JP2002515529A - 架橋された油を含有する微孔性材料 - Google Patents
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Abstract
Description
り形成された微孔性材料(例えば、フィルムまたは膜)に関する。
構造をもっている。有効細孔サイズは、流動分子の平均自由行程の少なくとも数
倍、すなわち、数マイクロメートルから約100オングストロームまでである。
このようなシートは、もともと透明な材料から作製された場合でさえも、一般に
不透明である。なぜなら、表面および内部構造体が可視光を散乱するからである
。
固体の濾過、コロイド物質の限外濾過、電気化学セルの拡散バリヤまたはセパレ
ータ、合成皮革の調製、および貼合せ布の調製に利用されてきた。後者の用途に
おいて、たとえば、靴、レインコート、上着、テントのようなキャンプ用品など
を調製する場合、膜は、水蒸気を透過するが液体の水を透過しないものでなけれ
ばならない。更に、微孔性の膜またはフィルムは、抗生物質、ビール、油、細菌
用ブロスを濾過したり、空気、微生物学的サンプル、静脈内流体、ワクチンなど
を分析するためにも利用される。また、微孔性の膜またはフィルムは、外科用ド
レッシング、バンデージの作製、および流体透過性の関与する他の医療用途にも
利用される。
する積層体を作製することが可能である。このような積層体としては、とりわけ
有用な衣服用材料を提供するための微孔性層および外殻層が挙げられる。更に、
微孔性のフィルムまたは膜は、蒸気透過性の創傷用ドレッシングやヘアセット用
テープなどの製品を提供するためのテープバッキングとして利用することも可能
である。
。ここで見られる有用な技術の1つは、熱誘起相転移(TIPT)である。TI
PTプロセスは、高温では希釈剤に可溶であり比較的低い温度では希釈剤に不溶
であるポリマの使用に基づくものである。「相転移」には、固液相分離、液液相
分離、または液相からゲル相への相転移を含めることができる。この技術は、米
国特許第4,247,498号および同4,867,881号に記載されている
ような液液相分離によって熱可塑性ポリマと希釈剤との分離が行われる微孔性材
料の作製に利用されてきた。固液相分離については、米国特許第4,539,2
56号に記載されており、この場合、冷却すると熱可塑性ポリマが結晶化分離す
る。また、微孔性材料中に導入される成核剤を使用することが、固液相分離法の
改良として米国特許第4,726,989号に記載されている。
新しい微孔性材料を提供する。この新しい技術は、油が滲出しない微孔性フィル
ムを作製するための経済的な方法を提供する。架橋性油は、共有結合を提供する
ことにより油希釈剤を固定化するTIPTポリマの多孔性マトリックス内で架橋
される。微孔性は、架橋されなかった油の一部分を洗い流すか、フィルムを延伸
するか、または両方の技法を併用することによって得られる。これらのタイプの
材料は、後続処理で適用される接着剤などのコーティングを汚損する可能性が少
なく、また、延伸するだけで多孔性が得られる場合には、希釈剤の大部分または
全部が洗い流された微孔性フィルムよりも一般に安価である。汚損しないという
ことは、コーティングまたは接着剤が微孔性フィルムに適用され、(感圧接着剤
の場合)剥離後に接着剤の実質的な損失を伴うことなく再付着させることが想定
されるグラフィックイメージング基材および/または撥液性のおむつや衣服にと
って重要である。
なくとも3重量%とを含有する微孔性材料である。より詳細には、本発明は、 (a)ポリマ成分約10(好ましくは20)〜97重量部と、 (b)架橋性油を少なくとも1種含有し、かつ該ポリマ成分の融点、全溶液の
液液相分離温度、または全溶液のゲル形成温度よりも高い温度で該ポリマ成分と
架橋前に混和しうる油成分約3〜90(好ましくは80)重量部と、 を含んでなる微孔性材料である。重量部は、ポリマと油との合計100重量部を
基準にしたものである。
部と、架橋性油を少なくとも1種含有しかつ該ポリマ成分の融解温度よりも高い
かまたは全溶液の液液相分離温度よりも高い温度で該ポリマ成分と混和しうる油
成分約20〜80重量部とを含んでなる溶液を形成するように、溶融ブレンドす
るステップと、 (b)溶融ブレンドされた該溶液の造形品を形成するステップと、 (c)(i)該ポリマ成分が結晶化して沈殿しポリマドメインの網状構造を形
