JPH02208329A - フルオロカーボン膜及びフルオロカーボン膜の製造方法 - Google Patents
フルオロカーボン膜及びフルオロカーボン膜の製造方法Info
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Abstract
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Description
ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル) ) (PF
A)或はポリ(テトラフルオロエチレンーコーへキサフ
ルオロプロピレン) (FEP)膜の製造方法及びその
ようにして製造した膜に関する。
法の開放細孔或は導管(conduit)を含有する実
質的に連続したマトリックス構造を有する薄いシート及
び中空繊維を含む。「微孔質膜」の細孔についての平均
細孔寸法範囲は当分野において正確には規定されていな
いが、 +15>には約0.05ミクロンから約10ミ
クロンに至ると理解されている。開放細孔を有し、それ
により透過性をもたらす微孔質膜は濾過においで有用で
ある。
な微孔質膜は濾過においては有用でないが、他の用途、
例えば断熱用として有用である。
優れていることから、望ましい濾過膜材料であるが、固
有に不活性な性質であるため、慣用の溶液浸漬キャスチ
ングプロセスによってキャスl−して膜にすることがで
きない。現在、同様に不活性な材料を用いた微孔質膜は
米国特許3、953,566号、同3.962.153
号、同4096227号、同4,110,392号、同
4、187.390号に開示されている。これらの特許
に開示されているプロセスは焼結ポリ(テトラフルオロ
エチレン) (PTFE)粒子を延伸してフィブルによ
って相互に連結された交点を特徴とする細孔構造を生じ
ることから成る。細孔は延伸方向に極めて引き伸ばされ
る。
号はエチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー、エ
チレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー及びポ
リ(クロロトリフルオロエチレン)から成る群より選ぶ
フルオロポリマー樹脂から微孔質膜を形成するプロセス
を開示している。このプロセスでは、ポリマーをクロロ
トリフルオロエチレンオリゴマーと共に溶融成形する際
に無機充填剤を必要とする。充填剤及びオリゴマーをポ
リマーから溶出させて気孔を形成する。濾過において用
いる微孔質膜中に充填剤を用いることは、充填剤の全て
を溶媒作用によって取り去ることができず、残留する充
填剤がか液中に移行して炉液な汚し得るので、極めて望
ましくない。これらの特許が開示している3つのフルオ
ロポリマーは良好な耐薬品性及び耐熱性を有するが、P
FA及びFEPに比べて安定性に劣る。
,434.116号に開示されている。該方法は溶媒和
した或は部分溶媒和したポリマー/溶媒混合物を形成す
ることに関する。これが適用可能なポリマーはスルホニ
ルフルオリド(−3O2F)、スルホネート(−3O3
Z)或はカルボキシレート(−COOZ)官能基(2は
カチオンである)を有するテトラフルオロエチレンとペ
ルフルオロビニルエーテルとのコポリマーである。極性
官能基の存在することがこのポリマーの溶解を大きく高
める。
リマー/溶媒混合物の熱相分離に基づいており、及び溶
媒(ポロゲン)は室温で固体でありかつ相分離した後に
結晶化しなければならないと明記している。次いで、溶
媒をブレンドから固体状態で取り去る。多孔質構造の細
孔形態学或は透過性データは挙げられなかった。
に液−液或は固(結晶)一液相分離を行ってポリマーが
固相になることを可能にするPFA或はFEPから微孔
質を製造する融通のきく方法を提供することは望ましい
。加えて、細孔構造を十分に調節することができるかか
る方法を提供することは望ましい。加えて、生成物を形
