(57)【要約】  テトラフルオロエチレンコポリマーを製造するための重合方法、及び当該方法で製造されたコポリマーが提供される。コポリマーは分散／微粉末型であり、重合したテトラフルオロエチレンモノマー単位と、式：（ＣnＦ(2n+1)）ＣＨ＝ＣＨ2（式中、６≦ｎ＜１０）の共重合した高級同族体コモノマー単位とを含有し、一次粒子はコア−シェル構造を有していると考えられ、重合したコモノマー単位はコポリマー組成全体に対して０．０１モル％〜０．３モル％の量で存在する。コポリマーの原分散一次粒径（ＲＤＰＳ）は０．２１０μｍ未満であってかつコポリマーの標準比重（ＳＳＧ）は２．１４３未満である。コポリマーが０．０５モル％〜０．２５モル％の量で存在するコモノマー単位を有すること、そして、ＲＤＰＳが０．１７８μｍ〜０．２００μｍの範囲内であってかつＳＳＧが２．１４０未満であることが好ましい。本発明に従って製造されるコポリマー、（パーフルオロヘキシル）エチレン（ＰＦＨＥ）及び（パーフルオロオクチル）エチレン（ＰＦＯＥ）は直径０．１インチの延伸ビードの形状に成形でき、その延伸ビードの破断強度は少なくとも１０．０ポンドとすることが可能で、１３．０ポンドを超える場合もある。【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散／微粉末型のテトラフルオロエチレンコポリマーの共重合方法であって、前記コポリマーが、テトラフルオロエチレンモノマー単位９９．７０モル％〜９９．９９モル％及び式：（ＣnＦ(2n+1)）ＣＨ＝ＣＨ2（式中、６≦ｎ＜１０）の共重合したコモノマー単位０．０１モル％〜０．３０モル％を本質的に含有し、
当該方法が、
（ａ）前記モノマー及びコモノマーを加圧した反応器中で共重合すること、
（ｂ）過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ4）を添加することによって前記共重合を開始すること、
（ｃ）イオン強度強化剤の不存在下で全体の反応を行うこと、及び
（ｄ）反応完了の８０％以下の反応時点で（ＫＭｎＯ4）開始剤の添加を停止する
ことを含む、方法。
【請求項２】
前記コモノマーが（パーフルオロヘキシル）エチレン（ＰＦＨＥ）である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コモノマーが（パーフルオロオクチル）エチレン（ＰＦＯＥ）である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記コモノマーを前記共重合反応において予備充填物として添加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
反応開始から反応全体の一部のみを通じて、前記コモノマーを徐々に増加しながら断続的に添加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
反応完了の６０％以下の反応時点でＫＭｎＯ4開始剤の添加を停止することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
反応完了の５０％以下の反応時点でＫＭｎＯ4開始剤の添加を停止することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
請求項１に記載の、分散／微粒子型のテトラフルオロエチレンコポリマーの共重合方法であって、
前記重合したコモノマー単位が、コポリマー組成全体に対して０．０１モル％〜０．３０モル％の量で存在し、
前記コポリマーの原分散一次粒径（ＲＤＰＳ）が０．２１０μｍ未満であり、前記コポリマーの標準比重（ＳＳＧ）が２．１４３未満である、方法。
【請求項９】
前記コポリマーのＲＤＰＳが０．２００μｍ未満であり、前記コポリマーのＳＳＧが２．１４０未満である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記コモノマーを前記共重合反応において予備充填物として添加することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
反応開始から反応全体の一部のみを通じて、前記コモノマーを徐々に増加しながら断続的に添加することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
反応完了の６０％以下の反応時点でＫＭｎＯ4開始剤の添加を停止することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
反応完了の５０％以下の反応時点でＫＭｎＯ4開始剤の添加を停止することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
重合したテトラフルオロエチレンモノマー単位及び式：（ＣnＦ(2n+1)）ＣＨ＝ＣＨ2（式中、６≦ｎ＜１０）の共重合したコモノマー単位を含有する、微粉末型テトラフルオロエチレンコポリマーであって、
（ａ）前記共重合したコモノマー単位が、コポリマー組成全体に対して０．０１モル％〜０．３０モル％の量で存在し、
（ｂ）前記コポリマーの原分散一次粒径（ＲＤＰＳ）が０．２１０μｍ未満であり、前記コポリマーの標準比重（ＳＳＧ）が２．１４３未満である、微粉末型テトラフルオロエチレンコポリマー。
【請求項１５】
前記コモノマーが（パーフルオロヘキシル）エチレン（ＰＦＨＥ）である、請求項１４に記載のコポリマー。
【請求項１６】