成するかまたは(ii)液液相分離してポリマ希薄相のセルを形成するかのいず
れかにより該油成分と該ポリマ成分との間で相転移が起こる温度まで、該造形品
を冷却するステップと、 (d)該造形品を少なくとも1方向に延伸して隣接する結晶化ポリマドメイン
間またはポリマ希薄セル間を互いに分離させることにより連続ミクロ細孔の網状
構造を設けることによって、多孔性を付与するステップと、 (e)該架橋性油を架橋するステップと、 を含む、微孔性物品の作製方法である。
液液相分離温度、または全溶液のゲル形成温度よりも高い温度で該ポリマ成分と
架橋前に混和しうる油成分約3〜98(好ましくは80)重量部と、 (c)全架橋性油の重量を基準にして架橋促進剤約0.001〜2.0%と、
を含んでなる微孔性材料である。
とも1種含有し、かつ該ポリマ成分の融解温度、全溶液の液液相分離温度、また
は全溶液のゲル形成温度よりも高い温度で該ポリマ成分と混和しうる油成分約2
0〜98(好ましくは80)重量部とを含んでなる溶液を形成するように、溶融
ブレンドするステップと、 (b)溶融ブレンドされた該溶液の造形品を形成するステップと、 (c)(i)該ポリマ成分が結晶化して沈殿しポリマドメインの網状構造を形
成するか、(ii)液液相分離してポリマ希薄相のセルを形成するか、または(
iii)ゲル化するかのいずれかにより該油成分と該ポリマ成分との間で相分離
が起こる温度まで、該造形品を冷却するステップと、 (d)該油成分の全重量を基準にして、該架橋性油成分を少なくとも約3重量
%(好ましくは25重量%)までかつ約75重量%を超えないように架橋するス
テップと、 (e)(i)架橋されていない油を除去するか、(ii)該造形品を少なくと
も1方向で拘束しながら架橋されていない油を除去するか、または(iii)架
橋されていない油を除去しかつ該造形品を少なくとも1方向に延伸することによ
って、多孔性を付与するステップと、 を含む、微孔性物品の作製方法である。
層微孔性フィルムである。
が含まれる。
件下で溶融加工可能であるかまたは可塑剤の添加により溶融加工可能な状態にす
ることのできる従来のポリマを単に意味するにすぎない。
、少なくとも部分的に結晶性であり、好ましくは、示差走査熱量測定法(DSC
)により測定したときに20重量%を超える結晶化度を有するポリマが含まれる
。溶融加工されたポリマ中の結晶性ポリマ構造は、当業者に周知である。
80〜90%および密度0.94〜0.96g/cm3を有する高密度ポリエチ
レン(HDPE)として当技術分野で知られているクラスに属するポリエチレン
を意味する。
または油とのブレンド中で融解する温度またはそれより高い温度を意味する。
でまたは油とのブレンド中で結晶化する温度またはそれより低い温度を意味する
。
るポリマと希釈剤との混合物の溶液が非平衡相分離によって相分離する温度また
はそれより低い温度を意味する(文献中ではバイノーダル分解またはスピノーダ
ル分解として記載されてきた)。
網状構造を形成するのに十分な濃度(例えば、1〜50または特に2〜20重量
%のポリマ濃度)で高分子量ポリマと液状希釈剤とを含有する高粘稠性混合物を
指す。ポリマ網状構造は化学的または物理的架橋によって形成されると考えられ
る。ゲル化プロセスは可逆的である(すなわち、温度を増大させると、ゲルは液
状の溶液に戻ることができる)。ゲルを形成する傾向は、ポリマの分子量の関数
である。希釈剤と混合された超高分子量ポリエチレンは、冷却するとゲルを形成
することが知られている。
きく増大する点またはそれより低い点を意味する。
分を意味し、架橋性希釈剤が少なくとも50重量%および非架橋性希釈剤が50
重量%まで含まれる。
続マトリックス中に1成分を細かく分散したもの(粒子サイズ1マイクロメート
ル未満)または両方の成分の微細な相互侵入網状構造体を意味し、「相容性」と
は、そのような分散体を形成しうるかまたは互いに相互侵入網状構造体を形成し
うる2種以上のポリマを意味する。相容性の要件を満たすためには、相容性混合
物中の少なくとも1成分が他の成分と少なくとも部分的に混和しうるものでなけ
ればならない。
IPTによって作製される微孔性フィルムのうち油成分が除去されていないもの
を意味する。
TIPTによって作製される微孔性フィルムのうち油成分が本質的に除去された
