(57)【要約】【課題】1.33程度の屈折率を有する流体、好ましくは水の挙動観測に適した、卓越した光透過性と低屈折率特性とを有する可視化計測用もしくは光学的計測用成形体を提供する。【解決手段】屈折率が1.30〜1.40で、かつ250〜700nmの波長範囲の光透過率が80％以上(厚さ100μmのフィルムについて測定)の含フッ素共重合体からなる可視化計測用もしくは光学的計測用成形体。この可視化計測用もしくは光学的計測用成形体は、屈折率が1.33〜1.34の範囲にある流体、好ましくは水の挙動観測に適した、卓越した光透過性と低屈折率特性とを有しており、かかる流体を可視化するための構造体として有効に用いられる。可視化計測もしくは光学的計測を精度よく観測するには、流体の屈折率に近い材質が特に要求されるが、本発明に係る視認性にすぐれた成形体は、これに必要な可視化計測用もしくは光学的計測用構造体を提供し得る。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率が1.30〜1.40で、かつ250〜700nmの波長範囲の光透過率が80％以上(厚さ100μmのフィルムについて測定)の含フッ素共重合体からなる可視化計測用もしくは光学的計測用成形体。
【請求項２】
屈折率が1.33〜1.34の範囲にある流体を可視化するための構造体として用いられる請求項１記載の可視化計測用もしくは光学的計測用成形体。
【請求項３】
流体である水を可視化するための構造体として用いられる請求項２記載の可視化計測用もしくは光学的計測用成形体。
【請求項４】
含フッ素共重合体がテトラフルオロエチレン-パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)系共重合体である請求項１記載の可視化計測用もしくは光学的計測用成形体。
【請求項５】
含フッ素共重合体がテトラフルオロエチレン-ジ(パーフルオロビニル)エーテルモノマー系共重合体である請求項１記載の可視化計測用もしくは光学的計測用成形体。
【請求項６】
含フッ素共重合体がテトラフルオロエチレン-パーフルオロアリルエーテルモノマー系共重合体である請求項１記載の可視化計測用もしくは光学的計測用成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視化計測用もしくは光学的計測用成形体に関する。さらに詳しくは、1.33程度の屈折率を有する流体、好ましくは水の挙動観測に適した可視化計測用もしくは光学的計測用成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
含フッ素共重合体は、含フッ素単量体であるフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)等を共重合反応させることによって得られ、エラストマー領域から樹脂領域まで様々な特性を有しているが、特に含フッ素共重合体であることにより、高温での熱安定性や極低温での靱性および柔軟性を有し、さらには耐薬品性にすぐれ、化学的に安定であり、また非粘着性、低摩擦特性、電気的な諸特性にもすぐれているなど、非常にすぐれた特性を備えている。このため、含フッ素共重合体は半導体、自動車、建築、電気・電子、食品など様々な分野において用いられている。
【０００３】
このような中で、含フッ素樹脂の応用として可視化技術への利用が検討されている。可視化技術の一つは、窓や防護壁、レンズ、保護眼鏡等に関するものであり、透明性にすぐれたガラスやメタクリレート樹脂等の構造体では達成できない耐薬品性等の化学的安定性、非粘着性、防汚性などの特性を、含フッ素共重合体製構造体により代替するというものである。
【０００４】
また、別の可視化技術として、流体中に微小な粒子を混入することで流れを可視化し、その粒子挙動をレーザーや高感度カメラ等により追跡し、その流速分布を計測する粒子画像流速測定法などに代表されるように、水や空気等通常では可視できない流体等を可視化するための技術検討がなされている。
【０００５】
この技術は、通常では観測困難な流れである心臓や血管中の血液流を対象とした医学・生理学の分野、内燃機関の燃焼や動力機・空調機といった熱交換器の熱伝達等の工学分野、ダム・河川等の環境保全や災害対策・汚染物質の拡散・風力発電機等の環境分野、極超音速航空機・宇宙往還機・飛行機等の周辺における空気流れなどの航空機分野、排気管の排ガス・ポンプの吸入の流れ、蛇面周りの流れ場・海水抵抗の船首構造・操縦性能等の輸送分野、核燃料棒周辺における冷却流れ等の原子力分野などに関する流れ挙動解析などに用いられている。
【０００６】
こうした挙動解析を行うときの流体としては、その汎用性から水が使用される。水の屈折率は1.33と低いため、流体解析モデルとしての構造体がガラス(屈折率1.40〜1.60)やPMMA(屈折率1.49)、ポリカーボネート(屈折率1.58)である場合、その構造体界面でレーザーの散乱や反射などが生じてしまうため、十分な観測ができない場合などがみられる。
【０００７】
