JP5480632B2 - 接着性フッ化ビニリデン系樹脂シート - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、他の熱可塑性樹脂層との接着性に優れたフッ化ビニリデン系樹脂シート、特にその良好な接着性を生かして、他の熱可塑性樹脂層との積層状態におかれるフッ化ビニリデン系樹脂の押出シートに関する。
【背景技術】
【0002】
フッ化ビニリデン系樹脂は、耐薬品性、耐候性、耐汚染性等に優れ、各種フィルムないしシート等の成形材料、あるいは塗料、バインダー基剤として用いられている。また、そのシートは、優れた耐候性、耐油性に加えて耐油透過性にも優れているため、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂等との他の熱可塑性樹脂との積層により自動車のガソリンタンクからエンジンへの給油用チューブを形成して、自動車の軽量化手段の一つとして採用することに関していくつかの提案がある(特許文献1〜4)。積層構造は、フッ化ビニリデン系樹脂の優れた耐油性、耐油透過性と、他の熱可塑性樹脂の優れた機械的特性を調和させるために採用される。
【0003】
しかしながら、フッ化ビニリデン系樹脂をはじめとするフッ素系樹脂は、その優れた耐汚染性からもわかる通り、他の熱可塑性樹脂との接着性が乏しい。このため、上記従来技術においては、フッ素系樹脂の表面処理(特許文献1)、接着剤層の挿入(特許文献2)、無水マレイン酸等によるフッ素樹脂のγ線照射グラフトによる樹脂の表面処理(特許文献3および4)等の手段が採られているが、充分な接着性が得られているとは云い難い。
【0004】
他方、金属、あるいは粉末電極材料との接着性を改善するために、フッ化ビニリデンと無水マレイン酸等との共重合体(特許文献5)およびフッ化ビニリデンと不飽和二塩基酸のモノエステルとの共重合体(特許文献6)も提案されている。しかしながら、これらフッ化ビニリデン共重合体は、溶液状態で、塗料、接着剤あるいはバインダーを形成するために開発されたものであり、押出シート形成は全く予定されておらず、事実、一般にシート押出に適しているとは云い難い。
【特許文献1】特開平6−31877号公報
【特許文献2】特開平6−15790号公報
【特許文献3】特開2005−162330号公報
【特許文献4】特開2005−207582号公報
【特許文献5】特開昭62−260806号公報
【特許文献6】特開平6−172452号公報
【0005】
【発明の開示】
本発明の主要な目的は、他の熱可塑性樹脂層との接着性に優れたフッ化ビニリデン系樹脂シート、特にその良好な接着性を生かして、他の熱可塑性樹脂層との積層状態におかれるフッ化ビニリデン系樹脂の押出シートを提供することにある。
【0006】
本発明者らの研究によれば、特許文献6の実施例に採用されるよりも少ない、極めて限定的な量の不飽和二塩基酸のモノエステル重合単位を含むフッ化ビニリデン共重合体組成物は、シート押出性に優れ、他の熱可塑性樹層との接着性が良好で、耐油透過性も良好な押出シートを与えることが見出された。
【0007】
すなわち、本発明の他の熱可塑性樹脂層と接着性のフッ化ビニリデン系樹脂シートは、フッ化ビニリデンを60重量%以上含有するフッ化ビニリデン系単量体の重合単位100重量部と不飽和二塩基酸のモノエステルの重合単位0.05〜0.6重量部とを含むフッ化ビニリデン共重合体組成物の押出シートからなることを特徴とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
本発明の接着性フッ化ビニリデン系樹脂シートを構成するフッ化ビニリデン共重合体組成物は、フッ化ビニリデン共重合体単独で、あるいは他のフッ化ビニリデン(共)重合体との混合により、フッ化ビニリデン系単量体の重合単位100重量部に対して、不飽和二塩基酸のモノエステルの重合単位0.05〜0.6重量部を含むものである。結果的に特許文献6において用いられるフッ化ビニリデン共重合体(不飽和二塩基酸のモノエステルの重合単位0.1〜3重量部を含む)に比べて相対的に少ない量範囲で不飽和二塩基酸のモノエステルの重合単位を含むことにより、良好なシート押出性が与えられる。
