下記式:
R21bとしての上記アルキル基は、炭素原子に結合した水素原子の75%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、50%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、25%以下がハロゲン原子により置換されていてもよいが、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を含まない非ハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
上記アルキル基は、如何なる置換基も有していないことが好ましい。
R22bとしての上記アルキル基は、炭素原子に結合した水素原子の75%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、50%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、25%以下がハロゲン原子により置換されていてもよいが、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を含まない非ハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
上記アルキル基は、如何なる置換基も有していないことが好ましい。
上記エポキシ化剤は、化合物(300b)1モルに対して、0.5~10.0モルの量で使用できる。
R11b-CH=CH-Y1b-OH
(式中、R11b及びY1bは、上記のとおり。)で示される化合物(100b)を酸化して、下記式:
上記酸化剤は、化合物(100b)1モルに対して、0.001~10モルの量で使用できる。
R11b-CH=CH-(CR2b 2)n-(OR3b)p-(CR4b 2)q-Lb-COOXb
(式中、R2b~R4b、R11b、n、p、q及びXbは、上記のとおり。Lbは、単結合、-CO2-B-*、-OCO-B-*、-CONR6b-B-*、-NR6bCO-B-*、又は、-CO-(但し、-CO2-B-、-OCO-B-、-CONR6b-B-、-NR6bCO-B-に含まれるカルボニル基を除く。)であり、Bは単結合もしくは置換基を有してもよい炭素数1~10のアルキレン基であり、R6bは、H又は置換基を有していてもよい、炭素数1~4のアルキル基である。*は、式中の-COOXbに結合する側を指す。)で示される化合物(30b)を酸化して、下記式:
上記界面活性剤(a)又は(b)を用いて低分子量PTFEを製造することもできる。
低分子量PTFEは、重合により製造しても良いし、重合で得られた高分子量PTFEを公知の方法(熱分解、放射線照射分解等)で低分子量化して製造することもできる。
R1a、R2a及びR3aは、いずれか2つがお互いに結合して、環を形成してもよい。
化合物(11a)と、式:
化合物(12a)が有する脱離基を脱離させて、式:
化合物(13a)と、式:
化合物(21a)が有する脱離基を脱離させて、式:
化合物(22a)と、式:
(式中、R3aは上述のとおり、Yaはハロゲン原子、Eaは脱離基である。)で示されるハロゲン化アルキルと、式:
化合物(31a)を酸化して、式:
化合物(32a)が有する脱離基を脱離させて、式:
化合物(33a)と、式:
で示される化合物(41a)を得る工程(41a)、及び、
化合物(41a)に、式:
R11b-CH=CH-(CR2b 2)n-(OR3b)p-(CR4b 2)q-Lb-OH
(式中、R2b~R4b、n、p及びqは、上記のとおり。R11bは、H、置換基を有してもよい炭素数1以上の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又は、置換基を有してもよい炭素数3以上の環状のアルキル基であり、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含んでも環を巻いていてもよい。Lbは、単結合、-CO2-B-*、-OCO-B-*、-CONR6b-B-*、-NR6bCO-B-*、又は、-CO-(但し、-CO2-B-、-OCO-B-、-CONR6b-B-、-NR6bCO-B-に含まれるカルボニル基を除く。)であり、Bは単結合もしくは置換基を有してもよい炭素数1~10のアルキレン基であり、R6bは、H又は置換基を有していてもよい、炭素数1~4のアルキル基である。*は、式中の-OHに結合する側を指す。)で示される化合物(10b)をヒドロキシ化して、下記式:
化合物(11b)を酸化して、下記式:
化合物(12b)を硫酸エステル化して、下記式:
化合物(21b)を硫酸エステル化して、下記式:
R21b-CH=CH-(CR2b 2)n-(OR3b)p-(CR4b 2)q-Lb-OH
(式中、Lb、Rb2~R4b、n、p及びqは、上記のとおり。R21bは、H、置換基を有してもよい炭素数1以上の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又は、置換基を有してもよい炭素数3以上の環状のアルキル基であり、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含んでも環を巻いていてもよい。)で示される化合物(30b)をエポキシ化して、下記式:
化合物(31b)と、R22b 2CuLi(R22bは、置換基を有してもよい炭素数1以上の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基又は置換基を有してもよい炭素数3以上の環状のアルキル基であり、炭素数が3以上の場合は1価又は2価の複素環を含んでも環を巻いていてもよい。)で示されるジアルキル銅リチウムとを反応させて、下記式:
化合物(32b)を酸化して、下記式:
化合物(33b)を硫酸エステル化して、下記式:
R11b-CH=CH-(CR2b 2)n-(OR3b)p-(CR4b 2)q-Lb-OH
(式中、Lb、R2b~R4b、R11b、n、p及びqは、上記のとおり。)で示される化合物(10b)を酸化して、下記式:
化合物(41b)を硫酸エステル化して、下記式:
R11b-CH=CH-(CR2b 2)n-OH
(式中、R2b、R11b及びnは、上記のとおり。)で示される化合物(50)とハロゲン化剤とを反応させて、下記式:
R11b-CH=CH-(CR2b 2)n-Z51b
(式中、R2b、R11b及びnは、上記のとおり。Z51bは、ハロゲン原子である。)で示される化合物(51)を得る工程(51)、
化合物(51)と、HO-R3b-Lb-OH(Lb及びR3bは、上記のとおり。)で示されるアルキレングリコールとを反応させて、下記式:
R11b-CH=CH-(CR2b 2)n-O-R3b-Lb-OH
(式中、Lb、R2b、R3b、R11b及びnは、上記のとおり。)で示される化合物(52)を得る工程(52)、
化合物(52)を酸化して、下記式:
化合物(53)を硫酸エステル化して、下記式:
上記ハロゲン化剤は、化合物(50)1モルに対して、0.5~10.0モルの量で使用できる。
上記ホスフィン類は、化合物(50)1モルに対して、0.5~10.0モルの量で使用できる。
上記塩基は、化合物(51)1モルに対して、0.5~10.0モルの量で使用できる。
上記アルキル基は、炭素原子に結合した水素原子の75%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、50%以下がハロゲン原子により置換されていてもよく、25%以下がハロゲン原子により置換されていてもよいが、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を含まない非ハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
上記アルキル基は、如何なる置換基も有していないことが好ましい。
R6cがカルボニル基、エステル基、アミド基及びスルホニル基のいずれをも含まない場合は、Xはカルボニル基、エステル基、アミド基及びスルホニル基からなる群より選択される少なくとも1種を含む2価の連結基であることが好ましい。
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、Na、K又はLiが好ましい。
一般式:-R10c-CO-R11cで示される基、
一般式:-R10c-COO-R11cで示される基、
一般式:-R11cで示される基、
一般式:-R10c-NR8cCO-R11cで示される基、又は、
一般式:-R10c-CONR8c-R11cで示される基、
(式中、R8cはH又は有機基を表す。R10cはアルキレン基、R11cは置換基を有してもよいアルキル基)が好ましい。
R6cとしては、一般式:-R10c-CO-R11cで示される基がより好ましい。
PTFE水性分散液1gを、送風乾燥機中で150℃、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。
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、得られた希釈ラテックス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粒子径とを測定して、検量線を作成する。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PTFE水性分散液中のPTFE粒子の平均一次粒子径を決定した。
ASTM D4895-89に準拠して作製したPTFE成形サンプルを用い、ASTM D-792に記載の水置換法によりPTFEの標準比重(SSG)を測定した。
得られたPTFE粉末について、JIS K6892に準拠して測定した。
得られたPTFE粉末について、JIS K6891に準拠して測定した。
PTFE粉末の色調(L*、Z)について、JIS Z8781-4に準拠して、測色色差計ZE-6000(日本電色工業株式会社製)(CIELABカラースケール)を用いて測定した。
PTFE粉末を4.0g計量して、内径28.6mmの円筒金型内に仕込み、8.27MPaの圧力で1分間保持し、厚みが約4mmの円盤状PTFE成形体(未焼成)を作製した。金型から円盤状PTFE成形体(未焼成)を取り出した後、24時間、25℃で放置した。
