ポリクロロ・トリフルオロエチレン

概要

材料名ポリクロロ・トリフルオロエチレン
略号PCTFE
英語名Polychlorotrifluoroethylene
分類フッ素樹脂、熱可塑性樹脂、スーパーエンプラ系材料
代表的な特徴低透過性、寸法安定性、耐薬品性、低吸湿性、低温特性に優れる材料である。

ポリクロロ・トリフルオロエチレンは、クロロトリフルオロエチレンを重合して得られるフッ素樹脂である。略号はPCTFEであり、旧商標名のKel-Fとして呼ばれる場合もある。現在はダイキン工業のNEOFLON PCTFE、ArkemaのVoltalef、HoneywellのAclonなどの名称で知られる。

PCTFEは、PTFEに比べて溶融成形性を持ち、硬さ、寸法安定性、ガスバリア性、水蒸気バリア性に優れる。一方で、耐熱性と耐薬品性はPTFE、PFA、FEPよりやや劣る場合がある。

特徴

  • フッ素樹脂の中でもガスバリア性、水蒸気バリア性が高い。
  • 吸水率が極めて低く、湿度による寸法変化が小さい。
  • 低温から極低温領域まで機械的性質を保持しやすい。
  • 硬さ、圧縮強さ、寸法安定性に優れる。
  • 透明性を有するグレードがあり、光学部品や観察窓にも使用される。
  • 難燃性、耐候性、電気絶縁性に優れる。
  • PTFEより成形加工しやすいが、成形温度管理と残留応力管理が重要である。

構造式

PCTFEは、クロロトリフルオロエチレンの付加重合により得られる。繰り返し単位は下記である。

－［CF2－CFCl］n－

モノマークロロトリフルオロエチレン
モノマー構造CF2=CFCl
重合反応n CF2=CFCl → －［CF2－CFCl］n－

種類

種類の名称特徴主な用途長所短所
標準PCTFE汎用的なPCTFEであり、機械強度、寸法安定性、耐薬品性のバランスが良い。バルブ、シール、ガスケット、絶縁部品低吸湿、低透過、高剛性PTFEより耐熱・耐薬品性がやや低い
高分子量PCTFE応力割れ性、圧縮特性、機械的強度を重視したグレードである。極低温バルブ、精密切削部品、航空宇宙部品耐クリープ性、耐応力割れ性が良い成形加工性はやや難しい
透明PCTFE結晶性を制御し、透明性を持たせたグレードである。観察窓、医薬包装、フィルム透明性とバリア性を両立する厚肉品では透明性が低下しやすい
PCTFEフィルム水蒸気バリア性を活かしたフィルム材料である。医薬品包装、防湿包装、電子材料包装防湿性、透明性、耐薬品性が良いコストが高い
長所
  • 水蒸気、酸素、ガスの透過が小さい。
  • 吸水率が非常に低く、寸法安定性に優れる。
  • 低温特性に優れ、極低温シール材に使用できる。
  • フッ素樹脂として耐薬品性、難燃性、耐候性に優れる。
短所
  • PTFE、PFA、FEPに比べると耐熱性、耐薬品性はやや劣る。
  • 高温成形時の熱履歴、残留応力に注意が必要である。
  • 一般汎用樹脂に比べて材料価格が高い。
  • 強アルカリ金属、特殊フッ素化試薬、高温強薬品では劣化に注意が必要である。
成形加工
加工方法適正概要
圧縮成形◎厚肉品、丸棒、板材、精密切削用素材に適する。
押出成形○フィルム、チューブ、ロッドなどに使用される。
射出成形△〜○小型精密部品に使用されるが、温度管理と金型設計が重要である。
切削加工◎バルブシート、シール、精密部品に多用される。
溶接・接着△表面エネルギーが低く、接着には表面処理が必要である。

代表的な物性値又は機械的性質

項目単位代表値備考
密度g/cm32.10〜2.15代表値は約2.13である。
融点℃210〜215グレードにより変動する。
ガラス転移温度℃45前後低温特性に関係する。
連続使用温度℃120〜150短時間ではより高温に耐える場合がある。
引張強さMPa35〜55フッ素樹脂の中では比較的高い。
引張伸び%50〜200分子量、成形条件で変動する。
曲げ弾性率MPa1,200〜1,700PTFEより硬質で寸法安定性が良い。
ロックウェル硬さ－R80〜R100高硬度フッ素樹脂である。
吸水率%0.01以下極めて低い。
酸素指数%95以上難燃性が高い。

耐薬品性

PCTFEは多くの酸、アルカリ、アルコール、油類、燃料に対して良好な耐薬品性を示す。フッ素樹脂であるため薬品に対して安定であるが、PTFE、PFA、FEPよりは耐熱性、耐薬品性がやや劣る場合がある。高温、応力下、長時間浸漬、濃厚薬品では実使用条件で確認する必要がある。

薬品・溶剤耐性備考
水◎吸水率が極めて低く、寸法変化が小さい。
弱酸◎常温では非常に安定である。
強酸◎〜○多くの酸に耐えるが、高温濃硝酸など強酸化条件では確認が必要である。
弱アルカリ◎常温では安定である。
強アルカリ○高温、高濃度、長時間では注意が必要である。
アルコール◎エタノール、IPAに対して良好である。
ケトン○〜△アセトン、MEKでは応力下や高温で膨潤、クラックに注意する。
芳香族溶剤○〜△トルエン、キシレンでは高温・長時間接触に注意する。
塩素系溶剤○〜△ジクロロメタン、クロロホルムでは膨潤や応力割れに注意する。
油・燃料◎〜○低透過性を活かしたシール、バリア用途に適する。

