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JP7323833B2 - フッ素樹脂組成物の製造方法、フッ素樹脂組成物、及び、成形体 - Google Patents

フッ素樹脂組成物の製造方法、フッ素樹脂組成物、及び、成形体 Download PDF

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Description

本開示は、フッ素樹脂組成物の製造方法、フッ素樹脂組成物、及び、成形体に関する。
成形加工等のために融点以上の温度に加熱した履歴のあるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)は、そのまま再度成形材料として使用しても充分な物性が得られないため、成形用途での再生は一部に止まっている。
特許文献1及び2には、焼成後に粉砕されたPTFEや加熱済みPTFEのリサイクルに関する技術が記載されている。
国際公開第2019/244433号 特開2006-70233号公報
本開示は、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂を含むにもかかわらず、着色が少なく引張特性に優れるフッ素樹脂組成物の製造方法、上記フッ素樹脂組成物、及び、上記フッ素樹脂組成物から得られる成形体を提供することを目的とする。
本開示は、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂A1の粉末と、フッ素樹脂B1の粒子を含み、固形分濃度が70質量%以下である水性分散液とを混合することにより混合物を得る工程、及び、
上記混合物を乾燥することによりフッ素樹脂組成物を得る工程を含む
フッ素樹脂組成物の製造方法を提供する。
上記水性分散液の固形分濃度が50質量%以下であることが好ましい。
上記水性分散液が炭化水素系界面活性剤を含むことが好ましい。
上記炭化水素系界面活性剤がフッ素原子を含まない炭化水素系界面活性剤であることが好ましい。
上記炭化水素系界面活性剤がアニオン系界面活性剤又は非イオン性界面活性剤であることが好ましい。
上記水性分散液は、上記水性分散液の固形分に対し12質量%以下の非イオン性界面活性剤を含むことが好ましい。
上記非イオン性界面活性剤は、エーテル結合を有することが好ましい。
上記非イオン性界面活性剤は、エーテル型非イオン性界面活性剤、ポリオキシエチレン誘導体、エステル型非イオン性界面活性剤、アミン系非イオン性界面活性剤、及び、それらの誘導体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。
本開示は、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂A1の粉末と、フッ素樹脂B1の粒子を含み、炭化水素系界面活性剤を含まない水性分散液とを混合することにより混合物を得る工程、及び、
上記混合物を乾燥することによりフッ素樹脂組成物を得る工程を含む
フッ素樹脂組成物の製造方法も提供する。
フッ素樹脂A1は、333℃未満の温度領域に1つ以上の融点を有することが好ましい。
フッ素樹脂A1は、ポリテトラフルオロエチレンであることが好ましい。
上記フッ素樹脂組成物は、粉末であることが好ましい。
上記製造方法は、更に、充填材を混合する工程を含んでもよい。
本開示は、上記製造方法により得られるフッ素樹脂組成物も提供する。
本開示は、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂A2と、融点以上の温度に加熱した履歴のないフッ素樹脂B2とを含むフッ素樹脂組成物であって、一次粒子径1μm以下の微粒子を含むフッ素樹脂組成物も提供する。
上記フッ素樹脂組成物は、333℃未満の温度領域に1つ以上、333℃以上の温度領域に1つ以上の融点を有することが好ましい。
上記微粒子は、平均アスペクト比が2.0以下であることが好ましい。
上記微粒子の全数に対し、アスペクト比が2.5以上の微粒子の割合が0.5%以上であることが好ましい。
粒子径5μm以上の粗大粉末の表面に、上記微粒子が付着しており、上記粗大粉末の露出している表面が60%以下であることが好ましい。
低分子量含フッ素化合物の含有量が、上記フッ素樹脂組成物に対し1質量ppm以下であることが好ましい。
非イオン性界面活性剤の含有量が、上記フッ素樹脂組成物に対し1.0質量%以下であることが好ましい。
上記フッ素樹脂組成物は、粉末であることが好ましい。
上記フッ素樹脂組成物は、引張破断強度が11MPa以上であることが好ましい。
上記フッ素樹脂組成物は、引張破断歪が150%以上であることが好ましい。
上記フッ素樹脂組成物は、イエローインデックスが-1.0以下であることが好ましい。
上記フッ素樹脂組成物は、更に、充填材を含んでもよい。
本開示は、上記フッ素樹脂組成物を圧縮成形及び焼成して得られる成形体も提供する。
本開示によれば、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂を含むにもかかわらず、着色が少なく引張特性に優れるフッ素樹脂組成物の製造方法、上記フッ素樹脂組成物、及び、上記フッ素樹脂組成物から得られる成形体を提供することができる。
以下、本開示を具体的に説明する。
本開示は、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂A1の粉末と、フッ素樹脂B1の粒子を含み、固形分濃度が70質量%以下である水性分散液とを混合することにより混合物を得る工程(以下、混合工程ともいう。)、及び、上記混合物を乾燥することによりフッ素樹脂組成物を得る工程(以下、乾燥工程ともいう。)を含むフッ素樹脂組成物の製造方法(以下、第1の製造方法ともいう。)を提供する。
第1の製造方法では、固形分濃度が70質量%以下の水性分散液を用いるので、フッ素樹脂A1の粉末とフッ素樹脂B1の粒子とを均一に混合することができる。その結果、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂を含むにもかかわらず、着色が少なく引張特性(例えば、引張破断強度、引張破断歪)に優れるフッ素樹脂組成物を製造することができる。
第1の製造方法におけるフッ素樹脂A1は、融点以上の温度に加熱した履歴を有する。上記加熱としては、成形加工、加熱処理等のための加熱等が挙げられる。
フッ素樹脂A1は、融点が100℃以上、333℃未満であることが好ましく、332℃未満であることがより好ましく、331℃未満であることが更に好ましい。
下限は限定されないが、140℃であることがより好ましく、180℃以上であることが更に好ましい。
フッ素樹脂A1は、333℃未満の温度領域に1つ以上の融点を有することが好ましい。上記333℃未満の温度領域は、332℃未満であることがより好ましく、331℃未満であることが更に好ましく、また、100℃以上であることが好ましく、140℃以上であることがより好ましく、180℃以上であることが更に好ましい。
融点が上記範囲内にあることは、融点以上の温度に加熱した履歴があることを示す。
フッ素樹脂A1は、333℃以上の温度領域にも融点を有していてもよい。
本明細書において、フッ素樹脂の融点は、X-DSC7000(株式会社日立ハイテクサイエンス社製)を用い、10℃/分の昇温速度で示差走査熱量測定〔DSC〕を行って得られた融解熱曲線における極小点に対応する温度である。1つの融解ピーク中に極小点が2つ以上ある場合は、それぞれを融点とする。
フッ素樹脂A1としては、ポリテトラフルオロエチレン[PTFE]、テトラフルオロエチレン[TFE]/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)[PAVE]又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)共重合体[PFA]、TFE/ヘキサフルオロプロピレン[HFP]共重合体[FEP]、エチレン[Et]/TFE共重合体[ETFE]、Et/TFE/HFP共重合体[EFEP]、ポリクロロトリフルオロエチレン[PCTFE]、クロロトリフルオロエチレン[CTFE]/TFE共重合体、CTFE/TFE/PAVE共重合体、Et/CTFE共重合体、ポリフッ化ビニル[PVF]、ポリフッ化ビニリデン[PVdF]、フッ化ビニリデン[VdF]/TFE共重合体、VdF/HFP共重合体、VdF/TFE/HFP共重合体、VdF/HFP/(メタ)アクリル酸共重合体、VdF/CTFE共重合体、VdF/ペンタフルオロプロピレン共重合体、VdF/PAVE/TFE共重合体、低分子量PTFE等が挙げられる。
フッ素樹脂A1は、溶融流動性を示さないフッ素樹脂であることが好ましい。
本明細書において、溶融流動性を示さないとは、メルトフローレート(MFR)が0.25g/10分未満、好ましくは0.10g/10分未満、より好ましくは0.05g/10分以下であることを意味する。
本明細書において、MFRは、ASTM D1238に従って、メルトインデクサーを用いて、フッ素樹脂の種類によって定められた測定温度(例えば、PFAやFEPの場合は372℃、ETFEの場合は297℃)、荷重(例えば、PFA、FEP及びETFEの場合は5kg)において内径2.095mm、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。PTFEの場合は、PFAと同様の測定条件で測定して得られる値である。
また、フッ素樹脂を圧縮成形した予備成形体(未焼成の成形体)を、当該フッ素樹脂の融点以上で1時間以上加熱した場合に、加熱前の厚みに対する加熱後の厚みの減少率が20%未満であるか、又は、加熱後の厚みが加熱前の厚みより増加することも、当該フッ素樹脂が溶融流動性を示さないことを意味する。
上記溶融流動性を示さないフッ素樹脂としては、上記PTFEが好ましい。上記PTFEは、高分子量PTFEであってよい。
フッ素樹脂A1としての上記PTFEは、TFEの単独重合体であってもよいし、99.0質量%以上のTFEに基づく重合単位と、1.0質量%以下の変性モノマーに基づく重合単位(以下「変性モノマー単位」とも記載する)とを含む変性PTFEであってもよい。上記変性PTFEは、TFEに基づく重合単位及び変性モノマー単位のみからなるものであってよい。
上記変性PTFEは、変性モノマー単位の含有量が全重合単位に対し0.00001~1.0質量%の範囲であることが好ましい。変性モノマー単位の含有量の下限としては、0.0001質量%がより好ましく、0.001質量%が更に好ましく、0.005質量%が更により好ましく、0.010質量%が殊更に好ましい。変性モノマー単位の含有量の上限としては、0.90質量%が好ましく、0.50質量%がより好ましく、0.40質量%が更に好ましく、0.30質量%が更により好ましく、0.20質量%が殊更に好ましく、0.10質量%が特に好ましい。
本明細書において、上記変性モノマー単位とは、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。
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;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;クロロトリフルオロエチレン等のパーハロオレフィン;パーフルオロビニルエーテル:パーフルオロアリルエーテル;(パーフルオロアルキル)エチレン、エチレン等が挙げられる。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(A):
CF=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。
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(A)において、Rfが炭素数1~10のパーフルオロアルキル基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。
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(A)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 0007323833000001
(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 0007323833000002
(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(PFAE)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)エチレン等が挙げられる。
パーフルオロアリルエーテルとしては、例えば、一般式(B):
CF=CF-CF-ORf (B)
(式中、Rf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Rfは、炭素数1~10のパーフルオロアルキル基又は炭素数1~10のパーフルオロアルコキシアルキル基が好ましい。上記パーフルオロアリルエーテルとしては、CF=CF-CF-O-CF、CF=CF-CF-O-C、CF=CF-CF-O-C、及び、CF=CF-CF-O-Cからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、CF=CF-CF-O-C、CF=CF-CF-O-C、及び、CF=CF-CF-O-Cからなる群より選択される少なくとも1種がより好ましく、CF=CF-CF-O-CFCFCFが更に好ましい。
フッ素樹脂A1としての上記PTFEは、標準比重(SSG)が2.280以下であることが好ましく、2.10以下であることがより好ましい。また、1.50以上であることが好ましく、1.60以上であることがより好ましい。上記SSGは、ASTM D 4895-89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する。
フッ素樹脂A1としての上記PTFEは、通常、非溶融二次加工性を有する。上記非溶融二次加工性とは、ASTM D-1238及びD-2116に準拠して、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、言い換えると、溶融温度領域でも容易に流動しない性質を意味する。
