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フッ素樹脂とは?特徴・フロロサーフとの違い・種類を徹底解説|フッ素コーティング剤や離型剤なら【フロロテクノロジー】

フロロテクノロジーの「モノ造り」におけるコラムです。

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フッ素樹脂とは?特徴・フロロサーフとの違い・種類を徹底解説!

フッ素樹脂は、工業で広く扱われている素材です。耐薬品性・耐熱耐寒性・表面平滑性・耐摩耗性など優れた性質があるため、さまざまな分野で活用されています。

また、フッ素系コーティング剤であるフロロサーフは、フッ素樹脂との共通点を持ちながら、いくつかの違いもある製品で、多くの方から注目を集めています。

この記事では、フッ素樹脂の特徴やフロロサーフとの違い、フッ素樹脂の種類について解説するため、フッ素樹脂の導入を検討されている方はぜひ参考にしてください。

 

1.フッ素樹脂とは?特性をわかりやすく解説

フッ素樹脂とは、フッ素原子と炭素原子が結合して作られるプラスチックの総称です。
化学的に安定した性質を持ち、ほかの素材にはみられないさまざまな特性があります。

フッ素樹脂の主な特性は、下記の通りです。

フッ素樹脂の主な特性
耐熱性 高い結合エネルギーの原子を持つため、高い耐熱性があります。
約-196~400度の間の使用に耐えることが可能です。
低温時の耐衝撃性 低温の環境でも優れた耐衝撃性を発揮します。
-196度でも5%の伸びを示すことがフッ素樹脂の特徴です。
耐燃焼性 フッ素樹脂は酸素と結合しにくく、電子の分解力に耐えられるため、高温になっても燃えにくい性質を持っています。
電気絶縁性 15,000~20,000ボルトの高電圧でも絶縁抵抗を行うため、電気・電子部門に役立ちます。
低摩擦性 個体の中でも摩擦係数が非常に小さい素材として知られています。
非粘着性 非粘着性が高く、樹脂表面に接した物質と接着することがほとんどありません。
耐薬品性 一般的な化学薬品からの影響を受けることなく使用できます。
無毒性 人体に無毒なため、食品に対して使用が可能です。
耐紫外線性 紫外線による劣化が起こりづらいため、屋外でも長期間にわたって使用できます。

 

1-1.フロロサーフとの違い

フロロサーフは、株式会社フロロテクノロジーの「フッ素系コーティング剤・撥水撥油処理剤」です。

フッ素樹脂とフロロサーフの共通点に、撥水・撥油性や防水・防湿性、汚れ防止などの性質があります。
フロロサーフの使用により、製造や加工などの作業工程で起こるさまざまな問題を解決できます。

ただし、フッ素樹脂とフロロサーフは工法や特性の一部が異なっているため、使用の際は用途・目的に応じて、適切な素材を導入することが大切です。
フッ素樹脂とフロロサーフには、次のような違いがあります。

〇供給形状

フッ素樹脂の供給形状は樹脂の粉体ですが、フロロサーフは特殊なフッ素樹脂を溶解した液体です。

〇施工工程

フッ素樹脂の施工は粉体塗装ののち加熱焼成で行われます。プロレベルのスキルや専用の設備が必要です。耐熱性のない素材には施工することができません。
フロロサーフは、液体ですので通常の塗料と同じように、刷毛塗り、どぶ漬けやスプレーガンなどで簡単に塗布でき、常温で乾燥させるだけです。スキルに自信がない方でも専用の設備なしで施工できます。また、耐熱性のない素材にも施工可能です。

〇被膜の外観や膜厚

フッ素樹脂の被膜外観は白色不透明で膜厚は5~100マイクロメートル程度です。
一方、フロロサーフの被膜外観は透明で、膜厚は0.01~40マイクロメートル程度となっています。

〇耐熱性

フッ素樹脂の耐熱性は約400度に対し、フロロサーフは熱可塑性タイプの耐熱性が80~120度、熱硬化タイプの耐熱性が200~250度となっています。

フロロサーフ用のフッ素樹脂は、蓄積された加工技術をベースに合成されています。
そのため、特性のコントロールや膜厚制御、使用する溶剤の変更など、さまざまな仕様変更が可能です。

 

2.フッ素樹脂の種類

フッ素樹脂に含まれる主な素材は、PTFEやPFA、FEPなど合計8種類にわけられます。
フッ素樹脂の各素材は種類によって分子構造が異なり、分子構造に応じた固有の特長・性質を持つため、フッ素樹脂を扱う場合は、各素材の理解が必要です。

以下では8種類のフッ素樹脂に関して、名称や特徴、代表的な用途例を解説するため、ぜひ参考にしてください。

 

2-1.PTFE

PTFEの化学名は、ポリテトラフルオロエチレン(Poly tetra fluoro ethylene)です。
高い耐熱性・非粘着性・耐薬品性を持つPTFEは、フッ素樹脂の中で最も多く使用されており、全需要の約60%を占めます。