前記コモノマーが（パーフルオロオクチル）エチレン（ＰＦＯＥ）である、請求項１４に記載のコポリマー。
【請求項１７】
前記コモノマー単位が０．０５モル％〜０．２５モル％の量で存在する、請求項１４に記載のコポリマー。
【請求項１８】
前記ＲＤＰＳが０．２００μｍ未満であって、前記コポリマーのＳＳＧが２．１４０未満である、請求項１４に記載のコポリマー。
【請求項１９】
重合した状態の、水性分散液中に分散された、請求項１４に記載のコポリマー。
【請求項２０】
微粉末形状の請求項１４に記載のコポリマー。
【請求項２１】
破断強度が少なくとも１０．０ポンド（４．５３ｋｇ）である直径０．１インチ（０．２５ｃｍ）の延伸ビード形状に成形されている、請求項２０に記載のコポリマー。
【請求項２２】
破断強度が少なくとも１１．０ポンド（４．９９ｋｇ）である直径０．１インチ（０．２５ｃｍ）の延伸ビード形状に成形されている、請求項２０に記載のコポリマー。
【請求項２３】
破断強度が少なくとも１２．０ポンド（５．４４ｋｇ）である直径０．１インチ（０．２５ｃｍ）の延伸ビード形状に成形されている、請求項２０に記載のコポリマー。
【請求項２４】
破断強度が１２．０ポンド（５．４４ｋｇ）を超える直径０．１インチ（０．２５ｃｍ）の延伸ビード形状に成形されている、請求項２０に記載のコポリマー。
【請求項２５】
破断強度が１３．０ポンド（５．９０ｋｇ）を超える直径０．１インチ（０．２５ｃｍ）の延伸ビード形状に成形される、微粉末形状の請求項１６に記載のコポリマー。
【請求項２６】
重合したテトラフルオロエチレンモノマー単位及び式：（ＣnＦ(2n+1)）ＣＨ＝ＣＨ2（式中、６≦ｎ＜１０）の共重合したコモノマー単位を含有する、微粉末型テトラフルオロエチレンコポリマーであって、
直径０．１インチ（０．２５ｃｍ）の延伸ビードに成形されたときに、当該コポリマーの強度発生比（ＳＧＲ）が２．０×１０-2ｃｍ2を超える、微粉末型テトラフルオロエチレンコポリマー。
【請求項２７】
前記コモノマーがＰＦＨＥである、請求項２６に記載のコポリマー。
【請求項２８】
前記コモノマーがＰＦＯＥである、請求項２６に記載のコポリマー。
【請求項２９】
ＳＧＲが少なくとも３．０である、請求項２８に記載のコポリマー。
【請求項３０】
前記コポリマーが、延伸された多孔質の成形品の形状において、その結晶融点を超えて加熱されたことがなく、前記成形品のマトリクス引張強度（ＭＴＳ）が少なくとも１方向について約３５．０ｋｐｓｉ（２４１ＭＰａ）を超える、請求項１４に記載のコポリマー。
【請求項３１】
前記コポリマーが、延伸された多孔質の成形品の形状において、その結晶融点を超えて加熱されたことがなく、前記成形品のマトリクス引張強度が少なくとも１方向について約４０．０ｋｐｓｉ（２７６ＭＰａ）を超える、請求項１４に記載のコポリマー。
【請求項３２】
前記コポリマーが延伸された多孔質の成形品の形状において、その結晶融点を超えて加熱されたことがなく、前記成形品のマトリクス引張強度（ＭＴＳ）が少なくとも１方向について約４５．０ｋｐｓｉ（３１０ＭＰａ）を超える、請求項１６に記載のコポリマー。
【請求項３３】
重合したテトラフルオロエチレンモノマー単位及び式：（ＣnＦ(2n+1)）ＣＨ＝ＣＨ2（式中、ｎ＝６）の共重合したコモノマー単位を含有する、微粉末型テトラフルオロエチレンコポリマーであって、
（ａ）前記共重合したコモノマー単位が、コポリマー組成全体に対して０．０５モル％〜０．２５モル％の量で存在し、
（ｂ）前記コポリマーの原分散一次粒径（ＲＤＰＳ）が０．２００μｍ未満であって、前記コポリマーの標準比重（ＳＳＧ）が２．１４０未満であり、
（ｃ）前記コポリマーが直径０．１インチ（０．２５ｃｍ）の延伸ビードの形状に成形され、前記延伸ビードの破断強度が少なくとも１２．０ポンド（５．４４ｋｇ）であり、
（ｄ）前記コポリマーの強度発生比（ＳＧＲ）が２．０×１０-2ｃｍ2を超え、そして
（ｅ）延伸された多孔質の成形品の形状において、前記成形品のマトリクス引張強度が少なくとも１方向について約４０．０ｋｐｓｉ（２７６ＭＰａ）を超える、微粉末型テトラフルオロエチレンコポリマー。
【請求項３４】
重合したテトラフルオロエチレンモノマー単位及び式：（ＣnＦ(2n+1)）ＣＨ＝ＣＨ2（式中、ｎ＝８）の共重合したコモノマー単位を含有する、微粉末型テトラフルオロエチレンコポリマーであって、
（ａ）前記共重合したコモノマー単位が、コポリマー組成全体に対して０．０５モル％〜０．２５モル％の量で存在し、
（ｂ）前記コポリマーの原分散一次粒径（ＲＤＰＳ）が０．２００μｍ未満であって、前記コポリマーの標準比重（ＳＳＧ）が２．１４０未満であり、
（ｃ）前記コポリマーが直径０．１インチ（０．２５ｃｍ）の延伸ビードの形状に成形され、前記延伸ビードの破断強度が少なくとも１２．０ポンド（５．４４ｋｇ）であり、
（ｄ）前記コポリマーの強度発生比（ＳＧＲ）が２．０×１０-2ｃｍ2を超え、そして
（ｅ）延伸された多孔質の成形品の形状において、前記成形品のマトリクス引張強度が少なくとも１方向について約４０．０ｋｐｓｉ（２７６ＭＰａ）を超える、微粉末型テトラフルオロエチレンコポリマー。
【請求項３５】
重合したテトラフルオロエチレンモノマー単位及び式：（ＣnＦ(2n+1)）ＣＨ＝ＣＨ2（式中、ｎ＝８）の共重合したコモノマー単位を含有する、微粉末型テトラフルオロエチレンコポリマーであって、
（ａ）前記共重合したコモノマー単位が、コポリマー組成全体に対して０．０５モル％〜０．２５モル％の量で存在し、