成する間に延伸する必要性を排除し、それで生成物を延
伸することができない適した基材、例えば多孔質の織或
は不織基材上に直接付着し得るようにすることは有利で
ある。このような方法が利用し得るならば、増大した機
械的強さを有し、広範囲の濾過環境において用いること
が可能になるラミネートを製造するために、膜を直接多
孔質基材に形成することができる。
或はFEPから微孔質フィルムを形成する。構造が開放
している場合、フィルムは液体及びガスの両方を透過す
ることができ、炉材として使用することができる。フィ
ルムの細孔構造を閉止する場合、多孔質フィルムは不透
過性であり、例えば絶縁体或は薬剤をゆっくり放出する
封入系として有用である。FEP或はPFAポリマー約
10〜約35重量%を含み、残りが溶媒(ボロゲン)で
ある混合物を形成する。溶媒はクロロトリフルオロエチ
レンオリゴマーを含み、高い温度から冷却する際に液−
液相分離及び次いでポリマーの凝固を可能にする。混合
物を加熱し及び押出してフィルム或は中空繊維を形成し
、次いで急冷して溶媒からフルオロカーボンポリマーの
相分離を行わせる。溶媒を抽出によってポリマーから分
離し、生成した微孔質ポリマー膜を、膜の収縮或はつぶ
れを最小にし或は防ぐためにリストレイント下で(再び
引っ張りながら)乾燥する。加えて、本発明は本発明の
方法によって製造した微孔質のPFA或はFEP膜シー
トを膜の一方或は両方の表面上の多孔質シート基材に接
着剤を用いないで直接密着させたラミネート生成物を提
供する。
リ(テトラフルオロエチレン−コーペルフルオロ(アル
キルビニルエーテル)) (PFA)或はポリ(テトラ
フルオロエチレンーコーへキサフルオロプロピレン)
(FEP)及び加熱したクロロトリフルオロエチレンオ
リゴマー油を含む、冷却した際に相分離を可能にする溶
媒のメルトブレンドから形成し得ることを見出した。P
FAO例はTeflon (登録商標)PFA (デュ
ポン)及びNeoflon (登録商標)PFA (
ダイキン工業)として市販されている。市販されている
FEPO例はTeflon F E P (デュポン)
及びNeof JonFEP (ダイキン工業)を含む
。PFA或はFEPはブレンドの約10〜約35重量%
を構成する。ブレンド中約35重量%より高い割合で用
いるならば、生成する膜の多孔度は望ましくない程に低
いものになり、他方、PFA或はFEP濃度を約10%
より低くしたメルトブレンドから膜を形成すれば、適当
な機械的安定性を要する環境で用いるには弱すぎること
になる。溶媒を用いることは本発明の方法において必須
であることがわかった。
トブレンドを調製する。メルトブレンドは溶媒の存在に
おいて少なくともPFA或はFEPの融解温度に、通常
約280°〜約310℃に、好ましくは窒素或は不活性
ガス等の不活性雰囲気中で加熱して形成する。酸素はメ
ルトブレンドを形成するのに要する高い温度で溶媒を分
解する傾向にある。メルトブレンドの形成では、PFA
或はFEP及び溶媒を、例えば慣用の二軸スクリュー押
出装置の混合バレル中で混合し、混合物を混合する間加
熱する。メルトブレンドを押出域からスロットダイ或は
中空繊維ダイの中に通して溶融フィルム或は溶融中空繊
維を形成する。
通すことによる等して急冷してメルトブレンドの相分離
温度より低い温度にしてゲルフィルム或はゲル中空繊維
を形成する。別法として、押出した溶解フィルム或は繊
維を、メルトブレンドの相分離を行うために、冷却した
ローラー上に通して適当な温度で急冷して膜或は繊維を
形成することができる。押出したメルトブレンドを急速
に冷却する場合、得られる生成物は開放細孔を特徴とし
、よって濾過においで有用である。押出したメルトブレ
ンドをゆっくり冷却する場合、得られる生成物は気泡形
態を特徴とし、よって、断熱或は封入において有用にな
ることができる。ゲルフィルム或は繊維を次いで溶媒を
選択的に吸収する液浴中に浸漬し、それによってPFA