【0009】
すなわち、本発明に使用されるフッ化ビニリデンを60重量%以上、好ましくは80重量%以上含有するフッ化ビニリデン系単量体としては、フッ化ビニリデン単独、またはフッ化ビニリデンと他の単量体の混合物が挙げられる。他の単量体としては、フッ化ビニリデンと共重合可能な含フッ素単量体あるいはエチレン、プロピレン等の炭化水素単量体が使用される。フッ化ビニリデンと共重合可能な含フッ素単量体としては、フッ化ビニル、トリフルオロエチレン、トリフルオロクロロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フルオロアルキルビニルエ−テル等を挙げることができる。これらフッ化ビニリデンと共重合可能な他の単量体の量は、得られる共重合体の耐候性、耐油性、耐油透過性と、柔軟性、押出性、他の熱可塑性樹脂との接着性等を考慮して、フッ化ビニリデンと他の単量体の総量の40重量%以下、特に20重量%以下であることが好ましい。
【0010】
上記したフッ化ビニリデンを主構成成分とする単量体(すなわちフッ化ビニリデン系単量体)と共重合させる不飽和二塩基酸のモノエステルとしては、炭素数5〜8のものが好ましく、例えばマレイン酸モノメチルエステル、マレイン酸モノエチルエステル、シトラコン酸モノメチルエステル、シトラコン酸モノエチルエステル等を挙げることができる。特にマレイン酸モノメチルエステル、シトラコン酸モノメチルエステルが好ましい。
【0011】
フッ化ビニリデン系単量体と、不飽和二塩基酸のモノエステルとの共重合は、懸濁重合、乳化重合、溶液重合等の方法が採用できるが、後処理の容易さ等の点から水系の懸濁重合、乳化重合が好ましく、水系懸濁重合が特に好ましい。
【0012】
水を分散媒とした懸濁重合においては、メチルセルロース、メトキシ化メチルセルロース、プロポキシ化メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ゼラチン等の懸濁剤を、水に対して0.005〜1.0重量%、好ましくは0.01〜0.4重量%の範囲で添加して使用する。
【0013】
重合開始剤としては、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジノルマルプロピルパーオキシジカーボネート、ジノルマルヘプタフルオロプロピルパーオキシジカーボネート、イソブチリルパーオキサイド、ジ(クロロフルオロアシル)パーオキサイド、ジ(パーフルオロアシル)パーオキサイド、ターシャリーブチルパーオキシピバレート等が使用できる。その使用量は、単量体合計量(フッ化ビニリデン系単量体と不飽和二塩基酸のモノエステルとの合計量)に対して0.1〜5重量%、好ましくは0.5〜2重量%である。
【0014】
酢酸エチル、酢酸メチル、アセトン、エタノール、n−プロパノール、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、プロピオン酸エチル、四塩化炭素、ジエチルカーボネート等の連鎖移動剤を添加して、得られる重合体の重合度を調節することも可能である。その使用量は、通常は、単量体合計量に対して0.1〜5重量%、好ましくは0.5〜3重量%である。
【0015】
単量体の合計仕込量は、単量体合計量:水の重量比で1:1〜1:10、好ましくは1:2〜1:5であり、重合は温度10〜80℃で5〜100時間行う。
【0016】
上記の懸濁重合により、容易にフッ化ビニリデン系単量体と不飽和二塩基酸のモノエステルとを共重合させることができる。
【0017】