フッ素樹脂A1としての上記PTFE(高分子量PTFE)は、融点の1つが310℃以上であることが好ましく、320℃以上であることがより好ましく、また、333℃未満であることが好ましい。333℃以上の温度領域にも融点を有してもよい。
フッ素樹脂A1は、溶融流動性を示すフッ素樹脂を含有していてもよい。
本明細書において、溶融流動性を示すとは、MFRが0.25g/10分以上、好ましくは0.50g/10分以上、より好ましくは1.00g/10分以上であることを意味する。上記MFRは、100g/10分以下であってよく、80g/10分以下であることが好ましい。
また、フッ素樹脂を圧縮成形した予備成形体(未焼成の成形体)を、当該フッ素樹脂の融点以上で1時間以上加熱した場合に、加熱前の厚みに対する加熱後の厚みの減少率が20%以上であることも、当該フッ素樹脂が溶融流動性を示すことを意味する。
上記溶融流動性を示すフッ素樹脂としては、上述したPFA、FEP、ETFE、EFEP、PCTFE、CTFE/TFE共重合体、CTFE/TFE/PAVE共重合体、Et/CTFE共重合体、PVF、PVdF、VdF/TFE共重合体、VdF/HFP共重合体、VdF/TFE/HFP共重合体、VdF/HFP/(メタ)アクリル酸共重合体、VdF/CTFE共重合体、VdF/ペンタフルオロプロピレン共重合体、VdF/PAVE/TFE共重合体、低分子量PTFE等が挙げられ、PFA、FEP及びETFEからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、PFA及びFEP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。
フッ素樹脂A1としての上記PFAは、TFE単位と、PAVE単位又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)単位とを含む。上記PAVEとしては、上記一般式(A)において、Rfが炭素数1~10のパーフルオロアルキル基であるモノマーが挙げられる。上記パーフルオロ(アルキルアリルエーテル)としては、上記一般式(B)において、Rfが炭素数1~10のパーフルオロアルキル基であるモノマーが挙げられる。
上記PFAとしては、特に限定されないが、TFE単位と、PAVE単位又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)単位とのモル比(TFE単位/(PAVE単位又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)単位))が70/30以上99/1未満である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は、70/30以上98.9/1.1以下であり、更に好ましいモル比は、80/20以上98.9/1.1以下である。上記PFAは、TFE及びPAVE又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)と共重合可能な単量体に由来する重合単位が0.1~10モル%(TFE単位及びPAVE単位又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)単位が合計で90~99.9モル%)、より好ましくは0.1~5モル%、特に好ましくは0.2~4モル%である共重合体であることも好ましい。
TFE及びPAVE又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)と共重合可能な単量体としては、HFP、式(I):CZ=CZ(CF(式中、Z、Z及びZは、同一若しくは異なって、水素原子又はフッ素原子を表し、Zは、水素原子、フッ素原子又は塩素原子を表し、nは2~10の整数を表す。)で表されるビニル単量体、及び、式(II):CF=CF-OCH-Rf(式中、Rfは炭素数1~5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるアルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体、式(III):CZ=CZ-CZ-O-Rf(式中、式中、Z、Z及びZは、同一又は異なって、水素原子、塩素原子又はフッ素原子を表し、Z及びZは、水素原子又はフッ素原子を表し、Rfは炭素数1~5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるアリルエーテル単量体等が挙げられる。上記アリルエーテル単量体としては、CH=CFCF-O-Rf、CF=CFCH-O-Rf、CH=CHCF-O-Rf(式中、Rfは上記式(III)と同じ)等が好ましく挙げられる。
また、TFE及びPAVE又はパーフルオロ(アルキルアリルエーテル)と共重合可能な単量体としては、更に、イタコン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、及び5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物等の、不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、不飽和ジカルボン酸の酸無水物等も挙げられる。
フッ素樹脂A1としての上記PFAは、融点が180~324℃未満であることが好ましく、230~320℃であることがより好ましく、280~320℃であることが更に好ましい。
フッ素樹脂A1としての上記FEPとしては、特に限定されないが、TFE単位とHFP単位とのモル比(TFE単位/HFP単位)が70/30以上99/1未満である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は、70/30以上98.9/1.1以下であり、更に好ましいモル比は、80/20以上98.9/1.1以下である。上記FEPは、TFE及びHFPと共重合可能な単量体に由来する重合単位が0.1~10モル%(TFE単位及びHFP単位が合計で90~99.9モル%)、より好ましくは0.1~5モル%、特に好ましくは0.2~4モル%である共重合体であることも好ましい。
TFE及びHFPと共重合可能な単量体としては、PAVE、式(III)で表される単量体、式(II)で表されるアルキルパーフルオロビニルエーテル誘導体等が挙げられる。
また、TFE及びHFPと共重合可能な単量体としては、更に、イタコン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、及び5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物等の、不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、不飽和ジカルボン酸の酸無水物等も挙げられる。
フッ素樹脂A1としての上記FEPは、融点が150~324℃未満であることが好ましく、200~320℃であることがより好ましく、240~320℃であることが更に好ましい。
フッ素樹脂A1としての上記ETFEとしては、TFE単位とエチレン単位とのモル比(TFE単位/エチレン単位)が20/80以上90/10以下である共重合体が好ましい。より好ましいモル比は37/63以上85/15以下であり、更に好ましいモル比は38/62以上80/20以下である。ETFEは、TFE、エチレン、並びに、TFE及びエチレンと共重合可能な単量体からなる共重合体であってもよい。共重合可能な単量体としては、下記式
CH=CXRf、CF=CFRf、CF=CFORf、CH=C(Rf(式中、Xは水素原子又はフッ素原子、Rfはエーテル結合を含んでいてもよいフルオロアルキル基を表す。)で表される単量体や式(III)で表される単量体が挙げられ、なかでも、CF=CFRf、CF=CFORf及びCH=CXRfで表される含フッ素ビニルモノマー、式(III)で表される単量体が好ましく、HFP、CF=CF-ORf(式中、Rfは炭素数1~5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)、CF=CF-CF-O-Rf(式中、Rfは炭素数1~5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるパーフルオロアルキルアリルエーテル及びRfが炭素数1~8のフルオロアルキル基であるCH=CXRfで表される含フッ素ビニルモノマーがより好ましい。また、TFE及びエチレンと共重合可能な単量体としては、イタコン酸、無水イタコン酸等の脂肪族不飽和カルボン酸であってもよい。TFE及びエチレンと共重合可能な単量体は、含フッ素重合体に対して0.1~10モル%が好ましく、0.1~5モル%がより好ましく、0.2~4モル%が特に好ましい。
フッ素樹脂A1としての上記ETFEは、融点が140~324℃未満であることが好ましく、160~320℃であることがより好ましく、195~320℃であることが更に好ましい。
上記低分子量PTFEは、溶融流動性を示す。
上記低分子量PTFEは、380℃における溶融粘度(複素粘度)が1.0×10~1.0×10Pa・sであることが好ましい。
上記溶融粘度は、1.0×10以上であることがより好ましく、1.5×10Pa・s以上であることが更に好ましく、7.0×10Pa・s以上であることが特に好ましく、また、7.0×10以下であることがより好ましく、3.0×10Pa・s以下であることが更に好ましく、1.0×10Pa・s以下であることが特に好ましい。
本明細書において、「低分子量PTFE」とは、上記溶融粘度が上記の範囲内にあるPTFEを意味する。
上記溶融粘度は、ASTM D 1238に準拠し、フローテスター(島津製作所社製)及び2φ-8Lのダイを用い、予め380℃で5分間加熱しておいた2gの試料を0.7MPaの荷重にて上記温度に保って測定した値である。
上記低分子量PTFEは、372℃、荷重5kgにおいて内径2.095mm、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MFRの値が0.25g/10分以上であることが好ましく、0.10g/10分以上であることがより好ましく、0.05g/10分以上であることが更に好ましい。上記MFRは、また、50g/10分以下であることが好ましく、30g/10分以下であることがより好ましく、10g/10分以下であることが更に好ましい。
フッ素樹脂A1としての上記低分子量PTFEは、融点が320℃以上、330℃未満であることが好ましい。
フッ素樹脂A1としての上記低分子量PTFEは、TFEの単独重合体であってもよいし、99.0質量%以上のTFEに基づく重合単位と、1.0質量%以下の変性モノマーに基づく重合単位(以下「変性モノマー単位」とも記載する)とを含む変性PTFEであってもよい。上記変性PTFEは、TFEに基づく重合単位及び変性モノマー単位のみからなるものであってよい。
上記変性PTFEは、変性モノマー単位の含有量が全重合単位に対し0.00001~1.0質量%の範囲であることが好ましい。変性モノマー単位の含有量の下限としては、0.0001質量%がより好ましく、0.001質量%が更に好ましく、0.005質量%が更により好ましく、0.010質量%が殊更に好ましい。変性モノマー単位の含有量の上限としては、0.90質量%が好ましく、0.50質量%がより好ましく、0.40質量%が更に好ましく、0.30質量%が更により好ましく、0.20質量%が殊更に好ましく、0.10質量%が特に好ましい。
上記変性モノマーとしては、溶融流動性を示さないフッ素樹脂としてのPTFE(高分子量PTFE)について上述した単量体が挙げられる。
上述した重合体の各重合単位の含有量は、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。
上記フッ素樹脂A1の粉末は、フッ素樹脂A1の二次粒子を含むものであってよい。
上記フッ素樹脂A1の粉末は、平均二次粒子径が1~200μmであることが好ましい。上記平均二次粒子径は、5μm以上であることがより好ましく、10μm以上であることが更に好ましく、また、150μm以下であることがより好ましく、100μm以下であることが更に好ましく、70μm以下であることが更により好ましく、50μm以下であることが特に好ましく、30μm以下であることが最も好ましい。
上記平均二次粒子径は、ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、粒度分布積算(体積基準)の50%に対応する粒子径に等しいとする。
上記フッ素樹脂A1の粉末は、D90が10μm以上であることが好ましく、30μm以上であることがより好ましく、50μm以上であることが更に好ましく、また、600μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、400μm以下であることが更に好ましい。
上記D90は、ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、粒度分布積算(体積基準)の90%に対応する粒子径に等しいとする。
上記フッ素樹脂A1の粉末は、例えば、融点以上の温度に加熱した履歴のないフッ素樹脂を圧縮成形し、焼成して得られた成形品の切削屑を粉砕することにより得ることができる。上記粉砕は、粉砕機等で行うことができる。粗粉砕した後、微細化してもよい。
圧縮成形の形状は特に問わない。焼成する温度はフッ素樹脂の融点以上であれば良い。粉砕機は特に限定されず、切削屑を粉砕(好ましくは微細化)することができるものであればよい。例えば、エアジェットミル、ハンマーミル、フォースミル、石臼型の粉砕機、凍結粉砕機等が挙げられる。
上記フッ素樹脂A1の粉末は、また、融点以上の温度に加熱した履歴のないフッ素樹脂の粉末を圧縮成形せずに融点以上に加熱した後、粉砕機を用いて粉砕することによっても、得ることができる。粉砕機は上記同様である。
フッ素樹脂B1は、融点以上の温度に加熱した履歴がないことが好ましい。これにより、一層優れた物性を有する成形体を得ることが可能なフッ素樹脂組成物を製造することができる。
フッ素樹脂B1は、融点が100~360℃であることが好ましい。上記融点は、140℃以上であることがより好ましく、160℃以上であることが更に好ましく、また、355℃以下であることがより好ましく、350℃以下であることが更に好ましい。