（ｂ）前記コポリマーの原分散一次粒径（ＲＤＰＳ）が０．２００μｍ未満であって、前記コポリマーの標準比重（ＳＳＧ）が２．１４０未満であり、
（ｃ）前記コポリマーが直径０．１インチ（０．２５ｃｍ）の延伸ビードの形状に成形され、前記延伸ビードの破断強度が１３．０ポンド（５．９０ｋｇ）を超え、
（ｄ）前記コポリマーの強度発生比（ＳＧＲ）が２．０×１０-2ｃｍ2を超え、そして
（ｅ）延伸された多孔質の成形品の形状において、前記成形品のマトリクス引張強度が少なくとも１方向について約４０．０ｋｐｓｉ（２７６ＭＰａ）を超える、微粉末型テトラフルオロエチレンコポリマー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水性分散重合によって製造された、（パーフルオロヘキシル）エチレン及びさらに高級同族体と共重合した、テトラフルオロエチレンコポリマーに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの先行特許には、テトラフルオロエチレンの分散重合技術及びそれらの変形が開示されている。テトラフルオロエチレンの分散重合によって、現在「微粉末」樹脂として知られるようになったものが製造される。そのような方法では、適当な重合開始剤の存在下でテトラフルオロエチレンを添加し撹拌した際に、自然に発生するテトラフルオロエチレン圧力が１０〜４０ｋｇ／ｃｍ2にて、コロイド状に分散したポリマー粒子が目的量に達してその後反応が停止するまで重合が進行するように、十分な分散剤を水キャリア中に導入する。例えば、米国特許第４０１６３４５号（Ｈｏｌｍｅｓ、１９７７）を参照。
【０００３】
また、テトラフルオロエチレン粉末は、代替方法である懸濁重合によっても製造されており、そこでは、テトラフルオロエチレンモノマーが激しく撹拌された水性懸濁液中で重合し、水性懸濁液中に分散剤をほとんど又は全く使用しなくてよい。懸濁重合において製造される粉末の種類は、「粒状」樹脂又は「粒状粉末」と呼ばれる。例えば、米国特許第３６５５６１１号（Ｍｕｅｌｌｅｒ、１９７２）を参照。
【０００４】
両方の種類の重合方法について、テトラフルオロエチレンと様々なフッ素化アルキルエチレンコモノマーとの共重合が記載されている。例えば、米国特許第４７９２５９４号（Ｇａｎｇａｌら、１９８８）を参照。本発明は、重合反応の生成物が水性コロイド分散液中に分散された本発明のコポリマーである、水性分散重合技術に関する。この方法は、概して、テトラフルオロエチレンモノマーを、水及びある種の重合開始剤、並びに凝塊形成を抑制するためのパラフィンワックス、そして乳化剤の入ったオートクレーブ内で加圧するものである。反応混合物を撹拌して、重合を適当な温度及び圧力で行う。重合によってポリマーの水性分散液が形成される。分散したポリマー粒子を、本技術分野で知られた手法により凝固させて、微粉末形状のポリマーを生成できる。パーフルオロ化アルキルエチレンコモノマーを重合に導入した場合、ＴＦＥは、ＴＦＥよりもそのコモノマーと優先的に反応すること、そして、コモノマーの添加速度が、コポリマーで達成されるコモノマー分布に重要であることが知られている。このコモノマーを単独の予備充填物として添加すると、コモノマーは大半がポリマー粒子のコア又は内部で重合した状態で見出される。コモノマーをいくつかの又は全ての重合工程を通じて注入してもよく、その注入シーケンスはシェル構造を決定する。
【０００５】
様々な先行特許が、テトラフルオロエチレンのホモ重合及び他のモノマーとテトラフルオロエチレンとの共重合のための手法における変形を開示している。そのようなものとして、米国特許第４５７６８６９号（Ｍａｌｈｏｔｒａ、１９８６）及び米国特許第６１７７５３３Ｂ１号（Ｊｏｎｅｓ、２００１）が挙げられる。これらの参照文献には、テトラフルオロエチレンホモポリマー及びコポリマーに関連したいくつかの特徴的かつ描写的な特性を決定するために、大体受け入れられている手順となっている、いくつかの手順が含まれる。それらの特性とは以下である。
（ａ）標準比重（ＳＳＧ）（ＡＳＴＭ  Ｄ−１４５７−９０に従い、標準成型試験試料の水置換によって測定する。）
（ｂ）原分散粒径（Raw Dispersion Particle Size）（ＲＤＰＳ）（分光測定又は他の適当な手法によって決定する。例えば、米国特許第４０１６３４５号及び第４３６３９００号を参照。本願における測定は、Ｂｒｏｏｋｈａｖｅｎ  ９０  ｐｌｕｓ装置を用いてレーザー光散乱によって得た。）
（ｃ）樹脂表面積（乾燥凝固した樹脂の表面積はＲＤＰＳと反比例する。本願における測定は、ＢＥＴ法及び吸収ガスとして窒素を用い、Ｃｏｕｌｔｅｒ  ｍｏｄｅｌ  ＳＡ３１００表面積分析装置を用いて得た。）
【０００６】
引用した先行特許において、そしてほぼ普遍的に、ホモポリマー試料のＳＳＧは、その分子量を決定することになり、その関係は逆、すなわち高い分子量（ＭＷ）は低いＳＳＧに対応し、そして一般にＳＳＧが低いほど分子量が高い。また、コモノマーを重合工程に添加するとＳＳＧが低下する場合があり、コモノマーで修飾した樹脂については、ＳＳＧを使用して、所与の一定のコモノマー量での分子量変化を推測することができる。
【０００７】
