JP7848945B2 - Method for producing an aqueous dispersion, method for producing a second fluorine-containing polymer, aqueous dispersion, solid composition - Google Patents
Method for producing an aqueous dispersion, method for producing a second fluorine-containing polymer, aqueous dispersion, solid compositionInfo
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Description
本発明は、水性分散液の製造方法、第2含フッ素重合体の製造方法、水性分散液、及び、固体組成物に関する。This invention relates to a method for producing an aqueous dispersion, a method for producing a second fluorine-containing polymer, an aqueous dispersion, and a solid composition.
含フッ素重合体は、耐熱性、耐薬品性、難燃性及び耐候性等に優れているため、種々の産業分野で用いられている。このような含フッ素重合体を製造する際には、含フッ素重合体の粒子を含む水性分散液が使用される場合がある。
水性分散液の製造方法としては、特許文献1には、特定の化合物存在下で含フッ素単量体を重合する方法が開示されている。
Fluorine-containing polymers are used in various industrial fields because of their excellent heat resistance, chemical resistance, flame retardancy, and weather resistance. In the production of such fluorine-containing polymers, aqueous dispersions containing fluorine-containing polymer particles are sometimes used.
As a method for producing an aqueous dispersion, Patent Document 1 discloses a method for polymerizing a fluorine-containing monomer in the presence of a specific compound.
特許文献1の水性分散液の製造方法では、製造される含フッ素重合体の粒子数が少なく、改善の余地があることを知見した。
また、環境負荷の軽減の点で、フッ素原子を有する乳化剤を実質的に使用しないことが望ましい。
本発明者らは、特許文献1の水性分散液の製造方法は、製造される含フッ素重合体の分散性が必ずしも十分でないことを知見し、さらに、製造される含フッ素重合体の粒子数を改善する余地があることを知見した。
また、環境負荷の軽減の観点から、フッ素原子を有する乳化剤を実質的に使用しないことが望まれている。本発明は、フッ素原子を有する乳化剤を実質的に使用せずに、従来のフッ素原子を有する乳化剤を使用した場合と同等の含フッ素重合体の粒子数を実現することも課題とする。
We found that the method for producing an aqueous dispersion described in Patent Document 1 results in a small number of fluorine-containing polymer particles, indicating room for improvement.
Furthermore, in terms of reducing environmental impact, it is desirable to substantially avoid using emulsifiers containing fluorine atoms.
The present inventors have found that the method for producing an aqueous dispersion described in Patent Document 1 does not necessarily result in sufficient dispersibility of the fluorine-containing polymer produced, and have further found that there is room to improve the particle count of the fluorine-containing polymer produced.
Furthermore, from the viewpoint of reducing environmental impact, it is desirable to substantially avoid using emulsifiers containing fluorine atoms. This invention also aims to achieve the same number of fluorine-containing polymer particles as when conventional emulsifiers containing fluorine atoms are used, without substantially using emulsifiers containing fluorine atoms.
本発明は、フッ素原子を有する乳化剤を実質的に使用せずに、含フッ素重合体の粒子数が多い水性分散液を製造できる、水性分散液の製造方法の提供を課題とする。
また、本発明は、第2含フッ素重合体の製造方法、水性分散液及び固体組成物の提供も課題とする。
The present invention aims to provide a method for producing an aqueous dispersion that allows for the production of an aqueous dispersion with a large number of fluorine-containing polymer particles without substantially using an emulsifier containing fluorine atoms.
Furthermore, the present invention also aims to provide a method for producing a second fluorine-containing polymer, an aqueous dispersion, and a solid composition.
本発明者らは、鋭意検討した結果、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
〔1〕
水性媒体が存在し、かつ、フッ素原子を有する乳化剤が実質的に存在しない条件下で、式(X)で表される化合物、及び、重合開始剤の存在下、テトラフルオロエチレンを含む第1単量体を重合して、
平均粒子径が500nm以下であり、かつ、融点を有さない第1含フッ素重合体の粒子を含む水性分散液を製造する、水性分散液の製造方法。
C(X1)(X2)=C(X3)-L-Z (X)
式(X)中、
X1、X2及びX3は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、パーフルオロメチル基又はアルキル基であり、
Lは、単結合又は2価の連結基であり、
Zは、アニオン性基又はアニオン性基の塩である。
〔2〕
Zが、-SO3Mである、〔1〕に記載の水性分散液の製造方法。
Mは、水素原子、金属原子、N(RM1)4又はP(RM2)4であり、
RM1及びRM2は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基であり、RM1のいずれか2つは互いに結合して環を形成してもよく、複数のRM1は同一であってもよく、互いに異なっていてもよく、RM2のいずれか2つは互いに結合して環を形成してもよく、複数のRM2は同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
〔3〕
上記式(X)で表される化合物の含有量が、上記水性媒体の全質量に対して、1.0~1000質量ppmである、〔1〕又は〔2〕に記載の水性分散液の製造方法。
〔4〕
上記第1単量体が、パーフルオロアルキルビニルエーテルを含む、〔1〕~〔3〕のいずれか1つに記載の水性分散液の製造方法。
〔5〕
〔1〕~〔4〕のいずれか1つに記載の製造方法によって製造される水性分散液中において、
第2単量体を重合して、第2含フッ素重合体を製造する、第2含フッ素重合体の製造方法。
〔6〕
後述する式(S1)で表される化合物の含有量が、上記水性分散液の全質量に対して、5質量ppm以下である、〔5〕に記載の第2含フッ素重合体の製造方法。
〔7〕
後述する式(S3)で表される化合物の含有量が、上記水性分散液の全質量に対して、5質量ppm以下である、〔5〕又は〔6〕に記載の第2含フッ素重合体の製造方法。
〔8〕
上記第2単量体が、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン及びフッ化ビニリデンからなる群から選択される少なくとも1種を含む、〔5〕~〔7〕のいずれか1つに記載の第2含フッ素重合体の製造方法。
〔9〕
上記第2単量体が、パーフルオロアルキルビニルエーテルを含む、〔5〕~〔8〕のいずれか1つに記載の第2含フッ素重合体の製造方法。
〔10〕
上記第2含フッ素重合体が、融点を有さない、〔5〕~〔9〕のいずれか1つに記載の第2含フッ素重合体の製造方法。
〔11〕
フッ素原子を有する水溶性の乳化剤を実質的に含まず、かつ、含フッ素重合体の粒子及び水性媒体を含む、水性分散液であって、
上記粒子数が、0.5×1014個/mL以上であり、
上記粒子の平均粒子径が、500nm以下であり、
上記含フッ素重合体がテトラフルオロエチレンに基づく単位と、パーフルオロアルキルビニルエーテルに基づく単位とを有し、
上記含フッ素重合体が融点を有さない、水性分散液。
〔12〕
上記含フッ素重合体の1質量%熱重量減少温度が、350℃以上である、〔11〕に記載の水性分散液。
〔13〕
融点を有さない含フッ素重合体を含む固体組成物であって、
前記含フッ素重合体がテトラフルオロエチレンに基づく単位を有し、
フッ素原子を有する乳化剤の含有量が、前記固体組成物の全質量に対して1500質量ppb以下であり、
式(S1)で表される化合物の含有量が、前記固体組成物の全質量に対して1500質量ppb以下であり、
式(S3)で表される化合物の含有量が、前記固体組成物の全質量に対して100質量ppb以下である固体組成物。
H-(CF2)n1-COOMS (S1)
式(S1)中、
n1は、3~13の整数であり、
MSは、水素原子、Na、K又はNH4である。
H-(CF2)n2-SO3MS (S3)
式(S3)中、
n2は、4~10の整数であり、
MSは、水素原子、Na、K又はNH4である。
〔14〕
前記固体組成物の金属含有量が、前記固体組成物の全質量に対して、5質量ppm未満である〔13〕に記載の固体組成物。
As a result of diligent research, the inventors have found that the above problem can be solved by the following configuration.
[1]
Under conditions where an aqueous medium is present and an emulsifier containing a fluorine atom is substantially absent, a first monomer containing tetrafluoroethylene is polymerized in the presence of a compound represented by formula (X) and a polymerization initiator.
A method for producing an aqueous dispersion, comprising producing an aqueous dispersion containing particles of a first fluorine-containing polymer having an average particle diameter of 500 nm or less and having no melting point.
C(X 1 )(X 2 )=C(X 3 )−L−Z (X)
In formula (X),
X1 , X2 , and X3 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a perfluoromethyl group, or an alkyl group.
L is a single bond or a divalent linking group.
Z is an anionic group or a salt of an anionic group.
[2]
A method for producing the aqueous dispersion described in [1], wherein Z is -SO3M .
M is a hydrogen atom, a metal atom, N( RM1 ) 4 , or P( RM2 ) 4 .
RM1 and RM2 are each independently hydrogen atoms or substituents, any two of RM1 may be bonded to each other to form a ring, and multiple RM1 may be the same or different from each other, any two of RM2 may be bonded to each other to form a ring, and multiple RM2 may be the same or different from each other.
[3]
A method for producing an aqueous dispersion according to [1] or [2], wherein the content of the compound represented by the above formula (X) is 1.0 to 1000 ppm by mass with respect to the total mass of the aqueous medium.
[4]
A method for producing an aqueous dispersion according to any one of [1] to [3], wherein the first monomer contains a perfluoroalkyl vinyl ether.
[5]
In an aqueous dispersion produced by any one of the manufacturing methods described in [1] to [4],
A method for producing a second fluorine-containing polymer, comprising polymerizing a second monomer to produce a second fluorine-containing polymer.
[6]
The method for producing the second fluorine-containing polymer according to [5], wherein the content of the compound represented by formula (S1) described later is 5 ppm by mass or less with respect to the total mass of the aqueous dispersion.
[7]
A method for producing the second fluorine-containing polymer according to [5] or [6], wherein the content of the compound represented by formula (S3) described later is 5 ppm by mass or less with respect to the total mass of the aqueous dispersion.
[8]
A method for producing a second fluorine-containing polymer according to any one of [5] to [7], wherein the second monomer comprises at least one selected from the group consisting of tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, and vinylidene fluoride.
[9]
A method for producing a second fluorine-containing polymer according to any one of [5] to [8], wherein the second monomer contains a perfluoroalkyl vinyl ether.
[10]
A method for producing the second fluorine-containing polymer according to any one of [5] to [9], wherein the second fluorine-containing polymer does not have a melting point.
[11]
An aqueous dispersion that is substantially free of water-soluble emulsifiers containing fluorine atoms, and contains particles of a fluorine-containing polymer and an aqueous medium,
The above particle count is 0.5 × 10¹⁴ particles/mL or more.
The average particle diameter of the above particles is 500 nm or less.
The above fluorine-containing polymer has units based on tetrafluoroethylene and units based on perfluoroalkyl vinyl ether,
An aqueous dispersion in which the above-mentioned fluorine-containing polymer does not have a melting point.
[12]
The aqueous dispersion according to [11], wherein the 1% by mass thermoweight loss temperature of the fluorine-containing polymer is 350°C or higher.
[13]
A solid composition containing a fluorine-containing polymer that does not have a melting point,
The fluorine-containing polymer has units based on tetrafluoroethylene,
The content of the emulsifier having fluorine atoms is 1500 ppb by mass or less relative to the total mass of the solid composition.
The content of the compound represented by formula (S1) is 1500 ppb by mass or less relative to the total mass of the solid composition.
A solid composition in which the content of the compound represented by formula (S3) is 100 ppb by mass or less relative to the total mass of the solid composition.
H-(CF 2 ) n1 -COOM S (S1)
In formula (S1),
n1 is an integer between 3 and 13.
M S is a hydrogen atom, Na, K, or NH4 .
H-(CF 2 ) n2 -SO 3 M S (S3)
In formula (S3),
n² is an integer between 4 and 10.
M S is a hydrogen atom, Na, K, or NH4 .
[14]
The solid composition according to [13], wherein the metal content of the solid composition is less than 5 ppm by mass with respect to the total mass of the solid composition.
本発明によれば、フッ素原子を有する乳化剤を実質的に使用せずに、含フッ素重合体の粒子数が多い水性分散液を製造できる、水性分散液の製造方法を提供できる。
また、本発明は、第2含フッ素重合体の製造方法、水性分散液及び固体組成物を提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide a method for producing an aqueous dispersion that has a large number of fluorine-containing polymer particles without substantially using an emulsifier containing fluorine atoms.
Furthermore, the present invention can provide a method for producing a second fluorine-containing polymer, an aqueous dispersion, and a solid composition.
本発明における用語の意味は以下の通りである。
「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において、各成分は、各成分に該当する物質を1種単独でも用いても、2種以上を併用してもよい。ここで、各成分について2種以上の物質を併用する場合、その成分についての含有量とは、特段の断りがない限り、併用した物質の合計の含有量を指す。
本明細書において、2以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
「単位」とは、単量体が重合して直接形成された、上記単量体1分子に由来する原子団と、上記原子団の一部を化学変換して得られる原子団との総称である。「単量体に基づく単位」は、以下、単に「単位」ともいう。
重合体が含む全単位に対する、それぞれの単位の含有量(質量%又はモル%)は、重合体を固体核磁気共鳴スペクトル(NMR)法により分析して求められるが、通常、各単量体の添加量から計算される各単位の含有量は、実際の各単位の含有量と略一致している。
The meanings of the terms used in this invention are as follows:
Numerical ranges expressed using "~" mean a range that includes the numbers written before and after "~" as the lower and upper limits. In numerical ranges described stepwise in this specification, the upper or lower limit stated in one numerical range may be replaced with the upper or lower limit of another numerical range described stepwise. Also, in numerical ranges described in this specification, the upper or lower limit stated in one numerical range may be replaced with the values shown in the examples.
In this specification, each component may be represented by a single substance or by a combination of two or more substances. When two or more substances are used in combination for each component, the content of that component refers to the total content of the combined substances unless otherwise specified.
In this specification, a combination of two or more preferred embodiments is a more preferred embodiment.
A "unit" is a general term for an atomic group derived from one monomer molecule, which is directly formed by the polymerization of monomers, and an atomic group obtained by chemically transforming a part of the above atomic group. A "unit based on monomers" will also be simply referred to as a "unit" below.
The content (mass %) of each unit relative to the total number of units contained in a polymer is determined by analyzing the polymer using solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR). However, the content of each unit calculated from the amount of each monomer added usually closely matches the actual content of each unit.
[水性分散液の製造方法]
本発明の水性分散液の製造方法(以下、「本製造方法」ともいう。)は、水性媒体が存在し、かつ、フッ素原子を有する乳化剤が実質的に存在しない条件下で、式(X)で表される化合物(以下、「化合物X」ともいう。)、及び、重合開始剤の存在下、テトラフルオロエチレンを含む第1単量体を重合して、平均粒子径が500nm以下であり、かつ、融点を有さない第1含フッ素重合体の粒子を含む水性分散液(以下、「第1水性分散液」ともいう。)を製造する、水性分散液の製造方法である。
[Method for producing aqueous dispersion]
The present invention provides a method for producing an aqueous dispersion (hereinafter also referred to as "this production method"), which involves polymerizing a compound represented by formula (X) (hereinafter also referred to as "compound X") and a polymerization initiator in the presence of an aqueous medium and a substantially absent emulsifier containing fluorine atoms, to produce an aqueous dispersion (hereinafter also referred to as "first aqueous dispersion") containing particles of a first fluorine-containing polymer having an average particle size of 500 nm or less and no melting point.
本製造方法によってフッ素原子を有する乳化剤を必須にせずとも、第1含フッ素重合体の粒子数が多くなる理由としては、第1単量体を重合する際に、反応系中に化合物Xが存在することで、第1水性分散液中で、製造される第1含フッ素重合体の粒子の分散性が向上し、第1水性分散液中の上記粒子の比表面積が増加したためであると推測される。例えば、分散性向上の一つの要因としては、化合物Xによる第1含フッ素重合体の粒子のゼータ電位の向上が考えられる。
また、粒子数の多い第1含フッ素重合体の粒子を含む水性分散液を用いて、第2単量体を重合した場合に、第1含フッ素重合体の粒子数が多いほど、第2単量体の重合速度が速くなる傾向があることも知見した。よって、第1含フッ素重合体の粒子数の増加させることが望ましい。
以下、第1含フッ素重合体を製造した際に、第1含フッ素重合体の粒子数が多くなることを、「本発明の効果」ともいう。
The reason why this manufacturing method does not require an emulsifier containing fluorine atoms and results in a large number of particles of the first fluorine-containing polymer is presumed to be that the presence of compound X in the reaction system during polymerization of the first monomer improves the dispersibility of the particles of the first fluorine-containing polymer produced in the first aqueous dispersion, thereby increasing the specific surface area of the particles in the first aqueous dispersion. For example, one possible factor contributing to the improved dispersibility is the improvement in the zeta potential of the particles of the first fluorine-containing polymer due to compound X.
Furthermore, it was found that when polymerizing the second monomer using an aqueous dispersion containing a large number of particles of the first fluorine-containing polymer, the polymerization rate of the second monomer tends to increase as the number of particles of the first fluorine-containing polymer increases. Therefore, it is desirable to increase the number of particles of the first fluorine-containing polymer.
Hereinafter, the fact that the number of particles in the first fluorine-containing polymer increases when the first fluorine-containing polymer is manufactured will also be referred to as "the effect of the present invention."
<乳化剤>
本製造方法は、フッ素原子を有する乳化剤を実質的に存在しない条件下で実施される。
フッ素原子を有する乳化剤が実質的に存在しないとは、第1水性分散液の製造において、フッ素原子を有する乳化剤の含有量が、水性媒体全質量に対して、10質量ppm以下であることを意味し、150質量ppb以下が好ましく、50質量ppb以下がより好ましい。下限は、0質量ppbである。
本製造方法は、フッ素原子を有する乳化剤及びフッ素原子を有さない乳化剤を実質的に存在しない条件下で実施されることが、製造される含フッ素重合体の分子量の低下を防ぐ点で好ましい。
フッ素原子を有する乳化剤及びフッ素原子を有さない乳化剤(以下、総称して「乳化剤」ともいう。)を実質的に存在しないとは、第1水性分散液の製造において、乳化剤の含有量が、水性媒体全質量に対して、10質量ppm以下であることを意味し、150質量ppb以下が好ましく、50質量ppb以下がより好ましい。下限は、0質量ppbである。
各種乳化剤の含有量は、液体クロマトグラフ質量分析計を用いて測定できる。具体的には、国際公開第2018/181904号の段落[0721]~[0732]に記載の測定方法が挙げられる。
<Emulsifier>
This manufacturing method is carried out under conditions where emulsifiers containing fluorine atoms are substantially absent.
The statement that the emulsifier containing fluorine atoms is substantially absent means that, in the production of the first aqueous dispersion, the content of the emulsifier containing fluorine atoms is 10 ppm by mass or less, preferably 150 ppb by mass or less, and more preferably 50 ppb by mass or less, relative to the total mass of the aqueous medium. The lower limit is 0 ppb by mass.
This manufacturing method is preferably carried out under conditions where emulsifiers containing fluorine atoms and emulsifiers without fluorine atoms are substantially absent, in order to prevent a decrease in the molecular weight of the fluorine-containing polymer produced.
The term "substantially absent" means that, in the production of the first aqueous dispersion, the emulsifier content is 10 ppm by mass or less, preferably 150 ppb by mass or less, and more preferably 50 ppb by mass or less, relative to the total mass of the aqueous medium. The lower limit is 0 ppb by mass.
The content of various emulsifiers can be measured using a liquid chromatograph-mass spectrometer. Specifically, the measurement method described in paragraphs [0721] to [0732] of International Publication No. 2018/181904 is an example.
フッ素原子を有する乳化剤、及び、フッ素原子を有さない乳化剤は、水溶性であることが挙げられる。水溶性の乳化剤とは、25℃の水1000gに対する溶解度が100mg以上である乳化剤を意味し、非水溶性の乳化剤とは、上記水溶性の乳化剤以外の乳化剤を意味する。水溶性の乳化剤は、イオン性及び非イオン性のいずれであってもよい。
フッ素原子を有する乳化剤、及び、フッ素原子を有さない乳化剤は、炭素-炭素二重結合を有さないものが挙げられる。
後述する第1含フッ素重合体、及び、後述する第2含フッ素重合体は、いずれも非水溶性である。
後述する化合物X、化合物Xの重合体、後述する第1含フッ素重合体、及び、後述する第2含フッ素重合体は、いずれも乳化剤には該当しない。
Emulsifiers containing fluorine atoms and emulsifiers not containing fluorine atoms are characterized by being water-soluble. A water-soluble emulsifier means an emulsifier whose solubility in 1000 g of water at 25°C is 100 mg or more, and a non-water-soluble emulsifier means an emulsifier other than the water-soluble emulsifier described above. Water-soluble emulsifiers may be either ionic or nonionic.
Emulsifiers containing fluorine atoms and emulsifiers not containing fluorine atoms include those that do not have a carbon-carbon double bond.
The first fluorine-containing polymer and the second fluorine-containing polymer, described later, are both water-insoluble.
Compound X, the polymer of Compound X, the first fluorine-containing polymer, and the second fluorine-containing polymer, described later, are not emulsifiers.
フッ素原子を有する乳化剤としては、アニオン性含フッ素乳化剤が挙げられる。
アニオン性含フッ素乳化剤としては、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乳化剤、及び、アニオン性部分の分子量が800以下のフッ素原子を含む乳化剤が挙げられる。なお、上記「アニオン性部分」は、含フッ素乳化剤のカチオンを除く部分を意味する。
Examples of emulsifiers containing fluorine atoms include anionic fluorine-containing emulsifiers.
Examples of anionic fluorine-containing emulsifiers include emulsifiers containing fluorine atoms with a total carbon number of 20 or less in the portion excluding the anionic group, and emulsifiers containing fluorine atoms with a molecular weight of 800 or less in the anionic portion. The above-mentioned "anionic portion" refers to the portion of the fluorine-containing emulsifier excluding the cation.
フッ素原子を有さない乳化剤とは、フッ素原子を有さず、疎水性部分としてアルキル基等の炭化水素基を有する。フッ素原子を有さない乳化剤の炭化水素基の水素原子をフッ素原子以外のハロゲン原子によって置換することも可能である。A fluorine-free emulsifier is one that does not contain fluorine atoms and has hydrocarbon groups such as alkyl groups as its hydrophobic portion. It is also possible to substitute the hydrogen atoms of the hydrocarbon groups in a fluorine-free emulsifier with halogen atoms other than fluorine atoms.
フッ素原子を有さない乳化剤としては、アニオン性炭化水素乳化剤、及び、非イオン性炭化水素乳化剤が挙げられる。Examples of emulsifiers that do not contain fluorine atoms include anionic hydrocarbon emulsifiers and nonionic hydrocarbon emulsifiers.
アニオン性炭化水素乳化剤とは、カルボン酸基、スルホン酸基、硫酸基、ホスホン酸基、及び、リン酸基等の負に帯電している親水性部分と、疎水性部分としてアルキル基等の炭化水素基とを有する乳化剤を意味する。
アニオン性炭化水素乳化剤の具体例としては、ドデシル硫酸ナトリウム、ResolutionPerformanceProductsによってVersatic(登録商標)10として供給されている高度に分岐したC10三級カルボン酸、BASFによってAvanel(登録商標)Sシリーズとして供給されている直鎖アルキルポリエーテルスルホン酸ナトリウム、AkzoNobelSurfaceChemistryLLC.から入手可能なスルホサクシネート乳化剤Lankropol(登録商標)K8300が挙げられる。
Anionic hydrocarbon emulsifiers refer to emulsifiers having a negatively charged hydrophilic portion such as a carboxylic acid group, sulfonic acid group, sulfate group, phosphonic acid group, and phosphate group, and a hydrophobic portion such as an alkyl group or other hydrocarbon group.
Specific examples of anionic hydrocarbon emulsifiers include sodium dodecyl sulfate, a highly branched C10 tertiary carboxylic acid supplied by Resolution Performance Products as Versatic® 10, sodium linear alkyl polyethersulfonate supplied by BASF as the Avanel® S series, and the sulfosuccinate emulsifier Lankropol® K8300 available from AkzoNobelSurfaceChemistry LLC.
非イオン性炭化水素乳化剤とは、水中でイオンに乖離することなく界面活性を示し、疎水性部分としてアルキル基等の炭化水素基を有する乳化剤である。
非イオン性炭化水素乳化剤の親水性部分としては、エチレンオキシドの重合から得られるポリエチレンオキシド鎖等の水溶性官能基が挙げられる。非イオン性炭化水素乳化剤としては、ポリアルキレンオキシドブロックコポリマー、例えば、ポリエチレンオキシド及びポリプロピレンオキシドを有するブロックコポリマーが挙げられる。
Nonionic hydrocarbon emulsifiers are emulsifiers that exhibit surface activity without dissociating into ions in water and have hydrocarbon groups such as alkyl groups as their hydrophobic portion.
Examples of hydrophilic portions of nonionic hydrocarbon emulsifiers include water-soluble functional groups such as polyethylene oxide chains obtained from the polymerization of ethylene oxide. Examples of nonionic hydrocarbon emulsifiers include polyalkylene oxide block copolymers, such as block copolymers having polyethylene oxide and polypropylene oxide.
また、別の非イオン性炭化水素乳化剤としては、特表2016-537499号公報の段落[0043]~[0052]に記載の乳化剤が挙げられる。Furthermore, other nonionic hydrocarbon emulsifiers include those described in paragraphs [0043] to [0052] of Japanese Patent Publication No. 2016-537499.
フッ素原子を有する乳化剤及びフッ素原子を有さない乳化剤は、ケイ素原子を含んでもよい。ケイ素原子を含む乳化剤としては、シロキサン乳化剤が挙げられる。シロキサン乳化剤とは、シロキサン骨格を有する炭化水素含有乳化剤である。
シロキサン乳化剤としては、米国特許第6,841,616号(Willeら)及び同第7,977,438号(Brothersら)に記載の乳化剤が挙げられる。
Emulsifiers containing fluorine atoms and emulsifiers not containing fluorine atoms may also contain silicon atoms. Examples of emulsifiers containing silicon atoms include siloxane emulsifiers. Siloxane emulsifiers are hydrocarbon-containing emulsifiers having a siloxane skeleton.
Examples of siloxane emulsifiers include those described in U.S. Patent No. 6,841,616 (Wille et al.) and U.S. Patent No. 7,977,438 (Brothers et al.).