或はFEPマトリックスから溶媒を、実質的にポリマー
を軟化或は溶解させずに取り去る。吸収する抽出液は、
また冷却媒体として機能することもでき、融解フィルム
或は中空繊維を直接その中に押出すことができる。この
場合、冷却及び抽出工程は同じ浴内て行われる。適した
吸収液は]、、1.2トリクロロトリフルオロエタン(
Freon TF)、1,1.11−リクロロエタン、
四塩化炭素、ヘキサン等を含む。抽出は、溶媒抽出を最
大にし、他方ポリマーを軟化させないために、温度約2
0’〜約50℃で行うことができる。次いで、ポリマー
を通常温度約20’〜約50℃で乾燥し、乾燥する間、
膜を収縮させないようにするため、再び、引っ張るのが
よい。随意に、膜の特性を更に固定させるために、乾燥
ポリマーを温度約200’〜約290℃に加熱してヒー
トセットさせることができる。次いで膜をコアに巻いて
貯蔵することができる。
ミクロンの細孔を特徴とする。
セスを第1図に示す。ホッパー12に接続させた押出機
10を準備し、ホッパー12からPFA或はFEP及び
クロロトリフルオロエチレンオリゴマー混合物を押出機
10に導入する。タンク14及び導管16を設置して追
加のクロロトリフルオロエチレンオリゴマーを押出機1
0に導入してPFA或はFEPに混和する。ポリマー及
び溶媒のメルトブレンドを導管18により押出機10か
ら取り出してダイ20に入れ、ダイ20からシート膜2
2がオリフィス24を通って出る。
で押出物フィルム22を、ポリマー及び溶媒のマイクロ
フェース(microphase)分離を行ってゲル膜
23にするための温度に冷却する。ゲル膜23は次いで
ガイドロール28上を通過し、次いて溶媒用液体抽出剤
を収容する浴30の中を通る。膜23は次いで浴30か
ら出て密閉式加熱域32に通り、そこで膜23の縁を再
び引っ張り、その間、膜を必要に応じて乾燥させるため
に加熱する。次いで、膜23はガイドローラー34及び
36の」二を通ってヒートセッチング域38に通り、そ
こで膜23を加熱してヒートセットさせる。膜23はヒ
ートセッチング域38から出て巻取ローラー40に通る
。本発明の別の実施態様では、ローラー44に収容した
多孔質シート基材42を、押出物フィルム22に接触さ
せて接着剤を用いないで接着させるために、チルロール
26に向けることができる。この多孔質シートを押出物
フィルム22とチルロール26との間に挿入するか、或
は別法としてフィルム22のチルロール表面と反対の空
気側の上に接触させて置くことができる。別の実施態様
は押出物フィルム22を2つの多孔質シートの間にサン
ドイッチして3層ラミネートを形成することである。基
材は、多孔質であるので、チルロール26より下流の液
体抽出工程、乾燥工程或はヒートセッチング工程にほと
んど悪影響を与えない。
もりのものではない。
粉砕して微細な粉末にし、これを攪拌式圧力容器(Pa
rr反応装置モデル4561)中でクロロトリフルオロ
エチレンオリゴマ−(へロカーボンフ。
ポリマー濃度20%(w / w )で混合した。混合
物をN2雰囲気下で310℃に加熱し、この温度で1時
間攪拌した。次いで、このホットメルトブレンドを底部
トレインバルブを経て容器に接続した幅2” (5,
1cm)のフィルムダイ(これも310℃に保った)に
通して押出した。
した。サンプルを次いでヘキサン中に一晩入れて液状の
へロカーボン油を抽出して室温で乾燥した。後に、サン
プルの外観は白色になった。
。第2図及び第3図は「レースのような(1acy)
J微孔質構造を示すサンプルの断面の顕微鏡写真である
。このサンプルの多孔度(1)(気孔率%)は65%で
ある。このサンプルの融点な示差走査熱量計で測定して
304℃であった(加熱速度=10℃/分)。PFAの
公称融点範囲は302〜310℃である。
ゴマーメルトブレンドを直接押出グイの内部で周囲条件
下で310℃から室温に極めてゆっくり冷却させて別の
PFAサンプルを調製した。全冷却時間はおよそ3時間