フッ素樹脂B1は、333~360℃の温度領域に1つ以上の融点を有することが好ましい。上記温度領域は、334℃以上であることがより好ましく、335℃以上であることが更に好ましく、また、355℃以下であることがより好ましく、350℃以下であることが更に好ましい。
融点が上記範囲内にあることは、フッ素樹脂B1(好ましくは溶融流動性を示さないフッ素樹脂、より好ましくはPTFE)に、融点以上の温度に加熱した履歴がないことを示す。
上記融点とともに、333℃未満の温度領域にも融点を有していても構わない。
フッ素樹脂B1としては、PTFE、PFA、FEP、ETFE、EFEP、PCTFE、CTFE/TFE共重合体、CTFE/TFE/PAVE共重合体、Et/CTFE共重合体、PVF、PVdF、VdF/TFE共重合体、VdF/HFP共重合体、VdF/TFE/HFP共重合体、VdF/HFP/(メタ)アクリル酸共重合体、VdF/CTFE共重合体、VdF/ペンタフルオロプロピレン共重合体、VdF/PAVE/TFE共重合体、低分子量PTFE等が挙げられる。
フッ素樹脂B1としての上記PTFEは、溶融流動性を示さない。上記PTFEは、高分子量PTFEであってよい。
フッ素樹脂B1としての上記PTFE(高分子量PTFE)は、示差走査熱量計〔DSC〕を用いて10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線において、333~347℃の範囲に少なくとも1つ以上の吸熱ピークが現れ、上記融解熱曲線から算出される290~350℃の融解熱量が62mJ/mg以上であることが好ましい。
フッ素樹脂B1としての上記PTFEは、標準比重(SSG)が2.130~2.280であることが好ましい。上記標準比重は、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する。
融点以上の温度に加熱した履歴のないPTFEについての「高分子量」とは、上記標準比重が上記の範囲内にあることを意味する。
フッ素樹脂B1としての上記PTFEは、通常、非溶融二次加工性を有する。非溶融二次加工性については、上述したとおりである。
フッ素樹脂B1としての上記PTFEは、TFEの単独重合体であってもよいし、99.0質量%以上のTFEに基づく重合単位と、1.0質量%以下の変性モノマーに基づく重合単位(変性モノマー単位)とを含む変性PTFEであってもよい。上記変性PTFEは、TFEに基づく重合単位及び変性モノマー単位のみからなるものであってよい。
上記変性PTFEは、変性モノマー単位の含有量が全重合単位に対し0.00001~1.0質量%の範囲であることが好ましい。変性モノマー単位の含有量の下限としては、0.0001質量%がより好ましく、0.001質量%が更に好ましく、0.005質量%が更により好ましく、0.010質量%が殊更に好ましい。変性モノマー単位の含有量の上限としては、0.90質量%が好ましく、0.50質量%がより好ましく、0.40質量%が更に好ましく、0.30質量%が更により好ましく、0.20質量%が殊更に好ましく、0.10質量%が特に好ましい。
フッ素樹脂B1としての上記PTFEにおいて使用し得る変性モノマーは、フッ素樹脂A1としてのPTFE(高分子量PTFE)について例示したものと同様である。
フッ素樹脂B1としての上記低分子量PTFEは、溶融流動性を示す。上記低分子量PTFEは、380℃における溶融粘度(複素粘度)が1.0×10~1.0×10Pa・sである。上記溶融粘度は、1.0×10以上であることが好ましく、1.5×10Pa・s以上であることがより好ましく、7.0×10Pa・s以上であることが更に好ましく、また、7.0×10以下であることが好ましく、3.0×10Pa・s以下であることがより好ましく、1.0×10Pa・s以下であることが更に好ましい。
本明細書において、「低分子量PTFE」とは、上記溶融粘度が上記の範囲内にあるPTFEを意味する。
上記溶融粘度は、ASTM D 1238に準拠し、フローテスター(島津製作所社製)及び2φ-8Lのダイを用い、予め380℃で5分間加熱しておいた2gの試料を0.7MPaの荷重にて上記温度に保って測定した値である。
フッ素樹脂B1としての上記低分子量PTFEは、融点が320~340℃であることが好ましい。上記融点は、324℃以上であることがより好ましく、また、336℃以下であることがより好ましく、333℃以下であることが更に好ましく、332℃以下であることが更により好ましく、331℃以下であることが殊更に好ましく、330℃以下であることが特に好ましい。
フッ素樹脂B1としての上記低分子量PTFEは、TFEの単独重合体であってもよいし、99.0質量%以上のTFEに基づく重合単位と、1.0質量%以下の変性モノマーに基づく重合単位(変性モノマー単位)とを含む変性PTFEであってもよい。上記変性PTFEは、TFEに基づく重合単位及び変性モノマー単位のみからなるものであってよい。
上記変性PTFEは、変性モノマー単位の含有量が全重合単位に対し0.00001~1.0質量%の範囲であることが好ましい。変性モノマー単位の含有量の下限としては、0.0001質量%がより好ましく、0.001質量%が更に好ましく、0.005質量%が更により好ましく、0.010質量%が殊更に好ましい。変性モノマー単位の含有量の上限としては、0.90質量%が好ましく、0.50質量%がより好ましく、0.40質量%が更に好ましく、0.30質量%が更により好ましく、0.20質量%が殊更に好ましく、0.10質量%が特に好ましい。
フッ素樹脂B1としての上記低分子量PTFEにおいて使用し得る変性モノマーとしては、溶融流動性を示さないフッ素樹脂としてのPTFE(高分子量PTFE)について上述した単量体が挙げられる。
フッ素樹脂B1は、溶融流動性を示さないフッ素樹脂であってもよく、溶融流動性を示すフッ素樹脂であってもよい。
上記溶融流動性を示さないフッ素樹脂としては、上記PTFE(高分子量PTFE)が好ましい。
上記溶融流動性を示すフッ素樹脂としては、PFA、FEP、ETFE、EFEP、PCTFE、CTFE/TFE共重合体、CTFE/TFE/PAVE共重合体、Et/CTFE共重合体、PVF、PVdF、VdF/TFE共重合体、VdF/HFP共重合体、VdF/TFE/HFP共重合体、VdF/HFP/(メタ)アクリル酸共重合体、VdF/CTFE共重合体、VdF/ペンタフルオロプロピレン共重合体、VdF/PAVE/TFE共重合体、及び、低分子量PTFEからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、PFA、FEP、及び、低分子量PTFEからなる群より選択される少なくとも1種がより好ましく、PFA及びFEPからなる群より選択される少なくとも1種が更に好ましい。
上記低分子量PTFE以外の溶融流動性を示すフッ素樹脂は、フッ素樹脂A1について例示した溶融流動性を示すフッ素樹脂と同様である。
上記フッ素樹脂B1の粒子は、平均一次粒子径が1μm以下であることが好ましい。上記平均一次粒子径は、500nm以下であることがより好ましく、450nm以下であることが更に好ましく、400nm以下であることが更により好ましく、350nm以下であることが殊更に好ましく、300nm以下であることが特に好ましい。上記平均一次粒子径は、また、10nm以上であることが好ましく、25nm以上であることがより好ましく、50nm以上であることが更に好ましく、100nm以上であることが更により好ましく、150nm以上であることが特に好ましい。
上記平均一次粒子径は、固形分濃度を0.5質量%に調整した水性分散液をアルミ箔に滴下し、150℃、1時間の条件で水を乾燥除去したものの走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の粒子の直径の平均値である。
第1の製造方法の一態様において、上記フッ素樹脂B1の粒子は、平均アスペクト比が2.0以下であることが好ましく、1.7以下であることがより好ましく、1.6以下であることが更に好ましく、1.5以下であることが更により好ましく、1.4以下であることが殊更に好ましく、1.3以下であることが特に好ましい。上記平均アスペクト比は、また、1.0以上であってよい。
上記平均アスペクト比は、固形分濃度が0.5質量%となるように希釈したフッ素樹脂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100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。
第1の製造方法の別の一態様において、上記フッ素樹脂B1の粒子の全数に対し、アスペクト比が2.5以上の上記フッ素樹脂B1の粒子の割合が0.5%以上であることが好ましく、1.0%以上であることがより好ましく、1.5%以上であることが更に好ましく、2.0%以上であることが特に好ましい。上記割合は、また、20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。
上記割合は、固形分濃度が0.5質量%となるように希釈したフッ素樹脂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100個以上の粒子について画像処理を行って各粒子のアスペクト比を算出し、上記抽出した粒子の全数に対する割合として求める。
上記フッ素樹脂B1の粒子の含有量は、上記水性分散液の固形分に対し、50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることが更に好ましく、90質量%以上であることが更により好ましく、95質量%以上であることが特に好ましく、98質量%以上であることが最も好ましい。
第1の製造方法における上記水性分散液は、通常、水性媒体を含む。上記水性分散液は、水性媒体にフッ素樹脂B1の粒子が分散したものであってよい。
水性媒体は、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。水性媒体は、水が90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがより好ましい。
上記水性分散液は、固形分濃度が70質量%以下である。着色が一層少なく引張特性に一層優れるフッ素樹脂組成物を製造できる点で、上記固形分濃度は、50質量%以下であることが好ましく、45質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましく、35質量%以下であることが更に好ましい。上記固形分濃度は、また、1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましく、10質量%以上であることが更に好ましい。
上記固形分濃度は、水性分散液約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:P=[Z/X]×100(質量%)から算出する。
上記水性分散液は、炭化水素系界面活性剤を含んでもよい。上記炭化水素系界面活性剤は、フッ素原子を含まないことが好ましい。
上記炭化水素系界面活性剤としては、例えば、特表2013-542308号公報、特表2013-542309号公報、特表2013-542310号公報に記載されているもの等を使用することができる。
炭化水素系界面活性剤は、同じ分子上に親水性部分及び疎水性部分を有する。これらは、カチオン性、非イオン性又はアニオン性であってよい。
カチオン性界面活性剤は、通常、アルキル化臭化アンモニウム等のアルキル化ハロゲン化アンモニウム等の正に帯電した親水性部分と、長鎖脂肪酸等の疎水性部分とを有する。
アニオン性界面活性剤は、通常、カルボン酸塩、スルホン酸塩又は硫酸塩等の親水性部分と、アルキル等の長鎖炭化水素部分である疎水性部分とを有する。
非イオン性界面活性剤は、通常、帯電した基を含まず、長鎖炭化水素である疎水性部分を有する。非イオン性界面活性剤の親水性部分は、エチレンオキシドとの重合から誘導されるエチレンエーテルの鎖等の水溶性官能基を含む。
上記炭化水素系界面活性剤は、アニオン系界面活性剤又は非イオン性界面活性剤であることが好ましい。
アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、Resolution Performance ProductsのVersatic(登録商標)10、BASF製のAvanel Sシリーズ(S-70、S-74等)等が挙げられる。
アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、R-L-M(式中、R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よいし、環を巻いていてもよい。Lが、-ArSO 、-SO 、-SO-、-PO 又は-COOであり、Mは、H、金属原子、NR (Rは、同一でも異なっていてもよく、H又は炭素数1~10の有機基)、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る。-ArSO は、アリールスルホン酸塩である。)によって表されるアニオン性界面活性剤も挙げられる。
具体的には、CH-(CH-L-M(式中、nが、6~17の整数である。L及び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。
アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、R(-L-M(式中、R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、-ArSO 、-SO 、-SO-、-PO 又は-COOであり、Mは、H、金属原子、NR (Rは、同一でも異なっていてもよく、H又は炭素数1~10の有機基)、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る。-ArSO は、アリールスルホン酸塩である。)によって表されるアニオン性界面活性剤も挙げられる。
アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、R(-L-M(式中、R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、-ArSO 、-SO 、-SO-、-PO 又は-COOであり、Mは、H、金属原子、NR (Rは、同一でも異なっていてもよく、H又は炭素数1~10の有機基)、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る。-ArSO は、アリールスルホン酸塩である。)によって表されるアニオン性界面活性剤も挙げられる。
アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、Akzo Nobel Surface Chemistry LLCのスルホサクシネート界面活性剤Lankropol(登録商標)K8300等も挙げられる。
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。
アニオン性炭化水素系界面活性剤としては、Omnova Solutions,Inc.のPolyFox(登録商標)界面活性剤(PolyFoxTMPF-156A、PolyFoxTMPF-136A等)も挙げられる。
上記非イオン性界面活性剤としては、例えば、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レンアルキルエーテル等のエーテル型非イオン性界面活性剤;エチレンオキサイド/プロピレンオキサイドブロック共重合体等のポリオキシエチレン誘導体;ポリオキシエチレン脂肪酸エステル(ポリオキシエチレンアルキルエステル)、ソルビタン脂肪酸エステル(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脂肪酸エステル(ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル)、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル(グリセロールエステル)等のエステル型非イオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド等のアミン系非イオン性界面活性剤;それらの誘導体等が挙げられ、これらの1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記非イオン性界面活性剤は、非フッ素化非イオン性界面活性剤であってよい。
上記ポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンベヘニルエーテル等が挙げられる。
上記ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルとしては、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル等が挙げられる。
上記ポリオキシエチレン脂肪酸エステルの具体例:ポリエチレングリコールモノラウリレート、ポリエチレングリコールモノオレエート、ポリエチレングリコールモノステアレート等が挙げられる。
上記ソルビタン脂肪酸エステルとしては、ソルビタンモノラウリレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート等が挙げられる。
上記ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルとしては、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウリレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート等が挙げられる。
上記グリセリン脂肪酸エステルとしては、モノミリスチン酸グリセロール、モノステアリン酸グリセロール、モノオレイン酸グリセロール等が挙げられる。
上記誘導体としては、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルフェニル-ホルムアルデヒド凝縮物、ポリオキシエチレンアルキルエーテルホスフェート等が挙げられる。
上記エーテル型非イオン性界面活性剤及びエステル型非イオン性界面活性剤は、10~18のHLB値を有してよい。
非イオン性炭化水素系界面活性剤としては、Dow Chemical Company製のTriton(登録商標)Xシリーズ(X15、X45、X100等)、Tergitol(登録商標)15-Sシリーズ、Tergitol(登録商標)TMNシリーズ(TMN-6、TMN-10、TMN-100等)、Tergitol(登録商標)Lシリーズ、BASF製のPluronic(登録商標)Rシリーズ(31R1、17R2、10R5、25R4(m~22、n~23))、T-Detシリーズ(A138)、Iconol(登録商標)TDAシリーズ(TDA-6、TDA-9、TDA-10)等が挙げられる。
上記非イオン性界面活性剤を構成する化合物において、その疎水基は、アルキルフェノール基、直鎖アルキル基及び分岐アルキル基の何れであってもよいが、アルキルフェノール基を構造中に有しない化合物等、ベンゼン環を有さないものであることが好ましい。
上記非イオン性界面活性剤としては、なかでも、エーテル結合(-O-)を有するものが好ましく、上述したエーテル型非イオン性界面活性剤がより好ましく、ポリオキシエチレンアルキルエーテルが更に好ましい。上記ポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、炭素数10~20のアルキル基を有するポリオキシエチレンアルキルエーテル構造からなるものが好ましく、炭素数10~15のアルキル基を有するポリオキシエチレンアルキルエーテル構造からなるものがより好ましい。上記ポリオキシエチレンアルキルエーテル構造におけるアルキル基は、分岐構造を有していることが好ましい。
上記炭化水素系界面活性剤の含有量は、着色が一層少なく引張特性に一層優れるフッ素樹脂組成物を製造できる点で、上記水性分散液の固形分に対し12質量%以下であることが好ましく、8質量%以下がより好ましく、6質量%以下が更に好ましく、4質量%以下が更により好ましく、2質量%以下が殊更に好ましく、1質量%以下が特に好ましい。上記炭化水素系界面活性剤の含有量は、また、1質量ppm以上であってよく、10質量ppm以上であってもよく、100質量ppm以上であってもよく、500質量ppm以上であってもよい。
上記非イオン性界面活性剤の含有量は、着色が一層少なく引張特性に一層優れるフッ素樹脂組成物を製造できる点で、上記水性分散液の固形分に対し12質量%以下であることが好ましく、8質量%以下がより好ましく、6質量%以下が更に好ましく、4質量%以下が更により好ましく、2質量%以下が殊更に好ましく、1質量%以下が特に好ましい。上記非イオン性界面活性剤の含有量は、また、1質量ppm以上であってよく、10質量ppm以上であってもよく、100質量ppm以上であってもよく、500質量ppm以上であってもよい。
上記水性分散液は、非イオン性界面活性剤を含まないことも好ましく、炭化水素系界面活性剤を含まないことも好ましい。
上記水性分散液は、着色が一層少なく引張特性に一層優れるフッ素樹脂組成物を製造できる点で、低分子量含フッ素化合物の含有量(総量)が上記水性分散液に対し1質量ppm以下であることが好ましく、500質量ppb以下であることがより好ましく、100質量ppb以下であることが更に好ましく、50質量ppb以下であることが更により好ましく、25質量ppb以下であることが殊更に好ましく、10質量ppb以下であることが特に好ましく、5質量ppb以下であることが特により好ましく、1質量ppb以下であることが殊更特に好ましく、1質量ppb未満であることが最も好ましい。
上記低分子量含フッ素化合物の含有量は、試料をメタノールでソックスレー抽出した後、液体クロマトグラフ質量計(LC/MS/MS)により測定する。
上記低分子量含フッ素化合物としては、炭素数4以上の含フッ素カルボン酸及びその塩、炭素数4以上の含フッ素スルホン酸及びその塩等が挙げられ、これらはいずれもエーテル結合(-O-)を有していてもよい。
上記低分子量含フッ素化合物としては、アニオン性含フッ素界面活性剤等が挙げられる。アニオン性含フッ素界面活性剤は、例えば、アニオン性基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。
上記アニオン性含フッ素界面活性剤はまた、アニオン性部分の分子量が800以下のフッ素を含む界面活性剤であってよい。
なお、上記「アニオン性部分」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(CFn1COOMの場合には、「F(CFn1COO」の部分である。
上記低分子量含フッ素化合物としてはまた、LogPOWが3.5以下の含フッ素界面活性剤が挙げられる。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、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。
上記含フッ素界面活性剤として具体的には、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、特開2007-119526号公報、国際公開第2007/046482号、国際公開第2007/046345号、米国特許出願公開第2014/0228531号、国際公開第2013/189824号、国際公開第2013/189826号に記載されたもの等が挙げられる。
上記アニオン性含フッ素界面活性剤としては、下記一般式(N):
n0-Rfn0-Y (N
(式中、Xn0は、H、Cl又は及びFである。Rfn0は、炭素数3~20で、鎖状、分枝鎖状又は環状で、一部又は全ての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。Yはアニオン性基である。)で表される化合物が挙げられる。
のアニオン性基は、-COOM、-SOM、又は、-SOMであってよく、-COOM、又は、-SOMであってよい。
Mは、H、金属原子、NR 、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、R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。
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NR 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NR であってよく、H、Na、K、Li又はNH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。
上記一般式(N)で表される化合物としては、下記一般式(N):
n0-(CFm1-Y (N
(式中、Xn0は、H、Cl及びFであり、m1は3~15の整数であり、Y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(N):
Rfn1-O-(CF(CF)CFO)m2CFXn1-Y (N
(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CFであり、Y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(N):
Rfn2(CHm3-(Rfn3-Y (N
(式中、Rfn2は、炭素数1~13のエーテル結合及び/又は塩素原子を含み得る、部分又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、Y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(N):
Rfn4-O-(CYn1n2CF-Y (N
(式中、Rfn4は、炭素数1~12のエーテル結合を含み得る直鎖状又は分枝鎖状の部分又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、Yは、上記定義したものである。)で表される化合物、及び、一般式(N):
Figure 0007323833000003
(式中、Xn2、Xn3及びXn4は、同一若しくは異なってもよく、H、F、又は、炭素数1~6のエーテル結合を含んでよい直鎖状又は分岐鎖状の部分又は完全フッ素化されたアルキル基である。Rfn5は、炭素数1~3のエーテル結合を含み得る直鎖状又は分岐鎖状の部分又は完全フッ素化されたアルキレン基であり、Lは連結基であり、Yは、上記定義したものである。但し、Xn2、Xn3、Xn4及びRfn5の合計炭素数は18以下である。)で表される化合物が挙げられる。
上記一般式(N)で表される化合物としてより具体的には、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)、下記一般式(VII)で表されるω-Hパーフルオロスルホン酸(VII)、下記一般式(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)、下記一般式(IX)で表されるアルキルアルキレンカルボン酸(IX)、下記一般式(X)で表されるフルオロカルボン酸(X)、下記一般式(XI)で表されるアルコキシフルオロスルホン酸(XI)、下記一般式(XII)で表される化合物(XII)、下記一般式(XIII)で表される化合物(XIII)等が挙げられる。
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、3~14の整数であり、Mは、H、金属原子、NR 、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、Rは、H又は有機基である。)で表されるものである。
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、4~15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。
上記パーフルオロ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1~12のエーテル結合及び/又は塩素原子を含み得る直鎖状又は分枝鎖状の部分又は完全フッ素化されたアルキル基であり、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、3~14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。