フッ素原子を有さない乳化剤は、高分子乳化剤であってもよい。高分子乳化剤としては、親水性基を側鎖に有する重合体が挙げられる。このような高分子乳化剤は、例えば、重合で反応可能な部位と親水性基とを有する化合物に基づく単位を含む重合体が挙げられる。また、最初から親水性基を有していなくても、親水性基となり得る基を有する化合物に基づく単位を含む重合体を加水分解等の後処理をした重合体も挙げられる。Emulsifiers that do not contain fluorine atoms may also be polymer emulsifiers. Examples of polymer emulsifiers include polymers having hydrophilic groups in their side chains. Such polymer emulsifiers include polymers that contain units based on compounds having both a site that can react in polymerization and a hydrophilic group. Also included are polymers that have undergone post-treatment such as hydrolysis, and which contain units based on compounds that have a group that can become a hydrophilic group, even if they do not initially have a hydrophilic group.
本発明におけるフッ素原子を有する乳化剤は、分子量が1000g/mol以下のものであり、フッ素原子を有さない乳化剤は、分子量が100000g/mol以下のものである。In this invention, the emulsifier containing fluorine atoms has a molecular weight of 1,000 g/mol or less, and the emulsifier without fluorine atoms has a molecular weight of 100,000 g/mol or less.
<水性媒体>
本製造方法は、水性媒体が存在する条件下で実施される。
水性媒体の具体例としては、水、及び、水と水溶性有機溶剤との混合溶媒が挙げられる。水溶性有機溶媒の具体例としては、tert-ブタノール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、及び、トリプロピレングリコールが挙げられる。
<Aqueous medium>
This manufacturing method is carried out under conditions where an aqueous medium is present.
Specific examples of aqueous media include water and mixed solvents of water and water-soluble organic solvents. Specific examples of water-soluble organic solvents include tert-butanol, propylene glycol, dipropylene glycol, dipropylene glycol monomethyl ether, and tripropylene glycol.
第1含フッ素重合体の重合に用いる第1単量体の重合を開始する前において、水性媒体の含有量は、反応器の容量に対して20~80体積%が好ましく、40~70体積%がより好ましい。
本明細書において「第1含フッ素重合体の重合に用いる第1単量体の重合を開始する前」とは、重合開始時点の直前を意味する。ここで、「重合開始時点」とは、反応器内を重合温度以上にした後に第1単量体及び重合開始剤を反応器内に共存させた時点、及び、第1単量体と重合開始剤を反応器内に共存させた後に反応器内を重合温度以上にした時点等が挙げられる。
Before initiating the polymerization of the first monomer used in the polymerization of the first fluorine-containing polymer, the content of the aqueous medium is preferably 20 to 80% by volume, and more preferably 40 to 70% by volume, relative to the volume of the reactor.
In this specification, "before the polymerization of the first monomer used in the polymerization of the first fluorine-containing polymer is started" means immediately before the start of polymerization. Here, "the start of polymerization" refers to the time when the reactor is heated to a temperature above the polymerization temperature and the first monomer and polymerization initiator are brought into the reactor together, and the time when the reactor is heated to a temperature above the polymerization temperature after the first monomer and polymerization initiator are brought into the reactor together.
<化合物X>
本製造方法では、化合物Xが用いられる。化合物Xは、後述する第1単量体と共に重合し得る。
化合物Xは、式(X)で表される化合物である。
<Compound X>
In this manufacturing method, compound X is used. Compound X can be polymerized together with the first monomer described later.
Compound X is a compound represented by formula (X).
C(X1)(X2)=C(X3)-L-Z (X)
式(X)中、
X1、X2及びX3は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、パーフルオロメチル基又はアルキル基であり、
Lは、単結合又は2価の連結基であり、
Zはアニオン性基又はアニオン性基の塩である。
C(X 1 )(X 2 )=C(X 3 )−L−Z (X)
In formula (X),
X1 , X2 , and X3 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a perfluoromethyl group, or an alkyl group.
L is a single bond or a divalent linking group.
Z is an anionic group or a salt of an anionic group.
式(X)中、X1、X2及びX3は、それぞれ独立に、フッ素原子、パーフルオロメチル基、水素原子又はアルキル基である。
上記アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれであってもよい。
上記アルキル基の炭素数は、1~10が好ましく、1~3がより好ましく、1が更に好ましい。
式(X)中、X1、X2及びX3としては、フッ素原子又は水素原子が好ましく、重合反応性に優れる点からいずれも水素原子が好ましい。
In formula (X), X1 , X2 , and X3 are each independently a fluorine atom, a perfluoromethyl group, a hydrogen atom, or an alkyl group.
The alkyl group may be linear, branched, or cyclic.
The number of carbon atoms in the alkyl group is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 3, and even more preferably 1.
In formula (X), X1 , X2 , and X3 are preferably fluorine atoms or hydrogen atoms, and hydrogen atoms are preferred in all cases from the viewpoint of excellent polymerization reactivity.
式(X)中、Lは、単結合又は2価の連結基である。
上記2価の連結基としては、アルキレン基、カルボニル基、エーテル結合、チオエーテル結合、スルホニル基、-NH-、-SiH2-、フェニレン基、-CF2-、及びこれらを2種以上組み合わせた基が挙げられる。上記これらを2種以上組み合わせた基としては、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合、スルホンアミド結合、アルキレン基とエーテル結合との組み合わせ、アルキレン基とエステル結合との組み合わせ、アルキレン基とアミド結合との組み合わせ等が挙げられる。
上記アルキレン基は、直鎖状、分岐鎖状、及び環状のいずれであってもよく、直鎖状又は分岐鎖状が好ましく、分岐鎖状がより好ましい。アルキレン基の炭素数としては、例えば1~6が挙げられ、1~4が好ましい。
式(X)中、Lの具体例としては、単結合、アルキレン基、エーテル結合、エステル結合、*C-CO-NH-R-*Z等が挙げられ、単結合、炭素数1~6のアルキレン基、及び*C-CO-NH-R-*Zが好ましく、単結合、炭素数1~2のアルキレン基、及び*C-CO-NH-R-*Zがより好ましく、得られる含フッ素共重合体の粒子数が増加すること及び得られる含フッ素重合体を含む固体組成物中の(S3)で表される化合物の含有量が低減することから、*C-CO-NH-R-*Zが特に好ましい。ここで、*Cは式(X)中の炭素原子との結合部位であり、*Zは式(X)中のZとの結合部位であり、Rは、炭素数1~6のアルキレン基又は炭素数1~6のフルオロアルキレン基である。
上記アルキレン基又は上記フルオロアルキレン基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれであってもよく、分岐鎖状が好ましい。
上記Rのアルキレン基又は上記フルオロアルキレン基の炭素数は、1~6であり、2~4が好ましく、4がより好ましい。
Rは、炭素数1~6の直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基であることが好ましい。
In formula (X), L is a single bond or a divalent linking group.
Examples of the above-mentioned divalent linking groups include alkylene groups, carbonyl groups, ether bonds, thioether bonds, sulfonyl groups, -NH-, -SiH2- , phenylene groups, -CF2- , and groups formed by combining two or more of these. Examples of groups formed by combining two or more of these include ester bonds, thioester bonds, amide bonds, sulfonamide bonds, combinations of alkylene groups and ether bonds, combinations of alkylene groups and ester bonds, and combinations of alkylene groups and amide bonds.
The alkylene group may be linear, branched, or cyclic, with linear or branched being preferred, and branched being more preferred. The number of carbon atoms in the alkylene group can be, for example, 1 to 6, with 1 to 4 being preferred.
In formula (X), specific examples of L include a single bond, an alkylene group, an ether bond, an ester bond, and * C -CO-NH-R-* Z. A single bond, an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, and * C -CO-NH-R-* Z are preferred, and a single bond, an alkylene group having 1 to 2 carbon atoms, and * C -CO-NH-R-* Z are more preferred. * C -CO-NH-R-* Z is particularly preferred because it increases the number of particles in the resulting fluorine-containing copolymer and reduces the content of the compound represented by (S3) in the solid composition containing the resulting fluorine-containing polymer. Here, * C is the bonding site with a carbon atom in formula (X), * Z is the bonding site with Z in formula (X), and R is an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or a fluoroalkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
The alkylene group or fluoroalkylene group may be linear, branched, or cyclic, with a branched configuration being preferred.
The alkylene group or fluoroalkylene group of R has 1 to 6 carbon atoms, preferably 2 to 4, and more preferably 4.
R is preferably a linear or branched alkylene group having 1 to 6 carbon atoms.
式(X)中、Zは、アニオン性基又はアニオン性基の塩である。
アニオン性基としては、例えば、-SO3H、-OSO3H、-P(=O)(OH)2、-OP(=O)(OH)2又は-COOHが挙げられる。
アニオン性基の塩としては、例えば、上記アニオン性基の水素イオンを、水素イオン以外のカチオンに置き換えた基が挙げられる。
カチオンとしては、例えば、金属イオン、アンモニウムイオン、イミダゾリウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、及びホスホニウムカチオンが挙げられる。
金属イオンとしては、例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン等のアルカリ金属イオン;カルシウムイオン、マグネシウムイオン等のアルカリ土類金属イオンが挙げられる。
式(X)中、Zは、-SO3M、-OSO3M、-P(=O)(OM)2、-OP(=O)(OM)2又は-COOMであることが好ましい。
Zとしては、生産性の観点から、-SO3M及び-COOMが好ましく、-SO3Na及び-COONaがより好ましく、-SO3Naがさらに好ましい。
Zが-SO3Mであると、ラテックスがより安定しやすく、第1含フッ素重合体の粒子が多くなる。
In formula (X), Z is an anionic group or a salt of an anionic group.
Examples of anionic groups include -SO₃H , -OSO₃H , -P(=O)(OH) ₂ , -OP(=O)(OH) ₂ , or -COOH.
Examples of salts of anionic groups include groups in which the hydrogen ions of the above-mentioned anionic group are replaced with cations other than hydrogen ions.
Examples of cations include metal ions, ammonium ions, imidazolium cations, pyrrolidinium cations, pyridinium cations, piperidinium cations, and phosphonium cations.
Examples of metal ions include alkali metal ions such as sodium ions, potassium ions, and lithium ions; and alkaline earth metal ions such as calcium ions and magnesium ions.
In formula (X), Z is preferably -SO3M , -OSO3M , -P(=O)(OM) 2 , -OP(=O)(OM) 2 , or -COOM.
From the viewpoint of productivity, -SO3M and -COOM are preferred for Z, -SO3Na and -COONa are more preferred, and -SO3Na is even more preferred.
When Z is -SO₃M , the latex becomes more stable, and the number of particles of the primary fluorine-containing polymer increases.
Mは、水素原子、金属原子、N(RM1)4又はP(RM2)4であり、RM1及びRM2は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基である。
Mで表される金属原子は、第1族の金属原子が好ましく、Li、Na又はKがより好ましい。
RM1及びRM2で表される置換基は、1価の有機基が好ましく、1価の炭化水素基がより好ましく、アルキル基又は芳香族炭化水素基が更に好ましい。
上記置換基の炭素数は、1~10が好ましい。
上記アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれであってもよい。
上記芳香族炭化水素基は、単環及び多環のいずれであってもよい。上記芳香族炭化水素基としては、フェニル基が好ましい。
M is a hydrogen atom, a metal atom, N( RM1 ) 4 , or P( RM2 ) 4 , where RM1 and RM2 are independently a hydrogen atom or a substituent.
The metal atom represented by M is preferably a metal atom from Group 1, and more preferably Li, Na, or K.
The substituents represented by RM1 and RM2 are preferably monovalent organic groups, more preferably monovalent hydrocarbon groups, and even more preferably alkyl or aromatic hydrocarbon groups.
The number of carbon atoms in the substituent is preferably 1 to 10.
The alkyl group may be linear, branched, or cyclic.
The above aromatic hydrocarbon group may be monocyclic or polycyclic. A phenyl group is preferred as the above aromatic hydrocarbon group.
化合物Xの分子量としては、例えば70~500が挙げられ、分散安定性の観点から、70~450が好ましく、100~300がより好ましい。
化合物Xの具体例としては、2-アクリルアミド-2-メチル-1-プロパンスルホン酸、N-チグロイルグリシン、6-アクリルアミドヘキサン酸、1,1-ジフルオロ-2-メチル-2-[(1-オキソ-2-プロペン-1-イル)アミノ]-1-プロパンスルホン酸、3-メチル-3-[(2-メチル-1-オキソ-2-プロペン-1-イル)アミノ]-2-ブタンスルホン酸、2-メタクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、2,3-ジメチル-3-[(1-オキソ-2-プロペン-1-イル)アミノ]-2-ブタンスルホン酸及びそれらの金属塩が挙げられる。
上記金属塩としては、Mで表される金属原子の金属塩が挙げられる。
Examples of the molecular weight of compound X include 70 to 500, and from the viewpoint of dispersion stability, 70 to 450 is preferred, and 100 to 300 is more preferred.
Specific examples of compound X include 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid, N-tigroylglycine, 6-acrylamidohexanoic acid, 1,1-difluoro-2-methyl-2-[(1-oxo-2-propen-1-yl)amino]-1-propanesulfonic acid, 3-methyl-3-[(2-methyl-1-oxo-2-propen-1-yl)amino]-2-butanesulfonic acid, 2-methacrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, 2,3-dimethyl-3-[(1-oxo-2-propen-1-yl)amino]-2-butanesulfonic acid, and their metal salts.
Examples of the above-mentioned metal salts include metal salts of metal atoms represented by M.
第1含フッ素重合体の重合に用いる第1単量体の重合を開始する前において、化合物Xの含有量は、水性媒体の全質量に対して、1.0~1000質量ppmが好ましく、本発明の効果がより優れる点で、1.0~500質量ppmがより好ましく、3.0~100質量ppmが更に好ましく、5.0~30.0質量ppmが特に好ましい。Before initiating the polymerization of the first monomer used in the polymerization of the first fluorine-containing polymer, the content of compound X is preferably 1.0 to 1000 ppm by mass relative to the total mass of the aqueous medium, more preferably 1.0 to 500 ppm by mass, even more preferably 3.0 to 100 ppm by mass, and particularly preferably 5.0 to 30.0 ppm by mass, in terms of achieving superior effects of the present invention.
<重合開始剤>
本製造方法に用いる重合開始剤は、水溶性重合開始剤が好ましく、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等の過硫酸類、ジコハク酸過酸化物、アゾビスイソブチルアミジン二塩酸塩等の有機系重合開始剤類がより好ましく、過硫酸類が更に好ましく、過硫酸アンモニウムが特に好ましい。
<Polymerization Initiator>
The polymerization initiator used in this manufacturing method is preferably a water-soluble polymerization initiator, more preferably persulfates such as ammonium persulfate, sodium persulfate, and potassium persulfate, more preferably organic polymerization initiators such as disuccinic acid peroxide and azobisisobutylamidine dihydrochloride, even more preferably persulfates, and particularly preferably ammonium persulfate.
重合開始剤の使用量は、第1単量体の使用量100質量部に対して、0.01~5質量部が好ましく、0.01~3質量部がより好ましく、0.01~2質量部が更に好ましい。The amount of polymerization initiator used is preferably 0.01 to 5 parts by mass, more preferably 0.01 to 3 parts by mass, and even more preferably 0.01 to 2 parts by mass, per 100 parts by mass of the first monomer.
<第1単量体>
本製造方法に用いる第1単量体は、テトラフルオロエチレン(以下、「TFE」ともいう。)を含む。
第1単量体は、TFE以外の単量体を含んでいてもよい。
<First Monomer>
The first monomer used in this manufacturing method contains tetrafluoroethylene (hereinafter also referred to as "TFE").
The first monomer may contain monomers other than TFE.
TFEの使用量は、第1単量体の使用量に対して、5~80モル%が好ましく、20~75モル%がより好ましく、50~75モル%が更に好ましい。The amount of TFE used is preferably 5 to 80 mol%, more preferably 20 to 75 mol%, and even more preferably 50 to 75 mol%, relative to the amount of the first monomer used.
第1単量体は、パーフルオロアルキルビニルエーテル(以下、「PAVE」ともいう。)を含むことが好ましい。
PAVEは、第1含フッ素重合体を製造する際の重合反応性に優れる点、及び、第2含フッ素重合体をより効率よく製造できる点から、式(1)で表される単量体が好ましい。
The first monomer preferably contains a perfluoroalkyl vinyl ether (hereinafter also referred to as "PAVE").
PAVE is preferred as a monomer represented by formula (1) because it exhibits excellent polymerization reactivity when producing the first fluorine-containing polymer and allows for more efficient production of the second fluorine-containing polymer.
CF2=CF-O-Rf1 (1)
式(1)中、
Rf1は、炭素数1~10のパーフルオロアルキル基である。
Rf1の炭素数は、重合反応性がより優れる点から、1~8が好ましく、1~6がより好ましく、1~5が更に好ましく、1~3が特に好ましい。
パーフルオロアルキル基は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。
CF 2 =CF-O-R f1 (1)
In formula (1),
R f1 is a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
The number of carbon atoms in R f1 is preferably 1 to 8, more preferably 1 to 6, even more preferably 1 to 5, and particularly preferably 1 to 3, from the viewpoint of superior polymerization reactivity.
Perfluoroalkyl groups may be linear or branched.
PAVEの具体例としては、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)(以下、「PMVE」ともいう。)、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)(以下、「PEVE」ともいう。)、及び、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)(以下、「PPVE」ともいう。)が挙げられ、第2含フッ素重合体をより効率よく製造できる点から、PMVE又はPPVEが好ましく、PMVEがより好ましい。Specific examples of PAVE include perfluoro(methyl vinyl ether) (hereinafter also referred to as "PMVE"), perfluoro(ethyl vinyl ether) (hereinafter also referred to as "PEVE"), and perfluoro(propyl vinyl ether) (hereinafter also referred to as "PPVE"). PMVE or PPVE is preferred, and PMVE is more preferred, as they allow for more efficient production of the second fluorine-containing polymer.
PAVEの使用量は、第1単量体の使用量に対して、20~95モル%が好ましく、25~80モル%がより好ましく、25~50モル%が更に好ましい。
TFE単位及びPAVE単位の使用量は、第1単量体の使用量に対して、99.0~100.0モル%が好ましく、99.5~100.0モル%がより好ましく、99.9~100.0モル%が更に好ましい。
The amount of PAVE used is preferably 20 to 95 mol%, more preferably 25 to 80 mol%, and even more preferably 25 to 50 mol%, relative to the amount of the first monomer used.
The amount of TFE units and PAVE units used is preferably 99.0 to 100.0 mol%, more preferably 99.5 to 100.0 mol%, and even more preferably 99.9 to 100.0 mol%, relative to the amount of the first monomer used.
第1単量体は、TFE及びPAVE以外の他の単量体を含んでいてもよく、第2含フッ素重合体をより効率よく製造できる点から、他の単量体を実質的に含まなくてもよい。
他の単量体を実質的に含まないとは、他の単量体の使用量が、第1単量体の使用量に対して、0.01モル%以下であることを意味し、0モル%が好ましい。
The first monomer may contain monomers other than TFE and PAVE, and may substantially omit other monomers in order to produce the second fluorine-containing polymer more efficiently.
"Substantially free of other monomers" means that the amount of other monomers used is 0.01 mol% or less relative to the amount of the first monomer used, and 0 mol% is preferred.
<工程>
第1含フッ素重合体の重合方法は、水性媒体が存在し、かつ、フッ素原子を有する乳化剤が実質的に存在しない条件下で、化合物X、及び、重合開始剤を用いて、テトラフルオロエチレンを含む第1単量体を重合する方法であれば、特に制限されない。
上記方法としては、例えば、水性媒体及び化合物Xを含む溶液を用意し、この溶液及び重合開始剤を用いて、第1単量体の重合を行う方法が挙げられる。より具体的には、反応器に上記溶液、及び、第1単量体を添加し、反応器を加熱し、重合開始剤を反応器に添加して、第1単量体の重合を行う方法が挙げられる。
第1含フッ素重合体の重合により、水性媒体中で粒子状に分散した第1含フッ素重合体が得られる。このようにして得られた第1含フッ素重合体の粒子が分散した水性分散液を、そのまま第1水性分散液としてもよく、又は、更に別の水性媒体を加えて、これを第1水性分散液としてもよい。また、溶媒置換して別の水性媒体に第1含フッ素重合体の粒子を分散させて、これを第1水性分散液としてもよい。
<Process>
The polymerization method for the first fluorine-containing polymer is not particularly limited, as long as it involves polymerizing the first monomer containing tetrafluoroethylene using compound X and a polymerization initiator under conditions where an aqueous medium is present and an emulsifier containing fluorine atoms is substantially absent.
One example of the above method is to prepare an aqueous medium and a solution containing compound X, and then use this solution and a polymerization initiator to polymerize the first monomer. More specifically, one method is to add the above solution and the first monomer to a reactor, heat the reactor, and then add a polymerization initiator to the reactor to polymerize the first monomer.
Polymerization of the first fluorine-containing polymer yields the first fluorine-containing polymer dispersed in particulate matter in an aqueous medium. The aqueous dispersion containing the particles of the first fluorine-containing polymer obtained in this way may be used as the first aqueous dispersion as is, or another aqueous medium may be added to it to obtain the first aqueous dispersion. Alternatively, the particles of the first fluorine-containing polymer may be dispersed in another aqueous medium by solvent substitution to obtain the first aqueous dispersion.
第1単量体は、常法により、反応容器に投入される。例えば、重合圧力が所定の圧力となるように、第1単量体を連続的又は断続的に反応器に投入してもよい。また、第1単量体を水性媒体に溶解させて、得られた溶液を連続的又は断続的に反応器に投入してもよい。
重合開始剤を用いる場合、重合開始剤は反応器に一括して添加されてもよいし、分割して添加されてもよい。
The first monomer is introduced into the reaction vessel by a conventional method. For example, the first monomer may be introduced into the reactor continuously or intermittently so that the polymerization pressure reaches a predetermined pressure. Alternatively, the first monomer may be dissolved in an aqueous medium, and the resulting solution may be introduced into the reactor continuously or intermittently.
When a polymerization initiator is used, the polymerization initiator may be added to the reactor all at once or in separate portions.
重合温度は、10~95℃が好ましく、15~90℃がより好ましい。
重合圧力は、0.5~4.0MPaGが好ましく、0.6~3.5MPaGがより好ましい。
重合時間は、90~1000分が好ましく、90~700分がより好ましい。
The polymerization temperature is preferably 10 to 95°C, and more preferably 15 to 90°C.
The polymerization pressure is preferably 0.5 to 4.0 MPaG, and more preferably 0.6 to 3.5 MPaG.
The polymerization time is preferably 90 to 1000 minutes, and more preferably 90 to 700 minutes.
(第1水性分散液)
第1水性分散液は、水溶性の乳化剤を実質的に含まないことが好ましい。水溶性の乳化剤とは、上述した通りである。
水溶性の乳化剤を実質的に含まないとは、水溶性の乳化剤の含有量が、第1水性分散液の全質量に対して、10質量ppm以下であることを意味し、150質量ppb以下がより好ましく、50質量ppb以下が更に好ましい。下限は0質量ppbである。
(First aqueous dispersion)
The first aqueous dispersion preferably contains substantially no water-soluble emulsifiers. Water-soluble emulsifiers are as described above.
"Substantially free of water-soluble emulsifiers" means that the content of water-soluble emulsifiers is 10 ppm by mass or less, relative to the total mass of the first aqueous dispersion, more preferably 150 ppb by mass or less, and even more preferably 50 ppb by mass or less. The lower limit is 0 ppb by mass.
また、第1水性分散液は、式(S1)~式(S4)のいずれかで表される化合物を実質的に含まないことが好ましい。
式(S1)で表される化合物を実質的に含まないとは、式(S1)で表される化合物の含有量が、水性分散液全質量に対して、10質量ppm以下であることを意味し、5質量ppm以下が好ましく、150質量ppb以下がより好ましく、50質量ppb以下が更に好ましい。下限は0質量ppbである。
式(S2)で表される化合物を実質的に含まないとは、式(S2)で表される化合物の含有量が、水性分散液全質量に対して、10質量ppm以下であることを意味し、5質量ppm以下が好ましく、150質量ppb以下がより好ましく、50質量ppb以下が更に好ましい。下限は0質量ppbである。
式(S3)で表される化合物を実質的に含まないとは、式(S3)で表される化合物の含有量が、水性分散液全質量に対して、10質量ppm以下であることを意味し、5質量ppm以下が好ましく、150質量ppb以下がより好ましく、50質量ppb以下が更に好ましい。下限は0質量ppbである。
式(S4)で表される化合物を実質的に含まないとは、式(S4)で表される化合物の含有量が、水性分散液全質量に対して、10質量ppm以下であることを意味し、5質量ppm以下が好ましく、150質量ppb以下がより好ましく、50質量ppb以下が更に好ましい。下限は0質量ppbである。
第1水性分散液に含まれる第1含フッ素重合体の製造時に乳化剤を使用しない場合には、式(S1)~式(S4)のいずれかで表される化合物の発生量を抑制できるので、これらの化合物の含有量の調整が容易になる。また、上述の精製処理によってこれらの化合物の含有量も低減できる。
Furthermore, it is preferable that the first aqueous dispersion substantially does not contain any compound represented by any of formulas (S1) to (S4).
"Substantially free of the compound represented by formula (S1)" means that the content of the compound represented by formula (S1) is 10 ppm by mass or less, preferably 5 ppm by mass or less, more preferably 150 ppb by mass or less, and even more preferably 50 ppb by mass or less, with a lower limit of 0 ppb by mass.
"Substantially free of the compound represented by formula (S2)" means that the content of the compound represented by formula (S2) is 10 ppm by mass or less, preferably 5 ppm by mass or less, more preferably 150 ppb by mass or less, and even more preferably 50 ppb by mass or less, with a lower limit of 0 ppb by mass.
"Substantially free of the compound represented by formula (S3)" means that the content of the compound represented by formula (S3) is 10 ppm by mass or less, preferably 5 ppm by mass or less, more preferably 150 ppb by mass or less, and even more preferably 50 ppb by mass or less, with a lower limit of 0 ppb by mass.
"Substantially free of the compound represented by formula (S4)" means that the content of the compound represented by formula (S4) is 10 ppm by mass or less relative to the total mass of the aqueous dispersion, preferably 5 ppm by mass or less, more preferably 150 ppb by mass or less, and even more preferably 50 ppb by mass or less. The lower limit is 0 ppb by mass.
If an emulsifier is not used during the production of the first fluorine-containing polymer contained in the first aqueous dispersion, the amount of compounds represented by any of formulas (S1) to (S4) can be suppressed, making it easier to adjust the content of these compounds. Furthermore, the content of these compounds can also be reduced by the purification process described above.