テトラフルオロエチレン微粉末ポリマーについては、一般に、そのＲＤＰＳは約０．１７５μｍ及びそれ未満から約０．３２５μｍまでの範囲である。これらの微粉末樹脂はペースト押出加工及び引き延ばし（延伸）加工に有用であることが知られており、それらの加工では、押出補助潤滑剤を除去した後に、ペースト押出された押出物を急速に引き延ばして、横断面形状が様々の、多孔質の丈夫な製品、例えばロッド、フィラメント、シート、チューブなどが製造される。そのような引き延ばし加工は、本発明と同一出願人に譲渡された、米国特許第３９５３５６６号（Ｇｏｒｅ、１９７６）に開示されている。この加工によって製造された製品は、周知の商品名であるＧＯＲＥ−ＴＥＸ（登録商標）で市販されている。
【０００８】
テトラフルオロエチレン及び（パーフルオロブチル）エチレンのコポリマーは、こちらも本発明と同一出願人に譲渡された、米国特許第６５４１５８９Ｂ１号に開示されている。そこでは、高分子量かつ小粒径のＰＦＢＥコポリマーを含む、共重合方法及び当該方法により製造された製品が開示されており、そこでは、重合は過マンガン酸塩の添加によって開始し、反応はＺｎＣｌ2などのイオン強度強化剤（ionic strength enhancer）の不存在下で行われる。
【０００９】
さらに他にも、ＴＦＥとＰＦＢＥ及び高級同族体との共重合が以前から研究されており、当該共重合によって製造されたポリマーについて報告されている。例えば、Ｋａｍｉｙａ（日本国特許出願平１０−２４３９７６号、１９９８年８月２８日出願）は、（パーフルオロエチル）エチレン（ＰＦＥＥ）、（パーフルオロブチル）エチレン（ＰＦＢＥ）及び（パーフルオロオクチル）エチレンとのテトラフルオロエチレン微粉末コポリマーを開示しており、そこで言及されている目的には、引き延ばしによって均一で高強度の多孔質物品を製造することが含まれる。他に、その特許出願人は、これらのコモノマーの中でも（パーフルオロブチル）エチレン（ＰＦＢＥ）が好適であったと結論づけていた。
【００１０】
'５８９特許に開示されて特許請求の範囲とされた発見以前は、分散型のテトラフルオロエチレンホモポリマー及びコポリマーについて、高分子量（ＭＷ）（低ＳＳＧ）かつ小粒径（ＲＤＰＳ）といった望ましい特性を両方とも組み合わせた樹脂を実現するのは困難であることが一般に受け入れられていた。同じ結論を別の同等の言い方で表現すると、小さい原分散粒径（ＲＤＰＳ）及び低い標準比重（ＳＳＧ）を有する分散樹脂を実現するのは困難であるか不可能であることが一般に受け入れられていた。そして、見た目はＳＳＧ値のわずかな変化、すなわち２．１６０から２．１５７であっても、ポリマー特性に顕著な変化をもたらすことが報告されている。例えば、Ｊｏｎｅｓの米国特許第６１７７５３３号を参照すると、そこでは、ＳＳＧ値が０．００３単位ごとに変化する別個の実施態様を、特許出願人は特に特許請求の範囲としている。その上、それ自身はＴＦＥ及びＰＦＢＥのコポリマーを対象とする'５８９特許は、しばしば必要とされる小粒径及び高分子量の組み合わせ、すなわち粒径０．２０３μｍ未満及びＳＳＧ２．１４３未満を達成するのに際して、ブレークスルーを提供した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、テトラフルオロエチレンと（パーフルオロヘキシル）エチレン及び高級同族体コモノマーとの分散型コポリマーを提供し、当該コポリマーは、これまで達成されなかった、低ＳＳＧ（高ＭＷ）かつ小さい基本樹脂粒径（ＲＤＰＳ）の両方の組み合わせを有する。加えて、本発明の新しいコポリマーは、非常に高い、これまで達成されなかった引張強度特性を有する延伸された製品を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
テトラフルオロエチレンコポリマーを製造するための重合方法、及び当該方法で製造されたコポリマーが提供される。コポリマーは分散／微粉末型であり、重合したテトラフルオロエチレンモノマー単位と、式：（ＣnＦ(2n+1)）ＣＨ＝ＣＨ2（式中、６≦ｎ＜１０）の共重合した高級同族体コモノマー単位とを含有し、一次粒子はコア−シェル構造を有していると考えられ、重合したコモノマー単位はコポリマー組成全体に対して０．０１モル％〜０．３モル％の量で存在する。コポリマーの原分散一次粒径（ＲＤＰＳ）は０．２１０μｍ未満であってかつコポリマーの標準比重（ＳＳＧ）は２．１４３未満である。コポリマーが０．０５モル％〜０．２５モル％の量で存在するコモノマー単位を有すること、そして、ＲＤＰＳが０．１７８μｍ〜０．２００μｍの範囲内であってかつＳＳＧが２．１４０未満であることが好ましい。重合した状態で、コポリマーは水性分散液中に分散され、凝固及び乾燥すると微粉末形状に変換できる。
【００１３】
本発明に従って製造される好適なコポリマーは（パーフルオロヘキシル）エチレン（ＰＦＨＥ）及び（パーフルオロオクチル）エチレン（ＰＦＯＥ）であり、そのコモノマー単位は０．０５モル％〜０．２５モル％の量で存在し、ＲＤＰＳは０．２００μｍ未満であってかつＳＳＧは２．１４０未満である。本発明のコポリマーは、直径０．１インチの延伸ビード（beading）の形状に成形でき、その延伸ビードの破断強度は少なくとも１０．０ポンドであり、その破断強度が１３．０ポンドを超える場合もある。
【００１４】
本発明のコポリマーを直径０．１インチの延伸ビードに成形した場合は、全ての（本明細書で定義する）強度発生比（ＳＧＲ）が２．０×１０-2ｃｍ2を超え、ＳＧＲが少なくとも３．０のコポリマーも今や可能である。結晶融点を超えて加熱されたことのない、延伸された多孔質の成形品の形状である本発明のコポリマーについては、その成形品は少なくとも１方向について約３５．０ｋｐｓｉを超えるマトリクス引張強度を有することが可能であり、少なくとも１方向について約４５．０ｋｐｓｉを超えるマトリクス引張強度を有する、延伸された多孔質の成形品を製造することが可能である。