上記ω-Hパーフルオロスルホン酸(VII)は、下記一般式(VII):
H(CFn6SOM (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。
上記パーフルオロアルキルアルキレンスルホン酸(VIII)は、下記一般式(VIII):
Rf(CHn7SOM (VIII)
(式中、Rf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。
上記アルキルアルキレンカルボン酸(IX)は、下記一般式(IX):
Rf(CHn8COOM (IX)
(式中、Rf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又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。
上記フルオロカルボン酸(X)は、下記一般式(X):
Rf-O-Rf-O-CF-COOM (X)
(式中、Rfは、炭素数1~6のエーテル結合及び/又は塩素原子を含み得る直鎖状又は分枝鎖状の部分又は完全フッ素化されたアルキル基であり、Rfは、炭素数1~6の直鎖状又は分枝鎖状の部分又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。
上記アルコキシフルオロスルホン酸(XI)は、下記一般式(XI):
Rf-O-CYCF-SOM (XI)
(式中、Rfは、炭素数1~12のエーテル結合を含み得る直鎖状又は分枝鎖状であって、塩素を含んでもよい、部分又は完全フッ素化されたアルキル基であり、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。
上記化合物(XII)は、下記一般式(XII):
Figure 0007323833000004
(式中、X、X及びXは、同一若しくは異なってもよく、H、F及び炭素数1~6のエーテル結合を含み得る直鎖状又は分岐鎖状の部分又は完全フッ素化されたアルキル基であり、Rf10は、炭素数1~3のパーフルオロアルキレン基であり、Lは連結基であり、Yはアニオン性基である。)で表されるものである。
は、-COOM、-SOM、又は、-SOMであってよく、-SOM、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。
上記化合物(XIII)は、下記一般式(XIII):
Rf11-O-(CFCF(CF)O)n9(CFO)n10CFCOOM (XIII)
(式中、Rf11は、塩素を含む炭素数1~5のフルオロアルキル基であり、n9は、0~3の整数であり、n10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。化合物(XIII)としては、CFClO(CFCF(CF)O)n9(CFO)n10CFCOONH(平均分子量750の混合物、式中、n9及びn10は上記定義したものである。)が挙げられる。
上述したように上記アニオン性含フッ素界面活性剤としては、カルボン酸系界面活性剤、スルホン酸系界面活性剤等が挙げられる。
上記含フッ素界面活性剤は、1種の含フッ素界面活性剤であってもよいし、2種以上の含フッ素界面活性剤を含有する混合物であってもよい。
上記含フッ素界面活性剤としては、以下の式で表される化合物が挙げられる。含フッ素界面活性剤は、これらの化合物の混合物であってよい。
F(CFCOOM、
F(CFCOOM、
H(CFCOOM、
H(CFCOOM、
CFO(CFOCHFCFCOOM、
OCF(CF)CFOCF(CF)COOM、
CFCFCFOCF(CF)COOM、
CFCFOCFCFOCFCOOM、
OCF(CF)CFOCF(CF)COOM、
CFOCF(CF)CFOCF(CF)COOM、
CFClCFCFOCF(CF)CFOCFCOOM、
CFClCFCFOCFCF(CF)OCFCOOM、
CFClCF(CF)OCF(CF)CFOCFCOOM、
CFClCF(CF)OCFCF(CF)OCFCOOM、
Figure 0007323833000005
(各式中、Mは、H、金属原子、NR 、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る。Rは、上記定義したものである。)
上記水性分散液は、例えば、アニオン性界面活性剤及び重合開始剤の存在下、フッ素樹脂B1を構成するのに必要なモノマーの乳化重合を水性媒体中で行うことにより、製造することができる。上記乳化重合において、必要に応じて、連鎖移動剤、緩衝剤、pH調整剤、安定化助剤、分散安定剤等を使用してもよい。
当業者であれば、上記乳化重合の条件を調整することにより、フッ素樹脂B1の組成や物性、粒子の物性等を制御することができる。
上記乳化重合により得られた水性分散液に、炭化水素系界面活性剤を添加してもよい。上記炭化水素系界面活性剤としては、上述したものが挙げられる。
上記乳化重合により得られた水性分散液、又は、上記炭化水素系界面活性剤を添加して得られた水性分散液を、陰イオン交換樹脂又は陰イオン交換樹脂及び陽イオン交換樹脂を含む混床と接触させてもよく、濃縮してもよく、これらの両方により処理してもよい。上記処理を行うことにより、低分子量含フッ素化合物を除去することができる。
上記陰イオン交換樹脂及び上記混床は、特に限定されるものではないが、公知のものを用いることができる。また、上記陰イオン交換樹脂又は上記混床と接触させる方法は、公知の方法を用いることができる。
上記濃縮の方法としては、公知の方法を採用することができ、例えば、相分離、遠心沈降、曇点濃縮、電気濃縮、電気泳動、限外濾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。
上記乳化重合により得られた重合上がりの(炭化水素系界面活性剤を添加する前の)水性分散液を上記混合工程に供してもよいし、上記炭化水素系界面活性剤を添加して得られた水性分散液を上記混合工程に供してもよいし、上記イオン交換樹脂との接触又は濃縮を行って得られた水性分散液を上記混合工程に供してもよい。固形分濃度が50質量%を超えている場合は、希釈して用いればよい。
上記水性分散液は、着色が一層少なく引張特性に一層優れるフッ素樹脂組成物を製造できる点で、25℃における粘度が100mPa・s以下であることが好ましく、50mPa・s以下であることがより好ましく、40mPa・s以下であることが更に好ましく、30mPa・s以下であることが特に好ましい。上記粘度は、また、0.1mPa・s以上であってよい。
上記粘度は、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℃において測定する。
上記フッ素樹脂A1の粉末と上記水性分散液との混合は、着色が一層少なく引張特性に一層優れるフッ素樹脂組成物を製造できる点で、上記フッ素樹脂A1の粉末と上記フッ素樹脂B1の粒子との質量比(A1/B1)が1/99~90/10となるように行うことが好ましい。
上記質量比A1/B1は、3/97以上であることがより好ましく、5/95以上であることが更に好ましく、10/90以上であることが更により好ましく、15/85以上であることが特に好ましい。上記質量比A1/B1は、また、85/15以下であることがより好ましく、80/20以下であることが更に好ましく、75/25以下であることが更により好ましく、70/30以下であることが特に好ましい。
上記混合工程で得られた混合物の固形分濃度又は粘度が高すぎる場合は、当該混合物を希釈して、固形分濃度又は粘度を上述した範囲内に調整してもよい。
第1の製造方法は、上記混合工程で得られた混合物を凝析する凝析工程を含んでもよい。凝析の方法としては、凍結や機械的剪断力により乳化粒子を凝集させる方法が挙げられる。メタノール、アセトン等の水溶性有機化合物、硝酸カリウム、炭酸アンモニウム等の無機塩や、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸等を凝析剤として添加しながら撹拌を行ってもよい。上記凝析は、また、インラインミキサー等を使用して連続的に行ってもよい。
上記乾燥工程では、上記混合工程で得られた混合物を乾燥することによりフッ素樹脂組成物を得る。第1の製造方法が上記凝析工程を含む場合は、凝析により得られた湿潤粉末を乾燥する。
乾燥の方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができ、例えば、真空、高周波、熱風等の手段を用いて行うことができる。
上記乾燥の温度としては、50℃以上が好ましく、70℃以上がより好ましく、100℃以上が更に好ましく、150℃以上が特に好ましく、また、300℃以下が好ましく、250℃以下がより好ましい。
第1の製造方法は、上記乾燥工程で得られたフッ素樹脂組成物を粉砕する粉砕工程を含んでもよい。上記粉砕は公知の方法により行ってよく、例えば、エアジェットミル、ハンマーミル、フォースミル、石臼型の粉砕機、凍結粉砕機等の粉砕機を用いて行うことができる。
本開示は、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂A1の粉末と、フッ素樹脂B1の粒子を含み、炭化水素系界面活性剤を含まない水性分散液とを混合することにより混合物を得る工程(混合工程)、及び、上記混合物を乾燥することによりフッ素樹脂組成物を得る工程(乾燥工程)を含むフッ素樹脂組成物の製造方法(以下、第2の製造方法ともいう。)も提供する。
第2の製造方法では、炭化水素系界面活性剤を含まない水性分散液を用いるので、炭化水素系界面活性剤の残留による着色や、物性への影響を低減することができる。その結果、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂を含むにもかかわらず、着色が少なく引張特性に優れるフッ素樹脂組成物を製造することができる。
フッ素樹脂A1の粉末及びフッ素樹脂B1の粒子は、第1の製造方法について上述したとおりである。
第2の製造方法における水性分散液は、炭化水素系界面活性剤を含まない。上記炭化水素系界面活性剤としては、第1の製造方法について例示したものが挙げられる。
上記水性分散液の上記以外の成分や物性については、第1の製造方法と同様のものを採用することができる。
第2の製造方法における混合工程の好ましい態様は、第1の製造方法について上述した態様と同様である。
第2の製造方法における乾燥工程としては、第1の製造方法における乾燥工程と同様の工程を採用することができる。
その他、第2の製造方法において採用し得る任意の工程や好適な態様は、第1の製造方法と同様である。
第1及び第2の製造方法は、更に、充填材を混合する工程を含んでもよい。
上記充填材は、上記フッ素樹脂A1の粉末と混合してもよく、上記水性分散液と混合してもよく、上記フッ素樹脂A1の粉末と上記水性分散液との混合工程で得られた混合物と混合してもよく、上記凝析工程で得られた湿潤粉末と混合してもよく、上記乾燥工程で得られたフッ素樹脂組成物と混合してもよい。
上記充填材としては、例えば、ガラス繊維、ガラスビーズ、炭素繊維、球状カーボン、カーボンブラック、グラファイト、シリカ、アルミナ、マイカ、炭化珪素、窒化硼素、酸化チタン、酸化ビスマス、酸化コバルト、二硫化モリブデン、ブロンズ、金、銀、銅、及び、ニッケル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。
なかでも、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンブラック、及び、ブロンズからなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。
第1及び第2の製造方法は、更に、上記乾燥工程で得られたフッ素樹脂組成物を造粒する工程を含むことも好ましい。これにより、見掛密度が高く、取り扱い性に優れるフッ素樹脂組成物が得られる。
上記造粒の方法としては、公知の方法が挙げられ、水中造粒法、温水造粒法、乳化分散造粒法、乳化温水造粒法、無溶剤造粒法、乾式溶剤造粒法等が挙げられる。
本開示は、第1及び第2の製造方法により得られるフッ素樹脂組成物も提供する。上記フッ素樹脂組成物は、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂を含むにもかかわらず、着色が少なく引張特性に優れる。
第1及び第2の製造方法により得られるフッ素樹脂組成物の形態は特に限定されないが、粉末であることが好ましい。
第1及び第2の製造方法により得られるフッ素樹脂組成物は、着色が一層低減され、引張特性が一層向上する点で、非イオン性界面活性剤の含有量が、上記フッ素樹脂組成物に対し、1.0質量%以下であることが好ましく、0.9質量%以下であることがより好ましく、0.8質量%以下であることが更に好ましく、0.7質量%以下であることが更に好ましく、0.6質量%以下であることが特に好ましい。下限は特に限定されないが、検出限界未満であってよく、1000質量ppmであってもよい。
上記非イオン性界面活性剤の含有量は、凍結粉砕した1gの上記フッ素樹脂組成物を10mLのメタノール中で60℃にて超音波抽出し、「平成15年労働省告示第261号 水質基準に関する省令の規定に基づき厚生労働大臣が定める方法 別表第28」に準じて測定する。
本開示は、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂A2と、融点以上の温度に加熱した履歴のないフッ素樹脂B2とを含むフッ素樹脂組成物であって、一次粒子径1μm以下の微粒子を含むフッ素樹脂組成物も提供する。
本開示のフッ素樹脂組成物は、融点以上の温度に加熱した履歴のないフッ素樹脂を含み、かつ特定の粒子径を有する微粒子を含むので、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂を含むにもかかわらず、着色が少なく引張特性に優れる。
本開示のフッ素樹脂組成物は、333℃未満の温度領域に1つ以上、333℃以上の温度領域に1つ以上の融点を有することが好ましい。
上記333℃未満の温度領域は、332℃未満であることがより好ましく、331℃未満であることが更に好ましく、100℃以上であることが好ましく、140℃以上であることがより好ましく、160℃以上であることが更に好ましい。