そのため、水に近い屈折率を有するフッ素樹脂を用い、構造体界面でのレーザーの散乱や反射などが生ずるという問題を改善するための検討もなされているが、テトラフルオロエチレン-パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体等によって代表される汎用のフッ素樹脂は、いずれも白色不透明か半透明な樹脂であるためレーザー光の透過率が低く、十分な観測ができない場合などがみられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、1.33程度の屈折率を有する流体、好ましくは水の挙動観測に適した、卓越した光透過性と低屈折率特性とを有する可視化計測用もしくは光学的計測用成形体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる本発明の目的は、屈折率が1.30〜1.40で、かつ250〜700nmの波長範囲の光透過率が80％以上(厚さ100μmのフィルムについて測定)の含フッ素共重合体からなる可視化計測用もしくは光学的計測用成形体によって達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る可視化計測用もしくは光学的計測用成形体は、屈折率が1.33〜1.34の範囲にある流体、好ましくは水の挙動観測に適した、卓越した光透過性と低屈折率特性とを有しており、かかる流体を可視化するための構造体として有効に用いられる。可視化計測もしくは光学的計測を精度よく観測するには、流体の屈折率に近い材質が特に要求されるが、本発明に係る視認性にすぐれた成形体は、これに必要な可視化計測用もしくは光学的計測用構造体を提供し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
屈折率が1.30〜1.40で、かつ250〜700nmの波長範囲の光透過率が80％以上の含フッ素共重合体としては、例えば次のような含フッ素共重合体を挙げることができる。
【００１２】
・テトラフルオロエチレン-パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)系共重合体であって、テトラフルオロエチレン85〜60重量％およびパーフルオロ(エチルビニルエーテル)15〜40重量％の共重合組成を有する共重合体、テトラフルオロエチレン20〜98重量％、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)1〜40重量％およびパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)1〜40重量％の共重合組成を有する3元共重合体、テトラフルオロエチレン30〜85重量％、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)3〜45重量％およびフッ化ビニリデン1〜25重量％の共重合組成を有する3元共重合体など
・テトラフルオロエチレン-ジ(パーフルオロビニル)エーテルモノマー系共重合体であって、テトラフルオロエチレン、一般式 CF2=CFORfOCF=CF2(Rf：エーテル性酸素原子を含んでもよい、炭素数1〜15のフルオロアルキレン基)で表わされるジ(パーフルオロビニル)エーテルモノマーおよびテトラフルオロエチレン以外の含フッ素モノオレフィンよりなり、ジ(パーフルオロビニル)エーテルモノマーを1.2〜10モル％共重合させた3元共重合体など(結晶融解熱量ΔH 10J/g以下)
・テトラフルオロエチレン-パーフルオロアリルエーテルモノマー系共重合体であって、テトラフルオロエチレン70〜98モル％および一般式 CF2=CFCF2ORf(Rf：エーテル性酸素原子を含んでもよい、炭素数1〜8のフルオロアルキル基)で表わされるパーフルオロアリルエーテルモノマー30〜2モル％の共重合組成を有する共重合体など(結晶融解熱量ΔH 15J/g以下)
【特許文献１】特開２００２−２９３９５３号公報
【特許文献２】特開２００３−２４６８２３号公報
【特許文献３】特開２００４−２１７７１８号公報
【特許文献４】特開２００４−１７５９１６号公報
【特許文献５】特開２００４−２４４５０４号公報
【００１３】
これらの良好な光透過性と屈折率性とを有する含フッ素共重合体は、可視光計測用もしくは光学的計測用成形体として用いられるために、採用される成形温度における含フッ素共重合体の溶融粘度値に応じて、圧縮成形、押出成形、カレンダー成形、ブロー成形、射出成形、注型成形等の各種成形方法を用いて、所望の形状に成形される。得られた成形体は、必要に応じてさらに二次加工として、切削加工、溶接加工、溶融加工等が施され、例えば厚板状やブロック状の成形体を切削加工してフィルム状やシート状としたり、逆にフィルム状やシート状の成形体を丸めて接合端部を溶接加工したり、溶融加工したりしてチューブ状、ホース状などに加工して用いることができる。
【００１４】