【００１５】
最も好ましいのは、重合したテトラフルオロエチレンモノマー単位と、式：（ＣnＦ(2n+1)）ＣＨ＝ＣＨ2（式中、ｎ＝８）の共重合したコモノマー単位とを含有する微粉末型のテトラフルオロエチレンコポリマーであって、
（ａ）共重合したコモノマー単位は、コポリマー組成全体に対して０．０５モル％〜０．２５モル％の量で存在し、
（ｂ）コポリマーの原分散一次粒径（ＲＤＰＳ）は０．２００μｍ未満であって、標準比重（ＳＳＧ）は２．１４０未満であり、
（ｃ）直径０．１インチの延伸ビードの形状に成形されたコポリマーの破断強度は１３．０ポンドを超え、
（ｄ）コポリマーの強度発生比（ＳＧＲ）は２．０×１０-2ｃｍ2を超え、そして
（ｅ）延伸された多孔質の成形品の形状において、その成形品のマトリクス引張強度は少なくとも１方向について約４０ｋｐｓｉを超える。
【００１６】
本発明の方法は、共重合反応が過マンガン酸カリウム開始剤によって触媒され、全体の反応が、塩化亜鉛などの多価イオン強度強化剤の不存在下で行われる点に特徴がある。開始剤の添加は反応完了の十分前に停止し、反応全体の中間点かそれ以前であることが好ましい。また、コモノマーは共重合反応器内に予備充填物として添加することが好ましいが、重合反応工程の一部を通じて徐々に増加しながら断続的に添加してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
テトラフルオロエチレンコポリマーを製造するための重合方法、及び当該方法によって製造されたコポリマーが提供される。コポリマーは分散／微粉末型であり、重合したテトラフルオロエチレンモノマー単位と、式：（ＣnＦ(2n+1)）ＣＨ＝ＣＨ2（式中、６≦ｎ＜１０）の共重合した高級同族体コモノマー単位とを含有し、一次粒子はコア−シェル構造を有していると考えられ、重合したコモノマー単位はコポリマー組成全体に対して０．０１モル％〜０．３モル％の量で存在する。コポリマーの原分散一次粒径（ＲＤＰＳ）は０．２１０μｍ未満であってかつコポリマーの標準比重（ＳＳＧ）は２．１４３未満である。コポリマーが０．０５モル％〜０．２５モル％の量で存在するコモノマー単位を有すること、そして、ＲＤＰＳが０．１７８μｍ〜０．２００μｍの範囲内であってかつＳＳＧが２．１４０未満であることが好ましい。本発明に従って製造されるコポリマーである、（パーフルオロヘキシル）エチレン（ＰＦＨＥ）及び（パーフルオロオクチル）エチレン（ＰＦＯＥ）は、直径０．１インチの延伸ビードの形状に成形でき、その延伸ビードの破断強度を少なくとも１０．０ポンドとすることが可能であり、１３．０ポンドを超える場合もある。
【００１８】
本発明のコポリマーは、これまで達成されていない組み合わせの特性を提供する。これらの特定のポリマーについては、その基本粒径は非常に小さく、そしてこのことが同時に高分子量であることと結び付いている。これらのポリマーは分散重合法によって製造され、当該方法を以下詳細に、そして後の実施例で説明する。テトラフルオロエチレンモノマーの分散重合の基本原理については実施例及び図面から理解でき、特に、本願で開示する特定の工程段階が重要である。詳細には、これらの工程は以下を含む。
【００１９】
重合開始：本発明のコポリマーは、過マンガン酸塩開始剤、好ましくは過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ4）によって多価イオン強度強化剤の不存在下で共重合反応を触媒し、反応が完了に向かって３０％〜８０％進行した時点で開始剤の添加を完全に停止して、反応をゆっくりにして完了へと至らせる重合方法によって製造される。開始剤の添加は、反応完了まで約１／３の時点、すなわち完了まで３０〜４５％の時点で停止するのが好ましい。
【００２０】
パーフルオロブチルエチレンコモノマーは、その反応において予備充填物として添加するのが好ましいが、代わりに、反応の一部のみを通じて徐々に増加しながら添加することも可能である。
【００２１】
分散剤の使用：実質的に非テロゲン性（non-telogenic）の分散剤が使用される。パーフルオロオクタン酸アンモニウム（ＡＰＦＯ、又は「Ｃ−８」）が、許容可能な分散剤である。プログラムされた添加（予備充填及びポンピング）が知られており好ましい。予備充填物を減少すると、一次粒径を増大することが可能である。
【００２２】
重合制御：イオン強度が一次粒径の制御及び分散液の安定性に影響することが知られている。分散液を凝固させずに重合を完了可能にするのに十分安定な分散液とし、かつ重合容器から凝固器への移し替えを乗り切るのに十分安定な分散液とするために注意しなければならない。一次粒径の増大効果を意図して、無機塩を重合反応器内に予備充填することが行われている。一般に、多価イオンがイオン強度を増大するのにより効果的である。一次粒径を制御（増大）することを意図して、ＡＰＦＯを減少させつつ塩化亜鉛が使用されている。しかしながら、本発明の重合反応では、塩化亜鉛のような多価イオン強度強化剤は反応から省かれる。
【００２３】
本願に記載するように、重合において所望の特性を達成するためには、成分の純度に特別の注意を払わなければならないことが知られている。鎖移動又は停止を引き起こしうる溶解性有機不純物に加えて、イオン強度を増加しうるイオン性不純物を最小限にしなければならない。全てのそのような重合反応では、超高純度水及び超高純度モノマーを使用するのが重要であることは明らかである。