H-(CF2)n1-COOMS (S1)
F-(CF2)n1-COOMS (S2)
H-(CF2)n2-SO3MS (S3)
F-(CF2)n2-SO3MS (S4)
式(S1)~式(S4)中、
n1は3~13の整数であり、
n2は4~10の整数であり、
MSは、水素原子、Na、K、又は、NH4である。
各含有量の測定方法としては、実施例記載の測定方法が挙げられる。
H-(CF 2 ) n1 -COOM S (S1)
F-(CF 2 ) n1 -COOM S (S2)
H-(CF 2 ) n2 -SO 3 M S (S3)
F-(CF 2 ) n2 -SO 3 M S (S4)
In formulas (S1) to (S4),
n1 is an integer between 3 and 13.
n² is an integer between 4 and 10.
M S is a hydrogen atom, Na, K, or NH4 .
The measurement methods described in the examples are examples of methods for measuring each content.
第2含フッ素重合体の重合に用いる第2単量体の重合を開始する前において、第1含フッ素重合体の粒子の含有量は、第1水性分散液の全質量に対して、0.01~5.00質量%が好ましく、第2含フッ素重合体をより効率よく製造できる点から、0.01~3.0質量%がより好ましい。Before initiating the polymerization of the second monomer used in the polymerization of the second fluorine-containing polymer, the content of particles of the first fluorine-containing polymer is preferably 0.01 to 5.00% by mass relative to the total mass of the first aqueous dispersion, and more preferably 0.01 to 3.0% by mass, from the viewpoint of being able to produce the second fluorine-containing polymer more efficiently.
本明細書において「第2含フッ素重合体の重合に用いる第2単量体の重合を開始する前」とは、重合開始時点の直前を意味する。ここで、「重合開始時点」とは、反応器内を重合温度以上にした後に第2単量体及び重合開始剤を反応器内に共存させた時点、及び、第2単量体と重合開始剤を反応器内に共存させた後に反応器内を重合温度以上にした時点等が挙げられる。
なお、第2含フッ素重合体の重合に用いる第2単量体の重合を開始する前における第1水性分散液には、第2含フッ素重合体の重合に用いる第2単量体及び重合開始剤は含まれない。
In this specification, "before the polymerization of the second monomer used in the polymerization of the second fluorine-containing polymer is started" means immediately before the start of polymerization. Here, "the start of polymerization" refers to the time when the reactor is heated to above the polymerization temperature and the second monomer and polymerization initiator are brought into the reactor together, and the time when the reactor is heated to above the polymerization temperature after the second monomer and polymerization initiator are brought into the reactor together.
Furthermore, the first aqueous dispersion, used before initiating the polymerization of the second monomer used in the polymerization of the second fluorine-containing polymer, does not contain the second monomer used in the polymerization of the second fluorine-containing polymer or the polymerization initiator.
第1水性分散液は、上述した各種成分以外の他の成分を含んでいてもよい。
第1水性分散液が含み得る他の成分の具体例としては、連鎖移動剤、還元剤、及び、pH調整剤が挙げられる。
連鎖移動剤の具体例としては、酢酸エチル、メタノール、エタノール、t-ブチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、n-ペンタン、シクロヘキサン、メタン、及び、プロパンが挙げられる。また、連鎖移動剤としては、後述する式(I)で表される化合物も挙げられる。
pH調整剤の具体例としては、無機塩類及びアンモニアが挙げられる。無機塩類の具体例としては、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム等のリン酸塩、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム等の炭酸塩が挙げられる。リン酸塩のより好ましい具体例としては、リン酸水素二ナトリウム2水和物、及び、リン酸水素二ナトリウム12水和物が挙げられる。
第1水性分散液が連鎖移動剤を含む場合、連鎖移動剤の含有量は、水性媒体の100質量部に対して、0.1~5質量部が好ましい。
第1水性分散液がpH調整剤を含む場合、pH調整剤の含有量は、水性媒体の100質量部に対して、0.01~3.0質量部が好ましい。
The first aqueous dispersion may contain other components besides those described above.
Specific examples of other components that the first aqueous dispersion may contain include chain transfer agents, reducing agents, and pH adjusters.
Specific examples of chain transfer agents include ethyl acetate, methanol, ethanol, t-butyl methyl ether, diethyl ether, n-pentane, cyclohexane, methane, and propane. Compounds represented by formula (I), described later, can also be used as chain transfer agents.
Specific examples of pH adjusters include inorganic salts and ammonia. Specific examples of inorganic salts include phosphates such as disodium hydrogen phosphate and sodium dihydrogen phosphate, and carbonates such as sodium bicarbonate and sodium carbonate. More preferred examples of phosphates include disodium hydrogen phosphate dihydrate and disodium hydrogen phosphate dodecahydrate.
If the first aqueous dispersion contains a chain transfer agent, the content of the chain transfer agent is preferably 0.1 to 5 parts by mass per 100 parts by mass of the aqueous medium.
If the first aqueous dispersion contains a pH adjusting agent, the content of the pH adjusting agent is preferably 0.01 to 3.0 parts by mass per 100 parts by mass of the aqueous medium.
第1水性分散液の固形分濃度は、5~50質量%が好ましく、10~45質量%がより好ましい。
第1水性分散液の固形分濃度は、例えば、以下の方法で測定できる。
第1水性分散液の固形分濃度は、第1水性分散液2.0gを170℃で20分間加熱した後、残渣の質量を秤量して、次の式によって求めて固形分濃度を算出する。
「固形分濃度(質量%)=100×第1水性分散液の加熱残渣(g)/第1水性分散液の質量(2.0g)」
The solid content concentration of the first aqueous dispersion is preferably 5 to 50% by mass, and more preferably 10 to 45% by mass.
The solid content concentration of the first aqueous dispersion can be measured, for example, by the following method.
The solid content concentration of the first aqueous dispersion is calculated by heating 2.0 g of the first aqueous dispersion at 170°C for 20 minutes, weighing the mass of the residue, and then determining the solid content concentration using the following formula.
"Solid content concentration (mass%) = 100 × heating residue of the first aqueous dispersion (g) / mass of the first aqueous dispersion (2.0g)"
(第1含フッ素重合体の粒子)
第1含フッ素重合体の粒子は、本製造方法によって製造される粒子である。
第1含フッ素重合体の粒子は、後述の第2単量体の重合時に、疎水部で第2単量体を吸着し、取り込むことにより、フッ素原子を有する乳化剤を実質的に含まない場合であっても第2単量体を可溶化し、第2単量体を重合しやすいと推測される。
第1含フッ素重合体は、後述の第2含フッ素重合体と互いに同一又は異なっていてもよい。
(Particles of the first fluorine-containing polymer)
The particles of the first fluorine-containing polymer are the particles produced by this manufacturing method.
It is presumed that the particles of the first fluorine-containing polymer, during the polymerization of the second monomer described later, adsorb and incorporate the second monomer at their hydrophobic regions, thereby solubilizing the second monomer even if they substantially do not contain an emulsifier containing fluorine atoms, and thus facilitating the polymerization of the second monomer.
The first fluorine-containing polymer may be the same as or different from the second fluorine-containing polymer described later.
第1含フッ素重合体の粒子の平均粒子径は、500nm以下であり、粒子の分散安定性の点から、300nm以下が好ましく、200nm以下がより好ましく、150nm以下が更に好ましい。下限は、2nm以上が好ましく、5nm以上がより好ましく、10nm以上が更に好ましい。
第1含フッ素重合体の粒子の平均粒子径は、動的光散乱法によって取得された自己相関関数を単分散のキュムラント法で解析することによって算出される粒子径である。
The average particle size of the particles of the first fluorine-containing polymer is 500 nm or less, preferably 300 nm or less, more preferably 200 nm or less, and even more preferably 150 nm or less, from the viewpoint of particle dispersion stability. The lower limit is preferably 2 nm or more, more preferably 5 nm or more, and even more preferably 10 nm or more.
The average particle size of the first fluorine-containing polymer is the particle size calculated by analyzing the autocorrelation function obtained by dynamic light scattering using the monodisperse cumulant method.
第1含フッ素重合体の粒子数は、0.5×1014個/mL以上が好ましく、1.0×1014個/mL以上が好ましく、2.0×1014個/mL以上がより好ましく、3.0×1014個/mL以上が更に好ましく、5.0×1014個/mL以上が特に好ましい。上限は、2.0×1015個/mL以下が好ましい。
第1含フッ素重合体の粒子数は、第1水性分散液1mLあたりの粒子数である。上記粒子数の測定方法は、例えば、実施例欄で示す測定方法が挙げられる。
The number of particles of the first fluorine-containing polymer is preferably 0.5 × 10¹⁴ particles/mL or more, preferably 1.0 × 10¹⁴ particles/mL or more, more preferably 2.0 × 10¹⁴ particles/mL or more, even more preferably 3.0 × 10¹⁴ particles/mL or more, and particularly preferably 5.0 × 10¹⁴ particles/mL or more. The upper limit is preferably 2.0 × 10¹⁵ particles/mL or less.
The number of particles of the first fluorine-containing polymer is the number of particles per 1 mL of the first aqueous dispersion. An example of a method for measuring the number of particles is the method shown in the Examples section.
第1含フッ素重合体は、融点を有さない。
融点を有さないとは、示差走査熱量計を用いて第1含フッ素重合体の融点を測定した際に、融解ピークが観測されないことを意味し、具体的には150℃以上の温度範囲(好ましくは150~330℃の温度範囲)に融解ピークが観測されないことを意味する。なお、ガラス転移ピークは、上記融解ピークには該当しない。
具体的な融点の測定方法としては、実施例欄で示す測定方法が挙げられる。
The first fluorine-containing polymer has no melting point.
"Having no melting point" means that when the melting point of the first fluorine-containing polymer is measured using a differential scanning calorimeter, no melting peak is observed. Specifically, this means that no melting peak is observed in the temperature range of 150°C or higher (preferably in the temperature range of 150°C to 330°C). Note that the glass transition peak does not fall under the category of a melting peak.
Specific methods for measuring the melting point include those shown in the Examples section.
第1含フッ素重合体の1質量%熱重量減少温度は、350℃以上が好ましく、375℃以上がより好ましく、400℃以上が更に好ましい。上限は、600℃以下が好ましい。
1質量%熱重量減少温度は、例えば、熱重量分析装置を用いて測定できる。具体的な1質量%熱重量減少温度の測定方法としては、実施例欄で示す測定方法が挙げられる。
The 1% by mass thermoweight loss temperature of the first fluorine-containing polymer is preferably 350°C or higher, more preferably 375°C or higher, and even more preferably 400°C or higher. The upper limit is preferably 600°C or lower.
The 1% mass thermogravimetric temperature can be measured, for example, using a thermogravimetric analyzer. Specific methods for measuring the 1% mass thermogravimetric temperature are shown in the Examples section.
第1含フッ素重合体は、第1単量体に基づく単位を有する。
第1含フッ素重合体は、テトラフルオロエチレンに基づく単位(以下、「TFE単位」ともいう。)を含む。
TFE単位の含有量は、第1含フッ素重合体の全単位に対して、5~80モル%が好ましく、20~75モル%がより好ましく、50~75モル%が更に好ましい。
TFE単位の由来となるTFEの詳細は、上述の本製造方法におけるTFEと同様であり、好適態様も同様である。
The first fluorine-containing polymer has units based on the first monomer.
The first fluorine-containing polymer contains units based on tetrafluoroethylene (hereinafter also referred to as "TFE units").
The TFE unit content is preferably 5 to 80 mol%, more preferably 20 to 75 mol%, and even more preferably 50 to 75 mol%, relative to the total units of the first fluorine-containing polymer.
The details of the TFE from which the TFE units are derived are the same as those of the TFE in the manufacturing method described above, and the preferred embodiment is also the same.
本明細書において、第1含フッ素重合体が1種類のみである場合には、「第1含フッ素重合体の全単位」とはその1種の第1含フッ素重合体に含まれる全ての単位を意味する。また、第1含フッ素重合体が2種以上である場合には、「第1含フッ素重合体の全単位」とは、2種以上の第1含フッ素重合体に含まれる全ての単位を意味する。上記は、他の含フッ素重合体においても、同様である。In this specification, if there is only one type of first fluorine-containing polymer, "all units of the first fluorine-containing polymer" means all units contained in that one type of first fluorine-containing polymer. If there are two or more types of first fluorine-containing polymers, "all units of the first fluorine-containing polymer" means all units contained in the two or more types of first fluorine-containing polymers. The same applies to other fluorine-containing polymers.
また、第1含フッ素重合体は、パーフルオロアルキルビニルエーテルに基づく単位(以下、「PAVE単位」ともいう。)を更に含むことが好ましい。
PAVE単位の含有量は、第1含フッ素重合体の全単位に対して、20~95モル%が好ましく、25~80モル%がより好ましく、25~50モル%が更に好ましい。
TFE単位及びPAVE単位の合計含有量は、第1含フッ素重合体の全単位に対して、99.0~100.0モル%が好ましく、99.5~100.0モル%がより好ましく、99.9~100.0モル%が更に好ましい。
PAVE単位の由来となるPAVEの詳細は、上述の本製造方法におけるPAVEと同様であり、好適態様も同様である。PAVEとして、PMVE又はPPVEを用いる場合も好適な使用量は同様である。
本製造方法によって、乳化剤を必須にせずとも、反応系中に化合物Xが存在することで、特に、TFE単位及びPAVE単位の単位を含んだ第1単量体を重合した第1含フッ素重合体は、粒子数の多い重合体となり好ましい。更に、第1含フッ素重合体の全単位に対して、TFE単位の含有量が5~80モル%であり、PAVE単位の含有量が20~95モル%の単量体を重合した第1含フッ素重合体は、粒子数が多く融点を持たない重合体が得られることから好ましい。
Furthermore, it is preferable that the first fluorine-containing polymer further contains units based on perfluoroalkyl vinyl ether (hereinafter also referred to as "PAVE units").
The PAVE unit content is preferably 20 to 95 mol%, more preferably 25 to 80 mol%, and even more preferably 25 to 50 mol%, relative to the total units of the first fluorine polymer.
The total content of TFE units and PAVE units is preferably 99.0 to 100.0 mol%, more preferably 99.5 to 100.0 mol%, and even more preferably 99.9 to 100.0 mol%, relative to the total units of the first fluorine-containing polymer.
The details of PAVE, from which the PAVE unit is derived, are the same as those of PAVE in the manufacturing method described above, and the preferred embodiment is also the same. The preferred amount to use is also the same when PMVE or PPVE is used as PAVE.
With this manufacturing method, even without the necessity of an emulsifier, the presence of compound X in the reaction system results in a first fluorine-containing polymer obtained by polymerizing a first monomer containing TFE units and PAVE units, which is preferable because it results in a polymer with a large number of particles. Furthermore, a first fluorine-containing polymer obtained by polymerizing monomers in which the TFE unit content is 5 to 80 mol% and the PAVE unit content is 20 to 95 mol% relative to the total units of the first fluorine-containing polymer is preferable because it yields a polymer with a large number of particles and no melting point.
第1含フッ素重合体は、TFE単位及びPAVE単位以外の他の単位を含んでいてもよく、第2含フッ素重合体をより効率よく製造できる点から、他の単位を実質的に含まなくてもよい。
他の単位を実質的に含まないとは、他の単量体に基づく単位の含有量が、第1含フッ素重合体の全単位に対して、0.01モル%以下であることを意味し、0モル%が好ましい。
他の単位の由来となる他の単量体の詳細は、後述の第2含フッ素重合体における他の単量体が挙げられる。
The first fluorine-containing polymer may contain units other than TFE units and PAVE units, and may substantially omit other units in order to produce the second fluorine-containing polymer more efficiently.
"Substantially free of other units" means that the content of units based on other monomers is 0.01 mol% or less relative to the total units of the first fluorine-containing polymer, and 0 mol% is preferred.
Details of other monomers from which other units are derived include other monomers in the second fluorine-containing polymer described later.
[第2含フッ素重合体の製造方法]
第2含フッ素重合体の製造方法は、上述の本製造方法によって製造される第1水性分散液において、第2単量体を重合して、第2含フッ素重合体を製造する、第2含フッ素重合体の製造方法である。
また、第2含フッ素重合体の製造方法は、上述の本製造方法によって製造される水性分散液において、重合開始剤を用いて第2単量体を重合して、第2含フッ素重合体を製造する、第2含フッ素重合体の製造方法であることが好ましい。
[Method for producing the second fluorine-containing polymer]
The method for producing the second fluorine-containing polymer involves polymerizing the second monomer in the first aqueous dispersion produced by the above-described production method to produce the second fluorine-containing polymer.
Furthermore, the preferred method for producing the second fluorine-containing polymer is one in which the second monomer is polymerized using a polymerization initiator in the aqueous dispersion produced by the above-described production method to produce the second fluorine-containing polymer.
<第1水性分散液>
第1水性分散液は、上述の本製造方法によって製造される水性分散液である。
第1水性分散液の好適態様については、上述したとおりである。
<First aqueous dispersion>
The first aqueous dispersion is an aqueous dispersion produced by the manufacturing method described above.
The preferred embodiment of the first aqueous dispersion is as described above.
第1水性分散液から重合開始剤及びその分解物を減らす、又は、失活させる精製処理を実施した後に、第2含フッ素重合体の製造方法、すなわち、第2含フッ素重合体を得るための重合に用いることが好ましい。
精製処理では、第1水性分散液に含まれ得る重合開始剤及びその分解物を除去することで、所望の物性値の第2含フッ素重合体を得やすい。
精製方法としては、加熱処理、及び、イオン交換樹脂を用いて除去する方法が挙げられる。イオン交換樹脂としては、アニオン交換樹脂が好ましい。精製は複数回実施してもよい。
It is preferable to perform a purification treatment to reduce or inactivate the polymerization initiator and its decomposition products from the first aqueous dispersion, and then use it in the method for producing the second fluorine-containing polymer, i.e., in polymerization to obtain the second fluorine-containing polymer.
In the purification process, the polymerization initiator and its decomposition products that may be present in the first aqueous dispersion are removed, making it easier to obtain a second fluorine-containing polymer with the desired physical properties.
Purification methods include heat treatment and removal using an ion exchange resin. Anion exchange resin is preferred as the ion exchange resin. Purification may be performed multiple times.
<第2単量体>
第2単量体は、TFE、クロロトリフルオロエチレン(以下、「CTFE」ともいう。)、フッ化ビニリデン(以下、「VdF」ともいう。)、PAVE、及び、ヘキサフルオロプロピレンからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、TFE、CTFE、及び、VdFからなる群から選択される少なくとも1種を含むことがより好ましい。また、第2単量体は、TFE及びPAVEからなる群から選択される少なくとも1種を含むことも好ましく、TFEとPAVEの両方を含むことがより好ましい。
<Second Monomer>
The second monomer preferably contains at least one selected from the group consisting of TFE, chlorotrifluoroethylene (hereinafter also referred to as "CTFE"), vinylidene fluoride (hereinafter also referred to as "VdF"), PAVE, and hexafluoropropylene, and more preferably contains at least one selected from the group consisting of TFE, CTFE, and VdF. Furthermore, the second monomer also preferably contains at least one selected from the group consisting of TFE and PAVE, and more preferably contains both TFE and PAVE.
第2単量体は、上述の単量体以外の他の単量体を含んでいてもよい。
他の単量体の具体例としては、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、重合性不飽和結合を2個以上有する単量体(以下、「BO」ともいう。)、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子からなる群から選択される少なくとも1種の原子を1個以上有する単量体、ニトリル基を有する単量体(以下、「RCN」ともいう。」)、及び、後述する化合物(6)に基づく単位(以下、「POAVE単位」ともいう。)が挙げられる。
The second monomer may contain other monomers besides the monomers described above.
Other specific examples of monomers include ethylene, propylene, vinyl chloride, vinylidene chloride, monomers having two or more polymerizable unsaturated bonds (hereinafter also referred to as "BO"), monomers having at least one atom selected from the group consisting of chlorine, bromine, and iodine atoms, monomers having a nitrile group (hereinafter also referred to as " RCN "), and units based on compounds (6) described later (hereinafter also referred to as "POAVE units").
BOは、重合性不飽和結合を2個以上有する単量体である。
重合性不飽和結合の具体例としては、炭素原子-炭素原子の二重結合(C=C)、及び、炭素原子-炭素原子の三重結合(C≡C)が挙げられる。重合性不飽和結合としては、炭素原子-炭素原子の二重結合(C=C)がより好ましい。
BOにおける重合性不飽和結合の数としては、重合反応性がより優れる点から、2~6個が好ましく、2又は3個がより好ましく、2個が更に好ましい。
BOは、架橋ゴム物品の高温下での圧縮永久歪がより小さくなる点から、更にフッ素原子を有するのが好ましい。
BO is a monomer having two or more polymerizable unsaturated bonds.
Specific examples of polymerizable unsaturated bonds include carbon-carbon double bonds (C=C) and carbon-carbon triple bonds (C≡C). A carbon-carbon double bond (C=C) is more preferred as a polymerizable unsaturated bond.
In BO, the number of polymerizable unsaturated bonds is preferably 2 to 6, more preferably 2 or 3, and even more preferably 2, from the viewpoint of superior polymerization reactivity.
BO is preferably further enriched with fluorine atoms, as this reduces the compression set of the crosslinked rubber article at high temperatures.
BOは、架橋ゴム物品の離型性がより優れる点から、式(2)で表される単量体であることが好ましい。
(CR21R22=CR23-)a1R24 (2)
式(2)中、
R21、R22及びR23は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基であり、
a1は2~6の整数であり、
R24は、a1価の炭素数1~10のパーフルオロ炭化水素基、又は該パーフルオロ炭化水素基の末端若しくは炭素-炭素結合間にエーテル性酸素原子を有する基であり、
複数のR21、複数のR22及び複数のR23は、それぞれ、互いに同一であっても異なっていてもよく、互いに同一であるのが好ましい。
a1は、2または3が好ましく、2がより好ましい。
BOの重合反応性がより優れる点から、R21、R22及びR23がフッ素原子又は水素原子であるのが好ましく、R21、R22及びR23の全てがフッ素原子であるか又はそれら全てが水素原子であるのがより好ましく、架橋ゴム物品の離型性がより優れる点から、R21、R22及びR23の全てがフッ素原子であるのが更に好ましい。
R24は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれであってもよく、直鎖状又は分岐鎖状が好ましく、直鎖状がより好ましい。R24の炭素数は、2~8が好ましく、3~7がより好ましく、3~6が更に好ましく、3~5が特に好ましい。
R24は、エーテル性酸素原子を有していても、有していなくてもよく、架橋反応性やゴム物性がより優れる点から、エーテル性酸素原子を有しているのが好ましい。
R24におけるエーテル性酸素原子の数は1~6が好ましく、1~3がより好ましく、1または2が更に好ましい。R24におけるエーテル性酸素原子は、R24の末端に存在していることが好ましい。
BO is preferably a monomer represented by formula (2) because it provides superior release properties for cross-linked rubber articles.
(CR 21 R 22 =CR 23 -) a1 R 24 (2)
In formula (2),
R21 , R22 , and R23 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group.
a1 is an integer between 2 and 6.
R 24 is a 1-valent perfluorohydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, or a group having an etheric oxygen atom at the terminal or between carbon-carbon bonds of the perfluorohydrocarbon group.
The multiple R21 , multiple R22 , and multiple R23 may be the same as or different from each other, but it is preferable that they be the same as each other.
a1 is preferably 2 or 3, and more preferably 2.
From the viewpoint of superior polymerization reactivity of BO, it is preferable that R21 , R22 , and R23 are fluorine atoms or hydrogen atoms, more preferably that all of R21 , R22 , and R23 are fluorine atoms or all of them are hydrogen atoms, and even more preferably that all of R21 , R22 , and R23 are fluorine atoms from the viewpoint of superior release properties of the crosslinked rubber article.
R24 may be linear, branched, or cyclic, with linear or branched being preferred, and linear being more preferred. The number of carbon atoms in R24 is preferably 2 to 8, more preferably 3 to 7, even more preferably 3 to 6, and particularly preferably 3 to 5.
R24 may or may not have etheric oxygen atoms, but it is preferable that it has etheric oxygen atoms because it exhibits superior crosslinking reactivity and rubber properties.
The number of etheric oxygen atoms in R 24 is preferably 1 to 6, more preferably 1 to 3, and even more preferably 1 or 2. The etheric oxygen atoms in R 24 are preferably located at the terminal ends of R 24 .
式(2)で表される単量体のうち、好適な単量体の具体例としては、式(3)で表される単量体および式(4)で表される単量体が挙げられる。Among the monomers represented by formula (2), suitable specific examples include the monomer represented by formula (3) and the monomer represented by formula (4).
(CF2=CF-)2R31 (3)
式(3)中、R31は、2価の炭素数1~10のパーフルオロ炭化水素基、又は該パーフルオロ炭化水素基の末端若しくは炭素-炭素結合間にエーテル性酸素原子を有する基である。
(CF 2 =CF-) 2 R 31 (3)
In formula (3), R 31 is a divalent perfluorohydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, or a group having an etheric oxygen atom at the terminal or between carbon-carbon bonds of the perfluorohydrocarbon group.
(CH2=CH-)2R41 (4)
式(4)中、R41は、2価の炭素数1~10のパーフルオロ炭化水素基、又は該パーフルオロ炭化水素基の末端若しくは炭素-炭素結合間にエーテル性酸素原子を有する基である。
(CH 2 =CH-) 2 R 41 (4)
In formula (4), R 41 is a divalent perfluorohydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, or a group having an etheric oxygen atom at the terminal or between carbon-carbon bonds of the perfluorohydrocarbon group.