ものを意味する。
。例えば、ポリマおよび/またはコポリマとしては、エチレンビニルアルコール
ポリマ、ポリメチルペンテン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリ
弗化ビニリデンなどが挙げられる。好ましいポリマは、例えば、直鎖状低密度ポ
リエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、および超高分子量ポリ
エチレンのようなポリエチレン;ポリプロピレン;ならびにポリブチレンなどの
オレフィン系ポリマである。これらは、例えば、米国特許第4,247,498
号、同4,539,256号、同4,726,989号、同4,867,881
号、および同4,849,311号で記載されている。これらの特許は、参照に
より本明細書に組み入れる。特に有用なのは、ポリプロピレンおよび高密度ポリ
エチレンである。また、ポリマの混合物も、加熱すると希釈剤との混和性を示し
冷却すると相容性混合物を形成する場合に限り、使用可能である。
。非極性ポリマに対する共通の混和性予測子は、溶解パラメータまたはフローリ
ー−ハギンズ相互作用パラメータの差である。ポリオレフィンのように非特異的
相互作用をするポリマの場合、フローリー−ハギンズ相互作用パラメータは、溶
解パラメータの差の2乗に因子(V/RT)をかけることによって計算すること
ができる。ここで、Vは、反復単位のアモルファス相のモル体積V=M/ρ(分
子量/密度)であり、Rは気体定数であり、Tは絶対温度である。結果として、
2種の非極性ポリマ間のフローリー−ハギンズ相互作用パラメータは、常に正の
数である。熱力学的な観点から、溶融体中の2種のポリマの完全な混和性を得る
ためには、フローリー−ハギンズ相互作用パラメータが非常に小さくなければな
らない(例えば、重量平均分子量100,000の成分を出発原料として室温で
混和性ブレンドを作製するめには0.002未満でなければならない)。組成の
全領域にわたって混和性の熱力学的条件を満たすのに十分な程度に低い相互作用
パラメータを有するポリマブレンドを見いだすことは難しい。しかしながら、産
業上の経験から、熱力学的観点から見れば依然として混和性のない状態であって
も、十分に低いフローリー−ハギンズ相互作用パラメータを有するいくつかのブ
レンドは相容性ブレンドを形成することが示差される。
ことが難しい。なぜなら、溶融加工条件、混合度、および拡散速度のような速度
論的因子もまた、相容化度を決定できるからである。
とエチレンプロピレンジエンターポリマ;低密度ポリエチレンとエチレンビニル
アセテートコポリマ;ポリプロピレンとエチレンプロピレンゴム;ポリプロピレ
ンとエチレンα−オレフィンコポリマ;ポリプロピレンとポリブチレンが挙げら
れる。
しうる共通の希釈剤または油成分が存在すると、混和性に対する熱力学的要件は
緩和される。2成分系の混和性に対する臨界値よりも著しく大きいフローリー−
ハギンズ相互作用パラメータを有する2種のポリマは、依然として、少なくとも
所定の組成領域にわたって、共通溶剤の3成分系を含む溶融体と混和可能である
。
場合、その組成範囲は極めて狭く、非常に低いポリマ濃度に限定され、本発明の
物品を作製する上で最小限の実用性をもつにすぎない可能性がある。しかしなが
ら、ポリマが相容性である場合、共通溶剤により、かなり高いポリマ濃度の組成
領域までそれらの混和性を増大させることができるため、押出などの通常の加工
技術を用いて本発明の物品を作製することができる。これらの条件下では、溶融
体中のすべての成分が混和性であり、しかも相分離温度よりも低い温度において
結晶化沈殿または液−液機構によって相分離する。冷却の速度はかなり速く(好
ましくは、溶融ブレンドされた溶液が30秒以内で相境界の下まで冷却される)
、相分離されたミクロドメインのサイズを最小限に抑えかつ顕微鏡的レベルで一
様性を提供するプロセス条件により制御される。
容性ブレンドから作製されたキャストフィルムは透明であり、顕微鏡的レベルの
一様性が確保される。この一様性は、後続の加工をうまく行う上でかなり重要で
あり、例えば、不相容性ポリマから作製された一様性の低いフィルムは、延伸を
行って多孔性を付与する場合、延伸中に簡単に破壊してしまう。また、フィルム
の一様性は、いくつかの用途で重要であり、例えば、セパレータを横切って短絡