であった。サンプルを室温に達した後に取り出し及び例
1の通りにして抽出した。このサンプル(厚さおよそ4
50ミクロン)の断面のSEM顕微鏡写真を第4図及び
第5図に示す。これらの顕微鏡写真は第2図及び第3図
に示すサンプルと異なる規則的な気泡形態を示した。構
造の差異は冷却速度変化によるものと考えられる。この
サンプルの多孔度+11は77%である。
砕して微細な粉末にし、これにクロロトリフルオロエチ
レンオリゴマー(へロカーボンプロダクッコーポレーシ
ョンによるCTFE油#56)をポリマー濃度15%(
W/W)で混合した。ここで用いた混合、押出、急冷及
び抽出方法は例1と同じであった。混合及び押出用に用
いた温度は300℃であった。最終のサンプルは白色で
あり、厚さおよそ60ミクロンである。このサンプルの
断面のSEM顕微鏡写真を第6図に示す。この顕微鏡写
真は第2図のPFAと同様の微孔質構造を示した。その
多孔度11)は73%である。融点な示差走査熱量計で
求めて269℃であった(加熱速度=10°C/分)。
表面上の「開孔」によって−層透過性のサンプルを示す
。粉末グレードTef Jon■PFA(デュポンTE
9725)をクロロトリフルオロエチレンオリゴマー(
へロカーボンプロダクツコーポレーションによるCTF
E#56)とブレンドしてPFAポリマー45%(w
/ w )を含有する湿粉木状混合物を形成した。この
混合物をワイパー及び攪拌翼を装備したスクリュー供給
ホッパー(ブラベンダーモデルO5−30−000)よ
り二軸スクリュー配合押出機(ベーカーーパーキンスモ
デルMPC/v−30、L/D=13)に供給した。送
出用計量ポンプ(FMIモデルRP−G 1500)を
用いて、追加の純CTFE油#56を下流の押出機バレ
ルの中間セクションの近くて押出機に注入した。粉末ブ
レンド及び油の供給速度はそれぞれ14g/分および1
8g/分であった。総括の押出物濃度はPFAおよそ2
0%(W/ w )である。
及びオリフィスプラグから成ってメルトブレンドを融解
、混合及び運搬する能力をもたらす。幅10cmの竪形
射出(vertical−exiting )フィルム
グイを押出機の下流に用いてPFA/CTFE油メルト
ブレンド押出物のフィルムを形成した。グイギャップの
厚さを0.25mmに設定した。押出ラインの種々の域
の温度は250°〜290°の範囲で、粉末供給域から
グイへ昇温プロフィルを有した。スクリュー速度を35
0 rpmに設定した。
上で急冷した。サーモスタットで温度調節したシリコン
油をコアーの中に循環させて通してロールの温度を20
5℃に保った。急冷したフィルムをモーター式巻取ユニ
ットで巻き上げた。
ンプルの片を金属フレーム上で再び引っ張り及び過剰容
量の1.1.2トリクロロトリフルオロエチレン(Fr
eon TF)溶媒中に入れて抽出した。用いた抽出時
間はおよそ2時間であり、この時間の間に1回フレッシ
ュFreonに代えた。再び引っ張ったサンプルをFr
eon浴から取り出して室温で乾燥させた。乾燥させた
後に、白色微孔質膜を285℃で15分間再び引っ張っ
て更にヒートセットさせた。この膜の性質は下記の通り
である: 最終の膜厚み=50ミクロン 多孔度(1〕(気孔率%)=65% 平均イソプロピルアルコールバブルポイント圧 ”
= 3 7 psi(2,6kg/am”) 示す表面形態を示す。第9図は膜の断面を示し、その開
放微孔質構造を示す。
調節してPFA濃度23%(W/W)の総括押出物とし
た他は例3に従って別の透過性PFA膜を調製した。微
孔質膜を250℃で15分間再び引っ張ってヒートセッ
トさせた。この膜の性質は下記の通りである: 最終の膜厚み260ミクロン 多孔度(1)(気孔率%)=55% 平均イソプロピルアルコールバルブポイント圧 ”
= 5 7 psi(4,0kg/cm2) 25℃におけるイソプロピルアルコール 流量0、4
m 12 /分/cm2 上記サンプルのSEM顕微鏡写真を第7〜9図に示す。
[]−(D/Dp)lx 100%(ここで、D=微