式(3)で表される単量体の具体例としては、CF2=CFO(CF2)2OCF=CF2、CF2=CFO(CF2)3OCF=CF2、CF2=CFO(CF2)4OCF=CF2、CF2=CFO(CF2)6OCF=CF2、CF2=CFO(CF2)8OCF=CF2、CF2=CFO(CF2)2OCF(CF3)CF2OCF=CF2、CF2=CFO(CF2)2O(CF(CF3)CF2O)2CF=CF2、CF2=CFOCF2O(CF2CF2O)2CF=CF2、CF2=CFO(CF2O)3O(CF(CF3)CF2O)2CF=CF2、CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2)2OCF(CF3)CF2OCF=CF2、及び、CF2=CFOCF2CF2O(CF2O)2CF2CF2OCF=CF2が挙げられる。
式(3)で表される単量体のうち、より好適な単量体の具体例としては、CF2=CFO(CF2)3OCF=CF2(以下、「C3DVE」ともいう。)、及び、CF2=CFO(CF2)4OCF=CF2(以下、「C4DVE」ともいう。)が挙げられる。
式(4)で表される単量体の具体例としては、CH2=CH(CF2)2CH=CH2、CH2=CH(CF2)4CH=CH2、及び、CH2=CH(CF2)6CH=CH2が挙げられる。
式(4)で表される単量体のうち、より好適な単量体の具体例としては、CH2=CH(CF2)6CH=CH2(以下、「C6DV」ともいう。)が挙げられる。
中でも、BOは、C3DVE又はC4DVEが好ましい。
Specific examples of monomers represented by equation (3) include: CF₂ = CFO( CF₂ ) ₂ OCF = CF₂ , CF₂ = CFO( CF₂ ) ₃ OCF = CF₂ , CF₂ = CFO( CF₂ ) ₄ OCF = CF₂ , CF₂ = CFO( CF₂ ) ₆ OCF = CF₂, CF₂ = CFO( CF₂ ) ₆ OCF(CF₃) CF₂ OCF = CF₂ , CF₂ = CFO( CF₂ ) ₆ O(CF ( CF₃ ) CF₂O ) ₆ CF = CF₂ 2 , CF2 = CFOCF2O ( CF2CF2O ) 2CF = CF2 , CF2 =CFO( CF2O ) 3O (CF( CF3 ) CF2O ) 2CF = CF2 , CF2 = CFOCF2CF ( CF3 )O( CF2 ) 2OCF ( CF3 ) CF2OCF = CF2 , and CF2 = CFOCF2CF2O ( CF2O ) 2CF2CF2OCF = CF2 .
Among the monomers represented by formula (3), more suitable specific examples of monomers include CF₂ = CFO( CF₂ ) ₃OCF = CF₂ (hereinafter also referred to as "C3DVE") and CF₂ = CFO( CF₂ ) ₄OCF = CF₂ (hereinafter also referred to as "C4DVE").
Specific examples of monomers represented by equation (4) include CH₂ =CH( CF₂ ) ₂CH = CH₂ , CH₂ =CH( CF₂ ) ₄CH = CH₂ , and CH₂ =CH( CF₂ ) ₆CH = CH₂ .
Among the monomers represented by formula (4), a more suitable specific example of a monomer is CH₂ =CH( CF₂ ) ₆CH = CH₂ (hereinafter also referred to as "C6DV").
In particular, BO is preferably C3DVE or C4DVE.
塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子からなる群から選択される少なくとも1種の原子を1個以上有する単量体としては、臭素原子を有する単量体、ヨウ素原子を有する単量体が挙げられる。
臭素原子を有する単量体の具体例としては、CF2=CFOCF2CF2CF2OCF2CF2Br、ブロモトリフルオロエチレン、4-ブロモ-3,3,4,4-テトラフルオロブテン-1(BTFB)、臭化ビニル、1-ブロモ-2,2-ジフルオロエチレン、パーフルオロアリルブロミド、4-ブロモ-1,1,2-トリフルオロブテン-1、4-ブロモ-1,1,3,3,4,4-ヘキサフルオロブテン、4-ブロモ-3-クロロ-1,1,3,4,4-ペンタフルオロブテン、6-ブロモ-5,5,6,6-テトラフルオロヘキセン、及び、4-ブロモパーフルオロブテン-1、3,3-ジフルオロアリルブロミドが挙げられる。また、2-ブロモ-パーフルオロエチルパーフルオロビニルエーテル、CF2Br-Rf-O-CF=CF2(Rfは、パーフルオロアルキレン基である)等のフッ素化化合物、例えば、CF2BrCF2O-CF=CF2、ROCF=CFBr、ROCBr=CF2(ここで、Rは、低級アルキル基またはフルオロアルキル基である)等のフルオロビニルエーテル、具体的には、CH3OCF=CFBr及びCF3CH2OCF=CFBrが挙げられる。
ヨウ素原子を有する単量体の具体例としては、式:CHR=CH-Z-CH2CHR-I(式中、Rは-H又は-CH3であり;Zは、1個以上のエーテル酸素原子を場合によって含有する、直鎖若しくは分岐のC1~C18(パー)フルオロアルキレン基、又は米国特許第5674959号明細書に開示されている(パー)フルオロポリオキシアルキレン基である)のヨウ素化オレフィンが挙げられる。また、米国特許第5717036号明細書に開示されている、式:I(CH2CF2CF2)nOCF=CF2及びICH2CF2O[CF(CF3)CF2O]nCF=CF2等(式中、n=1~3である)の不飽和エーテルが挙げられる。また、米国特許第4694045明細書に開示されている、ヨードエチレン、4-ヨード-3,3,4,4-テトラフルオロブテン-1(ITFB)、3-クロロ-4-ヨード-3,4,4-トリフルオロブテン、2-ヨード-1,1,2,2-テトラフルオロ-1-(ビニルオキシ)エタン、2-ヨード-1-(パーフルオロビニルオキシ)-1,1,-2,2-テトラフルオロエチレン、1,1,2,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-ヨード-1-(パーフルオロビニルオキシ)プロパン、2-ヨードエチルビニルエーテル、3,3,4,5,5,5-ヘキサフルオロ-4-ヨードペンテン、及び、ヨードトリフルオロエチレンが挙げられる。また、ヨウ化アリル、及び、2-ヨード-パーフルオロエチルパーフルオロビニルエーテルが挙げられる。
Monomers having at least one atom selected from the group consisting of chlorine atoms, bromine atoms, and iodine atoms include monomers having bromine atoms and monomers having iodine atoms.
Specific examples of monomers containing a bromine atom include CF₂ = CFOCF₂CF₂CF₂OCF₂CF₂Br , bromotrifluoroethylene , 4-bromo-3,3,4,4 - tetrafluorobutene- 1 ( BTFB), vinyl bromide, 1-bromo-2,2-difluoroethylene, perfluoroallyl bromide, 4-bromo-1,1,2-trifluorobutene-1, 4-bromo-1,1,3,3,4,4-hexafluorobutene, 4-bromo-3-chloro-1,1,3,4,4-pentafluorobutene, 6-bromo-5,5,6,6-tetrafluorohexene, and 4-bromoperfluorobutene-1,3,3-difluoroallyl bromide. Furthermore, fluorinated compounds such as 2-bromo-perfluoroethyl perfluorovinyl ether and CF₂Br - Rf -O-CF= CF₂ (where Rf is a perfluoroalkylene group), and fluorovinyl ethers such as CF₂BrCF₂O -CF= CF₂ , ROCF=CFBr, and ROCBr= CF₂ (where R is a lower alkyl group or fluoroalkyl group), specifically CH₃OCF =CFBr and CF₃CH₂OCF =CFBr , are also mentioned.
Specific examples of monomers containing an iodine atom include iodized olefins of the formula: CHR=CH-Z- CH2CHR -I (wherein R is -H or -CH3 ; Z is a linear or branched C1 - C18 (per)fluoroalkylene group, or a (per)fluoropolyoxyalkylene group disclosed in U.S. Patent No. 5,674,959, which may contain one or more ether oxygen atoms). Also included are unsaturated ethers of the formulas: I ( CH2CF2CF2 ) nOCF = CF2 and ICH2CF2O [CF( CF3 ) CF2O ]nCF = CF2 (wherein n=1 to 3), disclosed in U.S. Patent No. 5,717,036. Also, as disclosed in U.S. Patent 4,694,045, are iodoethylene, 4-iodo-3,3,4,4-tetrafluorobutene-1 (ITFB), 3-chloro-4-iodo-3,4,4-trifluorobutene, 2-iodo-1,1,2,2-tetrafluoro-1-(vinyloxy)ethane, 2-iodo-1-(perfluorovinyloxy)-1,1,-2,2-tetrafluoroethylene, 1,1,2,3,3,3-hexafluoro-2-iodo-1-(perfluorovinyloxy)propane, 2-iodoethyl vinyl ether, 3,3,4,5,5,5-hexafluoro-4-iodopentene, and iodotrifluoroethylene. Additionally, allyl iodide and 2-iodo-perfluoroethyl perfluorovinyl ether are also mentioned.
RCNは、重合性不飽和結合を有する。RCNは、重合反応性の点から、重合性不飽和結合を1個有するのがより好ましい。重合性不飽和結合の具体例としては、炭素原子-炭素原子の二重結合(C=C)、及び、炭素原子-炭素原子の三重結合(C≡C)が挙げられる。 RCN has a polymerizable unsaturated bond. From the viewpoint of polymerization reactivity, it is more preferable for RCN to have one polymerizable unsaturated bond. Specific examples of polymerizable unsaturated bonds include carbon-carbon double bonds (C=C) and carbon-carbon triple bonds (C≡C).
RCNは、離型性及び耐熱性がより優れる点から、式(5)で表される単量体であるのが好ましい。 RCN is preferably a monomer represented by formula (5) because it has superior release properties and heat resistance.
CR51R52=CR53-R54-CN (5)
式(5)中、R51、R52及びR53は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はメチル基であり、
R54は、2価の炭素数1~10のパーフルオロ炭化水素基、又は該パーフルオロ炭化水素基の末端若しくは炭素-炭素結合間にエーテル性酸素原子を有する基である。
RCNの重合反応性が優れる点から、R51、R52及びR53がフッ素原子又は水素原子であるのが好ましく、R51、R52及びR53の全てがフッ素原子であるか又はそれら全てが水素原子であるのがより好ましく、架橋ゴム物品の離型性及び耐熱性がより優れる点から、R51、R52及びR53の全てがフッ素原子であるのが更に好ましい。
R54は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれであってもよく、直鎖状又は分岐鎖状が好ましい。R54の炭素数は、2~8が好ましく、3~7がより好ましく、3~6が更に好ましく、3~5が特に好ましい。
R54は、エーテル性酸素原子を有していても、有していなくてもよく、ゴム物性がより優れる点から、エーテル性酸素原子を有しているのが好ましい。
R54におけるエーテル性酸素原子の数は1~3が好ましく、1又は2がより好ましい。
式(5)で表される単量体の具体例としては、CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2CN(以下、「8CNVE」ともいう。)、CF2=CFO(CF2)5CN(以下、「MV5CN」ともいう。)、CF2=CFOCF2CF2CF2OCF(CF3)CN、及び、CF2=CFO(CF2)3CNが挙げられ、離型性及び耐熱性がより優れる点から、8CNVE又はMV5CNが好ましい。
CR 51 R 52 =CR 53 -R 54 -CN (5)
In formula (5), R 51 , R 52 , and R 53 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, or a methyl group.
R 54 is a divalent perfluorohydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, or a group having an etheric oxygen atom at the terminal or between carbon-carbon bonds of the perfluorohydrocarbon group.
From the viewpoint of excellent polymerization reactivity of RCN , it is preferable that R51 , R52 , and R53 are fluorine atoms or hydrogen atoms, more preferably that all of R51 , R52 , and R53 are fluorine atoms or all of them are hydrogen atoms, and even more preferably that all of R51 , R52 , and R53 are fluorine atoms from the viewpoint of superior mold release properties and heat resistance of the crosslinked rubber article.
R 54 may be linear, branched, or cyclic, with linear or branched being preferred. The number of carbon atoms in R 54 is preferably 2 to 8, more preferably 3 to 7, even more preferably 3 to 6, and particularly preferably 3 to 5.
R 54 may or may not have etheric oxygen atoms, but it is preferable that it has etheric oxygen atoms because it provides superior rubber properties.
The number of etheric oxygen atoms in R 54 is preferably 1 to 3, and more preferably 1 or 2.
Specific examples of monomers represented by formula (5) include CF₂ = CFOCF₂CF ( CF₃ ) OCF₂CF₂CN (hereinafter also referred to as " 8CNVE "), CF₂ = CFO(CF₂) ₅CN (hereinafter also referred to as "MV5CN"), CF₂ = CFOCF₂CF₂CF₂OCF ( CF₃ ) CN, and CF₂ = CFO( CF₂ ) ₃CN . 8CNVE or MV5CN are preferred because they offer superior release properties and heat resistance.
POAVE単位は、化合物(6)に基づく単位である。
CF2=CF(OCF2CF2)n-(OCF2)m-ORf2 (6)
ただし、Rf2は、炭素数1~4のペルフルオロアルキル基であり、nは、0~3の整数であり、mは、0~4の整数であり、n+mは、1~7の整数である。
The POAVE unit is a unit based on compound (6).
CF 2 = CF (OCF 2 CF 2 ) n - (OCF 2 ) m -OR f2 (6)
However, R f2 is a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, n is an integer from 0 to 3, m is an integer from 0 to 4, and n+m is an integer from 1 to 7.
Rf2において、ペルフルオロアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。Rf2の炭素数は、1~3が好ましい。
nが0のとき、mは3又は4が好ましい。nが1のとき、mは2~4の整数が好ましい。nが2又は3のとき、mは0が好ましい。nは、1~3の整数が好ましい。
In R f2 , the perfluoroalkyl group may be linear or branched. The number of carbon atoms in R f2 is preferably 1 to 3.
When n is 0, m is preferably 3 or 4. When n is 1, m is preferably an integer from 2 to 4. When n is 2 or 3, m is preferably 0. n is preferably an integer from 1 to 3.
化合物(6)の具体例としては、下記のものが挙げられる。なお、式の後のカッコ内の記載は、その化合物の略称である。
CF2=CF-OCF2CF2-(OCF2)4-OCF3(C9PEVE)、
CF2=CF-OCF2CF2-(OCF2)2-OCF3(C7PEVE)、
CF2=CF-(OCF2CF2)2-OCF2CF3(EEAVE)、
CF2=CF-(OCF2CF2)3-OCF2CF3 (EEEAVE)、
CF2=CF-OCF2-OCF3、CF2=CF-OCF2-OCF2-OCF3
Specific examples of compound (6) are listed below. The abbreviations in parentheses after each formula indicate the compound.
CF 2 =CF-OCF 2 CF 2 -(OCF 2 ) 4 -OCF 3 (C9PEVE),
CF 2 =CF-OCF 2 CF 2 -(OCF 2 ) 2 -OCF 3 (C7PEVE),
CF 2 =CF-(OCF 2 CF 2 ) 2 -OCF 2 CF 3 (EEAVE),
CF 2 =CF-(OCF 2 CF 2 ) 3 -OCF 2 CF 3 (EEEAVE),
CF 2 =CF-OCF 2 -OCF 3 , CF 2 =CF-OCF 2 -OCF 2 -OCF 3
第2単量体は、TFEを含むことが好ましい。また、第2単量体はTFE及びPAVEのみからなるか、又は、TFE及びPAVEを含み、かつ、他の単量体を含むことが好ましい。他の単量体としては、上述のBO、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子からなる群から選択される少なくとも1種の原子を1個以上有する単量体、及び、RCNからなる群から選択される少なくとも1種の単量体を含むことが好ましい。 The second monomer preferably contains TFE. Furthermore, the second monomer preferably consists only of TFE and PAVE, or contains TFE and PAVE, and also contains other monomers. The other monomers preferably include a monomer having at least one atom selected from the group consisting of BO, chlorine, bromine, and iodine, and at least one monomer selected from the group consisting of RCN .
TFEの使用量は、第2含フッ素重合体を製造するために使用する全ての第2単量体の合計量に対して、5~80モル%が好ましく、20~75モル%がより好ましく、50~75モル%が更に好ましい。
PAVEの使用量は、第2含フッ素重合体を製造するために使用する全ての第2単量体の合計量に対して、20~95モル%が好ましく、25~80モル%がより好ましく、25~50モル%が更に好ましい。
第2単量体としてTFE及びPAVEを用いる場合も、TFE及びPAVEの好適な使用量はそれぞれ同様である。
TFE及びPAVEの使用量は、第2含フッ素重合体を製造するために使用する全ての第2単量体の合計量に対して、95.0~100.0モル%が好ましく、97.0~100.0モル%がより好ましく、99.0~100.0モル%が更に好ましい。
他の単量体の使用量は、第2単量体の使用量に対して、0~5.0モル%が好ましく、0~3モル%がより好ましく、0~1モル%が更に好ましい。
第2単量体の使用量は、上記第1水性分散液に含まれる水性媒体の使用量100質量部に対して、1~80質量部が好ましく、1~70質量部がより好ましく、1~65質量部が更に好ましい。
The amount of TFE used is preferably 5 to 80 mol%, more preferably 20 to 75 mol%, and even more preferably 50 to 75 mol%, relative to the total amount of all secondary monomers used to produce the secondary fluorine polymer.
The amount of PAVE used is preferably 20 to 95 mol%, more preferably 25 to 80 mol%, and even more preferably 25 to 50 mol%, relative to the total amount of all secondary monomers used to produce the secondary fluorine polymer.
When TFE and PAVE are used as the second monomer, the preferred amounts of TFE and PAVE used are the same.
The amount of TFE and PAVE used is preferably 95.0 to 100.0 mol%, more preferably 97.0 to 100.0 mol%, and even more preferably 99.0 to 100.0 mol%, based on the total amount of all secondary monomers used to produce the secondary fluorine polymer.
The amount of other monomers used is preferably 0 to 5.0 mol%, more preferably 0 to 3 mol%, and even more preferably 0 to 1 mol%, relative to the amount of the second monomer used.
The amount of the second monomer used is preferably 1 to 80 parts by mass, more preferably 1 to 70 parts by mass, and even more preferably 1 to 65 parts by mass, based on 100 parts by mass of the aqueous medium used in the first aqueous dispersion.
<重合開始剤>
第2含フッ素重合体の製造方法は、重合開始剤を用いて第2単量体を重合することが好ましい。
重合開始剤としては、油溶性ラジカル開始剤、水溶性ラジカル開始剤、又は、水溶性酸化還元系触媒が好ましい。
油溶性ラジカル開始剤の具体例としては、tert-ブチルパーオキシピバレート(以下、「PBPV」ともいう。)、及び、ジイソプロピルペルオキシジカーボネート(以下、「IPP」ともいう。)等の油溶性有機過酸化物が挙げられる。
水溶性ラジカル開始剤の具体例としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩、ジコハク酸過酸化物、ビスグルタル酸過酸化物、及び、tert-ブチルヒドロペルオキシド(以下、「TBHP」ともいう。)等の水溶性有機過酸化物が挙げられる。
水溶性酸化還元系触媒としては、臭素酸又はその塩、塩素酸又はその塩、過硫酸又はその塩、過マンガン酸又はその塩、過酸化水素等の酸化剤と、亜硫酸又はその塩、亜硫酸水素又はその塩、チオ硫酸又はその塩、有機酸、無機塩等の還元剤と、の組み合わせが好ましい。過硫酸塩としては、過硫酸カリウム、又は、過硫酸アンモニウムが好ましい。亜硫酸塩としては、亜硫酸ナトリウムが好ましい。無機塩としては、硫酸アニオン、亜硫酸アニオン又は塩化物アニオンと、金属イオンとの組み合わせが挙げられる。金属イオンとしては、遷移金属が好ましく、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、セリウム及び銀イオンが挙げられ、鉄イオンが好ましい。無機塩としては、硫酸鉄(II)が好ましい。
重合開始剤は、油溶性ラジカル開始剤、又は、水溶性ラジカル開始剤が好ましく、含フッ素重合体をより効率よく製造できる点から、水溶性ラジカル開始剤がより好ましく、過硫酸塩が更に好ましい。
重合開始剤は、2種以上を併用してもよい。
<Polymerization Initiator>
In the method for producing the second fluorine-containing polymer, it is preferable to polymerize the second monomer using a polymerization initiator.
Preferred polymerization initiators are oil-soluble radical initiators, water-soluble radical initiators, or water-soluble redox catalysts.
Specific examples of oil-soluble radical initiators include oil-soluble organic peroxides such as tert-butyl peroxypivalate (hereinafter also referred to as "PBPV") and diisopropyl peroxydicarbonate (hereinafter also referred to as "IPP").
Specific examples of water-soluble radical initiators include persulfates such as ammonium persulfate and potassium persulfate, disuccinic acid peroxide, bisglutaric acid peroxide, and water-soluble organic peroxides such as tert-butyl hydroperoxide (hereinafter also referred to as "TBHP").
As a water-soluble redox catalyst, a combination of an oxidizing agent such as bromate or its salt, chloric acid or its salt, persulfate or its salt, permanganate or its salt, or hydrogen peroxide, and a reducing agent such as sulfurous acid or its salt, bisulfite or its salt, thiosulfate or its salt, organic acid, or inorganic salt is preferred. As persulfates, potassium persulfate or ammonium persulfate is preferred. As sulfites, sodium sulfite is preferred. As inorganic salts, combinations of sulfate anions, sulfite anions or chloride anions, and metal ions are examples. As metal ions, transition metals are preferred, including manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, cerium, and silver ions, with iron ions being preferred. As inorganic salts, iron(II) sulfate is preferred.
The polymerization initiator is preferably an oil-soluble radical initiator or a water-soluble radical initiator, with water-soluble radical initiators being more preferred and persulfates being even more preferred, as they allow for more efficient production of fluorine-containing polymers.
Two or more polymerization initiators may be used in combination.
<工程>
第2含フッ素重合体の製造方法は、上記第1水性分散液中において上記第2単量体を重合して、第2含フッ素重合体を製造する。
第2単量体を重合する方法としては、上述の第1単量体を重合する方法が挙げられる。
<Process>
The method for producing the second fluorine-containing polymer involves polymerizing the second monomer in the first aqueous dispersion to produce the second fluorine-containing polymer.
One method for polymerizing the second monomer is the method of polymerizing the first monomer as described above.
第2単量体の重合は、フッ素原子を有する乳化剤が実質的に存在しない下で実施することが好ましい。
第2単量体の重合は、フッ素原子を有する乳化剤とフッ素原子を有さない乳化剤とが、実質的に存在しない下で実施することがより好ましい。
乳化剤としては、上述した乳化剤が挙げられる。
乳化剤が実質的に存在しないとは、第2含フッ素重合体の製造方法において、乳化剤の含有量が、第1水性分散液の全質量に対して、10質量ppm以下であることを意味し、150質量ppb以下が好ましく、50質量ppb以下がより好ましい。下限は0質量ppbである。
Polymerization of the second monomer is preferably carried out in the absence of substantially any emulsifier containing fluorine atoms.
Polymerization of the second monomer is more preferably carried out in the absence of substantially both fluorine-containing and fluorine-free emulsifiers.
Examples of emulsifiers include those mentioned above.
The term "substantially absent emulsifier" means that, in the method for producing the second fluorine-containing polymer, the emulsifier content is 10 ppm by mass or less, preferably 150 ppb by mass or less, and more preferably 50 ppb by mass or less, relative to the total mass of the first aqueous dispersion. The lower limit is 0 ppb by mass.
第2含フッ素重合体の製造方法では、第2含フッ素重合体の粒子が生成する。具体的には、第2含フッ素重合体の製造方法によって、第2含フッ素重合体の粒子が上記水性媒体中に分散した第2水性分散液が得られる。In the method for producing the second fluorine-containing polymer, particles of the second fluorine-containing polymer are generated. Specifically, the method for producing the second fluorine-containing polymer yields a second aqueous dispersion in which particles of the second fluorine-containing polymer are dispersed in the aqueous medium.
(第2含フッ素重合体)
第2含フッ素重合体は、上述の第2含フッ素重合体の製造方法によって製造される含フッ素重合体である。
(Second fluoropolymer)
The second fluorine-containing polymer is a fluorine-containing polymer produced by the method for producing the second fluorine-containing polymer described above.
第2含フッ素重合体は、粒子の形態であってもよい。
第2含フッ素重合体の粒子は、第1含フッ素重合体を含んでいてもよく、第1含フッ素重合体を含んでいてなくてもよい。
第2含フッ素重合体の粒子の平均粒子径は、500nm以下であることが好ましく、粒子の分散安定性の点から、400nm以下がより好ましく、350nm以下が更に好ましく、300nm以下が特に好ましい。下限は、10nm以上が好ましく、30nm以上がより好ましく、50nm以上が更に好ましい。
第2含フッ素重合体の粒子の平均粒子径は、第1含フッ素重合体の粒子の平均粒子径と同様の方法で測定できる。
The second fluorine-containing polymer may also be in the form of particles.
The particles of the second fluorine-containing polymer may contain the first fluorine-containing polymer, or they may not contain the first fluorine-containing polymer.
The average particle size of the particles of the second fluorine-containing polymer is preferably 500 nm or less, more preferably 400 nm or less, even more preferably 350 nm or less, and particularly preferably 300 nm or less, from the viewpoint of particle dispersion stability. The lower limit is preferably 10 nm or more, more preferably 30 nm or more, and even more preferably 50 nm or more.
The average particle size of the second fluorine-containing polymer can be measured using the same method as the average particle size of the first fluorine-containing polymer.
第2含フッ素重合体の粒子数は、0.5×1014個/mL以上が好ましく、1.0×1014個/mL以上が好ましく、2.0×1014個/mL以上がより好ましく、3.0×1014個/mL以上が更に好ましく、5.0×1014個/mL以上が特に好ましい。上限は、10.0×1015個/mL以下が好ましい。
第2含フッ素重合体の粒子数は、第2水性分散液1mLあたりの粒子数である。上記粒子数の測定方法は、例えば、実施例欄で示す測定方法が挙げられる。
The number of particles of the second fluorine-containing polymer is preferably 0.5 × 10¹⁴ particles/mL or more, preferably 1.0 × 10¹⁴ particles/mL or more, more preferably 2.0 × 10¹⁴ particles/mL or more, even more preferably 3.0 × 10¹⁴ particles/mL or more, and particularly preferably 5.0 × 10¹⁴ particles/mL or more. The upper limit is preferably 10.0 × 10¹⁵ particles/mL or less.
The number of particles of the second fluorine-containing polymer is the number of particles per 1 mL of the second aqueous dispersion. An example of a method for measuring the above particle count is the method shown in the Examples section.
第2含フッ素重合体は、融点を有さないことが好ましい。
融点を有さないとは、示差走査熱量計を用いて第2含フッ素重合体の融点を測定した際に、融解ピークが観測されないことを意味し、具体的には150℃以上の温度範囲(好ましくは150~330℃の温度範囲)に融解ピークが観測されないことを意味する。なお、ガラス転移ピークは、上記融解ピークには該当しない。
具体的な融点の測定方法としては、実施例欄で示す測定方法が挙げられる。
The second fluorine-containing polymer preferably has no melting point.
"Having no melting point" means that when the melting point of the second fluorine-containing polymer is measured using a differential scanning calorimeter, no melting peak is observed. Specifically, this means that no melting peak is observed in the temperature range of 150°C or higher (preferably in the temperature range of 150°C to 330°C). Note that the glass transition peak does not fall under the category of a melting peak.