本発明の接着性フッ化ビニリデン系樹脂シートを構成するフッ化ビニリデン共重合体組成物は、上記のようにして得られるフッ化ビニリデン共重合体単独で、あるいは同様にして得られる他のフッ化ビニリデン(共)重合体との混合により、フッ化ビニリデン系単量体の重合単位100重量部に対して、不飽和二塩基酸のモノエステルの重合単位(概ね仕込量比に相当する)を0.05〜0.6重量部含むものである。不飽和二塩基酸のモノエステルの重合単位が0.05重量部未満では、他の熱可塑性樹脂との接着性向上効果が乏しい。他方0.6重量部を超えると、フッ化ビニリデン共重合体組成物の(共)押出性が低下し、発泡したり、目ヤニが発生するなどして、表面が平滑なシートの形成が困難となる。同様な理由により、フッ化ビニリデン共重合体組成物中のカルボニル基含有量は8×10−7〜6×10−5モル/g、特に4×10−6〜5×10−5モル/g、であることが好ましい。
【0018】
なお、フッ化ビニリデン共重合体組成物を構成する単独のフッ化ビニリデン共重合体中の不飽和二塩基酸のモノエステル重合単位量は、他の(共)重合体との混合により得られる組成物としての上限を超えない限り、0.6重量部を超えてもよいが、混合不充分による弊害を避けるために3重量部以下とすることが好ましい。
【0019】
本発明で用いるフッ化ビニリデン系共重合体組成物は、分子量の目安として、溶液粘度(樹脂4gを1リットルのN,N−ジメチルホルムアミドに溶解させた溶液の30℃における対数粘度。以下、同様)が0.5〜2.0dl/g、より好ましくは0.8〜2.0dl/g、特に好ましくは0.8〜1.5dl/g、の範囲内の値を有することが好ましい。
【0020】
上記で得られた接着性フッ化ビニリデン系樹脂(フッ化ビニリデン共重合体組成物)は、単独で押出してシート化した後、接着剤層を介して、または熱融着により、他の熱可塑性樹脂層と接合するか、あるいは他の熱可塑性樹脂の押出ラミネートにより、他の熱可塑性樹脂層との積層シート形成に用いることもできる。しかし、より好ましくは、得られた接着性フッ化ビニリデン系樹脂の優れた(共)押出性を利用して、他の熱可塑性樹脂との共押出積層シート形成に用いられる。このためには、押出樹脂数に応じた数の単軸又は二軸等の押出機と積層数に応じた多層Tダイ又は環状ダイ(および必要に応じてマンドレル)を用いた慣用の共押出法が採用される。Tダイを用いれば平坦な共押出しシートが、環状ダイを用いれば共押しチューブが形成される。
【0021】
他の熱可塑性樹脂との典型的な積層態様例を挙げれば、片側(チューブの場合は外側)から順に、他の熱可塑性樹脂/接着性フッ化ビニリデン系樹脂、他の熱可塑性樹脂/接着性フッ化ビニリデン系樹脂/他の熱可塑性樹脂である。代表的な応用例としての燃料供給チューブとしての使用を考慮した場合、好ましい他の熱可塑性樹脂の例としては、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂が挙げられ、なかでもポリアミド12、ポリアミド11などのポリアミド系樹脂が好ましい。これら他の熱可塑性樹脂については、必要に応じてカルボニル基等の官能基を導入した接着性を改質したものも用いられる。
【0022】
積層する場合の、接着性フッ化ビニリデン系樹脂と他の熱可塑性樹脂との厚み比は、使用する用途に応じて、フッ化ビニリデン系樹脂由来の耐候性、耐油(透過)性等の特性と、他の熱可塑性樹脂に由来する機械的特性とのバランスにより決定されるが、代表的な燃料チューブの場合、例えば1:99〜50:50、好ましくは10:90〜30:70程度である。また燃料チューブとして用いられる場合の合計厚みは0.1〜5mm、好ましくは0.3〜3mm程度である。
【実施例】
【0023】
以下、実施例、比較例により、本発明を更に具体的に説明する。
【0024】
[カルボニル基含有量の測定]
得られた重合体のカルボニル基の定量は、以下の方法によって行った。
【0025】
ポリフッ化ビニリデン樹脂とポリメチルメタクリレート樹脂を所定割合で混合した試料についてのIRスペクトルの881cm−1の吸収に対する1726cm−1の吸収の比とカルボニル基含有量の関係をプロットし検量線を作成する。