上記装置を使用して、円盤状PTFE成形体(未焼成)の色調(L*、Z)(未焼成)を測定した。
次に、円盤状PTFE成形体(未焼成)を385℃に加熱した電気炉内で10分間熱処理後、電気炉から取り出し、円盤状PTFE成形体(焼成後)を得た。上記装置を使用して、得られた円盤状PTFE成形体(焼成後)の色調(L*、Z)(焼成後)を測定した。
10-ウンデセン-1-オール(16g)、1,4-ベンゾキノン(10.2g)、DMF(160mL)、水(16mL)及びPdCl2(0.34g)の混合物を90℃で12時間加熱撹拌した。
その後減圧下に溶媒を留去した。得られた残渣を分液及びカラムクロマトグラフィーで精製し、11-ヒドロキシウンデカン-2-オン(15.4g)を得た。
得られた11-ヒドロキシウンデカン-2-オンのスペクトルデータを以下に示す。
1H-NMR(CDCl3) δppm:1.29-1.49(m,14H)、2.08(s,3H)、2.45(J=7.6,t,2H)、3.51(J=6.5,t,2H)
析出固体を減圧濾過し、酢酸エチルで洗浄し、10-オキソウンデシル硫酸ナトリウム(15.5g)(以下、界面活性剤Aという)を得た。得られた10-オキソウンデシル硫酸ナトリウムのスペクトルデータを以下に示す。
1H-NMR(CDCl3) δppm:1.08(J=6.8,m,10H)、1.32(m,2H)、1.45(m,2H)、1.98(s,3H)、2.33(J=7.6,t,2H)、3.83(J=6.5,t,2H)
内容積6LのSUS製のオートクレーブに3500gの脱イオン脱気水、100gのパラフィンワックス、0.122gの界面活性剤Aを加え、反応器を密閉し、系内を窒素で置換を行ない、酸素を取り除いた。反応器を70℃に昇温し、TFEを反応器に充填して、反応器を0.78MPaにする。重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)0.070gを仕込んだ。反応圧が0.78MPa一定となるようにTFEを仕込む。反応途中に界面活性剤Aを9回、トータル1.10g添加した。TFEを425g仕込んだ時に、撹拌を停止し、反応器が大気圧になるまで脱圧を行なう。水性分散液を反応器より取り出し、冷却後、パラフィンワックスを分離し、PTFE水性分散液Aを得た。
得られたPTFE水性分散液B中のPTFE固形分濃度は10.7質量%であった。
得られたPTFE水性分散液Bに含まれるPTFE粒子の平均一次粒子径は178nmであった。
合成例2で得られたPTFE水性分散液Aに脱イオン水を加え、比重(25℃)を1.030に調整した。アンカー型撹拌翼と邪魔板を備えた内容量が1Lのガラス製凝析槽に、比重調整したPTFE水性分散液0.55Lを加え、内温が28℃になるように温度調節した。調節後直ちに硝酸(10%)1.3gを添加すると同時に撹拌速度600rpmで撹拌を開始した。撹拌開始後、水性分散液がスラリー状態を経て、湿潤PTFE粉末が形成されたことを確認し、更に1分間撹拌を継続した。
続いて、湿潤PTFE粉末を濾別し、湿潤PTFE粉末と脱イオン水0.55Lを凝析槽内に仕込み、25℃に調整して、撹拌速度600rpmでポリマー粉末を洗浄する操作を2回繰り返した。
洗浄の後、湿潤PTFE粉末を濾別し、熱風循環式乾燥機で150℃、18時間乾燥させ、PTFE粉末を得た。
得られたPTFE粉末について標準比重を測定したところ、2.175であった。
PTFE粉末の見掛密度、平均粒径、色調(L*、Z)を測定した。結果を表1に示す。
合成例2で得られたPTFE水性分散液Aに脱イオン水を加え、比重(25℃)を1.030に調整した。希釈後のPTFE水性分散液0.55Lを予め25℃に調整した上で、深さ18.5cm及び内径8.5cmを有するガラスビーカーに投入した。
ウルトラソニックホモジナイザーUH-8-3C(超音波工業株式会社製)のノズル部分を上記希釈PTFE水性分散液に浸し、超音波処理(300W,19kHz)を12分間施したところ、湿潤PTFE粉末が形成されることが確認できた。
湿潤PTFE粉末を凝析排水から濾別した後、アンカー型撹拌翼と邪魔板を備えた1Lガラス製の容器を使用して、脱イオン水0.55Lで洗浄した(撹拌速度600rpm)。脱イオン水を入れ替えて、この洗浄操作を更に2回繰り返した。
洗浄の後、湿潤PTFE粉末を濾別し、熱風循環式乾燥機で150℃、18時間乾燥させ、PTFE粉末を得た。
比較例1と同様にして、PTFE粉末の見掛密度、平均粒径、色調(L*、Z)を測定した。結果を表1に示す。
Claims (1)
- ポリテトラフルオロエチレン粒子を含むポリテトラフルオロエチレン水性分散液に超音波を照射して、ポリテトラフルオロエチレン粒子を凝析させる工程を含み、ポリテトラフルオロエチレン水性分散液は、炭化水素系界面活性剤の存在下に、水性媒体中でテトラフルオロエチレンの重合を行うことにより得られたもの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の製造方法。
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