また、PTFEには懸濁重合品と乳化重合品の2種類があるため、注意が必要です。
懸濁重合品はシートやパイプの圧縮成形に使用され、乳化重合品は、電線被覆などの押出用原料や、コーティング用の材料に使用されます。

 

2-2.PFA

PFAの化学名は、パーフルオロアルコキシアルカン(Perfluoro alkoxy alkane)です。
PFAはPTFEの加工性をより高めるために開発されました。

そのため、PTFEと同様の耐熱性・非粘着性・耐薬品性があり、さらに溶接加工や成型加工も容易な点もPFAの特徴です。

また、PFAは通常品と高純度品の2種類にわけられ、通常品はガスケットや電線被覆材、耐食ライニングなどに、高純度品は半導体部品や液晶部品に用いられます。

 

2-3.FEP

FEPの化学名は、パーフルオロエチレンプロペンコポリマー(Perfuluoro ethylene propylene copolymer)です。
FEPも、PFA同様、PTFEの加工性を高めるために開発されました。

PTFEと比較して耐熱性に劣りますが、PTFEにある室温転移点がFEPにはない点が、FEPの長所となっています。

FEPの主な用途例は、電線被覆材や配管材料をはじめ、変圧器の絶縁フィルムやお菓子の焼き型、パッキンなどにも使用されます。

 

2-4.ETFE

ETFEの化学名は、エチレン・テトラフルオロエチレンコポリマー(Ethylene-tetrafluoroethylene)です。
FTFEは、テトラフルオロエチレンとエチレン共重合体から作られます。

ETFEの特徴は力学的に強靭で、電気絶縁性・耐放射線性も兼ね備えている点です。

ETFEは、FEP同様に電線被覆材やコーティング、チューブなどに使用されることが多く、耐食用の膜厚が厚い性質を活かして、化学タンクの素材にも使用されています。

 

2-5.PCTFE

PCTFEの化学名は、ポリクロロトフリフルオロエチレン(Polychlorotrifluoroethylene)です。
PCTFEは、トリクロロトリフルオロエタンをメタノール中で脱塩素化することで、合成が可能です。

PCTFEの特徴に、透明性・耐薬品性・耐衝撃性・耐食性・耐放射線性の高さが挙げられます。
また、PCTFEは水蒸気やガスに対する透過性が低いことも特徴です。

そのため、PCTFEは、ベアリングなどの機械部品やのぞき窓などを中心に、医薬品用の包装フィルムや、腐食性が強い薬液のパイプにも使用されます。

 

2-6.ECTFE

ECTFEの化学名は、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体(Chlorotrifluoroethylene ethylene copolymer)です。
ECTFEは、エチレンとクロロトリフルオロエチレンの重合技術によって得られます。

ECTFEの特徴は、優れた電気特性・耐放射線性・耐化学薬品性と、高温環境下でも機械的強度を損なわない点です。

また、ECTFEは、薬品タンクやパイプ、バリア性が必要な部品のコーティングに応用ができます。
しかし、現在の日本では、ECTFEはほとんど使用されていません。

 

2-7.PVDF

PVDFの化学名は、ポリビニリデンフルオライド(Polyvinylidene fluoride)です。
PVDFは、ビニリデン単量体を重合化することで得られます。

PVDFの特徴は、機械的な強靭さや耐化学薬品性を持ち、紫外線の放射にも耐性がある点です。

PVDFは溶融加工や成形も可能なため、ポンプやバルブ、絶縁剤や、自動車用の部品・化学工業用のパイプにも使用されます。

 

2-8.PVF

PVFの化学名は、ポリビニリデンフルオライド(Poly Vinylidene Fluoride)です。
PVFは、フッ化ビニルを重合することで得られます。

PVFの特徴は機械的強度や耐候性の高さが挙げられ、ほかのフッ素樹脂にみられる耐熱性や耐薬品性も備えています。

また、太陽電池用のバックシートは、PVFの主な用途例と言えるでしょう。
特にシート状のPVFは、金属や木材、プラスチックに貼ることで、屋内外の建材や屋根の表面材にも使用できます。

 

まとめ

フッ素樹脂は化学的に安定した構造を持ち、優れた性質を発揮する素材です。
耐熱性・耐薬品性・電気絶縁性・非粘着性などの性質があるため、フッ素樹脂はさまざまな産業で使用されています。

また、フッ素系のコーティング剤であるフロロサーフは、フッ素樹脂と共通の性質を持つ製品です。
フロロサーフは施工に特別なスキルや設備が不要のため、簡単に導入できます。

フッ素樹脂やフロロサーフの利用に興味がある方は、それぞれの特徴と違いを正確に把握したうえで、自社サービス・商品に適した素材を導入してください。

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