【0026】
試料重合体を熱水洗浄後、ベンゼンにて80℃で24時間のソックスレー抽出により、ポリマー中に残留している未反応モノマー及びホモポリマーを除去したものについて、IRスペクトルのモノエステル化された不飽和二塩基酸に起因するカルボニル基の吸収の、881cm−1の吸収に対する比を求め、先に作成した検量線からカルボニル基含有量を求める。参考までに、モノエステル化された不飽和二塩基酸に起因するカルボニル基(エステル基中のカルボニル基とカルボキシル基中のカルボニル基を含む)の吸収は1700〜1850cm−1の範囲(例えばマレイン酸モノメチルエステルの場合は1747cm−1)に認められる。他方、ポリフッ化ビニリデンならびにフッ化ビニリデンとフッ素あるいは炭化水素系単量体との共重合体は、1500〜2500cm−1の範囲で顕著な吸収を示さない。
【0027】
<フッ化ビニリデン(共)重合体の調製例>
(合成例1)(フッ化ビニリデン共重合体1の調製)
内容量2リットルのオートクレーブに、イオン交換水1040g、メチルセルロース0.6g、酢酸エチル3g、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート4g、フッ化ビニリデン398g、マレイン酸モノメチルエステル2gを仕込み(フッ化ビニリデン:マレイン酸モノメチルエステル=100:0.50)、25℃で42時間懸濁重合を行った。重合完了後、重合体スラリーを脱水、水洗後、80℃で乾燥して粉体状の共重合体1を得た。
【0028】
重合率は、85%であり、得られた重合体は、溶液粘度1.1dl/g、カルボニル基含有量0.6×10−4モル/gであった。
【0029】
(合成例2)(特許文献6の実施例1相当のフッ化ビニリデン共重合体2の調製)
内容量2リットルのオートクレーブに、イオン交換水1040g、メチルセルロース0.8g、酢酸エチル2.5g、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート4g、フッ化ビニリデン396g、マレイン酸モノメチルエステル4gを仕込み(フッ化ビニリデン:マレイン酸モノメチルエステル=100:1.01)、28℃で47時間懸濁重合を行った。重合完了後、合成例1と同様に処理して粉体状の共重合体2を得た。
【0030】
重合率は、90重量%で、得られた重合体は、溶液粘度1.1dl/g、カルボニル基含有量1.2×10−4モル/gであった。
【0031】
(合成例3)(フッ化ビニリデン単独重合体3の調製)
内容量2リットルのオートクレーブに、イオン交換水1040g、メチルセルロース0.4g、酢酸エチル8g、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート2g、フッ化ビニリデン400gを仕込み、25℃で22時間懸濁重合を行った。重合完了後、合成例1と同様に処理して粉体状の重合体3を得た。
【0032】
重合率は、85重量%で、得られた重合体は、溶液粘度1.1dl/gであった。
【0033】
(合成例4)(フッ化ビニリデン共重合体4の調製)
内容量2リットルのオートクレーブに、イオン交換水1040g、メチルセルロース0.4g、酢酸エチル8g、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート2g、フッ化ビニリデン399.8g、マレイン酸モノメチルエステル0.2gを仕込み(フッ化ビニリデン:マレイン酸モノメチルエステル=100:0.05)、を仕込み、25℃で24時間懸濁重合を行った。重合完了後、重合体スラリーを合成例1と同様に処理して粉体状の共重合体4を得た。
【0034】
重合率は、85重量%で、得られた重合体は、溶液粘度1.1dl/g、カルボニル基含有量0.06×10−4モル/gであった。
【0035】
(合成例5)(フッ化ビニリデン共重合体5の調製)