を生じた場合に局所的過熱を防止するために顕微鏡的レベルの信頼しうる運転停
止性能が望まれる熱運転停止型バッテリーセパレータにとって重要である。
わち、上記のポリマまたはポリマ混合物を溶融ブレンドして溶液を形成すること
によって調製することができる。この場合、利用する相分離機構にもよるが、ポ
リマの融解温度よりも高いかまたは液−液相分離温度よりも高い温度で、架橋性
油を含有する油成分と一緒に混合物を過熱する。
うな架橋性油は、高温におけてポリマ成分(ポリマまたはポリマ混合物)含有溶
液を形成することができるとともに冷却されると1種または複数種のポリマ成分
の相分離を引き起こすことのできる油である。これらの架橋性油は、不飽和油系
の合成または天然の乾性油であってよい。天然の乾性油は、種子または木から抽
出されるものであり、例えば、アマニ油、大豆油、トール油、キリ油、オイチシ
カ油、トウモロコシ油、ベニバナ油、ヒマワリ油、ブドウ種子油、大麻油、エノ
油、ケシ種子油、ゴム種子油、およびクルミ油が挙げられる。合成乾性油として
は、フタル酸などの多塩基酸で改質可能なポリエステルのような合成樹脂を用い
て、天然乾性油および/またはそれらの脂肪酸(例えば、オレイン酸、リノール
酸、およびリノレン酸)を包含しうる乾性油を改質したものが挙げられ、従って
、これらの改質乾性油は酸化性アルキドと呼ばれている。
油は、大豆油(非共役ジエン)よりも容易に乾燥する。好ましい架橋性油は、例
えば、アマニ油、ヒマワリ油、ベニバナ油などの天然油である。最も好ましい架
橋性油は、アマニ油である。
まで含まれていてもよい。有用な非架橋性油は、先の場合と同様に高温において
ポリマ成分と共に溶液を形成し冷却すると相分離する油である。非架橋性油には
、種々のタイプの有機化合物が含まれ、例えば、パラフィン族(アルカン)およ
び芳香族酸、アルカン、芳香族および環状アルコール、アルデヒド、第1級およ
び第2級アミン、芳香族およびエトキシル化アミン、ジアミン、アミド、エステ
ルおよびジエステル、エーテル、ケトン、ならびに種々の炭化水素および複素環
式化合物が挙げられる。特に有用な非架橋性油は、例えば、ジオクチルフタレー
ト、ジエチルフタレート、ジブチルフタレートなどのフタレート;鉱油;ミネラ
ルスピリット;トリエチレングリコール;メチルノニルケトン;デカン酸および
オレイン酸、ならびにデシルアルコールである。
含まれていてもよい。以下で更に説明するが、架橋促進剤は、酸化的に起こる架
橋プロセスを促進するために使用される。促進剤を用いる場合、その量は、用い
る架橋促進剤にもよるが、典型的には、全架橋性油の重量の約0.001〜約2
%である。このような架橋促進剤は、例えば、コバルト、マンガン、セリウム、
バナジウム、または鉄のような金属乾燥剤である。重合性乾燥剤は、例えば、鉛
、ジルコニウム、希土類金属、アルミニウム、またはビスマスである。また、例
えば、カルシウム、カリウム、リチウム、または亜鉛のような補助改質剤を利用
してもよい。好ましい架橋促進剤は金属乾燥剤であり、コバルトは特に好ましい
。
れている次の4つのタイプのカルボン酸:すなわち、脂肪酸、ナフテン酸、オク
タン酸、およびネオデカン酸で錯化したものであってもよい。このほか、例えば
、ジプリジル(Dry RX)またはジ芳香族アミンのような第2の促進剤を添
加することにより、金属乾燥剤と錯化させて硬化時間を短縮することも可能であ
る。
イソブチロニトリル(AIBN)、有機ペルオキシドなどの遊離基開始剤がある
。紫外(UV)線を用いて架橋性油の架橋を促進する場合、光開始剤、例えば、
遊離基光開始剤であるベンジルジメチルケタールなど、またはトリアリールスル
ホニウムヘキサフルオロアンチモネートなどのイオン光開始剤を使用することも
可能である。熱、ガンマ線照射、および電子線照射を用いて、架橋性油の架橋を
促進することも可能である。
、溶融ブレンド組成物の作製終了から短時間(1時間未満)経過した時点で行わ
れる。さもないと、油が架橋して、延伸した後でさえも、材料は非多孔性の状態
に保たれる可能性がある。延伸は、伸びパーセントで表した場合、ウェブの進行
方向およびウェブの横方向に50%〜600%の範囲で行うことが可能である。
色味およびわずかな不快臭を有する傾向がある。従って、これらの特性を変える
ために、着色剤および/または着臭剤を使用してもよい。白色微孔性フィルムを