上記333℃以上の温度領域は、334℃以上であることがより好ましく、335℃であることが更に好ましく、また、360℃以下であることが好ましく、355℃以下であることがより好ましく、350℃以下であることが更に好ましい。
上記2つの温度領域に融点を有することは、フッ素樹脂組成物が、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂A2(好ましくは溶融流動性を示さないフッ素樹脂、より好ましくはPTFE)と、融点以上の温度に加熱した履歴のないフッ素樹脂B2(好ましくは溶融流動性を示さないフッ素樹脂、より好ましくはPTFE)とを含むことを示す。
フッ素樹脂A2は、融点以上の温度に加熱した履歴を有する。上記加熱としては、成形加工、加熱処理等のための加熱等が挙げられる。
フッ素樹脂A2は、333℃未満の温度領域に1つ以上の融点を有することが好ましい。上記333℃未満の温度領域は、332℃未満であることがより好ましく、331℃未満であることが更に好ましく、また、100℃以上であることが好ましく、140℃以上であることがより好ましく、180℃以上であることが更に好ましい。
融点が上記範囲内にあることは、融点以上の温度に加熱した履歴があることを示す。
フッ素樹脂A2は、333℃以上の温度領域にも融点を有していてもよい。
フッ素樹脂A2としては、第1の製造方法におけるフッ素樹脂A1と同様の樹脂が挙げられる。
フッ素樹脂A2は、溶融流動性を示さないフッ素樹脂であることが好ましく、PTFE(高分子量PTFE)であることがより好ましい。
フッ素樹脂A2は、溶融流動性を示すフッ素樹脂を含んでもよい。上記溶融流動性を示すフッ素樹脂としては、PFA、FEP、ETFE、EFEP、PCTFE、CTFE/TFE共重合体、CTFE/TFE/PAVE共重合体、Et/CTFE共重合体、PVF、PVdF、VdF/TFE共重合体、VdF/HFP共重合体、VdF/TFE/HFP共重合体、VdF/HFP/(メタ)アクリル酸共重合体、VdF/CTFE共重合体、VdF/ペンタフルオロプロピレン共重合体、VdF/PAVE/TFE共重合体、低分子量PTFE等が挙げられ、PFA、FEP及びETFEからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、PFA及びFEP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。
本開示のフッ素樹脂組成物は、フッ素樹脂A2の粒子を含むものであってよい。上記フッ素樹脂A2の粒子は、フッ素樹脂A2の二次粒子であってよい。
上記フッ素樹脂A2の粒子は、平均二次粒子径が1~200μmであることが好ましい。上記平均二次粒子径は、5μm以上であることがより好ましく、10μm以上であることが更に好ましく、また、150μm以下であることがより好ましく、100μm以下であることが更に好ましく、70μm以下であることが更により好ましく、50μm以下であることが特に好ましく、30μm以下であることが最も好ましい。
上記平均二次粒子径は、ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、粒度分布積算(体積基準)の50%に対応する粒子径に等しいとする。
上記フッ素樹脂A2の粒子は、D90が10μm以上であることが好ましく、30μm以上であることがより好ましく、50μm以上であることが更に好ましく、また、600μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、400μm以下であることが更に好ましい。
上記D90は、ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、粒度分布積算(体積基準)の90%に対応する粒子径に等しいとする。
フッ素樹脂B2は、融点以上の温度に加熱した履歴を有さない。
フッ素樹脂B2は、融点が100~360℃であることが好ましい。上記融点は、140℃以上であることがより好ましく、160℃以上であることが更に好ましく、また、355℃以下であることがより好ましく、350℃以下であることが更に好ましい。
フッ素樹脂B2は、333~360℃の温度領域に1つ以上の融点を有することが好ましい。上記温度領域は、334℃以上であることがより好ましく、335℃以上であることが更に好ましく、また、355℃以下であることがより好ましく、350℃以下であることが更に好ましい。
融点が上記範囲内にあることは、フッ素樹脂B2(好ましくは溶融流動性を示さないフッ素樹脂、より好ましくはPTFE)に、融点以上の温度に加熱した履歴がないことを示す。
なお、上記融点とともに、333℃未満の温度領域にも融点を有していても構わない。
フッ素樹脂B2としては、第1の製造方法におけるフッ素樹脂B1と同様の樹脂が挙げられる。
フッ素樹脂B2は、溶融流動性を示さないフッ素樹脂であることが好ましく、PTFE(高分子量PTFE)であることがより好ましい。
フッ素樹脂B2は、溶融流動性を示すフッ素樹脂であってもよく、PFA、FEP、ETFE、EFEP、PCTFE、CTFE/TFE共重合体、CTFE/TFE/PAVE共重合体、Et/CTFE共重合体、PVF、PVdF、VdF/TFE共重合体、VdF/HFP共重合体、VdF/TFE/HFP共重合体、VdF/HFP/(メタ)アクリル酸共重合体、VdF/CTFE共重合体、VdF/ペンタフルオロプロピレン共重合体、VdF/PAVE/TFE共重合体、及び、低分子量PTFE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く、PFA、FEP、及び、低分子量PTFE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く、PFA及びFEPからなる群より選択される少なくとも1種であることが更に好ましい。
本開示のフッ素樹脂組成物は、フッ素樹脂B2の粒子を含むものであってよい。
上記フッ素樹脂B2の粒子は、フッ素樹脂B2の一次粒子であることが好ましい。上記一次粒子は、二次粒子を構成していないことが好ましい。
上記フッ素樹脂B2の粒子は、平均一次粒子径が1μm以下であることが好ましい。上記平均一次粒子径は、500nm以下であることがより好ましく、450nm以下であることが更に好ましく、400nm以下であることが更により好ましく、350nm以下であることが殊更に好ましく、300nm以下であることが特に好ましい。上記平均一次粒子径は、また、10nm以上であることが好ましく、25nm以上であることがより好ましく、50nm以上であることが更に好ましく、100nm以上であることが更により好ましく、150nm以上であることが特に好ましい。
上記平均一次粒子径は、固形分濃度を0.5質量%に調整した水性分散液をアルミ箔に滴下し、150℃、1時間の条件で水を乾燥除去したものの走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の粒子の直径の平均値である。
上記平均一次粒子径は、また、上記フッ素樹脂組成物を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の一次粒子の直径の平均値であってもよい。
本開示のフッ素樹脂組成物の一態様において、上記フッ素樹脂B2の粒子は、平均アスペクト比が2.0以下であることが好ましく、1.7以下であることがより好ましく、1.6以下であることが更に好ましく、1.5以下であることが更により好ましく、1.4以下であることが殊更に好ましく、1.3以下であることが特に好ましい。上記平均アスペクト比は、また、1.0以上であってよい。
上記平均アスペクト比は、上記フッ素樹脂組成物を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の一次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。
本開示のフッ素樹脂組成物の別の一態様において、上記フッ素樹脂B2の粒子の全数に対し、アスペクト比が2.5以上の上記フッ素樹脂B2の粒子の割合が0.5%以上であることが好ましく、1.0%以上であることがより好ましく、1.5%以上であることが更に好ましく、2.0%以上であることが特に好ましい。上記割合は、また、20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。
上記割合は、上記フッ素樹脂組成物を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の一次粒子について画像処理を行って各粒子のアスペクト比を算出し、上記抽出した粒子の全数に対する割合として求める。
上記フッ素樹脂A2と上記フッ素樹脂B2との質量比(A2/B2)は、着色が一層低減され引張特性が一層向上する点で、1/99~90/10であることが好ましい。
上記質量比A2/B2は、3/97以上であることがより好ましく、5/95以上であることが更に好ましく、10/90以上であることが更により好ましく、15/85以上であることが特に好ましい。上記質量比A2/B2は、また、85/15以下であることがより好ましく、80/20以下であることが更に好ましく、75/25以下であることが更により好ましく、70/30以下であることが特に好ましい。
本開示のフッ素樹脂組成物におけるフッ素樹脂A2及びB2の合計量は、上記フッ素樹脂組成物に対し、80質量%以上であることが好ましく、85質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが更に好ましく、95質量%以上であることが更により好ましく、98質量%以上であることが特に好ましい。
本開示のフッ素樹脂組成物は、一次粒子径1μm以下の微粒子を含む。
上記微粒子は、上記フッ素樹脂組成物を構成するフッ素樹脂の粒子であり、フッ素樹脂A2及びB2からなる群より選択される少なくとも1種の粒子であってよく、フッ素樹脂B2の粒子であることが好ましい。
上記微粒子は、一次粒子であってよく、フッ素樹脂B2の一次粒子であることが好ましい。
上記微粒子は、一次粒子径が500nm以下であることが好ましく、450nm以下であることがより好ましく、400nm以下であることが更に好ましく、350nm以下であることが更により好ましく、300nm以下であることが特に好ましい。上記一次粒子径は、また、10nm以上であることが好ましく、25nm以上であることがより好ましく、50nm以上であることが更に好ましく、100nm以上であることが更により好ましく、150nm以上であることが特に好ましい。
上記一次粒子径は、上記フッ素樹脂組成物を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の微粒子の直径の平均値である。
本開示のフッ素樹脂組成物の一態様において、上記微粒子は、平均アスペクト比が2.0以下であることが好ましく、1.7以下であることがより好ましく、1.6以下であることが更に好ましく、1.5以下であることが更により好ましく、1.4以下であることが殊更に好ましく、1.3以下であることが特に好ましい。上記アスペクト比は、また、1.0以上であってよい。
上記平均アスペクト比は、上記フッ素樹脂組成物を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の上記微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。
本開示のフッ素樹脂組成物の別の一態様において、上記微粒子の全数に対し、アスペクト比が2.5以上の上記微粒子の割合が0.5%以上であることが好ましく、1.0%以上であることがより好ましく、1.5%以上であることが更に好ましく、2.0%以上であることが特に好ましい。上記割合は、また、20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。
上記割合は、上記フッ素樹脂組成物を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の上記微粒子について画像処理を行って各粒子のアスペクト比を算出し、上記抽出した上記微粒子の全数に対する割合として求める。
本開示のフッ素樹脂組成物は、粒子径5μm以上の粗大粉末を含むことが好ましい。
上記粗大粉末は、上記フッ素樹脂組成物を構成するフッ素樹脂の粒子であり、フッ素樹脂A2及びB2からなる群より選択される少なくとも1種の粒子であってよく、フッ素樹脂A2の粒子であることが好ましい。
上記粗大粉末は、二次粒子であってよく、フッ素樹脂A2の二次粒子であってもよい。
上記粗大粉末は、粒子径が10μm以上であることがより好ましく、また、600μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、400μm以下であることが更に好ましい。
上記粗大粉末の粒子径は、ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、得られた分布(体積基準)において検出される粒子径である。
本開示のフッ素樹脂組成物においては、上記粗大粉末の表面に、上記微粒子が付着しており、上記粗大粉末の露出している表面が60%以下であることが好ましい。これにより、着色が一層低減され、引張破断強度、引張破断歪等の引張特性が一層向上する。
上記露出している表面は、55%以下であることがより好ましく、50%以下であることが更に好ましい。
上記露出している表面の割合は、上記フッ素樹脂組成物を走査型顕微鏡(SEM)観察した5000倍の画像から、上記粗大粉末における、上記微粒子に覆われていない表面の面積を、上記粗大粉末の表面の面積で割ることで算出する。
本開示のフッ素樹脂組成物は、平均二次粒子径が5~500μmであることが好ましい。上記平均二次粒子径は、10μm以上であることがより好ましく、25μm以上であることが更に好ましく、また、450μm以下であることがより好ましく、400μm以下であることが更に好ましい。
上記平均二次粒子径は、ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、粒度分布積算(体積基準)の50%に対応する粒子径に等しいとする。
本開示のフッ素樹脂組成物は、D90が50μm以上であることが好ましく、70μm以上であることがより好ましく、100μm以上であることが更に好ましく、また、800μm以下であることが好ましく、700μm以下であることがより好ましく、650μm以下であることが更に好ましい。