【００２４】
追加の試験手順：特定の樹脂から製造される、押し出して延伸した（引き伸ばした）ビードに関連する破断強度は、延伸に対する樹脂の一般的な適合性に直接関係し、様々な方法が破断強度を測定するために使用されている。本発明のコポリマーから作られた延伸ビードを製造して試験するために、次の手順を使用した。
【００２５】
所与の樹脂について、微粉末の樹脂  １１３．４ｇをＩｓｏｐａｒ（登録商標）  Ｋ  ３２．５ｍＬと一緒にブレンドする。そのブレンドを恒温環境室内、２２℃で約２時間エージングする。約２０秒間、約２７０ｐｓｉｇの予備成形圧力を与えて、直径１インチの円筒状予備成形物を作る。ひび割れがないことを確認するために予備成形品を検査する。３０度の注入口角度（挟角）を有する直径０．１００インチのダイを通して予備成形し潤滑した樹脂を押し出すことにより、押出ビードを製造する。押出バレルは直径１インチであり、ラムの移動速度は２０インチ／分である。押出バレル及びダイは、２３℃±１．５℃に維持された室温にある。Ｉｓｏｐａｒ  Ｋを２３０℃で約２５分間乾燥することによって、ビードからＩｓｏｐａｒ  Ｋを除去する。末端の影響を除くために押出ビードの最初と最後のおよそ８フィートを廃棄する。引き延ばし初期速度１００％／秒（２インチ／秒の一定速度）で最終長さ５０インチ（延伸比２５：１）まで、２９０℃で引き伸ばすことによって、押出ビードの２．０インチの部分を延伸する。延伸ビードの中央付近から約１フィート分の長さを取り除く。定義により、破断強度とは、初期サンプル長２インチ及びクロスヘッド速度１２インチ／分でＩｎｓｔｒｏｎ（登録商標）引張試験機を用いて室温（２３℃±１．５℃）で測定した場合に、引張試験中に測定された最も大きい荷重である。２回測定してその２つのサンプルについて平均値を報告する。この手順は、米国特許第６１７７５３３Ｂ１号に記載の手順と同様である。ここでは延伸を３００℃の代わりに２９０℃で行う。
【００２６】
定義パラメータ：様々な等級の樹脂の強度特性を、未延伸押出物から延伸ビードへの、ポリマーマトリクス強度の相対増加量を測定することによって比較でき、この増加量は延伸加工から生じる。この強度増加量の尺度の１つが、強度発生比（「ＳＧＲ」）であり、本願では、上述の直径０．１００インチのビードに関する延伸ビードの破断強度と、適当な単位、例えばｃｍ2×１０-2で表した押出圧力との比として定義する。押出温度、工具寸法、潤滑剤量などがこの試験について特定されることを条件として、一般に押出ビードの破断強度は押出圧力の増加に伴って直線的に増加する。従って、押出圧力は、押出物の強度と直接関係する正確な尺度となりうる。同様に、マトリクス引張強度（ＭＴＳ）は一般にビードの破断荷重に比例して増加する。延伸ビードの破断荷重は、計算したマトリクス引張強度と比較した、ポリマー「強度」のより正確な指標となる。多孔質ＰＴＦＥサンプルのマトリクス引張強度は、破断強度に、固体ポリマーの比重と多孔質の延伸ビードの比重との比を乗ずることによって決定される（ここでは、非多孔質ＰＴＦＥの比重を２．２とする）。ＳＧＲは、延伸加工の結果として増加した、ポリマーの強度の相対増加量の指標となる。以下の実施例では、本発明の特許請求の範囲に記載した樹脂についてＳＧＲ及びＭＴＳの両方を報告する。
【００２７】
モル分率から質量分率への変換：上述した先行特許である米国特許第６５４１５８９号では、重合したコモノマー単位の分率を質量分率として表している。本願で示すモル分率と容易に比較するために、モル分率から質量分率への変換式を以下とする。
【数１】
2009500491.tif 000002
式中、ｗm＝改質剤の質量分率（質量分率を１００倍して質量％に変換する）
ｘm＝改質剤のモル分率（モル分率を１００倍してモル％に変換する）
Ｍm＝改質剤の分子量
ＭTFE＝ＴＦＥの分子量＝１００．０ｇ／モル
【００２８】
質量分率からモル分率を計算するには以下とする。
【数２】
2009500491.tif 000003
【００２９】
本願で対象とする改質剤については、以下の表に示す値を使用するものとする。
【００３０】
【表１】
2009500491.tif 000004
【００３１】
例えば、０．５質量％のＰＦＢＥをＰＦＢＥのモル％に変換するには、以下の計算：
【数３】
2009500491.tif 000005
によって示されるように、ＰＦＢＥのモル組成は０．２モル％となる。
【００３２】
以下の例は、本発明の原理を詳述することを意図したものであって、いかなる点においても添付した特許請求の範囲を限定するものと見なしてはならない。これらの全ての例でイオン強度強化剤を添加しなかった。詳細には、本願に記載する実施例のいずれにおいてもＺｎＣｌ2を添加しなかった。
【実施例】
【００３３】