得るのに特に有用な着色剤は、TiO2である。より心地よい香りの微孔性フィ
ルムを得るのに特に有用な着臭剤は、ハッカ油、レモン油、オレンジ油、および
スペアミント油である。添加剤の量は、本発明の微孔性材料の形成を妨げない量
に制限される。
物質が、この場合も同様に本発明の微孔性材料の形成を妨げずかつ添加剤の望ま
しからぬ滲出を生じない限定量で、含まれていてもよい。このような添加剤とし
ては、帯電防止物質、可塑剤、フルオロケミカル、UV吸収剤、成核剤、吸湿性
金属塩アルコキシドなどが挙げられる。全添加剤含量は、典型的には、高分子混
合物の重量の10%未満、好ましくは6重量%未満、より好ましくは2重量%未
満である。
し、次いで、混合物の温度が、(1)ポリマ成分の融点、(2)混合物の液−液
相分離温度、または(3)混合物のゲル転移温度を超えるまで加熱することによ
って調製される。この時点で、混合物は、溶融液すなわち単一相になる。ポリマ
成分が通常の溶融加工性をもつ場合、溶融液中のポリマ成分対油成分の重量比は
、20:80〜80:20の範囲で設定可能である。ポリマ成分に溶融加工性を
もたせるために可塑化が必要な場合、1:98までの範囲で比を設定することが
可能である。
品が形成される。好ましくは、押出機に供給される組成物には、押出を妨げる恐
れのある有機溶剤がほとんど含まれない。溶剤が多すぎると、劣悪な品質の押出
物を生じるかまたは押出物が破損する可能性がある。
で行うか、あるいは好ましくは、造形された材料をキャスティングホイール上に
キャストすることによって行う。冷却すると、油成分とポリマ成分との間で相分
離が起こる。この相分離は、ポリマ成分を結晶化沈殿させてポリマドメインの網
状構造を形成するか、液液相分離させてポリマ希薄相のセルを形成するか、また
はゲル化させることによって行うことが可能である。
孔性であり、延伸、洗浄、またはそれらの組合せにより微孔性が付与される。隣
接する結晶化ポリマドメイン間またはポリマ希薄セル間を互いに分離させて連続
ミクロ細孔の網状構造を提供すべく、少なくとも1方向に延伸を行う。延伸は、
レングスオリエンタおよび/またはテンタのいずれかを用いて引っ張ることによ
って(すなわち、ウェブの進行方向、ウェブの横方向、または両方向に延伸する
ことによって)行い、また、油を架橋する前または架橋した後のいずれかで行う
。2以上の方向にフィルムを引っ張る場合、各方向の延伸度は、同じであっても
異なっていてもよい。好ましくは、架橋性油がそれほど架橋しないうちにフィル
ムの延伸を行う。造形されたゲルを多孔性にするには、溶剤を用いた部分的洗浄
(例えば、全体の90重量%以下まで油成分を減量する)と一緒に延伸を行う必
要がある。
炭素2重結合に隣接したR−H)と酸素との反応によって空気で架橋することが
可能である。酸化乾燥反応は、典型的には、アリル(R・)、ヒドロペルオキシ
ド(ROO・)、およびヒドロキシル(HO・)の遊離基が生成し、これらの遊
離基は更に、アルキル(R−H)基と反応し、油そのものおよび/または熱可塑
性ポリマ樹脂のいずれかと分子間共有結合(例えば、アルキル(R−R)、エー
テル(ROR)、および/またはペルオキシド(ROOR))を形成する形で反
応停止/2量化する。同じ系において、分子内エンドキャッピングが起こる可能
性もある(例えば、カルボニル(R=O)、ヒドロキシル(ROH)、および/
またはヒドロペルオキシド(ROOH)基が形成される可能性がある。これらは
分子を連結しないが、系の表面化学を変化させてその親水性を増大させる)。
基またはイオンを生成することができる。これらの反応性種は、典型的には、分
子間および分子内(R−R)アルキル結合の両方を形成するのに適している。
露することによって促進される。一般に、乾性油の酸素吸収に対する活性化エネ
ルギは、約10kcal/molである。金属乾燥剤/触媒(例えば、コバルト
塩)の存在下では、このエネルギーは1/10に減少する。すなわち、約1kc
al/molになる。この場合、金属は、Co(II)になったりCo(III
)になったりしながら、また、先に列挙した中間体および架橋生成物のほかにヒ
ドロキシルアニオン(HO-)および水素カチオン(H+)を生成しながら、一連
のレドックス反応を行う。光もまた、乾燥時間を減少させる傾向がある。なぜな
ら、光は3重項酸素を1重項酸素に変換し、この1重項酸素だけが不飽和乾性油