Specific methods for measuring the melting point include those shown in the Examples section.
第2含フッ素重合体の1質量%熱重量減少温度は、350℃以上が好ましく、375℃以上がより好ましく、380℃以上が更に好ましい。上限は、600℃以下が好ましい。 1質量%熱重量減少温度は、例えば、熱重量分析装置を用いて測定できる。具体的な1質量%熱重量減少温度の測定方法としては、実施例欄で示す測定方法が挙げられる。The 1% by mass thermogravimetric temperature of the second fluorine-containing polymer is preferably 350°C or higher, more preferably 375°C or higher, and even more preferably 380°C or higher. The upper limit is preferably 600°C or lower. The 1% by mass thermogravimetric temperature can be measured, for example, using a thermogravimetric analyzer. Specific methods for measuring the 1% by mass thermogravimetric temperature are shown in the Examples section.
第2含フッ素重合体は、第2単量体に基づく単位を有する。
第2単量体は、上述したとおりであり、好適態様も同じである。
TFE単位は、第2含フッ素重合体の全単位に対して、5~80モル%が好ましく、20~75モル%がより好ましく、50~75モル%が更に好ましい。
PAVE単位は、第2含フッ素重合体の全単位に対して、20~95モル%が好ましく、25~80モル%がより好ましく、25~50モル%が更に好ましい。
TFE単位及びPAVE単位は、第2含フッ素重合体の全単位に対して、99.0~100.0モル%が好ましく、99.5~100.0モル%がより好ましく、99.9~100.0モル%が更に好ましい。
他の単量体の単位は、第2含フッ素重合体の全単位に対して、0~90モル%が好ましく、0~80モル%がより好ましく、0~70モル%が更に好ましい。
The second fluorine-containing polymer has units based on the second monomer.
The second monomer is as described above, and the preferred embodiment is the same.
The amount of TFE units is preferably 5 to 80 mol%, more preferably 20 to 75 mol%, and even more preferably 50 to 75 mol%, relative to the total units of the second fluorine-containing polymer.
The amount of PAVE units is preferably 20 to 95 mol%, more preferably 25 to 80 mol%, and even more preferably 25 to 50 mol%, relative to the total units of the second fluorine-containing polymer.
The TFE units and PAVE units are preferably in an amount of 99.0 to 100.0 mol%, more preferably 99.5 to 100.0 mol%, and even more preferably 99.9 to 100.0 mol%, relative to the total units of the second fluorine-containing polymer.
The other monomer units are preferably in an amount of 0 to 90 mol%, more preferably 0 to 80 mol%, and even more preferably 0 to 70 mol%, relative to the total units of the second fluorine-containing polymer.
[第2水性分散液]
第2水性分散液は、第2含フッ素重合体の製造方法によって得られる水性分散液である。
第2水性分散液は、含フッ素重合体の粒子(以下、「特定粒子」ともいう。)及び水性媒体を含む、水性分散液であることが好ましい。
なかでも、第2水性分散液は、フッ素原子を有する水溶性の乳化剤を実質的に含まず、かつ、特定粒子及び水性媒体を含む、水性分散液であって、特定粒子数が、0.5×1014個/mL以上であり、特定粒子の平均粒子径が、500nm以下であり、含フッ素重合体がテトラフルオロエチレンに基づく単位と、パーフルオロアルキルビニルエーテルに基づく単位とを有し、含フッ素重合体が融点を有さない、水性分散液であることが好ましい。
さらに、第2水性分散液は、フッ素原子を有する水溶性の乳化剤及びフッ素原子を有さない水溶性の乳化剤を実質的に含まず、かつ、特定粒子及び水性媒体を含む、水性分散液であって、特定粒子数が、0.5×1014個/mL以上であり、特定粒子の平均粒子径が、500nm以下であり、含フッ素重合体がテトラフルオロエチレンに基づく単位と、パーフルオロアルキルビニルエーテルに基づく単位とを有し、含フッ素重合体が融点を有さない、水性分散液であることが好ましい。
[Second aqueous dispersion]
The second aqueous dispersion is an aqueous dispersion obtained by the method for producing the second fluorine-containing polymer.
The second aqueous dispersion is preferably an aqueous dispersion containing particles of a fluorine-containing polymer (hereinafter also referred to as "specific particles") and an aqueous medium.
In particular, the second aqueous dispersion is preferably an aqueous dispersion that substantially does not contain a water-soluble emulsifier having fluorine atoms, and contains specific particles and an aqueous medium, wherein the number of specific particles is 0.5 × 10¹⁴ particles/mL or more, the average particle diameter of the specific particles is 500 nm or less, the fluorine-containing polymer has units based on tetrafluoroethylene and units based on perfluoroalkyl vinyl ether, and the fluorine-containing polymer does not have a melting point.
Furthermore, the second aqueous dispersion is preferably an aqueous dispersion that substantially does not contain water-soluble emulsifiers having fluorine atoms or water-soluble emulsifiers not having fluorine atoms, and contains specific particles and an aqueous medium, wherein the number of specific particles is 0.5 × 10¹⁴ particles/mL or more, the average particle diameter of the specific particles is 500 nm or less, the fluorine-containing polymer has units based on tetrafluoroethylene and units based on perfluoroalkyl vinyl ether, and the fluorine-containing polymer does not have a melting point.
フッ素原子を有する水溶性の乳化剤は、上述の本製造方法におけるフッ素原子を有する水溶性の乳化剤が挙げられる。
フッ素原子を有する水溶性の乳化剤を実質的に含まないとは、フッ素原子を有する水溶性の乳化剤の含有量が、第2水性分散液の全質量に対して、10質量ppm以下であることを意味し、150質量ppb以下が好ましく、50質量ppb以下がより好ましい。下限は0質量ppbである。
また、フッ素原子を有さない水溶性の乳化剤を実質的に含まないことも好ましい。フッ素原子を有さない水溶性の乳化剤は、上述の本製造方法におけるフッ素原子を有さない水溶性の乳化剤が挙げられる。
フッ素原子を有さない水溶性の乳化剤を実質的に含まないとは、フッ素原子を有さない水溶性の乳化剤の含有量が、第2水性分散液の全質量に対して、10質量ppm以下であることを意味し、150質量ppb以下が好ましく、50質量ppb以下がより好ましい。下限は、0質量ppbが挙げられる。
また、フッ素原子を有する水溶性の乳化剤及びフッ素原子を有さない水溶性の乳化剤を実質的に含まないことも好ましい。フッ素原子を有する水溶性の乳化剤は、上述の本製造方法におけるフッ素原子を有する水溶性の乳化剤が挙げられる。フッ素原子を有さない水溶性の乳化剤は、上述の本製造方法におけるフッ素原子を有さない水溶性の乳化剤が挙げられる。
フッ素原子を有する水溶性の乳化剤及びフッ素原子を有さない水溶性の乳化剤を実質的に含まないとは、フッ素原子を有する水溶性の乳化剤及びフッ素原子を有さない水溶性の乳化剤の合計含有量が、第2水性分散液の全質量に対して、10質量ppm以下であることを意味し、150質量ppb以下が好ましく、50質量ppb以下がより好ましい。下限は、0質量ppbが挙げられる。
Examples of water-soluble emulsifiers containing fluorine atoms include the water-soluble emulsifiers containing fluorine atoms described in the above-mentioned manufacturing method.
"Substantially free of water-soluble emulsifiers containing fluorine atoms" means that the content of water-soluble emulsifiers containing fluorine atoms is 10 ppm by mass or less, relative to the total mass of the second aqueous dispersion, preferably 150 ppb by mass or less, and more preferably 50 ppb by mass or less. The lower limit is 0 ppb by mass.
Furthermore, it is preferable that the product substantially does not contain water-soluble emulsifiers that do not contain fluorine atoms. Examples of water-soluble emulsifiers that do not contain fluorine atoms include the water-soluble emulsifiers that do not contain fluorine atoms in the above-described manufacturing method.
"Substantially free of water-soluble emulsifiers that do not contain fluorine atoms" means that the content of water-soluble emulsifiers that do not contain fluorine atoms is 10 ppm by mass or less, relative to the total mass of the second aqueous dispersion, preferably 150 ppb by mass or less, and more preferably 50 ppb by mass or less. The lower limit is 0 ppb by mass.
Furthermore, it is preferable that the product substantially does not contain water-soluble emulsifiers containing fluorine atoms or water-soluble emulsifiers that do not contain fluorine atoms. Examples of water-soluble emulsifiers containing fluorine atoms include the water-soluble emulsifiers containing fluorine atoms in the above-described manufacturing method. Examples of water-soluble emulsifiers that do not contain fluorine atoms include the water-soluble emulsifiers that do not contain fluorine atoms in the above-described manufacturing method.
"Substantially free of water-soluble emulsifiers containing fluorine atoms and water-soluble emulsifiers not containing fluorine atoms" means that the total content of water-soluble emulsifiers containing fluorine atoms and water-soluble emulsifiers not containing fluorine atoms is 10 ppm by mass or less, preferably 150 ppb by mass or less, and more preferably 50 ppb by mass or less, relative to the total mass of the second aqueous dispersion. The lower limit is 0 ppb by mass.
<特定粒子>
特定粒子は、上述の第2含フッ素重合体の粒子であることが好ましい。
特定粒子が第2含フッ素重合体を含む場合、特定粒子は、第1含フッ素重合体を含んでいてもよく、第1含フッ素重合体を含んでいてなくてもよい。
第2水性分散液は、特定粒子の他に、第1含フッ素重合体の粒子を更に含んでいてもよい。
<Specific particles>
The specific particles are preferably particles of the second fluorine-containing polymer described above.
If the specific particles contain a second fluorine-containing polymer, the specific particles may also contain a first fluorine-containing polymer, or they may not contain a first fluorine-containing polymer.
The second aqueous dispersion may further contain particles of the first fluorine-containing polymer in addition to the specific particles.
特定粒子数は0.5×1014個/mL以上であり、かつ、粒子の平均粒子径が500nm以下であることが好ましい。
特定粒子数及び平均粒子径の好適態様は、第2含フッ素重合体の粒子数及び平均粒子径の好適態様と同じである。
It is preferable that the specific particle count is 0.5 × 10¹⁴ particles/mL or more, and the average particle diameter is 500 nm or less.
The preferred configurations for the specific number of particles and average particle diameter are the same as the preferred configurations for the number of particles and average particle diameter of the second fluorine-containing polymer.
本発明の第1水性分散液中及び第2水性分散液中で製造される含フッ素重合体は、TFE単位及びPAVE単位を含み、融点を有さないことが好ましい。
含フッ素重合体が含むTFE単位及びPAVE単位、並びに、他の単位は、第1含フッ素重合体及び第2含フッ素重合体含み得る各単位が挙げられ、好適態様(種類及びその含有量)は同じである。
「融点を有さない」の意味は、上述したとおりである。
The fluorine-containing polymer produced in the first aqueous dispersion and the second aqueous dispersion of the present invention preferably contains TFE units and PAVE units and has no melting point.
The TFE units and PAVE units contained in the fluorine-containing polymer, as well as other units, include the units that can be contained in the first fluorine-containing polymer and the second fluorine-containing polymer, and the preferred embodiments (types and their content) are the same.
The meaning of "having no melting point" is as described above.
特定粒子の含有量は、第2水性分散液の全質量に対して、特定粒子の分散安定性の点で、1~50質量%が好ましく、1~45質量%がより好ましく、1~40質量%が更に好ましい。The content of specific particles is preferably 1 to 50% by mass, more preferably 1 to 45% by mass, and even more preferably 1 to 40% by mass, relative to the total mass of the second aqueous dispersion, in terms of the dispersion stability of the specific particles.
<水性媒体>
第2水性分散液に含まれる水性媒体の具体例は、上述の本製造方法における水性媒体の具体例と同様である。
水性媒体の含有量は、第2水性分散液の全質量に対して、特定粒子の分散安定性の点で、50~99質量%が好ましく、50~90質量%がより好ましく、50~80質量%が更に好ましい。
<固体組成物>
本発明の第1水性分散液中又は第2水性分散液中で製造される、融点を有さない含フッ素重合体を含む固体組成物であって、
固体組成物がTFEに基づく単位を有し、
フッ素原子を有する乳化剤の含有量が、前記固体組成物の全質量に対して1500質量ppb以下であり、
式(S1)で表される化合物の含有量が、前記固体組成物の全質量に対して1500質量ppb以下であり、
式(S3)で表される化合物の含有量が、前記固体組成物の全質量に対して100質量ppb以下である。
H-(CF2)n1-COOMS (S1)
式(S1)中、
n1は、3~13の整数であり、
MSは、水素原子、Na、K又はNH4である。
H-(CF2)n2-SO3MS (S3)
式(S3)中、
n2は、4~10の整数であり、
MSは、水素原子、Na、K又はNH4である。
各含有量の測定方法としては、実施例記載の測定方法が挙げられる。
<Aqueous medium>
Specific examples of the aqueous medium contained in the second aqueous dispersion are the same as the specific examples of the aqueous medium in the present manufacturing method described above.
The content of the aqueous medium is preferably 50 to 99% by mass, more preferably 50 to 90% by mass, and even more preferably 50 to 80% by mass, relative to the total mass of the second aqueous dispersion, in terms of the dispersion stability of specific particles.
<Solid composition>
A solid composition comprising a fluorine-containing polymer having no melting point, which is produced in the first aqueous dispersion or the second aqueous dispersion of the present invention,
The solid composition has units based on TFE,
The content of the emulsifier having fluorine atoms is 1500 ppb by mass or less relative to the total mass of the solid composition.
The content of the compound represented by formula (S1) is 1500 ppb by mass or less relative to the total mass of the solid composition.
The content of the compound represented by formula (S3) is 100 ppb by mass or less relative to the total mass of the solid composition.
H-(CF 2 ) n1 -COOM S (S1)
In formula (S1),
n1 is an integer between 3 and 13.
M S is a hydrogen atom, Na, K, or NH4 .
H-(CF 2 ) n2 -SO 3 M S (S3)
In formula (S3),
n² is an integer between 4 and 10.
M S is a hydrogen atom, Na, K, or NH4 .
The measurement methods described in the examples are examples of methods for measuring each content.
本固体組成物とは、固形分質量が99質量%以上である組成物を意味する。
ここで、固形分質量は、加熱前後の質量に基づいて以下の方法によって算出される。
固体組成物2.0gを170℃で20分間加熱した後、残渣の質量を秤量して、下記式によって固形分質量を算出する。
固形分質量(質量%)=100×(残渣の質量)/(固体組成物の質量)
This solid composition refers to a composition in which the solid content mass is 99% by mass or more.
Here, the solid content mass is calculated based on the mass before and after heating using the following method.
After heating 2.0 g of the solid composition at 170°C for 20 minutes, the mass of the residue is weighed, and the mass of solids is calculated using the following formula.
Solid content mass (mass%) = 100 × (mass of residue) / (mass of solid composition)
本固体組成物は、上述の第1水性分散液又は第2水性分散液中で製造される含フッ素重合体を凝集することによって得られることが好ましい。
本固体組成物に含まれる含フッ素重合体の好適態様は、上述の第1水性分散液又は第2水性分散液中に含まれる含フッ素重合体の好適態様と同様である。
すなわち、本固体組成物に含まれる含フッ素重合体は、上述の第1含フッ素重合体又は第2含フッ素重合体であることが好ましい。第2含フッ素重合体は、第1含フッ素重合体を含んでいてよい。
本固体組成物には、TFEに基づく単位を有する融点を有さない第1含フッ素重合体又は第2含フッ素重合体を含有する。前記融点を有さない第1含フッ素重合体又は第2含フッ素重合体は、TFEに基づく単位及びPAVAに基づく単位を含有することが好ましい。
含フッ素重合体の含有量は、本固体組成物の全質量に対して、99.0~100質量%が好ましく、99.5~100質量%がより好ましく、99.8~100質量%が更に好ましい。
The solid composition is preferably obtained by agglomerating a fluorine-containing polymer produced in the first aqueous dispersion or the second aqueous dispersion described above.
The preferred embodiment of the fluorine-containing polymer contained in this solid composition is the same as the preferred embodiment of the fluorine-containing polymer contained in the first aqueous dispersion or the second aqueous dispersion described above.
In other words, the fluorine-containing polymer contained in this solid composition is preferably the first fluorine-containing polymer or the second fluorine-containing polymer described above. The second fluorine-containing polymer may contain the first fluorine-containing polymer.
This solid composition contains a first fluorine-containing polymer or a second fluorine-containing polymer that has no melting point and has units based on TFE. Preferably, the first fluorine-containing polymer or the second fluorine-containing polymer that has no melting point contains units based on TFE and units based on PAVA.
The content of the fluorine-containing polymer is preferably 99.0 to 100% by mass, more preferably 99.5 to 100% by mass, and even more preferably 99.8 to 100% by mass, based on the total mass of the solid composition.
本固体組成物中において、フッ素原子を有する乳化剤の含有量は、固体組成物の全質量に対して、1500質量ppb以下であり、1000質量ppb以下が好ましく、900質量ppb以下がより好ましく、850質量ppb以下が特に好ましい。
なお、フッ素原子を有する乳化剤の具体例は上述の通りである。
本固体組成物中において、フッ素原子を有さない乳化剤は実質的に含まない。フッ素原子を有さない乳化剤を実質的に含まないとは、フッ素原子を有さない乳化剤の含有量が、固体組成物全質量に対して、10質量ppm以下であることを意味し、5質量ppm以下が好ましく、150質量ppb以下がより好ましく、50質量ppb以下が更に好ましい。下限は0質量ppbである。
なお、フッ素原子を有さない乳化剤の具体例は上述の通りである。
In this solid composition, the content of the emulsifier having fluorine atoms is 1500 ppb by mass or less, preferably 1000 ppb by mass or less, more preferably 900 ppb by mass or less, and particularly preferably 850 ppb by mass or less, based on the total mass of the solid composition.
Specific examples of emulsifiers containing fluorine atoms are as described above.
This solid composition is substantially free of emulsifiers that do not contain fluorine atoms. "Substantially free of emulsifiers that do not contain fluorine atoms" means that the content of emulsifiers that do not contain fluorine atoms is 10 ppm by mass or less, preferably 5 ppm by mass or less, more preferably 150 ppb by mass or less, and even more preferably 50 ppb by mass or less, with a lower limit of 0 ppb by mass.
Specific examples of emulsifiers that do not contain fluorine atoms are as described above.
本固体組成物は式(S1)で表される化合物の含有量が、前記固体組成物の全質量に対して1500質量ppb以下であり、1000質量ppb以下が好ましく、900質量ppb以下がより好ましく、850質量ppb以下が特に好ましい。
本固体組成物は式(S3)で表される化合物の含有量が、前記固体組成物の全質量に対して100質量ppb以下であり、50質量ppb以下が好ましく、25質量ppb以下がより好ましく、10質量ppb以下が更に好ましく、0質量ppbが特に好ましい。
第1水性分散液に含まれる第1含フッ素重合体の製造時、及び、第2水性分散液に含まれる第2含フッ素重合体の製造時に乳化剤を使用しない場合には、式(S1)、式(S3)で表される化合物の発生量を抑制できるので、本固体組成物中におけるこれらの化合物の含有量の調整が容易になる。
The solid composition contains a compound represented by formula (S1) at a concentration of 1500 ppb by mass or less, preferably 1000 ppb by mass or less, more preferably 900 ppb by mass or less, and particularly preferably 850 ppb by mass or less, relative to the total mass of the solid composition.
The solid composition contains a compound represented by formula (S3) in an amount of 100 ppb by mass or less, preferably 50 ppb by mass or less, more preferably 25 ppb by mass or less, even more preferably 10 ppb by mass or less, and particularly preferably 0 ppb by mass.
When emulsifiers are not used during the production of the first fluorine-containing polymer contained in the first aqueous dispersion and the second fluorine-containing polymer contained in the second aqueous dispersion, the amount of compounds represented by formulas (S1) and (S3) can be suppressed, making it easier to adjust the content of these compounds in the solid composition.
本固体組成物は、金属含有量が固体組成物の固形分全量に対して、50質量ppm未満が好ましく、10質量ppm以下がより好ましく、5質量ppm以下が特に好ましい。
金属の含有量が50質量ppm未満であることで、得られる固体組成物の表面平滑性がより向上する。
The metal content of this solid composition is preferably less than 50 ppm by mass, more preferably 10 ppm by mass or less, and particularly preferably 5 ppm by mass or less, based on the total amount of solids in the solid composition.
By having a metal content of less than 50 ppm by mass, the surface smoothness of the resulting solid composition is further improved.
<用途>
第2水性分散液は、上述したように、フッ素原子を有する乳化剤等の乳化剤を必須としないため、溶媒置換により例えばN-メチルピロリドン、アセトン等の有機溶媒の分散液とすることも容易である。
例えば、第2水性分散液を有機溶媒と混合し、蒸発又は無水硫酸ナトリウム等を用いて脱水することにより、有機溶媒の分散液とすることができる。
<Application>
As mentioned above, the second aqueous dispersion does not require emulsifiers such as emulsifiers containing fluorine atoms, and therefore can be easily converted into a dispersion of organic solvents such as N-methylpyrrolidone or acetone by solvent substitution.
For example, the second aqueous dispersion can be mixed with an organic solvent and dehydrated by evaporation or using anhydrous sodium sulfate or the like to obtain a dispersion of the organic solvent.
第2水性分散液は、乳化剤を含まなくても含フッ素重合体が安定して分散する。そのため、コーティング用途、バインダー等に好適に使用できる。The second aqueous dispersion allows for stable dispersion of fluorine-containing polymers even without the presence of emulsifiers. Therefore, it is suitable for use in coating applications, binders, and the like.
また、第1水性分散液から第1含フッ素重合体を凝集させること、又は、第2水性分散液から特定粒子を凝集させることにより、特定粒子の固体を得ることができる。更に、凝集により得られた特定粒子の固体を、公知の方法により適宜成形することができる。成形方法としては、射出成形、押出成形、共押出成形、ブロー成形、圧縮成形、インフレーション成形、トランスファー成形、カレンダー成形等が挙げられる。Furthermore, a solid of specific particles can be obtained by agglomerating a first fluorine-containing polymer from a first aqueous dispersion, or by agglomerating specific particles from a second aqueous dispersion. The solid of specific particles obtained by agglomeration can then be appropriately molded by known methods. Examples of molding methods include injection molding, extrusion molding, co-extrusion molding, blow molding, compression molding, inflation molding, transfer molding, and calendering.
凝集方法としては、凍結凝集、酸凝集、塩基凝集、機械凝集及び凝析剤を用いた凝集が挙げられるが、これに限られない。
凍結凝集の場合、凝集温度は-20~0℃が好ましい。凝集時間は1時間以上が好ましく、2時間以上がより好ましい。
酸凝集の場合、酸を含む溶液を第2水性分散液に添加する方法が好ましい。添加する酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、シュウ酸、フッ化水素酸が挙げられ、硝酸が好ましい。酸を含む溶液中の酸の濃度は0.1~50質量%が好ましく、1~30質量%がより好ましく、1~10質量%が更に好ましい。
塩基凝集としては、塩基を含む溶液を第2水性分散液に添加する方法が好ましい。添加する塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸アンモニウム等が挙げられ、水酸化ナトリウムが好ましい。塩基を含む溶液中の塩基の濃度は0.1~50質量%が好ましく、1~30質量%がより好ましく、1~10質量%が更に好ましい。
凝析剤による凝集としては、公知の凝析剤が使用できる。公知の凝析剤としては、アルミニウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩が挙げられる。具体的には、硫酸アルミニウム、一般式M’Al(SO4)2・12H2O〔式中、M’はリチウム以外の一価カチオンである。〕で表されるミョウバン、硝酸カルシウム、硫酸マグネシウムが挙げられ、ミョウバンが好ましく、Mがカリウムであるカリミョウバンがより好ましい。
凝集方法としては、凝集が特に進みやすいことから塩基凝集が好ましい。
Methods of coagulation include, but are not limited to, freeze coagulation, acid coagulation, base coagulation, mechanical coagulation, and coagulation using coagulants.
In the case of freeze-coagulation, the coagulation temperature is preferably -20 to 0°C. The coagulation time is preferably 1 hour or more, and more preferably 2 hours or more.
In the case of acid agglutination, it is preferable to add an acid-containing solution to a second aqueous dispersion. Examples of acids to be added include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, oxalic acid, and hydrofluoric acid, with nitric acid being preferred. The concentration of the acid in the acid-containing solution is preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 1 to 30% by mass, and even more preferably 1 to 10% by mass.
For base aggregation, a method of adding a solution containing a base to a second aqueous dispersion is preferred. Examples of bases to be added include sodium hydroxide, potassium hydroxide, and ammonium carbonate, with sodium hydroxide being preferred. The concentration of the base in the solution containing the base is preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 1 to 30% by mass, and even more preferably 1 to 10% by mass.
For aggregation using a coagulant, known coagulants can be used. Known coagulants include aluminum salts, calcium salts, and magnesium salts. Specifically, these include aluminum sulfate, alum represented by the general formula M'Al( SO₄ ) ₂ · 12H₂O [wherein M' is a monovalent cation other than lithium], calcium nitrate, and magnesium sulfate. Alum is preferred, and potassium alum, where M is potassium, is more preferred.
As for the aggregation method, base aggregation is preferred because it is particularly easy to achieve.
以下、例を挙げて本発明を詳細に説明する。例1~例5及び例7~例11は実施例であり、例6は比較例である。ただし、本発明はこれらの例に限定されない。The present invention will be described in detail below with reference to examples. Examples 1 to 5 and Examples 7 to 11 are embodiments, and Example 6 is a comparative example. However, the present invention is not limited to these examples.
[測定及び評価方法]
各種測定方法及び評価方法は下記のとおりである。
[Measurement and evaluation methods]
The various measurement and evaluation methods are as follows.