例１：３枚ブレードの撹拌機を備えた５０Ｌの水平式重合反応器に、パラフィンワックス  １．５ｋｇ、脱イオン（ＤＩ）水  ２８ｋｇ、パーフルオロオクタン酸アンモニウム（ＡＰＦＯ）２０％溶液  ９０ｇ、及び脱イオン水  約５０ｇに溶解したコハク酸  ５ｇを添加した。反応器及び内容物をワックスの融点より高温に加熱した。酸素量が２０ｐｐｍ以下に減少するまで、反応器の真空引き及びＴＦＥを用いた（約１気圧以下への）加圧を繰り返した。真空引き及びパージのサイクルの間内容物を手短に撹拌して、確実に水を脱酸素化した。真空下で真空引きした反応器に予備充填コモノマーとしてＰＦＨＥ  １５．４７ｇを添加して、反応器を８３℃に加熱した。反応器の内容物をその後連続的に６０ｒｐｍで撹拌した。次に、圧力が２．９ＭＰａ（絶対圧力）に到達するまで、ＴＦＥを反応器に添加した。ＴＦＥの流量を制御することにより反応器内部の圧力を一定に維持しながら、ＴＦＥ  約４．０ｋｇが添加されるまで、ＫＭｎＯ4のＤＩ水溶液（０．０６３ｇ／Ｌ）を８０ｍＬ／分で注入した。ＡＰＦＯ２０％溶液  約３２０ｍＬを増分４０ｍＬで添加し、このとき、ＴＦＥ  約１ｋｇを反応器に添加した後に第１の増分を添加し、ＴＦＥを引き続き１ｋｇ添加した後ごとにその後の増分を添加し、その結果、ＴＦＥ  約９ｋｇが充填された後に最後の増分を添加した。ＴＦＥの量が４ｋｇの時点でＫＭｎＯ4の添加速度を４０ｍＬ／分に減少し、ＴＦＥ  約６ｋｇが添加されるまでこの速度で継続し、この時点でＫＭｎＯ4の添加を停止した。合計１８３５ｇのＫＭｎＯ4溶液を２７分間にわたって反応器に添加した。その後、重合反応を継続し、ＴＦＥ  約１６ｋｇを反応器に添加した後に反応を停止した。ＴＦＥの３７．５％が反応した後は、ＫＭｎＯ4を添加しなかった。合計反応時間は１６７分であった。
【００３４】
生成した分散液の質量は４７．０ｋｇで、分散液は固形分を３５．２質量％含有していた。ポリマー粒子の原分散粒径（ＲＤＰＳ）は２０４ｎｍであった。
【００３５】
分散液の一部をＤＩ水で希釈し、硝酸を用いて凝固して、１８０℃で乾燥した。
【００３６】
得られた樹脂の特性を表Ｉにまとめる。
【００３７】
例２：ＰＦＨＥ  ４６．４７ｇを予備充填物として反応器に添加したことを除き、例１の手順を繰り返した。ＴＦＥ  ５ｋｇが充填されるまで、ＫＭｎＯ4溶液（０．１ｇ／Ｌ）が約８０ｍＬ／分の速度で注入されるような増分でＫＭｎＯ4を添加した。反応したＴＦＥの合計量が６ｋｇに到達するまでＫＭｎＯ4の添加速度を４０ｍＬ／分に減少し、到達時点でＫＭｎＯ4の添加を停止した。合計２６３５ｇのＫＭｎＯ4溶液を３６分間にわたって反応器に添加した。重合を継続し、ＴＦＥ  約１６ｋｇを反応器に添加した後、反応を停止した。合計反応時間は１２４分であった。
【００３８】
生成した分散液の質量は４８．３ｋｇで、分散液は固形分を３５．２質量％含有していた。ポリマー粒子の原分散粒径（ＲＤＰＳ）は１８０ｎｍであった。
【００３９】
得られた樹脂の特性を表Ｉにまとめる。
【００４０】
例３：ＰＦＨＥ  ９２．８２ｇを予備充填物として反応器に添加したことを除き、例１の手順を繰り返した。反応したＴＦＥの合計量が６ｋｇに到達するまで、ＫＭｎＯ4溶液（０．１ｇ／Ｌ）を連続的に反応器に一定速度で注入し、到達時点でＫＭｎＯ4の添加を停止した。合計５９８０ｇのＫＭｎＯ4溶液を８７分間にわたって反応器に添加した。重合を継続し、ＰＴＦＥ  約１６ｋｇを反応器に添加した後、反応を停止した。合計反応時間は１９６分であった。
【００４１】
生成した分散液の質量は５２．０ｋｇで、分散液は固形分を３４．５質量％含有していた。ポリマー粒子の原分散粒径（ＲＤＰＳ）は１６７ｎｍであった。
【００４２】
得られた樹脂の特性を表Ｉにまとめる。
【００４３】
例４：（パーフルオロオクチル）エチレン（ＰＦＯＥ）１９．９４ｇを予備充填物として反応器に添加したことを除き、例１の手順を繰り返した。ＴＦＥ  ３ｋｇが充填されるまで、ＫＭｎＯ4溶液が８０ｍＬ／分の速度で注入されるような増分でＫＭｎＯ4を添加した。反応したＴＦＥの合計量が６ｋｇに到達するまでＫＭｎＯ4の添加速度を４０ｍＬ／分に減少し、到達時点でＫＭｎＯ4の添加を停止した。合計２５３５ｇのＫＭｎＯ4溶液を３７分間にわたって反応器に添加した。重合を継続し、ＴＦＥ  約１６ｋｇを反応器に添加した後、反応を停止した。合計反応時間は１９７分であった。
【００４４】
生成した分散液の質量は４８．２ｋｇで、分散液は固形分を３５．５質量％含有していた。ポリマー粒子の原分散粒径（ＲＤＰＳ）は２０９ｎｍであった。
【００４５】
得られた樹脂の特性を表Ｉにまとめる。
【００４６】
例５：ＰＦＯＥ  ５９．８２ｇを予備充填物として反応器に添加したことを除き、例１の手順を繰り返した。反応したＴＦＥの合計量が６ｋｇに到達するまで、ＫＭｎＯ4溶液を連続的に反応器に一定速度で注入し、到達時点でＫＭｎＯ4の添加を停止した。合計２５５５ｇのＫＭｎＯ4溶液を３４分間にわたって反応器に添加した。重合を継続し、ＴＦＥ  約１６ｋｇを反応器に添加した後、反応を停止した。合計反応時間は２０５分であった。
【００４７】
生成した分散液の質量は４７．３ｋｇで、分散液は固形分を３５．２質量％含有していた。ポリマー粒子の原分散粒径（ＲＤＰＳ）は１８１ｎｍであった。
【００４８】
得られた樹脂の特性を表Ｉにまとめる。
【００４９】
例６：ＰＦＯＥ  １１９．６４ｇを予備充填物として反応器に添加したことを除き、例１の手順を繰り返した。反応したＴＦＥの合計量が６ｋｇに到達するまで、ＫＭｎＯ4溶液（０．１５ｇ／Ｌ）を連続的に反応器に一定速度で注入し、到達時点でＫＭｎＯ4の添加を停止した。合計３０２５ｇのＫＭｎＯ4溶液を４０分間にわたって反応器に添加した。重合を継続し、ＴＦＥ  約１６ｋｇを反応器に添加した後、反応を停止した。合計反応時間は２２６分であった。
【００５０】
生成した分散液の質量は４８．３ｋｇで、分散液は固形分を３４．９質量％含有していた。ポリマー粒子の原分散粒径（ＲＤＰＳ）は１８０ｎｍであった。
【００５１】
得られた樹脂の特性を表Ｉにまとめる。
【００５２】