と反応するからである。架橋の度合いは、本発明の微孔性フィルムの表面特性に
影響を及ぼす。また、架橋性油の架橋は、遊離基を発生させる放射エネルギー源
によって、例えば、UV、電子ビーム(e−ビーム)、および/またはガンマ線
を照射することによって開始させることも可能である。遊離基電子が発生する限
り、酸化架橋を行うことが可能である。
II)、Ce(III)、V(III)、およびFe(II)のような酸化触媒
が存在しない場合、冷却ステップの後も依然として油が移動しうる油内蔵型TI
PTフィルムが得られるであろう。しかしながら、時間が経つにつれて(例えば
、1日〜1週間)、架橋が起こり、徐々に架橋性油を固定化することが可能であ
る。酸化吸収および架橋を少し(例えば、3%)進行させることによってフィル
ムの表面特性を変化させることが可能であり、その結果として、フィルムの親水
性を増大させたり、場合により、二次的な結合(例えば、水素結合)により表面
エネルギーを高くして積層適性を増大させたりすることが可能である。架橋度が
大きくなると(例えば、50%を超えると)、架橋された油希釈剤が固定化され
るため、接着剤を汚損する可能性のより低い微孔性フィルムが得られる。
のような補助的な触媒または改質剤は、先に列挙した物質と組み合わせてまたは
組み合わせずに使用することが可能である。重合乾燥剤を使用することも可能で
あり、これは、架橋反応で実際に消費されると、架橋された油の内部で永久的な
金属酸化物架橋になる。Pb(II)、Zr(IV)、希土類RE(III)、
Al(III)、およびBi(III)のような乾燥剤は、油の内部バルクを硬
化させる傾向があり、貫通乾燥剤(Through−Dry agent)と呼
ばれる。これらの金属乾燥剤またはそれらの組合せのうちの任意の1つを用いて
乾性油希釈剤を硬化または架橋させることができるが、こうして得られた架橋T
IPTフィルムは、対応する非架橋TIPTフィルムよりも優れた特有の利点を
呈する。
ムは、製造費がかなり安い。なぜなら、この油は、溶剤蒸留および蒸気回収シス
テムを備えた複雑な溶剤洗浄浴による除去ステップを必要としないからである。
架橋された油内蔵型TIPTフィルムは、一般に、架橋されていない油内蔵型T
IPTフィルムよりも良好な性能を呈するであろう。なぜなら、架橋された油が
固定化されると、微孔性フィルムが接着剤、印刷用インクなどを汚損する可能性
が低くなるからである。従って、本発明のフィルムは、油内蔵型TIPTフィル
ムと油除去型TIPTフィルムとのコストパフォーマンスギャップを少なくとも
部分的に埋め合わせる。
によって付与することも可能である。この処理は、延伸されたかまたは延伸され
ていないフィルムを用いて、所望のレベルの架橋を行った後で行うことができる
。延伸による微孔性の付与を行わない場合、多孔性を得るための洗浄ステップ時
に除去可能な油が、フィルム中にいくらか含まれていなければならない。油の除
去は、洗浄、抽出、または他の周知の方法によって行うことが可能である。しか
しながら、延伸と組み合わせずに油の除去だけで多孔性を付与する場合、実質的
にすべての油が除去されるのを防止するために、ある程度(好ましくは少なくと
も3%)の架橋を行わなければならず、また、相転移は、一般に、ゲル化による
のではなく相分離によって行われる。転移をゲル化によって行う場合、油の除去
は、一般に、フィルムを拘束した状態で行われる。
と一緒に、少なくとも1層の上記微孔性材料が含まれる。例えば、3層系の場合
、上記の多孔性層は、好ましくは、中心層、すなわち、追加多孔性層に挟まれた
層である。
フィルムの少なくとも1つの層の油成分に有意な架橋を施して多孔性フィルム構
造を形成することによって、多層フィルムを形成することが可能である。温度お
よび他のプロセス条件は、使用する材料のタイプおよび各層の所望の性質に依存
するが、当業者には周知であり容易に決定される。このほか、少なくとも1つの
層に触媒(促進剤)を添加し、触媒を含有する層中でいくらか架橋が起こった後
ですべての層中の架橋されていない油を洗浄除去することによって、微孔性フィ
ルムを作製することも可能である。同時押出は、押出機送出部でフィードブロッ
クダイまたはマルチマニホールドダイを用いて行うことが可能である。冷却は、
好ましくは、キャスティングホイールまたはドラム上に多層フィルムをキャスト