<第1含フッ素重合体及び第2含フッ素重合体の粒子の平均粒子径>
後述の各例の第1水性分散液を25℃で5分間脱気し、窒素ガスを0.2MPaGまで加圧した後にパージし、大気圧に戻して測定サンプルを得た。得られた測定サンプルの平均粒子径を動的光散乱法粒子径分布測定装置(大塚電子株式会社、ELSZ)を用いて積算回数100回に設定して測定し、各水性分散液中の粒子の平均粒子径とした。
なお、後述の原料液B中の第1含フッ素重合体の粒子の平均粒子径を、第1水性分散液と同様の方法で測定すると、原料液B中の第1含フッ素重合体の粒子の平均粒子径は、第1水性分散液中の第1含フッ素重合体の粒子の平均粒子径と同一であった。
<Average particle size of particles of the first and second fluorine-containing polymers>
The first aqueous dispersion of each example described below was degassed at 25°C for 5 minutes, pressurized with nitrogen gas to 0.2 MPaG, purged, and returned to atmospheric pressure to obtain the measurement sample. The average particle size of the obtained measurement sample was measured using a dynamic light scattering particle size distribution analyzer (Otsuka Electronics Co., Ltd., ELSZ) with the number of integration cycles set to 100, and this was taken as the average particle size of the particles in each aqueous dispersion.
Furthermore, when the average particle size of the particles of the first fluorine-containing polymer in the raw material liquid B described later was measured using the same method as for the first aqueous dispersion, the average particle size of the particles of the first fluorine-containing polymer in the raw material liquid B was found to be the same as the average particle size of the particles of the first fluorine-containing polymer in the first aqueous dispersion.
<第1含フッ素重合体及び第2含フッ素重合体の粒子数>
下記式により、第1水性分散液中の第1含フッ素重合体の粒子数、又は、第2水性分散液中の第2含フッ素重合体の粒子数Np(個/mL)をそれぞれ算出した。
<Number of particles in the first and second fluorine-containing polymers>
The number of particles of the first fluorine-containing polymer in the first aqueous dispersion, or the number of particles Np (particles/mL) of the second fluorine-containing polymer in the second aqueous dispersion, were calculated using the following formula.
Np(個/mL)=[(X/100)/(1-X/100)]/[4/3×π×{(Dp/2)3}×ρ]
X:第1水性分散液の固形分濃度(質量%)、又は、第2水性分散液の固形分濃度(質量%)
π:円周率
Dp:第1水性分散液中の第1含フッ素重合体の粒子の平均粒子径、又は、第2水性分散液中の第2含フッ素重合体の粒子の平均粒子径(m)
ρ:第1含フッ素重合体の比重、又は、第2含フッ素重合体の比重(いずれもρ=2.04×106を用いた)(g/m3)
Np (pieces/mL) = [(X/100)/(1-X/100)]/[4/3×π×{(Dp/2) 3 }×ρ]
X: Solid content concentration (mass%) of the first aqueous dispersion, or solid content concentration (mass%) of the second aqueous dispersion.
π: Pi (the ratio of a circle's circumference to its diameter) Dp: Average particle diameter (m) of the particles of the first fluorine-containing polymer in the first aqueous dispersion, or the average particle diameter (m) of the particles of the second fluorine-containing polymer in the second aqueous dispersion.
ρ: Specific gravity of the first fluorine-containing polymer, or the specific gravity of the second fluorine-containing polymer (in both cases, ρ = 2.04 × 10⁶ was used) (g/ m³ )
(第1水性分散液又は第2水性分散液の固形分濃度)
後述の各例の第1水性分散液又は第2水性分散液2.0gを170℃で20分間加熱した後、残渣の質量(g)を秤量して、下記式によって固形分濃度を算出する。
第1水性分散液又は第2水性分散液の固形分濃度(質量%)=100×(残渣の質量)/(第1水性分散液又は第2水性分散液の質量(2.0g))
(Solid content concentration of the first aqueous dispersion or the second aqueous dispersion)
After heating 2.0 g of either the first or second aqueous dispersion from each of the examples described below at 170°C for 20 minutes, the mass (g) of the residue is weighed, and the solid content concentration is calculated using the following formula.
Solid content concentration (mass%) of the first aqueous dispersion or the second aqueous dispersion = 100 × (mass of residue) / (mass of the first aqueous dispersion or the second aqueous dispersion (2.0 g))
<第1含フッ素重合体及び第2含フッ素重合体における各単位の割合>
含フッ素重合体における各単位の割合は、19F-NMR分析、及び、赤外吸収スペクトル分析から求めた。
<Percentage of each unit in the first fluorine-containing polymer and the second fluorine-containing polymer>
The proportion of each unit in the fluorine-containing polymer was determined by 19F -NMR analysis and infrared absorption spectroscopy.
<融点>
後述の各例の第1水性分散液又は第2水性分散液を凍結凝集した後、濾別し、第1含フッ素重合体又は第2含フッ素重合体を得た。得られた第1含フッ素重合体又は第2含フッ素重合体をアルミパンにサンプル5mg秤とり、日立製DSC600を用いて空気雰囲気下、10℃/minの昇温速度で20℃から360℃まで加熱し、融点ピークの有無を確認した。
<Melting point>
The first or second aqueous dispersion of each example described below was freeze-coagulated and then filtered to obtain the first or second fluorine-containing polymer. A 5 mg sample of the obtained first or second fluorine-containing polymer was weighed into an aluminum pan and heated from 20°C to 360°C in an air atmosphere at a heating rate of 10°C/min using a Hitachi DSC600 to check for the presence or absence of a melting point peak.
<1質量%熱重量減少温度>
後述の各例の第1水性分散液又は第2水性分散液を凍結凝集した後、濾別し、第1含フッ素重合体又は第2含フッ素重合体を得た。得られた第1含フッ素重合体又は第2含フッ素重合体をアルミパンにサンプル10mg秤とり、日立製STA200を用いて空気雰囲気下、10℃/minの昇温速度で40℃から550℃まで加熱し、得られる重量減少率から1%熱重量減少温度を得た。
<1 mass% thermogravimetric reduction temperature>
The first or second aqueous dispersion of each example described below was freeze-coagulated and then filtered to obtain the first or second fluorine-containing polymer. A 10 mg sample of the obtained first or second fluorine-containing polymer was weighed into an aluminum pan and heated from 40°C to 550°C in an air atmosphere at a heating rate of 10°C/min using a Hitachi STA200. The 1% thermal weight loss temperature was obtained from the resulting weight loss rate.
<水性分散液中の式(S1)で表される化合物及び式(S3)で表される化合物の含有量>
(測定サンプルの準備)
各水性分散液及び各原料液を-20℃で凍結凝集した。室温で解凍するとポリマーが析出しているため、濾別し、水相を回収した。得られた水相に含まれる式(S1)で表される化合物の含有量について、式(S1)中のn1=3~13である各化合物は、炭素数が同一のパーフルオロカルボン酸に換算することにより求めた。また、得られた水相に含まれる式(S3)で表される化合物の含有量について、式(S3)中のn2=4~10である各化合物は、炭素数が同一のパーフルオロスルホン酸に換算することにより求めた。
具体的には、まず、1~180ng/gの濃度既知のパーフルオロカルボン酸とパーフルオロスルホン酸のメタノール標準溶液を5水準調製し、それぞれのサンプル濃度とピークの積分値から一次近似を用い、下式(A1)と下式(A1’)により、aとa’を求めた。
A=a×X (A1)
A:パーフルオロカルボン酸のピーク面積、X:パーフルオロカルボン酸の濃度(ng/g)
A’=a’×X’ (A1’)
A’:パーフルオロスルホン酸のピーク面積、X’:パーフルオロスルホン酸の濃度(ng/g)
<Content of the compound represented by formula (S1) and the compound represented by formula (S3) in the aqueous dispersion>
(Preparation of measurement sample)
Each aqueous dispersion and each raw material solution was frozen and condensed at -20°C. Upon thawing at room temperature, polymers precipitated, so the aqueous phase was filtered off and recovered. The content of the compound represented by formula (S1) in the obtained aqueous phase was determined by converting each compound with n1 = 3 to 13 in formula (S1) to a perfluorocarboxylic acid with the same number of carbon atoms. Similarly, the content of the compound represented by formula (S3) in the obtained aqueous phase was determined by converting each compound with n2 = 4 to 10 in formula (S3) to a perfluorosulfonic acid with the same number of carbon atoms.
Specifically, five levels of methanol standard solutions of perfluorocarboxylic acid and perfluorosulfonic acid with known concentrations of 1 to 180 ng/g were prepared. Using a first-order approximation based on the sample concentration and the integral value of the peak, a and a' were determined using the following equations (A1) and (A1').
A = a × X (A1)
A: Peak area of perfluorocarboxylic acid, X: Concentration of perfluorocarboxylic acid (ng/g)
A'=a'×X'(A1')
A': Peak area of perfluorosulfonic acid, X': Concentration of perfluorosulfonic acid (ng/g)
測定機器及び測定条件を下記表1に示す。The measuring equipment and conditions are shown in Table 1 below.
MRM測定パラメータを下記表2及び3に示す。The MRM measurement parameters are shown in Tables 2 and 3 below.
具体的には、まず、上記液体クロマトグラフ質量分析装置を用いて、水相に含まれる式(S1)及び式(S3)のいずれかで表される化合物を測定した。MRM法を用いて各炭素数の式(S1)及び(S3)で表される化合物のピーク面積を求めた。Specifically, first, the compounds represented by either formula (S1) or formula (S3) contained in the aqueous phase were measured using the liquid chromatograph-mass spectrometer described above. The peak areas of the compounds represented by formulas (S1) and (S3) for each number of carbon atoms were determined using the MRM method.
MRM測定パラメータを下記表4及び5に示す。The MRM measurement parameters are shown in Tables 4 and 5 below.
続いて、式(S1)で表される化合物及び式(S3)で表される化合物の含有量は、下式(A2)と(A2’)を用いてそれぞれ算出した。なお、式(A2)のaは、上記式(A1)により求めたaを意味し、式(A2’)のa’は、上記式(A1’)により求めたa’を意味する
XCm=ACm/a (A2)
XCm:水相中の炭素数(n1+1)の式(S1)で表される化合物の含有量(ng/g)
ACm:水相中の炭素数(n1+1)の式(S1)で表される化合物のピーク面積
X’Cm’=ACm’/a’ (A2’)
XCm’:水相中の炭素数nの式(S3)で表される化合物の含有量(ng/g)
ACm’:水相中の炭素数nの式(S3)で表される化合物のピーク面積
なお、この測定における定量限界は1ng/gである。
Next, the content of the compound represented by formula (S1) and the compound represented by formula (S3) was calculated using the following formulas (A2) and (A2'). Note that in formula (A2), a represents the a obtained by formula (A1) above, and in formula (A2'), a' represents the a' obtained by formula (A1') above. XCm = ACm/a (A2)
XCm: Content (ng/g) of the compound represented by formula (S1) for the number of carbon atoms (n1+1) in the aqueous phase.
ACm: Peak area of the compound represented by equation (S1) for the number of carbon atoms (n1+1) in the aqueous phase. X'Cm' = ACm'/a'(A2')
XCm': Content (ng/g) of the compound represented by formula (S3) for the number of carbon atoms n in the aqueous phase.
ACm': Peak area of the compound represented by formula (S3) for the number of carbon atoms n in the aqueous phase. Note that the limit of quantification in this measurement is 1 ng/g.
<固体組成物に含まれる式(S1)で表される化合物及び式(S3)で表される化合物の含有量の測定方法>
(測定サンプルの準備)
後述の各例で得られた固体組成物を、凍結粉砕機フリーザーミル6775(SPEC社製)を用いて下記条件で凍結粉砕した。凍結粉砕に供する際に、予め固体組成物の全質量に対して10質量%のジブチルヒドロキシトルエン(BHT)を添加して、粉砕パウダーを得た。凍結粉砕の条件は、固体組成物:3g、BHT:0.3g、Run time:5分、Rate:15cps、Cycle:3とした。
得られた粉砕パウダー0.25gにメタノール5mL加えて、50℃で2時間の超音波処理を行い、遠心分離(5000rpm、5分)を行って各含フッ素重合体を沈降させ、上澄み液を抽出液とした。
各抽出液に含まれる式(S1)で表される化合物の含有量について、式(S1)中のn1=3~13である各化合物は、炭素数が同一のパーフルオロカルボン酸に換算することにより求めた。また、各抽出液に含まれる式(S3)で表される化合物の含有量について、式(S3)中のn2=4~10である各化合物は、炭素数が同一のパーフルオロスルホン酸に換算することにより求めた。
具体的には、まず、1~180ng/gの濃度既知のパーフルオロカルボン酸とパーフルオロスルホン酸のメタノール標準液を5水準調製し、それぞれのサンプル濃度とピークの積分値から1次近似を用い、式(A1)と式(A1’)とによりaとa’を求めた。
A=a×X (A1)
A:パーフルオロカルボン酸のピーク面積、X:パーフルオロカルボン酸の濃度(ng/g)
A’=a’×X’ (A1’)
A’:パーフルオロスルホン酸のピーク面積、X’:パーフルオロスルホン酸の濃度(ng/g)
<Method for measuring the content of compounds represented by formula (S1) and formula (S3) in a solid composition>
(Preparation of measurement sample)
The solid compositions obtained in each of the examples described below were freeze-milled using a freeze mill 6775 (manufactured by SPEC) under the following conditions. Before freeze-milling, 10% by mass of dibutylhydroxytoluene (BHT) was added to the total mass of the solid composition to obtain a pulverized powder. The freeze-milling conditions were: solid composition: 3 g, BHT: 0.3 g, Run time: 5 min, Rate: 15 cps, Cycle: 3.
0.25 g of the obtained pulverized powder was mixed with 5 mL of methanol and subjected to sonication at 50°C for 2 hours. Centrifugation (5000 rpm, 5 minutes) was then performed to settle each fluorine-containing polymer, and the supernatant was used as the extract.
The content of the compound represented by formula (S1) in each extract was determined by converting each compound with n1 = 3 to 13 in formula (S1) to a perfluorocarboxylic acid with the same number of carbon atoms. Similarly, the content of the compound represented by formula (S3) in each extract was determined by converting each compound with n2 = 4 to 10 in formula (S3) to a perfluorosulfonic acid with the same number of carbon atoms.
Specifically, five levels of methanol standard solutions of perfluorocarboxylic acid and perfluorosulfonic acid with known concentrations ranging from 1 to 180 ng/g were prepared. Using a first-order approximation based on the sample concentration and the integral value of the peak, a and a' were determined using equations (A1) and (A1').
A = a × X (A1)
A: Peak area of perfluorocarboxylic acid, X: Concentration of perfluorocarboxylic acid (ng/g)
A' = a' × X'(A1')
A': Peak area of perfluorosulfonic acid, X': Concentration of perfluorosulfonic acid (ng/g)
測定機器及び測定条件は上記表1記載の通りである。The measuring equipment and measurement conditions are as described in Table 1 above.
MRM測定のパラメータは上記表2記載の通りである。The parameters for MRM measurement are as shown in Table 2 above.
具体的には、まず、上記液体クロマトグラフ質量分析装置を用いて、上記各抽出液に含まれる式(S1)及び式(S3)で表される化合物のピーク面積を求めた。Specifically, first, the peak areas of the compounds represented by formulas (S1) and (S3) contained in each of the extracts were determined using the liquid chromatograph-mass spectrometer described above.
続いて、式(S1)で表される化合物及び式(S3)で表される化合物の含有量は式(A2)と(A2’)とを用いてそれぞれ算出した。なお、式(A2)のaは、上記式(A1)により求めたaを意味し、式(A2’)のa’は、上記式(A1’)により求めたa’を意味する。
XCm=ACm/a (A2)
XCm:各抽出液中の炭素数(n+1)の式(S1)で表される化合物の含有量(ng/g)
ACm:各抽出液中の炭素数(n+1)の式(S1)で表される化合物のピーク面積
XCm’=ACm’/a’ (A2’)
XCm’:各抽出液中の炭素数nの式(S3)で表される化合物の含有量(ng/g)
ACm’:各抽出液中の炭素数nの式(S3)で表される化合物のピーク面積
なお、この測定における定量限界は1ng/gである。
Next, the content of the compound represented by formula (S1) and the compound represented by formula (S3) was calculated using formulas (A2) and (A2'), respectively. In formula (A2), a means the a obtained by formula (A1) above, and a' means the a' obtained by formula (A1') above.
XCm=ACm/a (A2)
XCm: Content (ng/g) of the compound represented by formula (S1) for each extract with (n+1) carbon atoms.
ACm: Peak area of the compound represented by formula (S1) for each extract with (n+1) carbon atoms. XCm' = ACm' / a'(A2')
XCm': Content (ng/g) of the compound represented by formula (S3) with n carbon atoms in each extract.
ACm': Peak area of the compound represented by formula (S3) for n carbon atoms in each extract. Note that the limit of quantification in this measurement is 1 ng/g.
固形物中、固形物の全質量に対する式(S1)の含有量(ZCm)は、下式(A3)によって求めた。
ZCm=XCm×ρ1×La/W1 (A3)
ZCm:固形物中に含まれる炭素数(n+1)の式(S1)で表される化合物の含有量
ρ1:抽出溶媒(各例ではメタノール)の密度
La:抽出溶媒の体積(各例では5mL)
W1:抽出に使用したサンプル質量(各例では固形物2.5g)
The content (ZCm) of formula (S1) relative to the total mass of the solid was determined by the following formula (A3).
ZCm=XCm×ρ1×La/W1 (A3)
ZCm: Content of the compound represented by formula (S1) with (n+1) carbon atoms in the solid. ρ1: Density of the extraction solvent (methanol in each example). La: Volume of the extraction solvent (5 mL in each example).
W1: Sample mass used for extraction (2.5 g of solids in each example)
固形物中、固形物の全質量に対する式(S3)の含有量(ZCm’)は、下式(A4)によって求めた。
ZCm’=XCm’×ρ1×La/W1 (A4)
ZCm’:固形物中に含まれる炭素数nの式(S3)で表される化合物の含有量
ρ1:抽出溶媒(各例ではメタノール)の密度
La:抽出溶媒の体積(各例では5mL)
W1:抽出に使用したサンプル質量(各例では固形物2.5g)
The content (ZCm') of formula (S3) relative to the total mass of the solid was determined by the following formula (A4).
ZCm'=XCm'×ρ1×La/W1 (A4)
ZCm': Content of the compound represented by formula (S3) with n carbon atoms in the solid. ρ1: Density of the extraction solvent (methanol in each example). La: Volume of the extraction solvent (5 mL in each example).
W1: Sample mass used for extraction (2.5 g of solids in each example)
<含フッ素乳化剤の定量方法>
各例で得られた固体組成物を、凍結粉砕機フリーザーミル6775(SPEX社製)を用いて下記条件で凍結粉砕した。凍結粉砕に供する際に、予め固体組成物の全質量に対して10質量%のジブチルヒドロキシトルエン(BHT)を添加して、粉砕パウダーを得た。凍結粉砕の条件は、固体組成物:3g、BHT:0.3g、Run time:5 mins、Rate:15cps、Cycle:3とした。
得られた粉砕パウダー0.25gにメタノール5mL加えて、50℃で2時間の超音波処理を行い、遠心分離(5000rpm、5分)を行って各含フッ素重合体を沈降させ、上澄み液を抽出液とした。得られた抽出液をLC/MS/MS測定した。抽出液中のフッ素原子を有する乳化剤について、液体クロマトグラフ質量分析計を用いて測定を行った。測定機器構成とLC-MS測定条件を表1に示す。濃度既知のフッ素原子を有する乳化剤の水溶液を用いて、5水準以上の含有量のメタノール溶液を作製し、それぞれの含有量のメタノール溶液のLC/MS分析を行い、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、抽出液中のフッ素原子を有する乳化剤のLC/MSクロマトグラムのエリア面積を、フッ素原子を有する乳化剤の含有量に換算した。
<Method for quantifying fluorine-containing emulsifiers>
The solid compositions obtained in each example were freeze-milled using a freeze mill 6775 (manufactured by SPEX) under the following conditions. Before freeze-milling, 10% by mass of dibutylhydroxytoluene (BHT) was added to the total mass of the solid composition to obtain a pulverized powder. The freeze-milling conditions were: solid composition: 3 g, BHT: 0.3 g, run time: 5 mins, rate: 15 cps, cycle: 3.
0.25 g of the obtained pulverized powder was mixed with 5 mL of methanol and subjected to sonication at 50°C for 2 hours. Centrifugation (5000 rpm, 5 min) was performed to settle each fluorine-containing polymer, and the supernatant was used as the extract. The obtained extract was subjected to LC/MS/MS analysis. The emulsifiers containing fluorine atoms in the extract were measured using a liquid chromatograph-mass spectrometer. The configuration of the measuring instruments and LC-MS measurement conditions are shown in Table 1. Using aqueous solutions of emulsifiers containing fluorine atoms of known concentration, methanol solutions with five or more levels of content were prepared, and LC/MS analysis was performed on the methanol solutions with each content. The relationship between the content and the area area corresponding to that content was plotted, and a calibration curve was drawn. Using the above calibration curve, the area area of the LC/MS chromatogram of the emulsifiers containing fluorine atoms in the extract was converted to the content of the emulsifiers containing fluorine atoms.
MRM測定パラメータは測定対象であるフッ素原子を有する乳化剤の構造に応じて適切に選択する。MRMのパラメータは文献値を使用することもできるし、LC-MS装置で算出してもよい。LC-MS装置でMRMパラメータを決定する場合は具体的には下記の通りである。LC/MS装置(島津製作所、LCMS-8060NX)を用いてプロダクトイオンの探索を選択し、測定対象のフッ素原子を有する乳化剤の分子量を入力し、プリカーサイオン、プリカーサ調整、電圧最適化、プロダクトm/zの最適化を行う。算出されたMRM測定パラメータを使用する。The MRM measurement parameters should be appropriately selected according to the structure of the emulsifier containing fluorine atoms to be measured. MRM parameters can be obtained using literature values or calculated using an LC-MS instrument. When determining MRM parameters using an LC-MS instrument, the specific procedure is as follows: Using an LC/MS instrument (Shimadzu Corporation, LCMS-8060NX), select product ion search, input the molecular weight of the emulsifier containing fluorine atoms to be measured, and perform precursor ion selection, precursor adjustment, voltage optimization, and product m/z optimization. The calculated MRM measurement parameters are then used.
<固体組成物中に含まれるフッ素原子を有する乳化剤の定量>
具体的には、まず、1~180ng/gの濃度既知のフッ素原子を有する乳化剤のメタノール標準溶液をそれぞれ5水準調製し、それぞれのサンプル濃度とピークの積分値から一次近似を用い、式(A1)により、a’’を求めた。
A’’=a’’×X (A1’’)
A’’:各乳化剤のピーク面積、X:各乳化剤の濃度(ng/g)
<Quantitative determination of emulsifiers containing fluorine atoms in solid compositions>
Specifically, first, methanol standard solutions of emulsifiers containing fluorine atoms of known concentration ranging from 1 to 180 ng/g were prepared at five different levels. Then, using a first-order approximation based on the sample concentration and the integral value of the peak, a'' was determined using equation (A1).
A''=a''×X (A1'')
A'': Peak area of each emulsifier, X: Concentration of each emulsifier (ng/g)
続いて、式(A2’’)を用いて抽出液中に含まれる乳化剤量を算出した。なお、式(A2’’)のa’’は、上記式(A1’’)により求めたa’’を意味する。
XCm’’=ACm’’/a’’ (A2’’)
XCm’’:各抽出液中の乳化剤の含有量(ng/g)
ACm’’:各抽出液中の乳化剤のピーク面積
なお、この測定における定量限界は25ng/gである。
Next, the amount of emulsifier contained in the extract was calculated using formula (A2''). Note that a'' in formula (A2'') refers to the a'' obtained using formula (A1'') above.
XCm''=ACm''/a''(A2'')
XCm'': Emulsifier content in each extract (ng/g)
ACm'': Peak area of the emulsifier in each extract. The limit of quantification in this measurement is 25 ng/g.
固体組成物中、固体組成物の全質量に対する乳化剤の含有量(ZCm’’)は、下式(A3’’)によって求めた。
ZCm’’=XCm’’×ρ1×La/W1 (A3’’)
ZCm’’:固体組成物中に含まれる乳化剤の含有量
ρ1:抽出溶媒(各例ではメタノール)の密度
La:抽出溶媒の体積(各例では5mL)
W1:抽出に使用したサンプル質量(各例では固体組成物2.5g)
The amount of emulsifier (ZCm'') relative to the total mass of the solid composition was determined by the following formula (A3'').
ZCm''=XCm''×ρ1×La/W1 (A3'')
ZCm'': Content of emulsifier in the solid composition ρ1: Density of the extraction solvent (methanol in each example) La: Volume of the extraction solvent (5 mL in each example)
W1: Sample mass used for extraction (2.5 g of solid composition in each example)
<固体組成物中に含まれる金属元素の含有量>
後述の各例で得られた固形物をブランクチェックした白金るつぼに0.5g採取する。灰化装置(日本ビュッヒ製、灰化装置B-440、高温電気加熱炉)で固形物を400℃10分加熱後、470℃20分加熱、500℃15分加熱し、550℃60分加熱することで固形物を灰化した。
得られた灰に対して、(1+1)硫酸(関東化学社製、硫酸Ultrapur、1mL)を加え、ホットプレート上で硫酸白煙処理した。更に、(1+1)硫酸(1mL)と超純水(9mL)と加え、試料液とした。得られた試料液についてICP-MSにて金属元素を測定し、絶対検量線法で定量した。
なお、測定対象の金属元素種は、29種類の金属元素(Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、Zr、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Cs、Ba、Pb及びBi)である。
<Content of metal elements in the solid composition>
0.5 g of the solid obtained in each of the examples described below was taken into a platinum crucible that had been blank-checked. The solid was then incinerated in an ashing device (B-440, manufactured by Nippon Buch, high-temperature electric heating furnace) by heating at 400°C for 10 minutes, then at 470°C for 20 minutes, at 500°C for 15 minutes, and finally at 550°C for 60 minutes.
To the obtained ash, (1+1) sulfuric acid (Kanto Chemical Co., Ltd., Sulfuric Acid Ultrapur, 1 mL) was added and treated with sulfuric acid fumes on a hot plate. Furthermore, (1+1) sulfuric acid (1 mL) and ultrapure water (9 mL) were added to prepare the sample solution. The metal elements of the obtained sample solution were measured by ICP-MS and quantified using the absolute calibration curve method.
The metal elements to be measured are 29 types of metal elements (Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Zr, Mo, Ag, Cd, In, Sn, Cs, Ba, Pb, and Bi).