このような含フッ素共重合体の成形体またはその二次加工体は、透明性にすぐれ、かつ低屈折率特性を有するため、例えば屈折率が1.33〜1.34の範囲にある流体、好ましくは水を可視化するための構造体として用いられ、その場合にこのような特性により流体界面との間に反射、屈折、曇りなどが生じないため、鮮明な観測を可能とする。
【００１５】
かかる含フッ素共重合体の成形体またはその二次加工体を用いての可視化計測もしくは光学的計測は、例えば流体中に微小な粒子を混入することで流れを可視化し、流体内に分散した微粒子の挙動をレーザーや高感度カメラ等により追跡し、その流速分布を計測する粒子画像流速測定法などに代表されるように、水や空気等通常では可視できない流体等を可視化するための計測方法として行われる。また、流体内に分散した溶質の濃度差あるいは温度差による流体自体の屈折率の揺らぎを光学的に直接観測することによって、流体内の溶質や熱の拡散状態を実験的に知ることができる。
【００１６】
より具体的な一例としては、高速度カメラと高速繰り返しパルスレーザーを組み合わせた「Dynamic PIV」の手法で、管群周りの流れの空間的時間的変化を調べ、時空間速度分布情報を取得する際に、水と極めて近い屈折率を有する含フッ素共重合体製管群として用いられる。これ以外の計測例としては、次のようなものが挙げられる。
・粒子画像流速計の高性能化
・曲がり管内に発生する振動現象の可視化
・血液を模擬した拍動流の可視化
・水槽内にノズルから噴出する噴流の渦構造の可視化
・原子炉内の冷却機構を模擬した、スペーサ周辺の熱流動挙動の可視化
【非特許文献１】可視化情報第２５巻 Suppl.  第２号第２１３〜４頁                    (２００５年１０月)
【非特許文献２】可視化情報第２５巻 Suppl.  第２号第２０３〜４頁                    (２００５年１０月)
【非特許文献３】可視化情報第２５巻 Suppl.  第２号第２０９〜１０頁                    (２００５年１０月)
【非特許文献４】可視化情報第２５巻 Suppl.  第２号第３６９〜７０頁                    (２００５年１０月)
【実施例】
【００１７】
次に、実施例について本発明を説明する。
【００１８】
実施例１
攪拌機付きの内容量100Lのステンレス鋼製オートクレーブを真空まで脱気し、そこに
CF2ClCF2CHClF/C2F5CHCl2(重量比58/42)混合溶媒            58kg
メタノール                                               3g
を仕込んだ後、減圧・窒素置換をくり返し、オートクレーブ内の酸素を十分に除去した後、共重合モノマーとして、
テトラフルオロエチレン〔TFE〕                           14kg(37モル％)
パーフルオロ(エチルビニルエーテル)〔FEVE〕              28kg(35モル％)
パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)〔FPVE〕            28kg(28モル％)
をそれぞれ仕込み、35℃に加温すると、オートクレーブの内圧は0.77MPa・Gとなった。次いで、開始剤としてイソブチリルパーオキサイド300g(上記混合溶媒の24.8重量％溶液として)を定量ポンプによりオートクレーブ内に導入し、重合反応を開始させて、内圧が0.54MPa・Gになる迄重合反応を行った。
【００１９】
その後、オートクレーブ内の未反応モノマーを放圧して重合反応液を取り出し、メタノールによる再沈、イオン交換水による洗浄および乾燥を行い、含フッ素共重合体9.58kgを得た。得られた含フッ素共重合体の組成(特開2003-246823号公報記載の赤外線吸収スペクトル法による)は、TFE/FEVE/FPVE=重量比70/14/16で、メルトフローレートMFR(東洋精機製作所製メルトインデクサを用い、含フッ素共重合体を内径9.5mmのシリンダに入れ、5kgのピストン荷重下に内径2.095mm、長さ8.00mmのオリフィスを通して押出したときの押出重量を200℃で測定)は10g/10分であった。
【００２０】
実施例２
攪拌機付きの内容量3Lのステンレス鋼製オートクレーブを真空まで脱気し、そこに
パーフルオロ(2-n-ブチルテトラヒドロフラン)            2595g
メタノール                                             2.5g
を仕込んだ後、減圧・窒素置換をくり返し、オートクレーブ内の酸素を十分に除去した後、共重合モノマーとして、
テトラフルオロエチレン〔TFE〕                          330g(42モル％)
パーフルオロ(エチルビニルエーテル)〔FEVE〕             780g(46モル％)
フッ化ビニリデン〔VdF〕                                 60g(12モル％)