内容量2リットルのオートクレーブに、イオン交換水1040g、メチルセルロース0.6g、酢酸エチル6g、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート4g、フッ化ビニリデン375.2g、クロロトリフルオロエチレン24g、マレイン酸モノメチルエステル0.8gを仕込み(フッ化ビニリデン+クロロトリフルオロエチレン:マレイン酸モノメチルエステル=100:0.20)、を仕込み、25℃で25時間懸濁重合を行った。重合完了後、重合体スラリーを合成例1と同様に処理して粉体状の重合体5を得た。
【0036】
重合率は、85重量%で、得られた重合体は、溶液粘度1.0dl/g、カルボニル基含有量0.06×10−4モル/gであった。
【0037】
(合成例6)(フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体6の調製)
内容量2リットルのオートクレーブに、イオン交換水1040g、メチルセルロース0.4g、酢酸エチル8g、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート2g、フッ化ビニリデン352g、ヘキサフルオロプロピレン48gを仕込み、25℃で20時間懸濁重合を行った。重合完了後、重合体スラリーを合成例1と同様に処理して粉体状の重合体6を得た。
【0038】
重合率は、85重量%で、得られた重合体は、溶液粘度1.0dl/gであった。
【0039】
<フッ化ビニリデン(共)重合体組成物の調製>
得られたフッ化ビニリデン(共)重合体を下表1に示すとおり、単独であるいはブレンドして、同方向回転二軸押出機を用いてペレット化することにより、実施例1〜6および比較例1〜2のフッ化ビニリデン(共)重合体組成物を得た。押出に際しては、ダイス出口での樹脂温度が、220〜250℃の範囲内になるようにシリンダー温度条件を調整した。
【表1】
【0040】
(比較例3)
比較のため市販の接着性改良共重合体フッ化ビニリデン系樹脂(無水マレイン酸グラフトポリフッ化ビニリデン;アルケマ社製「Kynar ADX20」;特許文献3実施例で使用)を用いた。
【0041】
<他の熱可塑性樹脂>
他の熱可塑性樹脂として、以下の二種のポリアミド樹脂を用いた:
・市販ポリアミド12(ダイセルデクサ社製「ダイアミドX7293」)
・市販接着性改良ポリアミド12(ダイセルデグサ社製「ダイアミドX7297」)。
【0042】
<二層シートの押出>
上記実施例1〜6あるいは比較例1〜3のフッ化ビニリデン系樹脂(組成物)の一種と、上記他の熱可塑性樹脂(ポリアミド)一種とを、単軸スクリュー押出機2台(フッ化ビニリデン系樹脂用とポリアミド用)と、マルチマニホールド多層Tダイとを用いて共押出しして、厚み540μm(フッ化ビニリデン系樹脂層180μm、ポリアミド層360μm)の二層シート18種を得た。
【0043】
得られた18種の二層シートについては、それぞれ以下の項目での評価を行った。
【0044】
[押出性]
得られた二層シートの外観を目視で観察して、以下の基準で評価した:
A:押出性良好であり、二層シートのいずれの層の外観も良好、
B:押出性良好であるが、二層シートのフッ化ビニリデン系樹脂層の表面にわずかに縦筋が発生した、
C:フッ化ビニリデン系樹脂層の発泡が起こり、表面荒れおよび顕著な縦筋が発生して、連続的な運転が不可能であった。
【0045】
[剥離強度]
JIS K6854−3に規定される接着剤のT剥離強度の測定法に準拠し、多層シートのサンプル幅を5mmにして、フッ化ビニリデン系樹脂層−ポリアミド層間の剥離強度を引張試験機(オリエンテック社製「STA−1150」)を用いて測定した。後記表2中における「剥離せず」とは、剥離強度が15N/cmを超え、良好な接着状態であることを意味する。
【0046】
[燃料透過性]