更に詳しくはプラスチックの耐薬品性一覧表を参照。

SP値（溶解度パラメータ）
SP値（溶解度パラメータ）
項目SP値（δ） MPa1/2備考
PCTFE 標準18.0〜19.5フッ素樹脂としてはやや極性があり、PTFEより溶剤との相互作用を受けやすい。
PCTFE 高分子量グレード18.0〜19.3結晶性、分子量が高く、耐溶剤性と耐応力割れ性が良い。
PCTFE フィルム18.2〜19.5水蒸気バリア性に優れるが、薄膜では溶剤透過・応力に注意する。
PCTFE 充填グレード18.0〜20.0充填材により見かけのSP値、膨潤性、機械特性が変化する。
溶解性の目安

PCTFEは結晶性があり、フッ素を多く含むため、多くの水系薬品、アルコール、油類に対して溶解しにくい。SP値が近いケトン、芳香族溶剤、塩素系溶剤では、常温短時間では使用できる場合があるが、応力下、高温、長時間接触では膨潤、白化、クラックに注意が必要である。

SP値から見た耐溶剤性
SP値から見た耐溶剤性
薬品・溶剤SP値（δ） MPa1/2SP値差評価備考
水47.929.2◎SP値差が大きく、吸水性も極めて低い。
メタノール29.711.0◎短期、常温では良好である。
エタノール26.07.3◎アルコール類には比較的安定である。
イソプロピルアルコール23.54.8○洗浄用途では応力割れに注意する。
アセトン20.31.6△SP値が近く、応力下や長時間接触では膨潤、クラックに注意する。
MEK19.00.3△SP値が非常に近く、実使用確認が必要である。
酢酸エチル18.60.1△SP値差だけでは不利であり、温度、応力、接触時間に注意する。
トルエン18.20.5△高温、長時間では膨潤の可能性がある。
キシレン18.00.7△芳香族溶剤では応力クラックに注意する。
ヘキサン14.93.8○常温では比較的良好である。
ガソリン14.0〜16.02.7〜4.7○燃料バリア用途ではグレードと使用条件を確認する。
ジクロロメタン20.21.5△塩素系溶剤では膨潤、白化、応力割れに注意する。

※PCTFEのSP値は中央値18.7 MPa1/2を基準としてSP値差を算出している。

評価基準：◎：非常に良好　○：概ね良好　△：注意が必要　×：不適

注意：アセトン、MEK、酢酸エチル、トルエン、キシレン、塩素系溶剤はSP値がPCTFEに近いため、応力下、高温、長時間接触では膨潤、白化、クラックが発生する可能性がある。

製法

PCTFEは、クロロトリフルオロエチレンをラジカル重合して製造される。懸濁重合、乳化重合、溶液重合などが用いられる。重合後、洗浄、乾燥、造粒を行い、成形用粉末、ペレット、フィルム用材料として供給される。

原料モノマークロロトリフルオロエチレン（CTFE）
基本反応式n CF2=CFCl → －［CF2－CFCl］n－
主な重合法懸濁重合、乳化重合、溶液重合
後処理凝集、洗浄、乾燥、粉砕、造粒

詳細な利用用途

  • 極低温バルブ、液体酸素、液体窒素、液化天然ガス関連部品
  • バルブシート、ガスケット、シールリング、Oリングバックアップ材
  • 航空宇宙用部品、低アウトガス部品、精密絶縁部品
  • 医薬品包装用フィルム、防湿フィルム、ブリスター包装
  • 薬品容器、ライニング材、薬液接触部品
  • 電気・電子部品、絶縁材料、耐薬品性治具
  • 光学部品、透明窓、観察窓
  • 燃料、ガス、冷媒のバリア部材

関連材料との比較

比較材料特徴長所短所主な選定ポイント
PTFE代表的なフッ素樹脂である。耐熱性、耐薬品性、非粘着性が非常に高い。溶融流動せず、寸法精度やクリープに注意する。最高レベルの耐薬品性が必要な場合に選ぶ。
PFA溶融成形可能な高耐熱フッ素樹脂である。耐熱性、耐薬品性、成形性が良い。PCTFEよりガスバリア性は劣る場合がある。高温薬液配管、半導体薬液用途に適する。
FEP溶融成形性に優れるフッ素樹脂である。透明性、電気特性、耐薬品性が良い。PCTFEより機械強度、バリア性は低い。電線被覆、フィルム、チューブ用途に適する。
PVDF機械強度と成形性に優れるフッ素樹脂である。強度、耐候性、成形性が良い。強アルカリ、極性溶剤では注意が必要である。成形性と機械強度を重視する場合に選ぶ。
ECTFEエチレンとクロロトリフルオロエチレンの共重合体である。耐薬品性、機械強度、成形性のバランスが良い。PCTFEほどの低透過性は得にくい。ライニング、配管、タンク用途に適する。
フッ素樹脂PTFE、PFA、FEP、PVDF、PCTFEなどの総称である。耐薬品性、耐候性、難燃性に優れる。種類により成形性、耐熱性、価格が異なる。使用温度、薬品、成形方法で選定する。

代表的なメーカー

メーカー代表ブランド・製品名概要
ダイキン工業NEOFLON PCTFE高いガスバリア性、硬さ、寸法安定性を持つPCTFE材料である。
ArkemaVoltalef PCTFEフィルム、シート、成形材料用途で知られるPCTFEである。
HoneywellAclon PCTFEバリアフィルム、包装材料、工業用途に使用されるPCTFEである。
3MKel-F旧来のPCTFE商標名である。現在は製造中止であるが、PCTFEの通称として残っている。
加工メーカー各社PCTFE丸棒、板、切削部品バルブ、シール、極低温部品向けに素材加工品が供給される。
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