[例1]
3.2Lのステンレス製耐圧反応器に超純水(1774g)、2-アクリルアミド-2-メチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム(NaAAMPS、化合物Xに該当)50質量%水溶液(15μL、NaAAMPSは7.5mg)、PMVE(105g)、及び、TFE(22g)を添加し、385rpmで撹拌しながら80℃に昇温した。80℃になったときの反応器内圧は1.4MPaGであった。次に、過硫酸アンモニウム水溶液(2.5質量%、10g)添加し、重合を開始した。重合開始に伴い反応器内の圧力が低下するためTFEを添加し、圧力を一定に保った。これを繰り返し、TFEの重合開始後の添加量が37gに到達した時点で、PMVEを10g圧入した。以降、TFEを12g圧入する度にPMVEを10g圧入した。TFEの重合開始後の添加量が133gとなった時点で、重合開始後に圧入するTFEとPMVEの添加を停止し、反応器内温を10℃に冷却させ、重合反応を停止させ、反応器内に残存するガスを回収した後、液を抜き出して、第1水性分散液A1を得た。重合開始前に添加した単量体の合計は、TFEが22g、PMVEが105gであった。重合開始後に添加した単量体の合計は、TFEが133g、PMVEが80gであった。TFEの総添加量は155g、PMVEの総添加量は185gであった。
第1水性分散液A1中の第1含フッ素重合体A1の粒子の平均粒子径は79.6nmであり、第1含フッ素重合体A1の粒子数は2.6×1014個/mLであり、第1水性分散液A1の固形分濃度は12.4質量%であった。
第1水性分散液A1を凍結凝集した後、濾別し、得られた第1含フッ素重合体A1を超純水で洗浄した。その後、100℃で真空乾燥した。得られた第1含フッ素重合体A1をNMRで分析した結果、PMVE/TFE=33/67(モル比)であった。第1含フッ素重合体A1の1質量%熱重量減少温度は412℃であった。
また、第1含フッ素重合体A1は、融点を有していなかった。
[Example 1]
In a 3.2 L stainless steel pressure reactor, ultrapure water (1774 g), a 50% by mass aqueous solution of sodium 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonate (NaAAMPS, corresponding to compound X) (15 μL, containing 7.5 mg of NaAAMPS), PMVE (105 g), and TFE (22 g) were added, and the mixture was heated to 80°C while stirring at 385 rpm. The reactor pressure at 80°C was 1.4 MPaG. Next, an aqueous solution of ammonium persulfate (2.5% by mass, 10 g) was added to start polymerization. As polymerization began, the pressure in the reactor decreased, so TFE was added to maintain a constant pressure. This was repeated, and when the amount of TFE added since the start of polymerization reached 37 g, 10 g of PMVE was injected. Thereafter, 10 g of PMVE was injected each time 12 g of TFE was injected. When the amount of TFE added after the start of polymerization reached 133 g, the addition of TFE and PMVE injected after the start of polymerization was stopped, the reactor temperature was cooled to 10°C to stop the polymerization reaction, the remaining gas in the reactor was recovered, and the liquid was withdrawn to obtain the first aqueous dispersion A1. The total amount of monomers added before the start of polymerization was 22 g of TFE and 105 g of PMVE. The total amount of monomers added after the start of polymerization was 133 g of TFE and 80 g of PMVE. The total amount of TFE added was 155 g, and the total amount of PMVE added was 185 g.
The average particle size of the particles of the first fluorine-containing polymer A1 in the first aqueous dispersion A1 was 79.6 nm, the number of particles of the first fluorine-containing polymer A1 was 2.6 × 10¹⁴ particles/mL, and the solid content concentration of the first aqueous dispersion A1 was 12.4% by mass.
The first aqueous dispersion A1 was freeze-coagulated and then filtered to obtain the first fluorine-containing polymer A1, which was washed with ultrapure water. It was then vacuum-dried at 100°C. NMR analysis of the obtained first fluorine-containing polymer A1 revealed a PMVE/TFE ratio of 33/67 (molar ratio). The 1% mass thermoweight loss temperature of the first fluorine-containing polymer A1 was 412°C.
Furthermore, the first fluorine-containing polymer A1 did not have a melting point.
[例2]
NaAAMPS50質量%水溶液の添加量を30μL(NaAAMPSは15mg)に変更した以外は、例1と同様の手順で、第1水性分散液A2を得た。
第1水性分散液A2中の第1含フッ素重合体A2の粒子の平均粒子径は64.3nmであり、第1含フッ素重合体A2の粒子数は5.0×1014個/mLであり、第1水性分散液A2の固形分濃度は12.4質量%であった。
第1水性分散液A2を凍結凝集した後、濾別し、得られた第1含フッ素重合体A2を超純水で洗浄した。その後、100℃で真空乾燥した。得られた第1含フッ素重合体A2をNMRで分析した結果、PMVE/TFE=33/67(モル比)であった。第1含フッ素重合体A2の1質量%熱重量減少温度は412℃であった。
また、第1含フッ素重合体A2は、融点を有していなかった。
[Example 2]
First aqueous dispersion A2 was obtained using the same procedure as in Example 1, except that the amount of 50% by mass aqueous solution of NaAAMPS added was changed to 30 μL (15 mg of NaAAMPS).
The average particle size of the particles of the first fluorine-containing polymer A2 in the first aqueous dispersion A2 was 64.3 nm, the number of particles of the first fluorine-containing polymer A2 was 5.0 × 10¹⁴ particles/mL, and the solid content concentration of the first aqueous dispersion A2 was 12.4% by mass.
The first aqueous dispersion A2 was freeze-coagulated and then filtered to obtain the first fluorine-containing polymer A2, which was washed with ultrapure water. It was then vacuum-dried at 100°C. NMR analysis of the obtained first fluorine-containing polymer A2 revealed a PMVE/TFE ratio of 33/67 (molar ratio). The 1% mass thermoweight loss temperature of the first fluorine-containing polymer A2 was 412°C.
Furthermore, the first fluorine-containing polymer A2 did not have a melting point.
[例3]
NaAAMPS50質量%水溶液の添加量を45μL(NaAAMPSは22.5mg)に変更した以外は、例1と同様の手順で、重合を開始した。重合開始に伴い反応器内の圧力が低下するためTFEを添加し、圧力を一定に保った。これを繰り返し、TFEの重合開始後の添加量が37gに到達した時点で、PMVEを10g圧入した。以降、TFEを12g圧入する度にPMVEを10g圧入した。TFEの重合開始後の添加量が325gとなった時点で、重合開始後に圧入するTFEとPMVEの添加を停止し、反応器内温を10℃に冷却させ、重合反応を停止させ、反応器内に残存するガスを回収した後、液を抜き出して、第1水性分散液A3を得た。重合開始前に添加した単量体の合計は、TFEが22g、PMVEが105gであった。重合開始後に添加した単量体の合計は、TFEが325g、PMVEが240gであった。TFEの総添加量は347g、PMVEの総添加量は345gであった。
第1水性分散液A3中の第1含フッ素重合体A3の粒子の平均粒子径は68.2nmであり、第1含フッ素重合体A3の粒子数は9.8×1014個/mLであり、第1水性分散液A3の固形分濃度は24.9質量%であった。
第1水性分散液A3を凍結凝集した後、濾別し、得られた第1含フッ素重合体A3を超純水で洗浄した。その後、100℃で真空乾燥した。得られた第1含フッ素重合体A3をNMRで分析した結果、PMVE/TFE=33/67(モル比)であった。第1含フッ素重合体A3の1質量%熱重量減少温度は412℃であった。
また、第1含フッ素重合体A3は、融点を有していなかった。
[Example 3]
Polymerization was started using the same procedure as in Example 1, except that the amount of 50% by mass aqueous solution of NaAAMPS added was changed to 45 μL (22.5 mg of NaAAMPS). As polymerization began, the pressure in the reactor decreased, so TFE was added to maintain a constant pressure. This was repeated, and when the amount of TFE added after polymerization started reached 37 g, 10 g of PMVE was injected. Thereafter, 10 g of PMVE was injected every time 12 g of TFE was injected. When the amount of TFE added after polymerization started reached 325 g, the addition of TFE and PMVE injected after polymerization started was stopped, the reactor temperature was cooled to 10°C to stop the polymerization reaction, the remaining gas in the reactor was recovered, and the liquid was drained to obtain the first aqueous dispersion A3. The total amount of monomers added before polymerization started was 22 g of TFE and 105 g of PMVE. The total amount of monomers added after polymerization began was 325 g of TFE and 240 g of PMVE. The total amount of TFE added was 347 g, and the total amount of PMVE added was 345 g.
The average particle size of the particles of the first fluorine-containing polymer A3 in the first aqueous dispersion A3 was 68.2 nm, the number of particles of the first fluorine-containing polymer A3 was 9.8 × 10¹⁴ particles/mL, and the solid content concentration of the first aqueous dispersion A3 was 24.9% by mass.
The first aqueous dispersion A3 was freeze-coagulated and then filtered to obtain the first fluorine-containing polymer A3, which was washed with ultrapure water. It was then vacuum-dried at 100°C. NMR analysis of the obtained first fluorine-containing polymer A3 revealed a PMVE/TFE ratio of 33/67 (molar ratio). The 1% mass thermoweight loss temperature of the first fluorine-containing polymer A3 was 412°C.
Furthermore, the first fluorine-containing polymer A3 did not have a melting point.
[例4]
NaAAMPS50質量%水溶液をビニルスルホン酸ナトリウム(VSA)25質量%水溶液(17μL)に変更した以外は、例1と同様の手順で、重合を開始した。重合開始に伴い反応器内の圧力が低下するためTFEを添加し、圧力を一定に保った。これを繰り返し、TFEの重合開始後の添加量が37gに到達した時点で、PMVEを10g圧入した。以降、TFEを12g圧入する度にPMVEを10g圧入した。TFEの重合開始後の添加量が74gとなった時点で、重合開始後に圧入するTFEとPMVEの添加を停止し、反応器内温を10℃に冷却させ、重合反応を停止させ、反応器内に残存するガスを回収した後、液を抜き出して、水性分散液C1を得た。重合開始前に添加した単量体の合計は、TFEが22g、PMVEが105gであった。重合開始後に添加した単量体の合計は、TFEが74g、PMVEが40gであった。TFEの総添加量は96g、PMVEの総添加量は145gであった。
水性分散液C1中の含フッ素重合体C1の粒子の平均粒子径は86.9nmであり、含フッ素重合体C1の粒子数は0.9×1014個/mLであり、水性分散液C1の固形分濃度は6.4質量%であった。
水性分散液C1を凍結凝集した後、濾別し、得られた含フッ素重合体C1を超純水で洗浄した。その後、100℃で真空乾燥した。得られた含フッ素重合体C1をNMRで分析した結果、PMVE/TFE=31.8/68.2(モル比)であった。含フッ素重合体C1の1質量%熱重量減少温度は415℃であった。
また、第1含フッ素重合体C1は、融点を有していなかった。
[Example 4]
Polymerization was started using the same procedure as in Example 1, except that the 50% by mass aqueous solution of NaAAMPS was replaced with a 25% by mass aqueous solution of sodium vinyl sulfonate (VSA) (17 μL). As polymerization began, the pressure in the reactor decreased, so TFE was added to maintain a constant pressure. This was repeated, and when the amount of TFE added after the start of polymerization reached 37 g, 10 g of PMVE was injected. Thereafter, 10 g of PMVE was injected every time 12 g of TFE was injected. When the amount of TFE added after the start of polymerization reached 74 g, the addition of TFE and PMVE injected after the start of polymerization was stopped, the reactor temperature was cooled to 10°C to stop the polymerization reaction, the remaining gas in the reactor was recovered, and the liquid was drained to obtain aqueous dispersion C1. The total amount of monomers added before the start of polymerization was 22 g of TFE and 105 g of PMVE. The total amount of monomers added after polymerization began was 74 g of TFE and 40 g of PMVE. The total amount of TFE added was 96 g, and the total amount of PMVE added was 145 g.
The average particle size of the fluorine-containing polymer C1 particles in the aqueous dispersion C1 was 86.9 nm, the number of fluorine-containing polymer C1 particles was 0.9 × 10¹⁴ particles/mL, and the solid content concentration of the aqueous dispersion C1 was 6.4% by mass.
After freezing and condensing the aqueous dispersion C1, it was filtered off, and the resulting fluorine-containing polymer C1 was washed with ultrapure water. It was then vacuum-dried at 100°C. NMR analysis of the obtained fluorine-containing polymer C1 revealed a PMVE/TFE ratio of 31.8/68.2 (molar ratio). The 1% mass thermoweight loss temperature of fluorine-containing polymer C1 was 415°C.
Furthermore, the first fluorine-containing polymer C1 did not have a melting point.
[例5]
NaAAMPS50質量%水溶液をスチレンビニルスルホン酸ナトリウム(NaSS、7mg)に変更した以外は、例1と同様の手順で、重合を開始した。重合開始に伴い反応器内の圧力が低下するためTFEを添加し、圧力を一定に保った。TFEの重合開始後の添加量が37gに到達した時点で、反応器内温を10℃に冷却させ、重合反応を停止させ、反応器内に残存するガスを回収した後、液を抜き出して、水性分散液C2を得た。重合開始前に添加した単量体の合計は、TFEが22g、PMVEが105gであった。重合開始後に添加した単量体の合計は、TFEが37g、PMVEが0gであった。TFEの総添加量は59g、PMVEの総添加量は105gであった。
水性分散液C2中の含フッ素重合体C2の粒子の平均粒子径は78.1nmであり、含フッ素重合体C2の粒子数は0.6×1014個/mLであり、水性分散液C2の固形分濃度は3.0質量%であった。
水性分散液C2を凍結凝集した後、濾別し、得られた含フッ素重合体C2を超純水で洗浄した。その後、100℃で真空乾燥した。得られた含フッ素重合体C2をNMRで分析した結果、PMVE/TFE=31.8/68.2(モル比)であった。含フッ素重合体C2の1質量%熱重量減少温度は363℃であった。
また、第1含フッ素重合体C2は、融点を有していなかった。
[Example 5]
Polymerization was started using the same procedure as in Example 1, except that the 50% by mass aqueous solution of NaAAMPS was replaced with sodium styrene vinyl sulfonate (NaSS, 7 mg). As polymerization began, the pressure in the reactor decreased, so TFE was added to maintain a constant pressure. When the amount of TFE added after polymerization started reached 37 g, the reactor temperature was cooled to 10°C to stop the polymerization reaction, the remaining gas in the reactor was recovered, and the liquid was drained to obtain aqueous dispersion C2. The total amount of monomers added before polymerization started was 22 g of TFE and 105 g of PMVE. The total amount of monomers added after polymerization started was 37 g of TFE and 0 g of PMVE. The total amount of TFE added was 59 g, and the total amount of PMVE added was 105 g.
The average particle size of the fluorine-containing polymer C2 particles in the aqueous dispersion C2 was 78.1 nm, the number of fluorine-containing polymer C2 particles was 0.6 × 10¹⁴ particles/mL, and the solid content concentration of the aqueous dispersion C2 was 3.0% by mass.
After freezing and condensing the aqueous dispersion C2, it was filtered off, and the resulting fluorine-containing polymer C2 was washed with ultrapure water. It was then vacuum-dried at 100°C. NMR analysis of the obtained fluorine-containing polymer C2 revealed a PMVE/TFE ratio of 31.8/68.2 (molar ratio). The 1% mass thermoweight loss temperature of the fluorine-containing polymer C2 was 363°C.
Furthermore, the first fluorine-containing polymer C2 did not have a melting point.
[例6]
2.1Lのステンレス製耐圧反応器に超純水(1004g)、フッ素原子を有する水溶性の乳化剤としてC2F5OCF2CF2OCF2COONH4の30質量%水溶液(80.1g)、リン酸水素二ナトリウム・12水和物の5質量%水溶液(10.49g)、PMVE(72g)、及び、TFE(14g)を添加し、600rpmで撹拌しながら80℃に昇温した。80℃になったときの反応器の内圧は1.2MPaGであった。次に、過硫酸アンモニウム水溶液(1.0質量%、20g)を添加し、重合を開始した。重合開始に伴い反応器内の圧力が低下するために、TFEとPMVEとを更に添加し、圧力を1.2MPa[gauge]一定に保った。TFEの重合開始後の添加量160g、PMVEの重合開始後の添加量が133gになったところで反応器を冷却し、重合反応を終了した。重合時間は262分だった。反応器内に残存するガスを回収した後、液を抜き出して、水性分散液C3を得た。重合開始前に添加した単量体の合計は、TFEが14g、PMVEが72gであった。重合開始後に添加した単量体の合計は、TFEが160g、PMVEが133gであった。TFEの総添加量は174g、PMVEの総添加量は205gであった。
水性分散液C3中の含フッ素重合体C3の粒子の平均粒子径は84.2nmであり、含フッ素重合体C3の粒子数は3.1×1014個/mLであり、水性分散液C3の固形分濃度は21.1質量%であった。
水性分散液C3を凍結凝集した後、濾別し、得られた含フッ素重合体C3を超純水で洗浄した。その後、100℃で真空乾燥した。得られた含フッ素重合体C3をNMRで分析した結果、PMVE/TFE=34.2/65.8(モル比)であった。含フッ素重合体C3の1質量%熱重量減少温度は406℃であった。
また、第1含フッ素重合体C3は、融点を有していなかった。
[Example 6]
In a 2.1 L stainless steel pressure reactor, ultrapure water (1004 g), a 30% by mass aqueous solution of C₂F₅OCF₂CF₂OCF₂COONH₄ ( 80.1 g ) as a water-soluble emulsifier containing fluorine atoms, a 5% by mass aqueous solution of disodium hydrogen phosphate dodecahydrate (10.49 g), PMVE (72 g), and TFE (14 g) were added, and the mixture was heated to 80°C while stirring at 600 rpm. The internal pressure of the reactor at 80°C was 1.2 MPaG. Next, an aqueous solution of ammonium persulfate (1.0% by mass, 20 g) was added, and polymerization was started. As polymerization began, the pressure inside the reactor decreased, so TFE and PMVE were further added to maintain a constant pressure of 1.2 MPa [gauge]. The reactor was cooled and the polymerization reaction was terminated when the amount of TFE added after the start of polymerization reached 160 g and the amount of PMVE added after the start of polymerization reached 133 g. The polymerization time was 262 minutes. After recovering the gas remaining in the reactor, the liquid was drained to obtain aqueous dispersion C3. The total amount of monomers added before the start of polymerization was 14 g of TFE and 72 g of PMVE. The total amount of monomers added after the start of polymerization was 160 g of TFE and 133 g of PMVE. The total amount of TFE added was 174 g and the total amount of PMVE added was 205 g.
The average particle size of the fluorine-containing polymer C3 particles in the aqueous dispersion C3 was 84.2 nm, the number of fluorine-containing polymer C3 particles was 3.1 × 10¹⁴ particles/mL, and the solid content concentration of the aqueous dispersion C3 was 21.1% by mass.
After freezing and condensing the aqueous dispersion C3, it was filtered off, and the resulting fluorine-containing polymer C3 was washed with ultrapure water. It was then vacuum-dried at 100°C. NMR analysis of the obtained fluorine-containing polymer C3 revealed a PMVE/TFE ratio of 34.2/65.8 (molar ratio). The 1% mass thermoweight loss temperature of the fluorine-containing polymer C3 was 406°C.
Furthermore, the first fluorine-containing polymer C3 did not have a melting point.
[例7]
<原料液Aの製造>
2.2Lのステンレス製耐圧反応器に超純水(1206g)、NaAAMPS50質量%水溶液(20μL、NaAAMPSは10mg)、PMVE(72g)、及び、TFE(15g)を添加し、600rpmで撹拌しながら90℃に昇温した。90℃になったときの反応器内圧は1.4MPaGであった。次に、過硫酸アンモニウム水溶液(2.5質量%、4g)添加し、重合を開始した。重合開始に伴い反応器内の圧力が低下するためTFEを添加し、圧力を一定に保った。これを繰り返し、TFEの重合開始後の添加量が25gとなった時点で、重合開始後に圧入するTFEの添加を停止し、反応器内温を10℃に冷却させ、重合反応を停止させ、反応器内に残存するガスを回収した後、液を抜き出して、原料液A(第1水性分散液A4)を得た。重合開始前に添加した単量体の合計は、TFEが15g、PMVEが72gであった。重合開始後に添加した単量体の合計は、TFEが25g、PMVEが0gであった。TFEの総添加量は40g、PMVEの総添加量は72gであった。
原料液A中の第1含フッ素重合体A4の粒子の平均粒子径は43.5nmであり、第1含フッ素重合体A4の粒子数は3.9×1014個/mLであり、原料液Aの固形分濃度は3.3質量%であった。
原料液Aを凍結凝集した後、濾別し、得られた第1含フッ素重合体A4を超純水で洗浄した。その後、100℃で真空乾燥した。得られた第1含フッ素重合体A4をNMRで分析した結果、PMVE/TFE=33/67(モル比)であった。第1含フッ素重合体A4の1質量%熱重量減少温度は350℃であった。
また、第1含フッ素重合体A4は、融点を有していなかった。
[Example 7]
<Manufacturing of raw material liquid A>
Ultrapure water (1206 g), a 50% by mass aqueous solution of NaAAMPS (20 μL, 10 mg of NaAAMPS), PMVE (72 g), and TFE (15 g) were added to a 2.2 L stainless steel pressure reactor, and the mixture was heated to 90°C while stirring at 600 rpm. The reactor pressure at 90°C was 1.4 MPaG. Next, an aqueous solution of ammonium persulfate (2.5% by mass, 4 g) was added, and polymerization was started. As polymerization began, the pressure inside the reactor decreased, so TFE was added to maintain a constant pressure. This was repeated, and when the amount of TFE added after polymerization had started reached 25 g, the addition of TFE injected after polymerization had started was stopped, the reactor temperature was cooled to 10°C, the polymerization reaction was stopped, the remaining gas in the reactor was recovered, and the liquid was drained to obtain raw material solution A (first aqueous dispersion A4). The total amount of monomers added before polymerization began was 15 g of TFE and 72 g of PMVE. The total amount of monomers added after polymerization began was 25 g of TFE and 0 g of PMVE. The total amount of TFE added was 40 g, and the total amount of PMVE added was 72 g.
The average particle size of the particles of the first fluorine-containing polymer A4 in raw material liquid A was 43.5 nm, the number of particles of the first fluorine-containing polymer A4 was 3.9 × 10¹⁴ particles/mL, and the solid content concentration of raw material liquid A was 3.3% by mass.
After freezing and condensing the raw material liquid A, it was filtered, and the obtained first fluorine-containing polymer A4 was washed with ultrapure water. Then, it was vacuum-dried at 100°C. NMR analysis of the obtained first fluorine-containing polymer A4 showed a PMVE/TFE ratio of 33/67 (molar ratio). The 1% mass thermal weight loss temperature of the first fluorine-containing polymer A4 was 350°C.
Furthermore, the first fluorine-containing polymer A4 did not have a melting point.
<原料液Bの製造>
原料液A(1000g)にHPR4002Cl(DuPont社製、アニオン交換樹脂、40g)を加えた。撹拌を開始してから60分後、濾過することで原料液Aとイオン交換樹脂を濾別した。濾別した原料液Aに対してDowex Monosphere 650C(DuPont社製、カチオン交換樹脂、40g)を加えた。撹拌を開始してから60分後、濾過することでイオン交換樹脂を濾別して、原料液Bを得た。
なお、原料液B中の第1含フッ素重合体A4の平均粒子径及び粒子数は、原料液A中のそれぞれの値と同等であり、原料液B中の第1含フッ素重合体A4は融点を有していなかった。
<Manufacturing of raw material liquid B>
40 g of HPR4002Cl (DuPont, anion exchange resin) was added to 1000 g of raw material solution A. After 60 minutes of stirring, raw material solution A and the ion exchange resin were filtered off. 40 g of Dowex Monosphere 650C (DuPont, cation exchange resin) was added to the filtered raw material solution A. After 60 minutes of stirring, the ion exchange resin was filtered off to obtain raw material solution B.
Furthermore, the average particle size and number of particles of the first fluorine-containing polymer A4 in raw material liquid B were equivalent to those in raw material liquid A, and the first fluorine-containing polymer A4 in raw material liquid B did not have a melting point.
<第2含フッ素重合体の製造>
2.2Lのステンレス製耐圧反応器に原料液B(850g)、超純水(332g)、PMVE(81g)、及び、TFE(17g)を添加し、600rpmで撹拌しながら80℃に昇温した。80℃になったときの反応器内圧は1.4MPaGであった。次に、過硫酸アンモニウム水溶液(1.0質量%、20g)添加し、重合を開始した。重合開始に伴い反応器内の圧力が低下するためTFEを添加し、圧力を一定に保った。これを繰り返し、TFEの重合開始後の添加量が25gに到達した時点で、PMVEを7g圧入した。以降、TFEを8g圧入する度にPMVEを7g圧入した。TFEの重合開始後の添加量が256gとなった時点で、重合開始後に圧入するTFEとPMVEの添加を停止し、反応器内温を10℃に冷却させ、重合反応を停止させ、反応器内に残存するガスを回収した後、液を抜き出して、第2水性分散液B1を得た。重合開始前に添加した単量体の合計は、TFEが17g、PMVEが81gであった。重合開始後に添加した単量体の合計は、TFEが256g、PMVEが203gであった。TFEの総添加量は273g、PMVEの総添加量は284gであった。
第2水性分散液B1中の含フッ素重合体B1の粒子の平均粒子径は67.6nmであり、含フッ素重合体B1の粒子数は3.6×1014個/mLであり、第2水性分散液B1の固形分濃度は10.5質量%であった。
第2水性分散液B1を凍結凝集した後、濾別し、得られた含フッ素重合体B1を超純水で洗浄した。その後、100℃で真空乾燥した。得られた含フッ素重合体B1をNMRで分析した結果、PMVE/TFE=33/67(モル比)であった。含フッ素重合体B1の1質量%熱重量減少温度は411℃であった。
また、含フッ素重合体B1は、融点を有していなかった。
<Production of the second fluorine-containing polymer>
In a 2.2 L stainless steel pressure reactor, 850 g of raw material solution B, 332 g of ultrapure water, 81 g of PMVE, and 17 g of TFE were added, and the mixture was heated to 80°C while stirring at 600 rpm. The reactor pressure at 80°C was 1.4 MPaG. Next, 20 g of ammonium persulfate aqueous solution (1.0 mass%) was added, and polymerization was started. As polymerization began, the pressure inside the reactor decreased, so TFE was added to maintain a constant pressure. This was repeated, and when the amount of TFE added since the start of polymerization reached 25 g, 7 g of PMVE was injected. Thereafter, 7 g of PMVE was injected each time 8 g of TFE was injected. When the amount of TFE added after the start of polymerization reached 256 g, the addition of TFE and PMVE injected after the start of polymerization was stopped, the reactor temperature was cooled to 10°C to stop the polymerization reaction, the remaining gas in the reactor was recovered, and the liquid was withdrawn to obtain the second aqueous dispersion B1. The total amount of monomers added before the start of polymerization was 17 g of TFE and 81 g of PMVE. The total amount of monomers added after the start of polymerization was 256 g of TFE and 203 g of PMVE. The total amount of TFE added was 273 g, and the total amount of PMVE added was 284 g.