をそれぞれ仕込み、30℃に加温すると、オートクレーブの内圧は0.77MPa・Gとなった。次いで、開始剤としてビス-パーフルオロブチリルパーオキサイド50g(前記混合溶媒の5重量％溶液として)を定量ポンプによりオートクレーブ内に導入し、重合反応を開始させて、内圧が0.52MPa・Gになる迄重合反応を行った。
【００２１】
以下、実施例１と同様に処理して、含フッ素共重合体240gを得た。得られた含フッ素共重合体の組成は、TFE/FEVE/VdF=重量比61/28/11で、MFRは8g/10分であった。
【００２２】
比較例１
実施例１において、共重合モノマーとして、
テトラフルオロエチレン〔TFE〕                           14kg(77モル％)
パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)〔FPVE〕            11kg(23モル％)
をそれぞれ仕込み、20℃に加温するとオートクレーブの内圧は0.65MPa・Gとなった。次いで、同じ開始剤70gの混合溶媒溶液を定量ポンプによりオートクレーブ内に導入し、重合反応を開始させて、内圧が0.40MPa・Gになる迄重合反応を行った。
【００２３】
以下、実施例１と同様に処理して、含フッ素共重合体8.5kgを得た。得られた含フッ素共重合体の組成は、TFE/FPVE=重量比87/13で、MFR(370℃で測定)は2g/10分であった。
【００２４】
比較例２
実施例１において、共重合モノマーとして、
テトラフルオロエチレン〔TFE〕                           73kg(80モル％)
ヘキサフルオロプロピレン〔HFP〕                         27kg(20モル％)
をそれぞれ仕込み、30℃に加温するとオートクレーブの内圧は0.70MPa・Gとなった。次いで、同じ開始剤100gの混合溶媒溶液を定量ポンプによりオートクレーブ内に導入し、重合反応を開始させて、内圧が0.45MPa・Gになる迄重合反応を行った。
【００２５】
以下、実施例１と同様に処理して、含フッ素共重合体6.3kgを得た。得られた含フッ素共重合体の組成は、TFE/HFP=重量比87/13で、MFR(300℃で測定)は2g/10分であった。
【００２６】
比較例３
実施例２において、共重合モノマーとして、
テトラフルオロエチレン〔TFE〕                          290g(36モル％)
ヘキサフルオロプロピレン〔HFP〕                        560g(46モル％)
フッ化ビニリデン〔VdF〕                                 95g(18モル％)
が用いられた。得られた含フッ素共重合体の組成は、TFE/HFP/VdF=重量比60/20/20で、MFR(230℃で測定)は12g/10分であった。
【００２７】
以上の各実施例、比較例で得られた含フッ素共重合体について、次の各項目の測定または評価を行った。
屈折率：アッベ屈折率計を用い、厚さ100μmのフィルムについて、23℃、波長589nm            で測定
光透過率：日本分光社製紫外可視分光光度計を用い、厚さ100μmのフィルムについて
、波長波長250nmおよび650nmで測定
視認性：１辺20cmの立方体ガラス容器に水を充満し、その上面に厚さ10mmのシートを            固定し、対向する下面に写真を貼り付け、シート側から写真を目視により視            認し、鮮明に視認できたものを○、曇った状態で視認できたものを△、全く            視認できなかったものを×と評価
光散乱性：１辺20cmの立方体ガラス容器に水を充満し、その中心位置に直径10mmの円              柱状含フッ素共重合体製成形体を垂直に固定し、側面方向から3×3mmの
レーザーを照射するレーザーポインターで照射を行い、対向する側面側に              そこから10cm離れた位置に散乱性判定用板を設置し、円柱状成形体を透過              してきたレーザー光の大きさが、散乱性判定用板上で5×5mm以内での散
乱光として確認されたものを○、7×7mm以内での散乱光として確認され
たものを△、7×7mm以上での散乱光として確認されたものを×と評価
【００２８】
得られた結果は、次の表に示される。
表                                 
測定・評価項目   実施例１ 実施例２ 比較例１ 比較例２ 比較例３
屈折率            １．３４  １．３４  １．３４  １．３４  １．３６
光透過率            
250nm             ９１      ８１      ６０      ６４      ８６  
650nm             ９４      ９４      ９１      ９３      ９４  
視認性               ○        ○        ×        △        ×   
光散乱性             ○        ○        ×        △        △