上記D90は、ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、粒度分布積算(体積基準)の90%に対応する粒子径に等しいとする。
本開示のフッ素樹脂組成物は、着色が一層低減され、引張特性が一層向上する点で、非イオン性界面活性剤の含有量が、上記フッ素樹脂組成物に対し1.0質量%以下であることが好ましく、0.9質量%以下であることがより好ましく、0.8質量%以下であることが更に好ましく、0.7質量%以下であることが更により好ましく、0.6質量%以下であることが特に好ましい。下限は特に限定されないが、検出限界未満であってよく、1000質量ppmであってもよい。
上記非イオン性界面活性剤の含有量は、凍結粉砕した1gの上記フッ素樹脂組成物を10mLのメタノール中で60℃にて超音波抽出し、「平成15年厚生労働省告示第261号 水質基準に関する省令の規定に基づき厚生労働大臣が定める方法 別表第28」に準じて測定する。
本開示のフッ素樹脂組成物は、非イオン性界面活性剤を含まないことも好ましく、炭化水素系界面活性剤を含まないことも好ましい。
上記非イオン性界面活性剤及び炭化水素系界面活性剤としては、第1の製造方法について例示したものが挙げられる。
本開示のフッ素樹脂組成物は、着色が一層低減され、引張特性が一層向上する点で、凍結粉砕した1gの上記フッ素樹脂組成物を10mLのメタノール中で60℃にて超音波抽出し、「平成15年厚生労働省告示第261号 水質基準に関する省令の規定に基づき厚生労働大臣が定める方法 別表第28」に準じて吸光度を測定することによって得られる成分の含有量が、上記フッ素樹脂組成物に対し1.0質量%以下であることが好ましく、0.9質量%以下であることがより好ましく、0.8質量%以下であることが更に好ましく、0.7質量%以下であることが更により好ましく、0.6質量%以下であることが特に好ましい。下限は特に限定されないが、検出限界未満であってよく、1000質量ppmであってもよい。
上記成分の量が上記範囲内にあることは、上記フッ素樹脂組成物が非イオン性界面活性剤を含まないか、含んでいてもその含有量が極めて少ないことを示す。
本開示のフッ素樹脂組成物は、着色が一層低減され、引張特性が一層向上する点で、低分子量含フッ素化合物の含有量(総量)が、上記フッ素樹脂組成物に対し1質量ppm以下であることが好ましく、500質量ppb以下であることがより好ましく、100質量ppb以下であることが更に好ましく、50質量ppb以下であることが更により好ましく、25質量ppb以下であることが殊更に好ましく、10質量ppb以下であることが特に好ましく、5質量ppb以下であることが特により好ましく、1質量ppb以下であることが殊更特に好ましく、1質量ppb未満であることが最も好ましい。
上記低分子量含フッ素化合物の含有量は、試料をメタノールでソックスレー抽出した抽出液を用い、液体クロマトグラフ質量計(LC/MS/MS)により測定する。
上記低分子量含フッ素化合物としては、第1の製造方法について例示したものが挙げられる。
本開示のフッ素樹脂組成物は、更に、充填材を含んでもよい。
上記充填材としては、第1及び第2の製造方法において使用することが可能な充填材として例示したものが挙げられる。
上記充填材の含有量は、例えば、上記フッ素樹脂組成物に対し、0~80質量%であってよい。
本開示のフッ素樹脂組成物の形態は特に限定されないが、粉末であることが好ましい。
本開示のフッ素樹脂組成物は、上述した第1及び第2の製造方法により、好適に製造することができる。
第1及び第2の製造方法により得られるフッ素樹脂組成物、並びに、本開示のフッ素樹脂組成物は、引張破断強度が11MPa以上であることが好ましく、13MPa以上であることがより好ましく、15MPa以上であることが更に好ましい。上限は特に限定されないが、例えば40MPaであってよい。
上記引張破断強度は、φ100mmの金型に35gの上記フッ素樹脂組成物を投入し、30MPaの圧力、1分間の条件で圧縮成形し、室温から300℃まで3時間で昇温し、その後300℃から370℃まで4時間で昇温し、370℃で12時間保持した後、300℃まで5時間で降温したのち、室温まで1時間で降温する工程によって焼成した成形体を打ち抜いて作成したダンベルを用いて、ASTM D1708に準じて測定する。
第1及び第2の製造方法により得られるフッ素樹脂組成物、並びに、本開示のフッ素樹脂組成物は、引張破断歪が150%以上であることが好ましく、200%以上であることがより好ましく、250%以上であることが更に好ましく、300%以上であることが更により好ましく、350%以上であることが特に好ましい。上限は特に限定されないが、例えば600%であってよい。
上記引張破断歪は、φ100mmの金型に35gの上記フッ素樹脂組成物を投入し、30MPaの圧力、1分間の条件で圧縮成形し、室温から300℃まで3時間で昇温し、その後300℃から370℃まで4時間で昇温し、370℃で12時間保持した後、300℃まで5時間で降温したのち、室温まで1時間で降温する工程によって焼成した成形体を打ち抜いて作成したダンベルを用いて、ASTM D1708に準じて測定する。
第1及び第2の製造方法により得られるフッ素樹脂組成物、並びに、本開示のフッ素樹脂組成物は、イエローインデックス(YI)が-1.0以下であることが好ましい。これにより、着色が一層低減され、一層優れた外観が得られる。上記イエローインデックスは、-1.5以下であることがより好ましく、-2.0以下であることが更に好ましい。下限は特に限定されないが、例えば-15であってよい。
上記イエローインデックスは、φ100mmの金型に35gの上記フッ素樹脂組成物を投入し、30MPaの圧力、1分間の条件で圧縮成形し、室温から300℃まで3時間で昇温し、その後300℃から370℃まで4時間で昇温し、370℃で12時間保持した後、300℃まで5時間で降温したのち、室温まで1時間で降温する工程によって焼成した試料を用い、コニカミノルタ製分光測色計CM-5を用いて、C光源、視野2°、ASTM E313-96に準じて測定する。
第1及び第2の製造方法により得られるフッ素樹脂組成物、並びに、本開示のフッ素樹脂組成物は、成形材料として好適に使用し得る。上記フッ素樹脂組成物を成形する方法としては、特に限定されないが、圧縮成形、ラム押出成形、アイソスタティック成形等が挙げられる。なかでも、圧縮成形が好ましい。
本開示は、第1若しくは第2の製造方法により得られるフッ素樹脂組成物、又は、本開示のフッ素樹脂組成物を圧縮成形及び焼成して得られる成形体も提供する。
本開示の成形体は、融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂を含むにもかかわらず、着色が少なく引張特性に優れる。
上記圧縮成形は、例えば、10~50MPaの圧力で、1分~30時間保持することにより行うことができる。
上記焼成は、例えば、350~380℃の温度で0.5~50時間加熱することにより行うことができる。
本開示の成形体は、引張破断強度が11MPa以上であることが好ましく、13MPa以上であることがより好ましく、15MPa以上であることが更に好ましい。上限は特に限定されないが、例えば40MPaであってよい。
上記引張破断強度は、ASTM D1708に準じて測定する。
本開示の成形体は、引張破断歪が150%以上であることが好ましく、200%以上であることがより好ましく、250%以上であることが更に好ましく、300%以上であることが更により好ましく、350%以上であることが特に好ましい。上限は特に限定されないが、例えば600%であってよい。
上記引張破断歪は、ASTM D1708に準じて測定する。
本開示の成形体は、イエローインデックスが0以下であることが好ましく、-1.0以下であることがより好ましく、-1.5以下であることが更に好ましく、-2.0以下であることが特に好ましい。下限は特に限定されないが、例えば-15であってよい。
上記イエローインデックスは、ASTM E313-96に準じて測定する。
第1及び第2の製造方法により得られるフッ素樹脂組成物から得られる成形体、並びに、本開示のフッ素樹脂組成物から得られる成形体は、ライニングシート、パッキン、ガスケット、ダイヤフラム弁、耐熱電線、車両モータ・発電機等の耐熱絶縁テープ、離型シート、シール材、ケーシング、スリーブ、ベロース、ホース、ピストンリング、バタフライバルブ、角槽、ウェハーキャリア等に好適に用いることができる。
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
次に実施例を挙げて本開示を更に詳しく説明するが、本開示はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
各種物性は下記方法にて測定した。
(融点)
X-DSC7000(株式会社日立ハイテクサイエンス社製)を用い、10℃/分の昇温速度で示差走査熱量測定〔DSC〕を行って得られた融解熱曲線における極小点に対応する温度として求めた。1つの融解ピーク中に極小点が2つ以上ある場合は、それぞれを融点とした。
(フッ素樹脂の単量体組成)
19F-NMR法により測定した。
(粉末の二次粒子径)
ベックマン・コールター製レーザー回折式粒度分布測定装置(LS13 320)を用いて、乾式で、バキューム圧20mHOで測定を行ない、得られた粒度分布(体積基準)に基づいて求めた。平均二次粒子径は、粒度分布積算の50%に対応する粒子径に等しいとした。10%に対応する粒子径をD10、90%に対応する粒子径をD90とした。
(平均一次粒子径)
固形分濃度を0.5質量%に調整した水性分散液をアルミ箔に滴下し、150℃、1時間の条件で水を乾燥除去したものの走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の粒子の直径の平均値として求めた。
混合後の粉末の一次粒子径は、当該粉末を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の一次粒子の直径の平均値として求めた。
(水性分散液の固形分濃度)
水性分散液中の固形分濃度(P質量%)は、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:P=[Z/X]×100(質量%)から算出した。
(水性分散液中の非イオン性界面活性剤の含有量)
水性分散液中の非イオン性界面活性剤のPTFEに対する含有量(N質量%)は、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。
(アスペクト比)
固形分濃度が0.5質量%となるように希釈したフッ素樹脂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100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平均アスペクト比を求めた。
混合後の粉末の場合は、当該粉末を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の一次粒子について、その長径と短径の比の平均より平均アスペクト比を求めた。
アスペクト比が2.5以上の粒子の割合は、固形分濃度が0.5質量%となるように希釈したフッ素樹脂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100個以上の粒子について画像処理を行って各粒子のアスペクト比を算出し、上記抽出した粒子の全数に対する割合として求めた。
混合後の粉末の場合は、当該粉末を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、無作為に抽出した100個以上の一次粒子について、各粒子のアスペクト比を算出し、上記抽出した粒子の全数に対する割合として求めた。
(見掛密度)
JIS K 6891に準拠して測定した。
(標準比重(SSG))
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。
(露出部分の面積比)
測定対象となる粉末を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察し、5000倍の倍率で観察した画像から、粒子径5μm以上の粗大粉末における、一次粒子径1μm以下の微粒子に覆われていない表面の面積を、上記粗大粉末の表面の面積で割ることで算出した。6枚の画像の平均値を求めた。
(YI値)
φ100mmの金型に35gの粉末を投入し、30MPaの圧力、1分間の条件で圧縮成形し、室温から300℃まで3時間で昇温し、その後300℃から370℃まで4時間で昇温し、370℃で12時間保持した後、300℃まで5時間で降温したのち、室温まで1時間で降温する工程によって焼成した試料を用い、コニカミノルタ製分光測色計CM-5を用いて、C光源、視野2°、ASTM E313-96に準じて測定した。
(引張試験)
上記と同じ条件で圧縮成形し焼成した成形品を打ち抜くことでダンベルを用意し、ASTM D 1708に準じて引張試験を行い、引張破断強度、引張破断歪を測定した。
(フッ素樹脂組成物の単量体組成)
原料組成から計算により求めた。
(粉末中の非イオン性界面活性剤の含有量)
凍結粉砕した1gの粉末を10mLのメタノール中で60℃にて超音波抽出した後に「平成15年厚生労働省告示第261号 水質基準に関する省令の規定に基づき厚生労働大臣が定める方法 別表第28」に準じて測定を行なった。
(低分子量含フッ素化合物含有量)
フッ素樹脂組成物(粉末)を1g秤量し、アンモニア水とメタノールで調製した0.3%水酸化アンモニウムメタノール溶液(A)を10mL加え、60℃に温調した超音波洗浄機にサンプル瓶をセットし、2時間の超音波処理を行ない、抽出液を得た。抽出液中の含フッ素化合物について、液体クロマトグラフ質量分析計(Agilent社製1290 Infinity II型LC、6530型飛行時間型質量分析計)を用いて測定を行った。測定機器構成と測定条件を表1に示す。精密質量から分子量800以下のフッ素化合物と同定できる化合物をピーク抽出し、抽出クロマトグラムを描いた。濃度既知の含パーフルオロオクタン酸の水溶液を用いて、4水準の含有量の水溶液を作製し、それぞれの含有量の水溶液の分析を行ない、含有量とその含有量に対するエリア面積と関係をプロットし、検量線を描いた。上記検量線を用いて、抽出液中の分子量800以下の含フッ素化合物の含有量は、上記抽出クロマトグラムと検量線を用いて、パーフルオロオクタン酸換算で計算した。