燃料として、模擬燃料である「Fuel CE10」(イソオクタン/トルエン/エタノール=45/45/10(重量)混合物)を用い、この燃料にフッ化ビニリデン系樹脂層が接するようにフッ化ビニリデン系樹脂/ポリアミド二層シートを配置して、差圧式ガス・水蒸気透過率測定装置(GTRテック社製「GTR−30XAKC」)を用いて温度65度で燃料透過度[g/m2・day・atm]を測定した。
【0047】
測定された合計燃料透過度に基づき、ポリアミド層の燃料透過遮蔽性を無視して、フッ化ビニリデン系樹脂層単位厚さ当りの(すなわちフッ化ビニリデン系樹脂層厚180μm=0.18cmを乗じて)透過係数[g・cm/m2・day・atm]を求めた。
【0048】
18種の二層シートについての上記評価結果を、まとめて次表2に示す。
【表2】
【0049】
上表2を見れば、フッ化ビニリデン系単量体の重合単位100重量部に対し、少量の不飽和二塩基酸のモノエステルの重合単位を含む本発明のフッ化ビニリデン共重合体組成物を用いてポリアミドと共押出し積層した場合(実施例1〜6)には、押出性、低燃料透過性のいずれにおいても優れ、また通常ポリアミド(すなわち接着性改良グレードでないポリアミド)と共押出積層した場合にも良好な層間接着性を示している。
【0050】
これに対し、不飽和二塩基酸のモノエステルの重合単位の含有量が多い組成物を用いる比較例1では、押出性に難があり、また不飽和二塩基酸のモノエステルの重合単位を含まない比較例2および市販接着性改良グレードのフッ化ビニリデン系樹脂を用いる比較例3では、接着性改善効果が不充分である。
【産業上の利用可能性】
【0051】
上述したように、本発明によれば、他の熱可塑性樹脂との接着性に乏しいフッ化ビニリデン系樹脂に対し、極めて少量の不飽和二塩基酸のモノエステルの重合単位をフッ化ビニリデン共重合体中の重合単位として導入することにより、シート押出性に優れ、他の熱可塑性樹脂層との接着性が良好で、耐油透過性も良好な押出シートが与えられる。
Claims (11)
- フッ化ビニリデンを60重量%以上含有するフッ化ビニリデン系単量体の重合単位100重量部と不飽和二塩基酸のモノエステルの重合単位0.05〜0.6重量部とを含むフッ化ビニリデン共重合体組成物の押出シートからなる、他の熱可塑性樹脂層と接着性のフッ化ビニリデン系樹脂シート。
- フッ化ビニリデン共重合体組成物が一種のフッ化ビニリデン共重合体からなる請求項1に記載のフッ化ビニリデン系樹脂シート。
- フッ化ビニリデン共重合体組成物がフッ化ビニリデン共重合体とフッ化ビニリデン単独重合体との混合物からなる請求項1に記載のフッ化ビニリデン系樹脂シート。
- フッ化ビニリデン共重合体組成物が複数のフッ化ビニリデン共重合体の混合物からなる請求項1に記載のフッ化ビニリデン系樹脂シート。
- 不飽和二塩基酸のモノエステルが、マレイン酸モノメチルエステル、マレイン酸モノエチルエステル、シトラコン酸モノメチルエステルおよびシトラコン酸モノエチルエステルからなる群より選ばれる請求項1〜4のいずれかに記載のフッ化ビニリデン系樹脂シート。
- フッ化ビニリデン共重合体組成物中のカルボニル基合量が8×10−7〜6×10−5モル/gである請求項1〜5のいずれかに記載のフッ化ビニリデン系樹脂シート。
- 他の熱可塑性樹脂層との接着積層状態にある請求項1〜6のいずれかに記載のフッ化ビニリデン系樹脂シート。
- 他の熱可塑性樹脂層との共押出積層状態にある請求項7に記載のフッ化ビニリデン系樹脂シート。
- 他の熱可塑性樹脂がポリアミド系樹脂である請求項8に記載のフッ化ビニリデン系樹脂シート。
- フッ化ビニリデン系樹脂シートと他の熱可塑性樹脂層との厚み比が1:99〜50:50である請求項8または9に記載のフッ化ビニリデン系樹脂シート。
- 全体としてチューブ形状をなす請求項1〜10のいずれかに記載のフッ化ビニリデン系樹脂シート。
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