孔質サンプルの密度、1)p=固体ポリマーの密度)。
−80と同様の方法を用いた。加えた圧力に対する膜サ
ンプルを通る空気流量を乾燥膜サンプル及びイソプロピ
ルアルコールを湿潤させた同じサンプルについて測定し
た。平均バブルポイント圧を、湿潤膜を通る空気流量=
(1/2)乾燥膜を通る空気流量の時の圧力とした。
ルコールを透過流として用いた。
る能力に関する。デュークサイエンティフィクからの水
性懸濁した均一な球状ポリスチレンラテックス粒子を使
用した。ストック懸濁液を水中0.1容積%のTrit
on X−100表面活性剤で濃度I X 10’粒子
/mβ(0,198ミクロンラテックスの場合)或は4
X109粒子/mj2(0,109ミクロンラテックス
の場合)に希釈してチャレンジ懸濁液を形成した。チャ
レンジする前に、膜サンプルにイソプロピルアルコール
を湿潤させ及びTriton X−100溶液でフラッ
シュした。膜表面上粒子の1単分子層被覆に相当する容
量のチャレンジ懸濁液を6 psi (0,42kg/
cm2)の差圧で濾過した。チャレンジに対する透過質
中の粒子の相対濃度を、tlV/V I S分光光度計
を用いて310nmにおける吸光度を測定して求めた。
る。
オロエチレン−コーペルフルオロ(アルキルビニルエー
テル)(PFA)膜の断面の構造を示す倍率1000倍
の顕微鏡写真である。
倍の顕微鏡写真である。
を示す150倍の顕微鏡写真である。
の写真である。
ルオロエチレン−コーヘキサフルオロプロピレン)(F
EP)の断面の構造を示す1500倍の顕微鏡写真であ
る。
5300倍の顕微鏡写真である。
す5200倍の顕微鏡写真である。
微鏡写真である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、(a)ポリ(テトラフルオロエチレン−コーペルフ
ルオロ(アルキルビニルエーテル))及びポリ(テトラ
フルオロエチレン−コーヘキサフルオロプロピレン)か
ら成る群より選ぶポリマー及びクロロトリフルオロエチ
レンオリゴマー溶媒のメルト−ブレンドであって、ブレ
ンドの重量を基準にして10〜35重量%のポリマーを
含有するものを形成し、 (b)該メルト−ブレンドを造形して膜への造形先駆物
質を形成し、 (c)該造形先駆物質を冷却して溶媒が相分離によって
ポリマーから分離する温度にしてゲルフィルムを形成し
、 (d)工程(c)においてゲルフィルムから生成した溶
媒を選択抽出してポリマーの微孔質膜を形成し、 (e)工程(d)からの膜を乾燥する ことを含む微孔質ポリマーフルオロカーボン膜の形成方
法。 2、前記乾燥した膜をリストレイント下でヒートセット
させる特許請求の範囲第1項記載の方法。 3、工程(e)の膜をリストレイント下で乾燥させる特
許請求の範囲第1項記載の方法。 4、ポリ(テトラフルオロエチレン−コーペルフルオロ
(アルキルビニルエーテル))及びポリ(テトラフルオ
ロエチレン−コーヘキサフルオロプロピレン)から成る
群より選ぶフルオロカーボンポリマーを含み、平均イソ
プロピルアルコールバブルポイント圧0.07〜11k
g/cm^2(1〜150psi)によって規定する通
りの平均細孔寸法0.05〜5ミクロンを有する透過性
微孔質膜。 5、ポリ(テトラフルオロエチレン−コーペルフルオロ
(アルキルビニルエーテル))及びポリ(テトラフルオ
ロエチレン−コーヘキサフルオロプロピレン)から成る
群より選ぶフルオロカーボンポリマーを含み、多孔度4
0〜90%を有する微孔質ポリマーフルオロカーボン膜
。 6、前記ポリマーがポリ(テトラフルオロエチレン−コ
ーペルフルオロ(アルキルビニルエーテル))である特
許請求の範囲第4項又は第5項記載の膜。 7、前記ポリマーがポリ(テトラフルオロエチレン−コ
ーヘキサフルオロプロピレン)である特許請求の範囲第
4項又は第5項記載の膜。
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