Figure 0007323833000006
合成例1(パーフルオロエーテルカルボン酸アンモニウム塩Aの合成)
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及びジエチレングル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、更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。
6Lオートクレーブにテトラグライム1000mL、CsF(75g)を入れ、オートクレーブ内を窒素で置換した。その後、オートクレーブを冷却し、上記で得られた反応生成物を2100g仕込み、ヘキサフルオロプロピレンオキサイドをオートクレーブに導入して反応を開始した。最終的に、ヘキサフルオロプロピレンオキサイドを1510g仕込んだ。その後、内容物を抜き出し、分液ロートにより上層と下層を分離した。上層は1320g、下層は3290gであった。下層を精留し、単離した。
次に、単離した目的物1000gに純水1000gを加えて加水分解を行った。その後、分液ロートで分液して有機層(下層)を回収した。回収した溶液は硫酸水を用いて洗浄した。更に得られた溶液を単蒸留して精製した。精製後、得られた化合物と28質量%アンモニア水溶液76gと純水600gを混合した水溶液に、500gの上記で得られた単蒸留物を滴下した。滴下終了後、28質量%アンモニア水溶液を加えてpHが7になるように調整した。これを凍結乾燥することでパーフルオロエーテルカルボン酸アンモニウム塩Aを得た。
製造例1(フッ素樹脂粉末A-1の作製)
TFEモノマーのみの懸濁重合で得られたホモPTFEの粗粉末を粉砕機で粉砕して得られたPTFEモールディングパウダー(標準比重(SSG):2.159,融点:345.0℃)35gを使用して、φ100mmの金型にて30MPa、1分間の条件で圧縮成形し、370℃で3時間焼成することで成形品を得た。得られた成形品を切削した後に、粉砕機で粉砕し、フッ素樹脂粉末A-1を得た。フッ素樹脂粉末A-1の融点は328℃、平均二次粒子径は23μm、D10は8μm、D90は48μm、見掛密度は1.81g/mlであった。
製造例2(PTFE粒子を含むPTFE水性分散液B-1~B-5の作製)
撹拌翼を備えた内容積6LのSUS製のオートクレーブにて、パーフルオロエーテルカルボン酸アンモニウム塩Aを使用して、公知の乳化重合方法によりTFEモノマーのみからなるホモのPTFE粒子を含むPTFE水性分散液B-1を得た。
得られたPTFE水性分散液B-1の固形分濃度は25質量%であり、平均一次粒子径は260nm、標準比重(SSG)は2.200、融点は336.8℃、一次粒子の平均アスペクト比は1.9、一次粒子のアスペクト比が2.5以上の粒子の割合は2%であった。
PTFE水性分散液B-1に非イオン性界面活性剤TDS-80(第一工業製薬社製)を加え、非イオン性界面活性剤濃度を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AMJ4002、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非イオン性界面活性剤TDS-80を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、PTFE水性分散液B-2を得た。
得られたPTFE水性分散液B-2は、固形分濃度が68.3質量%、非イオン性界面活性剤の含有量がPTFEに対し2.7質量%であった。
PTFE水性分散液B-2に、非イオン化面活性剤TDS-80をPTFEに対して6.0質量%になるように追加し、更に脱イオン水及びアンモニア水を加え、PTFE水性分散液B-3を得た。固形分濃度が60.2質量%、非イオン性界面活性剤の含有量がPTFEに対して6.0質量%であった。
PTFE水性分散液B-3に純水を加えて固形分濃度が30質量%になるように希釈して、PTFE水性分散液B-4を作製した。
PTFE水性分散液B-3に純水を加えて固形分濃度が15質量%になるように希釈して、PTFE水性分散液B-5を作製した。
製造例3(PTFE粒子を含む水性分散液B-6の作製)
撹拌翼を備えた内容積6LのSUS製のオートクレーブにて、パーフルオロエーテルカルボン酸アンモニウム塩Aを使用して、公知の乳化重合方法によりTFEとパーフルオロプロピルビニルエーテル(PPVE)からなるPPVEで変性されたPTFE粒子を含むPTFE水性分散液B-6を得た。
得られたPTFE水性分散液B-6の固形分濃度は30質量%であり、平均一次粒子径は261nm、PTFEの標準比重(SSG)は2.175、融点は334.6℃、一次粒子の平均アスペクト比は1.22、一次粒子のアスペクト比が2.5以上の粒子の割合は0.7%、PPVE単位の含有量は0.14質量%であった。
実施例1
50gのフッ素樹脂粉末A-1と167gのPTFE水性分散液B-4とをフラスコ内で振り混ぜた後、メタノールを入れて凝析し、ろ過して、水とメタノールで洗浄することでPTFE湿潤粉末を取り出した。
得られたPTFE湿潤粉末を電気炉にて、150℃、15時間乾燥することで水を除去した。
乾燥後の粉末をワンダークラッシャーWC-3を用いて、回転数2900rpmで60秒間の粉砕を行なうことでPTFE粉末を得た。
上記PTFE粉末の粒子径5μm以上の粗大粉末の露出部分は44%、融点は330℃及び337℃、YI値は-3.5、引張破断強度は14MPa、引張破断歪は389%であった。
実施例2
PTFE水性分散液B-4の代わりに333gのPTFE水性分散液B-5を用いた以外は、実施例1と同様にしてPTFE粉末を得た。上記PTFE粉末の粒子径5μm以上の粗大粉末表面の露出部分は49%、融点は329℃及び337℃、YI値は-3.6、引張破断強度は15MPa、引張破断歪は421%であった。
実施例3
PTFE水性分散液B-4の代わりに200gのPTFE水性分散液B-1を用いた以外は、実施例1と同様にしてPTFE粉末を得た。上記PTFE粉末の粒子径5μm以上の粒子表面の露出部分は48%、融点は329℃及び337℃、YI値は-1.2、引張破断強度は17MPa、引張破断歪は326%であった。
実施例4
PTFE水性分散液B-4の代わりに83gのPTFE水性分散液B-3を用いた以外は、実施例1と同様にしてPTFE粉末を得た。上記PTFE粉末の粒子径5μm以上の粗大粉末表面の露出部分は86%、融点は329℃及び337℃、YI値は-0.4、引張破断強度は12MPa、引張破断歪は278%、低分子量含フッ素化合物(アニオン性部分の分子量が800以下のフッ素を含む界面活性剤)の含有量は1質量ppm以下であった。
実施例5
PTFE水性分散液B-4の代わりに、PTFE水性分散液B-6を用いた以外は、実施例1と同様にしてPTFE粉末を得た。上記PTFE粉末の粒子径5μm以上の粗大粉末表面の露出部分は46%、融点は329℃及び336℃、PPVE単位の含有量は0.07質量%、引張破断強度は30MPa、引張破断歪は506%であった。
比較例1
35gのフッ素樹脂粉末A-1(融点328℃)を用いて実施例1と同様に測定を行ったところ、YI値は2.0、引張破断強度は9MPa、引張破断歪は145%であった。
実施例6
フッ素樹脂粉末A-1を90gとし、PTFE水性分散液B-6を33.4gとしたこと以外は実施例1と同様にしてPTFE粉末を得た。上記PTFE粉末の粒子径5μm以上の粗大粉末表面の露出部分は57%、融点は329℃及び336℃、PPVE単位の含有量は0.014質量%、引張破断強度は13MPa、引張破断歪は317%であった。

Claims (24)

  1. 融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂A1の粉末と、フッ素樹脂B1の粒子を含み、固形分濃度が50質量%以下である水性分散液とを混合することにより混合物を得る工程、及び、
    前記混合物を乾燥することによりフッ素樹脂組成物を得る工程を含み、
    フッ素樹脂A1はポリテトラフルオロエチレンであり、
    前記混合を、フッ素樹脂A1の粉末とフッ素樹脂B1の粒子との質量比(A1/B1)が1/99~90/10となるように行う、
    圧縮成形(ただし、ラム押出成形を除く。)用フッ素樹脂組成物の製造方法。
  2. 前記水性分散液が炭化水素系界面活性剤を含む請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記炭化水素系界面活性剤がフッ素原子を含まない炭化水素系界面活性剤である請求項2に記載の製造方法。
  4. 前記炭化水素系界面活性剤がアニオン系界面活性剤又は非イオン性界面活性剤である請求項2又は3に記載の製造方法。
  5. 前記水性分散液は、前記水性分散液の固形分に対し12質量%以下の非イオン性界面活性剤を含む請求項1~4のいずれかに記載の製造方法。
  6. 前記非イオン性界面活性剤は、エーテル結合を有する請求項5に記載の製造方法。
  7. 前記非イオン性界面活性剤は、エーテル型非イオン性界面活性剤、ポリオキシエチレン誘導体、エステル型非イオン性界面活性剤、アミン系非イオン性界面活性剤、及び、それらの誘導体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5に記載の製造方法。
  8. 融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂A1の粉末と、フッ素樹脂B1の粒子を含み、炭化水素系界面活性剤を含まない水性分散液とを混合することにより混合物を得る工程、及び、
    前記混合物を乾燥することによりフッ素樹脂組成物を得る工程を含み、
    フッ素樹脂A1はポリテトラフルオロエチレンであり、
    前記混合を、フッ素樹脂A1の粉末とフッ素樹脂B1の粒子との質量比(A1/B1)が1/99~90/10となるように行う、
    圧縮成形(ただし、ラム押出成形を除く。)用フッ素樹脂組成物の製造方法。
  9. フッ素樹脂A1は、333℃未満の温度領域に1つ以上の融点を有する請求項1~8のいずれかに記載の製造方法。
  10. 前記フッ素樹脂組成物は、粉末である請求項1~9のいずれかに記載の製造方法。
  11. 更に、充填材を混合する工程を含む請求項1~10のいずれかに記載の製造方法。
  12. 請求項1~11のいずれかに記載の製造方法により得られるフッ素樹脂組成物。
  13. 融点以上の温度に加熱した履歴のあるフッ素樹脂A2と、融点以上の温度に加熱した履歴のないフッ素樹脂B2とを含むフッ素樹脂組成物であって、
    粒子径5μm以上の粗大粉末及び一次粒子径1μm以下の微粒子を含み、
    前記粗大粉末の表面に、前記微粒子が付着しており、前記粗大粉末の露出している表面が60%以下であり、
    フッ素樹脂A2はポリテトラフルオロエチレンであり、
    フッ素樹脂A2とフッ素樹脂B2との質量比(A2/B2)が1/99~90/10である、
    圧縮成形(ただし、ラム押出成形を除く。)用フッ素樹脂組成物。
  14. 333℃未満の温度領域に1つ以上、333℃以上の温度領域に1つ以上の融点を有する請求項13に記載のフッ素樹脂組成物。
  15. 前記微粒子は、平均アスペクト比が2.0以下である請求項13又は14に記載のフッ素樹脂組成物。
  16. 前記微粒子の全数に対し、アスペクト比が2.5以上の微粒子の割合が0.5%以上である請求項13又は14に記載のフッ素樹脂組成物。
  17. 低分子量含フッ素化合物の含有量が、前記フッ素樹脂組成物に対し1質量ppm以下である請求項13~16のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物。
  18. 非イオン性界面活性剤の含有量が、前記フッ素樹脂組成物に対し1.0質量%以下である請求項13~17のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物。
  19. 粉末である請求項13~18のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物。
  20. 下記条件で測定した引張破断強度が11MPa以上である請求項13~19のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物。
    (測定条件)
    φ100mmの金型に35gの前記フッ素樹脂組成物を投入し、30MPaの圧力、1分間の条件で圧縮成形し、室温から300℃まで3時間で昇温し、その後300℃から370℃まで4時間で昇温し、370℃で12時間保持した後、300℃まで5時間で降温したのち、室温まで1時間で降温する工程によって焼成した成形体を打ち抜いて作成したダンベルを用いて、ASTM D1708に準じて測定する。
  21. 下記条件で測定した引張破断歪が150%以上である請求項13~20のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物。
    (測定条件)
    φ100mmの金型に35gの前記フッ素樹脂組成物を投入し、30MPaの圧力、1分間の条件で圧縮成形し、室温から300℃まで3時間で昇温し、その後300℃から370℃まで4時間で昇温し、370℃で12時間保持した後、300℃まで5時間で降温したのち、室温まで1時間で降温する工程によって焼成した成形体を打ち抜いて作成したダンベルを用いて、ASTM D1708に準じて測定する。
  22. イエローインデックスが-1.0以下である請求項13~21のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物。
  23. 更に、充填材を含む請求項13~22のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物。
  24. 請求項13~23のいずれかに記載のフッ素樹脂組成物を圧縮成形(ただし、ラム押出成形を除く。)及び焼成して得られる成形体。
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