することによって行う。このほか、ラミネーション手段によって多層フィルムを
作製することもできる。
させて様々な特異的機能のいずれかを付与することにより、特有な物品を提供す
ることが可能である。例えば、吸収材料または充填剤は、液体、溶剤溶液、溶剤
分散液、または固体であってよい。このような充填剤は、微孔性シートの多孔性
構造内にこれらの充填剤を沈着させるいくつかの周知の方法のいずれかにより、
吸収させることが可能である。いくつかの吸収材料は、微孔性シート内に物理的
に配置される。場合により、吸収材料として2種以上の反応性成分を用いること
によって、微孔性シート構造内で反応を行うことが可能である。吸収材料の例と
しては、静電防止剤、界面活性剤、着臭剤、および固体粒状物質、例えば、活性
炭、高分子コーティング、および顔料が挙げられる。静電防止剤や界面活性剤な
どの特定の材料は、充填剤用の担体として使用される化合物または相容性液体を
除去することなく、吸収させることが可能である。
な状況のいずれにおいても使用することが可能である。例えば、本発明の架橋性
油技術は、微孔性の油内蔵型高密度ポリエチレンフィルムの作製を可能にし、更
に、過剰な油を抽出する際、既存の油除去技術を補完した。高密度ポリエチレン
フィルムはより低い使用温度を有するが、より良好な柔らかい触感および引裂抵
抗特性を示すため、ポリプロピレンフィルムよりも好ましいことが多い。油除去
型フィルムとは対照的に、架橋性油内蔵型微孔性ポリオレフィンフィルムは、溶
剤も溶剤回収処理も必要でないため、従来の製膜設備を用いて加工を行う上で経
済的である。ブローフィルムダイまたはキャストフィルムダイのいずれかを備え
た押出機およびキャスティングホイールを用いて、上記の熱相分離プロセスを開
始させることができる。こうして得られたフィルムに洗浄および/または1軸も
しくは2軸延伸配向処理を施すと、微孔性フィルムが得られる。これらの微孔性
フィルムは、空気流動/Gurley値が25〜500sec/50ccの範囲
、透湿度(MVTR)が5,000〜6,000g/m2/日の範囲にあること
から実証されるように、多孔性と通気性を兼備している。従って、これらのフィ
ルムは、多くの通気性衣服およびバリヤフィルムの用途に好適である。このほか
、架橋された油内蔵型ポリエチレンフィルムは、いくつかの医療用途で重要なガ
ンマ線滅菌による劣化に対して耐性を示す。
フィルムに親水性または水による湿潤性を付与できることが判明した。このこと
は、水を適用してフィルム中を目視観察することによって監視することができる
。この場合、水が細孔を満たすため、もともと不透明であったフィルムは透明に
変化する。フーリエ変換赤外分光計を用いると、約3400cm‐ 1にシグナル
を生じるヒドロキシル官能基の生成のようなこの湿潤現象に関係する酸化副生物
を分光学的に検出することができる。従って、このフィルムは、水に関連した種
々の用途、例えば、水の濾過および精製システム、水をベースとしたグラフィッ
クイメージング製品および/または印刷製品、接着剤および/または塗料用のプ
ライマなどで使用可能である。
他の多くの工業溶剤に対する反撥性が得られるように作製することも可能である
。油中にブレンドされるフルオロカーボン添加剤を加えることによって、このよ
うな性質を付与することができるが、他の低表面エネルギー材料を架橋性油にグ
ラフトおよび/またはコートすることによって、同様な反撥特性を付与すること
もできる。油が架橋されるので、コーティング中への油の移行に起因した流出ま
たは滲出の起こる可能性は低いと思われる。油除去型フィルムの場合と同様に、
架橋された油内蔵型微孔性フィルム上に適用された溶剤系インクは、ブリード、
滲出、および/または汚れを生じる傾向をほとんどまたはまったく示さない。従
って、架橋性の油内蔵型フィルムはまた、溶剤ベースのグラフィック/イメージ
ング用途にも好適である。
ない限り、部およびパーセントはすべて重量基準である。本発明の材料および比
較材料を評価する際、以下の試験方法を使用する。
を通り抜けるのに必要な時間を秒単位で測定した値である。試験開始後100秒
経過した時点でGurleyタイマが作動しない場合、10,000sec/5
0ccを超える値を割り当てる。
n Elmer DSC 7中に配置して、これらの融点を測定する。フィルム