比較例Ａ：ＰＦＢＥ  ４４．００ｇを予備充填物として反応器に添加したことを除き、例１の手順を繰り返した。ＴＦＥ  ２ｋｇが充填されるまで、ＫＭｎＯ4溶液が８０ｍＬ／分の速度で注入されるような増分でＫＭｎＯ4を添加した。反応したＴＦＥの合計量が６ｋｇに到達するまでＫＭｎＯ4の添加速度を４０ｍＬ／分に減少し、到達時点でＫＭｎＯ4の添加を停止した。合計４２２０ｇのＫＭｎＯ4溶液を６１分間にわたって反応器に添加した。重合を継続し、ＴＦＥ  約１６ｋｇを反応器に添加した後、反応を停止した。合計反応時間は１１３分であった。
【００５３】
生成した分散液の質量は４７．５ｋｇで、分散液は固形分を３４．８質量％含有していた。ポリマー粒子の原分散粒径（ＲＤＰＳ）は１７４ｎｍであった。
【００５４】
得られた樹脂の特性を表Ｉにまとめる。
【００５５】
比較例Ｂ：ＰＦＢＥ  ５５．００ｇを予備充填物として反応器に添加したことを除き、例１の手順を繰り返した。ＴＦＥ  ３ｋｇが充填されるまで、ＫＭｎＯ4溶液が８０ｍＬ／分の速度で注入されるような増分でＫＭｎＯ4を添加した。反応したＴＦＥの合計量が５ｋｇに到達するまでＫＭｎＯ4の添加速度を４０ｍＬ／分に減少した。反応したＴＦＥの合計量が６ｋｇに到達するまでＫＭｎＯ4の添加速度を１０ｍＬ／分に減少し、到達時点でＫＭｎＯ4の添加を停止した。合計４２６０ｇのＫＭｎＯ4溶液を７０分間にわたって反応器に添加した。重合を継続し、ＴＦＥ  約１６ｋｇを反応器に添加した後、反応を停止した。合計反応時間は１１２分であった。
【００５６】
生成した分散液の質量は４８．２ｋｇで、分散液は固形分を３４．４質量％含有していた。ポリマー粒子の原分散粒径（ＲＤＰＳ）は１７３ｎｍであった。
【００５７】
得られた樹脂の特性を表Ｉにまとめる。
【００５８】
例７：この例では、コポリマーの製造量をおよそ一桁（１０倍）スケールアップした。従って、５８０Ｌの水平式重合反応器に、パラフィンワックス  １８ｋｇ、脱イオン（ＤＩ）水  ３５０ｋｇ、パーフルオロオクタン酸アンモニウム（ＡＰＦＯ）２０％溶液  １．２５Ｌ、及びコハク酸  ６０ｇを添加した。反応器及び内容物をワックスの融点より高温に加熱した。酸素量が２０ｐｐｍ以下に減少するまで、反応器の真空引き及びＴＦＥを用いた（約１気圧以下への）加圧を繰り返した。真空引き及びパージのサイクルの間内容物を手短に撹拌して、確実に水を脱酸素化した。真空下で真空引きした反応器に予備充填コモノマーとしてＰＦＯＥ  ６７３ｇを添加して、反応器を８３℃に加熱した。反応器の内容物をその後連続的に２７ｒｐｍで撹拌した。次に、圧力が２．９ＭＰａ（絶対圧力）に到達するまで、ＴＦＥを反応器に添加した。ＴＦＥの流量を制御することにより反応器内部の圧力を一定に維持しながら、ＫＭｎＯ4のＤＩ水溶液（０．３０ｇ／Ｌ）を１５０ｍＬ／分で注入した。反応の進行に伴い、ＴＦＥの反応速度を約１．２ｋｇ／分と一定に維持するために、ＫＭｎＯ4溶液の流量を減少させた。ＴＦＥ  ６０ｋｇが反応した時点で、ＫＭｎＯ4溶液の流量を停止した。合計５．９８ｋｇのＫＭｎＯ4溶液を１０４分間にわたって反応器に添加した。ＡＰＦＯ２０％溶液  １．８ｋｇを増分０．６ｋｇで添加し、このとき、ＴＦＥ  約２４ｋｇを反応器に添加した後に第１の増分を添加し、ＴＦＥを引き続き１２ｋｇ添加した後ごとにその後の増分を添加し、その結果、ＴＦＥ  約４８ｋｇが充填された後に最後の増分を添加した。その後、重合反応を継続し、ＴＦＥ  約１８０ｋｇを反応器に添加した後に反応を停止した。ＴＦＥの３３．３％が反応した後は、ＫＭｎＯ4を添加しなかった。合計反応時間は２７７分であった。
【００５９】
生成した分散液の質量は５５５ｋｇで、分散液は固形分を３４．９質量％含有していた。ポリマー粒子の原分散粒径（ＲＤＰＳ）は１９１ｎｍであった。
【００６０】
分散液の一部をＤＩ水で希釈し、硝酸を用いて凝固して、１８０℃で乾燥した。
【００６１】
得られた樹脂の特性を表ＩＩにまとめる。
【００６２】
比較例Ｃ：ＰＦＢＥ  ４２０ｇを予備充填物として反応器に添加したことを除き、例７の手順を繰り返した。反応したＴＦＥの速度が約１．９ｋｇ／分に制御されるようにＫＭｎＯ4溶液を添加した。合計４．９７ｋｇのＫＭｎＯ4溶液を９１分間にわたって反応器に添加した。ＡＰＦＯ２０％溶液  ２．４ｋｇを増分０．４８ｋｇで添加し、このとき、ＴＦＥ  約１２ｋｇを反応器に添加した後に第１の増分を添加し、ＴＦＥをその後１２ｋｇ添加した後ごとにその後の増分を添加し、その結果、ＴＦＥ  約６０ｋｇが充填された後に最後の増分を添加した。重合を継続し、ＴＦＥ  約１８０ｋｇを反応器に添加した後に反応を停止した。合計反応時間は１８２分であった。
【００６３】
生成した分散液の質量は５４０ｋｇで、分散液は固形分を３４．２質量％含有していた。ポリマー粒子の原分散粒径（ＲＤＰＳ）は２１０ｎｍであった。
【００６４】
得られた樹脂の特性を表ＩＩにまとめる。
【００６５】
本発明を、いくつかの実施態様及び詳細な説明と関連させて本明細書で開示したが、そのような詳細部分の変更又は変形を本発明の要旨から逸脱することなく成し得ることは当業者にとって明らかであり、そのような変更又は変形は以下の特許請求の範囲内にあると見なされる。
【００６６】
【表２】
2009500491.tif 000006
【００６７】
【表３】
2009500491.tif 000007
【国際調査報告】
2009500491.tif 000008
2009500491.tif 000009
2009500491.tif 000010