The average particle size of the fluorine-containing polymer B1 particles in the second aqueous dispersion B1 was 67.6 nm, the number of fluorine-containing polymer B1 particles was 3.6 × 10¹⁴ particles/mL, and the solid content concentration of the second aqueous dispersion B1 was 10.5% by mass.
The second aqueous dispersion B1 was freeze-coagulated and then filtered to obtain the fluorine-containing polymer B1, which was washed with ultrapure water. It was then vacuum-dried at 100°C. NMR analysis of the obtained fluorine-containing polymer B1 revealed a PMVE/TFE ratio of 33/67 (molar ratio). The 1% mass thermoweight loss temperature of fluorine-containing polymer B1 was 411°C.
Furthermore, the fluorine-containing polymer B1 did not have a melting point.
[例8]
NaAAMPS50質量%水溶液の添加量を45μL(NaAAMPSは22.5mg)に変更し、過硫酸アンモニウム水溶液(2.5質量%)の添加量を7gに変更した以外は、例1と同様の手順で、重合を開始した。重合開始に伴い反応器内の圧力が低下するためTFEを添加し、圧力を一定に保った。これを繰り返し、TFEの重合開始後の添加量が37gに到達した時点で、オクタフルオロ-1,4-ジヨードブタン(C4DI、1.25g)、PMVEを10g圧入した。回転数を325rpmに下げ、以降、TFEを12g圧入する度にPMVEを10g圧入した。TFEの重合開始後の添加量が325gとなった時点で、重合開始後に圧入するTFEとPMVEの添加を停止し、反応器内温を10℃に冷却させ、重合反応を停止させ、反応器内に残存するガスを回収した後、液を抜き出して、第1水性分散液A5を得た。重合開始前に添加した単量体の合計は、TFEが22g、PMVEが105gであった。重合開始後に添加した単量体の合計は、TFEが325g、PMVEが240gであった。TFEの総添加量は347g、PMVEの総添加量は345gであった。
第1水性分散液A5中の第1含フッ素重合体A5の粒子の平均粒子径は77.1nmであり、第1含フッ素重合体A5の粒子数は6.1×1014個/mLであり、第1水性分散液A5の固形分濃度は23.0質量%であった。
第1水性分散液A5を凍結凝集した後、濾別し、得られた第1含フッ素重合体A5を超純水で洗浄した。その後、100℃で真空乾燥した。得られた第1含フッ素重合体A5をNMRで分析した結果、PMVE/TFE=33/67(モル比)であった。フッ素重合体A5に対してヨウ素含有量は0.1質量%であった。第1含フッ素重合体A5の1質量%熱重量減少温度は405℃であった。
また、第1含フッ素重合体A5は、融点を有していなかった。
[Example 8]
Polymerization was started using the same procedure as in Example 1, except that the amount of 50% by mass aqueous solution of NaAAMPS added was changed to 45 μL (22.5 mg of NaAAMPS), and the amount of 2.5% by mass aqueous solution of ammonium persulfate added was changed to 7 g. As polymerization began, the pressure in the reactor decreased, so TFE was added to maintain a constant pressure. This was repeated, and when the amount of TFE added since the start of polymerization reached 37 g, octafluoro-1,4-diiodobutane (C4DI, 1.25 g) and 10 g of PMVE were injected by injection. The rotation speed was reduced to 325 rpm, and thereafter, 10 g of PMVE was injected by injection every time 12 g of TFE was injected by injection. When the amount of TFE added after the start of polymerization reached 325 g, the addition of TFE and PMVE injected after the start of polymerization was stopped, the reactor temperature was cooled to 10°C to stop the polymerization reaction, the remaining gas in the reactor was recovered, and the liquid was withdrawn to obtain the first aqueous dispersion A5. The total amount of monomers added before the start of polymerization was 22 g of TFE and 105 g of PMVE. The total amount of monomers added after the start of polymerization was 325 g of TFE and 240 g of PMVE. The total amount of TFE added was 347 g, and the total amount of PMVE added was 345 g.
The average particle size of the particles of the first fluorine-containing polymer A5 in the first aqueous dispersion A5 was 77.1 nm, the number of particles of the first fluorine-containing polymer A5 was 6.1 × 10¹⁴ particles/mL, and the solid content concentration of the first aqueous dispersion A5 was 23.0% by mass.
The first aqueous dispersion A5 was freeze-coagulated and then filtered to obtain the first fluorine-containing polymer A5, which was washed with ultrapure water. It was then vacuum-dried at 100°C. NMR analysis of the obtained first fluorine-containing polymer A5 revealed a PMVE/TFE ratio of 33/67 (molar ratio). The iodine content relative to fluorine polymer A5 was 0.1% by mass. The 1% by mass thermoweight loss temperature of the first fluorine-containing polymer A5 was 405°C.
Furthermore, the first fluorine-containing polymer A5 did not have a melting point.
[例9]
2.2Lのステンレス製耐圧反応器に超純水(1206g)、NaAAMPS50質量%水溶液(30μL、NaAAMPSは15mg)、PMVE(81g)、及び、TFE(17g)を添加し、600rpmで撹拌しながら80℃に昇温した。80℃になったときの反応器内圧は1.4MPaGであった。次に、過硫酸アンモニウム水溶液(2.5質量%、7g)添加し、重合を開始した。重合開始に伴い反応器内の圧力が低下するためTFEを添加し、圧力を一定に保った。これを繰り返し、TFEの重合開始後の添加量が25gに到達した時点で、380rpmまで回転数を下げ、CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2CN(8CNVE)を2g添加した。以降、TFEを16g圧入する度にPMVEを12gと8CNVEを1.3g圧入した。重合の進行に合わせて適宜過硫酸アンモニウム水溶液を追加で圧入した。TFEの重合開始後の添加量が185gとなった時点で、重合開始後に圧入するTFEとPMVEと8CNVEの添加を停止し、反応器内温を10℃に冷却させ、重合反応を停止させ、反応器内に残存するガスを回収した後、液を抜き出した。重合開始前に添加した単量体の合計は、TFEが17g、PMVEが81g、8CNVEが0gであった。重合開始後に添加した単量体の合計は、TFEが185g、PMVEが108g、8CNVEが13.7gであった。TFEの総添加量は202g、PMVEの総添加量は189g、8CNVEが13.7gであった。重合時間は400分、追加した過硫酸アンモニウム水溶液は14ccであった。
第1水性分散液A6中の第1含フッ素重合体A6の粒子の平均粒子径は76.6nmであり、第1含フッ素重合体A6の粒子数は5.2×1014個/mLであり、第1水性分散液A6の固形分濃度は20.04質量%であった。
第1水性分散液A6を凍結凝集した後、濾別し、得られた第1含フッ素重合体A6を超純水で洗浄した。その後、100℃で真空乾燥した。得られた第1含フッ素重合体A6をNMRで分析した結果、PMVE/TFE/8CNVE=28.05/71.5/0.45(モル比)であった。第1含フッ素重合体A6の1質量%熱重量減少温度は392℃であった。
また、第1含フッ素重合体A6は、融点を有していなかった。
[Example 9]
Ultrapure water (1206 g), a 50% by mass aqueous solution of NaAAMPS (30 μL, 15 mg of NaAAMPS), PMVE (81 g), and TFE (17 g) were added to a 2.2 L stainless steel pressure reactor, and the mixture was heated to 80°C while stirring at 600 rpm. The reactor pressure at 80°C was 1.4 MPaG. Next, an aqueous solution of ammonium persulfate (2.5% by mass, 7 g) was added to start polymerization. As polymerization began, the pressure inside the reactor decreased, so TFE was added to maintain a constant pressure. This was repeated, and when the amount of TFE added since the start of polymerization reached 25 g, the rotation speed was reduced to 380 rpm, and 2 g of CF₂ = CFOCF₂ CF( CF₃ ) OCF₂ CF₂CN (8CNVE) was added. Subsequently, 12 g of PMVE and 1.3 g of 8CNVE were added each time 16 g of TFE was injected. Ammonium persulfate aqueous solution was added as needed in accordance with the progress of polymerization. When the amount of TFE added after the start of polymerization reached 185 g, the addition of TFE, PMVE, and 8CNVE added after the start of polymerization was stopped, the reactor temperature was cooled to 10°C to stop the polymerization reaction, the remaining gas in the reactor was recovered, and the liquid was drained. The total amount of monomers added before the start of polymerization was 17 g of TFE, 81 g of PMVE, and 0 g of 8CNVE. The total amount of monomers added after the start of polymerization was 185 g of TFE, 108 g of PMVE, and 13.7 g of 8CNVE. The total amount of TFE added was 202 g, the total amount of PMVE added was 189 g, and the amount of 8CNVE added was 13.7 g. The polymerization time was 400 minutes, and 14 cc of ammonium persulfate aqueous solution was added.
The average particle size of the particles of the first fluorine-containing polymer A6 in the first aqueous dispersion A6 was 76.6 nm, the number of particles of the first fluorine-containing polymer A6 was 5.2 × 10¹⁴ particles/mL, and the solid content concentration of the first aqueous dispersion A6 was 20.04% by mass.
The first aqueous dispersion A6 was freeze-coagulated and then filtered to obtain the first fluorine-containing polymer A6, which was washed with ultrapure water. It was then vacuum-dried at 100°C. NMR analysis of the obtained first fluorine-containing polymer A6 revealed a PMVE/TFE/8CNVE ratio of 28.05/71.5/0.45 (molar ratio). The 1% mass thermoweight loss temperature of the first fluorine-containing polymer A6 was 392°C.
Furthermore, the first fluorine-containing polymer A6 did not have a melting point.
[例10]
重合を開始する前にCF2=CFO(CF2)3OCF=CF2(3.69g)を添加する以外は例8と同様の手順で、重合を開始した。重合開始に伴い反応器内の圧力が低下するためTFEを添加し、圧力を一定に保った。これを繰り返し、TFEの重合開始後の添加量が37gに到達した時点で、オクタフルオロ-1,4-ジヨードブタン(C4DI、1.25g)、PMVEを10g圧入した。回転数を325rpmに下げ、以降、TFEを12g圧入する度にPMVEを10g圧入した。TFEの重合開始後の添加量が325gとなった時点で、重合開始後に圧入するTFEとPMVEの添加を停止し、反応器内温を10℃に冷却させ、重合反応を停止させ、反応器内に残存するガスを回収した後、液を抜き出して、第1水性分散液A5を得た。重合開始前に添加した単量体の合計は、TFEが22g、PMVEが105gであった。重合開始後に添加した単量体の合計は、TFEが325g、PMVEが240gであった。TFEの総添加量は347g、PMVEの総添加量は345gであった。
第1水性分散液A7中の第1含フッ素重合体A7の粒子の平均粒子径は94.8nmであり、第1含フッ素重合体A7の粒子数は4.2×1014個/mLであり、第1水性分散液A5の固形分濃度は27.9質量%であった。
第1水性分散液A5を凍結凝集した後、濾別し、得られた第1含フッ素重合体A5を超純水で洗浄した。その後、100℃で真空乾燥した。得られた第1含フッ素重合体A5をNMRで分析した結果、PMVE/TFE=34/66(モル比)であった。フッ素重合体A5に対してヨウ素含有量は0.1質量%であった。第1含フッ素重合体A7の1質量%熱重量減少温度は403℃であった。
また、第1含フッ素重合体A7は、融点を有していなかった。
[Example 10]
Polymerization was started using the same procedure as in Example 8, except that CF₂ = CFO( CF₂ ) ₃OCF = CF₂ (3.69 g) was added before starting polymerization. As polymerization began, the pressure inside the reactor decreased, so TFE was added to maintain a constant pressure. This was repeated, and when the amount of TFE added after the start of polymerization reached 37 g, octafluoro-1,4-diiodobutane (C4DI, 1.25 g) and 10 g of PMVE were injected by injection. The rotation speed was reduced to 325 rpm, and thereafter, 10 g of PMVE was injected by injection every time 12 g of TFE was injected by injection. When the amount of TFE added after the start of polymerization reached 325 g, the addition of TFE and PMVE injected after the start of polymerization was stopped, the reactor temperature was cooled to 10°C to stop the polymerization reaction, the remaining gas in the reactor was recovered, and the liquid was withdrawn to obtain the first aqueous dispersion A5. The total amount of monomers added before polymerization began was 22 g of TFE and 105 g of PMVE. The total amount of monomers added after polymerization began was 325 g of TFE and 240 g of PMVE. The total amount of TFE added was 347 g, and the total amount of PMVE added was 345 g.
The average particle size of the particles of the first fluorine-containing polymer A7 in the first aqueous dispersion A7 was 94.8 nm, the number of particles of the first fluorine-containing polymer A7 was 4.2 × 10¹⁴ particles/mL, and the solid content concentration of the first aqueous dispersion A5 was 27.9% by mass.
The first aqueous dispersion A5 was freeze-coagulated and then filtered to obtain the first fluorine-containing polymer A5, which was washed with ultrapure water. It was then vacuum-dried at 100°C. NMR analysis of the obtained first fluorine-containing polymer A5 revealed a PMVE/TFE ratio of 34/66 (molar ratio). The iodine content relative to fluorine polymer A5 was 0.1% by mass. The 1% by mass thermogravimetric loss temperature of the first fluorine-containing polymer A7 was 403°C.
Furthermore, the first fluorine-containing polymer A7 did not have a melting point.
[例11]
NaAAMPS50質量%水溶液の添加量を45μL(NaAAMPSは22.5mg)を2-メタクリルアミドー2―メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(NaMAMPS)50質量%水溶液45μL(NaMAMPSは22.5mg)に変更した以外は例8と同様の手順で、重合を開始した。重合開始に伴い反応器内の圧力が低下するためTFEを添加し、圧力を一定に保った。これを繰り返し、TFEの重合開始後の添加量が37gに到達した時点で、オクタフルオロ-1,4-ジヨードブタン(C4DI、1.25g)、PMVEを10g圧入した。回転数を325rpmに下げ、以降、TFEを12g圧入する度にPMVEを10g圧入した。TFEの重合開始後の添加量が325gとなった時点で、重合開始後に圧入するTFEとPMVEの添加を停止し、反応器内温を10℃に冷却させ、重合反応を停止させ、反応器内に残存するガスを回収した後、液を抜き出して、第1水性分散液A5を得た。重合開始前に添加した単量体の合計は、TFEが22g、PMVEが105gであった。重合開始後に添加した単量体の合計は、TFEが325g、PMVEが240gであった。TFEの総添加量は347g、PMVEの総添加量は345gであった。
第1水性分散液A8中の第1含フッ素重合体A8の粒子の平均粒子径は103.1nmであり、第1含フッ素重合体A8の粒子数は3.46×1014個/mLであり、第1水性分散液A8の固形分濃度は28.8質量%であった。
第1水性分散液A5を凍結凝集した後、濾別し、得られた第1含フッ素重合体A5を超純水で洗浄した。その後、100℃で真空乾燥した。得られた第1含フッ素重合体A5をNMRで分析した結果、PMVE/TFE=35/65(モル比)であった。フッ素重合体A5に対してヨウ素含有量は0.1質量%であった。第1含フッ素重合体A8の1質量%熱重量減少温度は400℃であった。
また、第1含フッ素重合体A8は、融点を有していなかった。
[Example 11]
Polymerization was started using the same procedure as in Example 8, except that the amount of 50% by mass aqueous solution of NaAAMPS added was changed from 45 μL (22.5 mg of NaAAMPS) to 45 μL (22.5 mg of NaMAMPS) of 50% by mass aqueous solution of sodium 2-methacrylamide-2-methylpropanesulfonate (NaMAMPS). As polymerization began, the pressure in the reactor decreased, so TFE was added to maintain a constant pressure. This was repeated, and when the amount of TFE added since the start of polymerization reached 37 g, octafluoro-1,4-diiodobutane (C4DI, 1.25 g) and 10 g of PMVE were injected by injection. The rotation speed was reduced to 325 rpm, and thereafter, 10 g of PMVE was injected by injection each time 12 g of TFE was injected by injection. When the amount of TFE added after the start of polymerization reached 325 g, the addition of TFE and PMVE injected after the start of polymerization was stopped, the reactor temperature was cooled to 10°C to stop the polymerization reaction, the remaining gas in the reactor was recovered, and the liquid was withdrawn to obtain the first aqueous dispersion A5. The total amount of monomers added before the start of polymerization was 22 g of TFE and 105 g of PMVE. The total amount of monomers added after the start of polymerization was 325 g of TFE and 240 g of PMVE. The total amount of TFE added was 347 g, and the total amount of PMVE added was 345 g.
The average particle size of the particles of the first fluorine-containing polymer A8 in the first aqueous dispersion A8 was 103.1 nm, the number of particles of the first fluorine-containing polymer A8 was 3.46 × 10¹⁴ particles/mL, and the solid content concentration of the first aqueous dispersion A8 was 28.8% by mass.
The first aqueous dispersion A5 was freeze-coagulated and then filtered to obtain the first fluorine-containing polymer A5, which was washed with ultrapure water. It was then vacuum-dried at 100°C. NMR analysis of the obtained first fluorine-containing polymer A5 revealed a PMVE/TFE ratio of 35/65 (molar ratio). The iodine content relative to fluorine polymer A5 was 0.1% by mass. The 1% by mass thermoweight loss temperature of the first fluorine-containing polymer A8 was 400°C.
Furthermore, the first fluorine-containing polymer A8 did not have a melting point.
なお、例1~5及び7~11の製造にあたっては、フッ素原子を有する乳化剤、及び、フッ素原子を有さない乳化剤が実質的に存在しない条件下にて、第1含フッ素重合体の重合が行われた。また、例1~5及び7~11において得られた水性分散液においては、フッ素原子を有する乳化剤、及び、フッ素原子を有さない乳化剤が実質的に含まれていなかった。また、例1~5及び7~11水性分散液においては、水性分散液全質量に対する式(S1)で表される化合物の含有量、及び、水性分散液全質量に対する式(S3)で表される化合物の含有量は、いずれも5質量ppm以下であった(50質量ppb以下であった)。一方で、例6の製造にあたって、乳化剤を使用しているため、例6の水性分散液は、乳化剤を含んでいた。
表6中の水性分散液中の水性媒体に対する濃度は、化合物Xの含有量を表す。
In the production of Examples 1-5 and 7-11, the polymerization of the first fluorine-containing polymer was carried out under conditions where emulsifiers containing fluorine atoms and emulsifiers without fluorine atoms were substantially absent. Furthermore, the aqueous dispersions obtained in Examples 1-5 and 7-11 substantially contained neither emulsifiers containing fluorine atoms nor emulsifiers without fluorine atoms. In addition, in the aqueous dispersions of Examples 1-5 and 7-11, the content of the compound represented by formula (S1) relative to the total mass of the aqueous dispersion, and the content of the compound represented by formula (S3) relative to the total mass of the aqueous dispersion, were both 5 ppm by mass or less (50 ppb by mass or less). On the other hand, since an emulsifier was used in the production of Example 6, the aqueous dispersion of Example 6 contained an emulsifier.
The concentrations of compound X in the aqueous dispersions in Table 6 represent the content of compound X in the aqueous medium.
下記表中、例7における原料液A及び原料液Bの式(S1)で表される化合物の含有量及び式(S3)で表される化合物の含有量を具体的に示す。式(S1)の含有量とは、各原料液の全質量に対する、式(S1)中のn1が3~13の整数である各化合物の含有量の合計を意味し、式(S3)の含有量とは、各原料液の全質量に対する、式(S3)中のn2が4~10の整数である各化合物の含有量の合計を意味する。The table below specifically shows the content of the compound represented by formula (S1) and the compound represented by formula (S3) in raw material liquid A and raw material liquid B in Example 7. The content of formula (S1) refers to the sum of the content of each compound in formula (S1) where n1 is an integer from 3 to 13, relative to the total mass of each raw material liquid, and the content of formula (S3) refers to the sum of the content of each compound in formula (S3) where n2 is an integer from 4 to 10, relative to the total mass of each raw material liquid.
下記表8、表9に、例1~6、8~11における固体組成物中に含まれる(S1)で表される化合物の含有量及び(S3)で表される化合物の含有量を具体的に示す。表中、N.D.とは、この測定における定量限界未満を表す。Tables 8 and 9 below specifically show the content of the compound represented by (S1) and the compound represented by (S3) in the solid compositions of Examples 1-6 and 8-11. In the tables, N.D. indicates that the content is below the limit of quantification in this measurement.
下記表10に、例1~6、8~11における固体組成物中に含まれるフッ素原子を有する乳化剤の含有量を具体的に示す。表中、N.D.とは、この測定における定量限界未満を表す。Table 10 below specifically shows the content of emulsifiers containing fluorine atoms in the solid compositions of Examples 1-6 and 8-11. In the table, N.D. indicates that the amount is less than the limit of quantification in this measurement.
下記表11に、例1~3、6、8~11における固体組成物中に含まれる金属元素の含有量(ppm)を具体的に示す。Table 11 below specifically shows the content (ppm) of metal elements contained in the solid compositions in Examples 1-3, 6, and 8-11.
本製造方法によれば、フッ素原子を有する乳化剤を実質的に使用せずに、含フッ素重合体の粒子数が多い水性分散液を製造できることが示された(例1~例5及び例7~例11。特に例1~例3、例7~例11)。また、例6は、乳化剤を用いる水性分散液の製造方法である。
化合物Xの含有量が水性媒体の全質量に対して5.0~30.0質量ppmである場合、本発明の効果がより優れることが示された(例2及び例3)。
This manufacturing method demonstrates that an aqueous dispersion with a large number of fluorine-containing polymer particles can be produced without substantially using an emulsifier containing fluorine atoms (Examples 1 to 5 and 7 to 11, particularly Examples 1 to 3 and 7 to 11). Example 6 is a method for producing an aqueous dispersion using an emulsifier.
The effects of the present invention were shown to be superior when the content of compound X was 5.0 to 30.0 ppm by mass relative to the total mass of the aqueous medium (Examples 2 and 3).
なお、2023年12月6日に出願された日本特許出願2023-205993号の明細書、特許請求の範囲、および及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。Furthermore, the entire contents of the specification, claims, and abstract of Japanese Patent Application No. 2023-205993, filed on December 6, 2023, are incorporated herein by reference as disclosure of the present invention.
Claims (10)
平均粒子径が500nm以下であり、かつ、融点を有さない第1含フッ素重合体の粒子を含む水性分散液を製造する、水性分散液の製造方法。
C(X1)(X2)=C(X3)-L-Z (X)
式(X)中、
X1、X2及びX3は、それぞれ独立に、水素原子、又はアルキル基であり、
Lは、単結合又は2価の連結基であり、
前記2価の連結基が、アルキレン基、カルボニル基、エーテル結合、チオエーテル結合、スルホニル基、-NH-、-SiH2-、アルキレン基とエステル結合との組み合わせ、アルキレン基とアミド結合との組み合わせ、及び、* C -CO-NH-R-* Z (* C は式(X)中の炭素原子との結合部位であり、* Z は式(X)中のZとの結合部位であり、Rは、炭素数1~6のアルキレン基又は炭素数1~6のフルオロアルキレン基である)から選択され、
Zは、アニオン性基又はアニオン性基の塩である。 Under conditions where an aqueous medium is present and an emulsifier containing a fluorine atom is substantially absent, a first monomer containing tetrafluoroethylene is polymerized in the presence of a compound represented by formula (X) and a polymerization initiator.
A method for producing an aqueous dispersion, comprising producing an aqueous dispersion containing particles of a first fluorine-containing polymer having an average particle diameter of 500 nm or less and having no melting point.
C(X 1 )(X 2 )=C(X 3 )−L−Z (X)
In formula (X),
X1 , X2 , and X3 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group.
L is a single bond or a divalent linking group.
The divalent linking group is selected from an alkylene group, a carbonyl group, an ether bond, a thioether bond, a sulfonyl group, -NH-, -SiH2- , a combination of an alkylene group and an ester bond, a combination of an alkylene group and an amide bond, and * C -CO-NH-R-* Z (where * C is the bonding site with a carbon atom in formula (X), * Z is the bonding site with Z in formula (X), and R is an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or a fluoroalkylene group having 1 to 6 carbon atoms) .
Z is an anionic group or a salt of an anionic group.
Mは、水素原子、金属原子、N(RM1)4又はP(RM2)4であり、
RM1及びRM2は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基であり、RM1のいずれか2つは互いに結合して環を形成してもよく、複数のRM1は同一であってもよく、互いに異なっていてもよく、RM2のいずれか2つは互いに結合して環を形成してもよく、複数のRM2は同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。 A method for producing an aqueous dispersion according to claim 1, wherein Z is -SO3M .
M is a hydrogen atom, a metal atom, N( RM1 ) 4 , or P( RM2 ) 4 .
RM1 and RM2 are each independently hydrogen atoms or substituents, any two of RM1 may be bonded to each other to form a ring, and multiple RM1 may be the same or different from each other, any two of RM2 may be bonded to each other to form a ring, and multiple RM2 may be the same or different from each other.
第2単量体を重合して、第2含フッ素重合体を製造する、第2含フッ素重合体の製造方法。 In an aqueous dispersion produced by the manufacturing method described in claim 1 or 2,
A method for producing a second fluorine-containing polymer, comprising polymerizing a second monomer to produce a second fluorine-containing polymer.
H-(CF2)n1-COOMS (S1)
式(S1)中、
n1は、3~13の整数であり、
MSは、水素原子、Na、K又はNH4である。 The method for producing the second fluorine-containing polymer according to claim 5, wherein the content of the compound represented by formula (S1) is 5 ppm by mass or less with respect to the total mass of the aqueous dispersion.
H-(CF 2 ) n1 -COOM S (S1)
In formula (S1),
n1 is an integer between 3 and 13.
M S is a hydrogen atom, Na, K, or NH4 .
H-(CF2)n2-SO3MS (S3)
式(S3)中、
n2は、4~10の整数であり、
MSは、水素原子、Na、K又はNH4である。 The method for producing the second fluorine-containing polymer according to claim 5, wherein the content of the compound represented by formula (S3) is 5 ppm by mass or less with respect to the total mass of the aqueous dispersion.
H-(CF 2 ) n2 -SO 3 M S (S3)
In formula (S3),
n² is an integer between 4 and 10.
M S is a hydrogen atom, Na, K, or NH4 .
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