膜が固液結晶化相分離機構により形成される場合、一般に、融点は、油の濃度の
増加に伴って減少する。フィルム膜が液液相分離により形成される場合、融点は
、一般に、油の濃度に依存しない。
ード中で少なくとも30分間乾燥させることにより、サンプルから架橋されてい
ない油を除去してから、走査電子顕微鏡(SEM)チャンバ中に配置し、所定の
倍率でSEM画像を作成した。満足できる鮮明度を得るために、また架橋されて
いない油が真空下で蒸発してSEMチャンバを汚染するのを防止するために、油
を除去することは不可欠である。固液結晶化相分離膜と関連付けられる形態は、
細かいタイフィブリルにより結合された球状結節または球晶として現れ、この構
造を呈するSEMはS/Lで表されている。液液熱相分離膜と関連付けられる形
態は、ゲルマトリックス構造を有し、この構造を呈するSEMはL/Lで表され
ている。
響を示すために、種々の微孔性フィルムを作製した。
238)、条件I)、結晶化度48%、および融点165℃(DSCによる測定
)を有するポリマ成分(Shell Chemical Co.から商品名DS
5D45として入手可能な結晶性ポリプロピレン)を、25mmの2軸スクリ
ュー押出機のホッパ中に供給した。粘度25センチストークス(ASTM D4
45 35℃)(25mm2/s)を有する架橋性油成分(Cargillから
商品名Linseed Oil Supreme LSOとして入手可能なアマ
ニ油)を、ポリマ65重量%および架橋性油35重量%の組成が得られる速度で
、注入口を介して押出機中に導入した。また、着色剤とポリプロピレンの合計を
基準にして約3.85重量%の濃度で、青い着色剤(フタロシアニンブルー)も
導入した。青は、手術衣に一般に使用される色である。全供給量は、3.2kg
/時間だった。押出機中でポリマを271℃まで加熱して融解させ、油と混合し
た後、押出中、温度を232℃に保持した。幅30.5cmのコートハンガスリ
ットダイを介して溶融体を押し出し、キャストフィルムに対して約10%の接触
面積を提供するパターン化表面(多数の小さなピラミッド状突出をもつ表面)を
有する54℃に保持されたキャスティングホイール上に厚さ75μmの透明フィ
ルムとしてキャストした。キャストフィルムのサンプルA、B、C、およびDを
、99℃において2×2倍(すなわち、機械方向および横方向の両方に2倍)に
延伸し、VERTRELTM423(DuPontから入手可能なヒドロクロロフ
ルオロカーボン‐1、2、3)中でそれぞれ5、15、30、および60分間洗
浄し、周囲温度で15分間乾燥させた。最初は透明であったフィルムが、延伸に
より不透明に変化した。
たが、ただし、油成分を押出機中に添加する前に、油成分100重量部あたり0
.02重量部の架橋促進剤(OMG/Mooney Chemicalsから入
手可能なCobalt Code#72と呼ばれるコバルトベースの促進剤)を
油成分と予備混合した。延伸またはキャストされたフィルムの状態でサンプルを
異なる熱処理にかけ、その後、15分間の洗浄を行った。サンプルAは、延伸さ
れたフィルムの状態で100℃のオーブン中に60分間入れた。サンプルBは、
熱処理しなかった。サンプルCは、サンプルAと同様の熱処理を行ったが、ただ
し、キャストウェブの状態であった。
、触媒レベルは、それぞれ0.06部および0.10部であり、サンプルは、キ
ャストフィルムの状態で100℃のオーブン中で1時間加熱することにより架橋
を促進した後、洗浄した。
、表1に報告されている。
るが、後続の熱処理も併用すると、架橋される架橋性油のパーセントは、かなり
増大する。
した触媒の量は0.07部であり、サンプルは、延伸前に異なる時間で硬化させ
た。サンプルAは、3時間後に延伸し、乳白色に変化した(すなわち、微孔性に
なった)。サンプルBは、48時間後に延伸し、透明な状態のままであった(す
なわち、延伸だけでは微孔性にならなかった)。
ィングホイールの温度は、54℃から65℃に変更し、ポリマ成分対架橋性油成
分の重量比は、それぞれ、70:30、60:40、50:50、40:60、
30:70、および20:80であり、成核剤(サウスカロライナ州Inman
のMilliken Chemical Co.からMillad 3905と
して入手可能なジベンジリジンソルビトール)は、次の量(ポリマ基準の重量%
で表されている):すなわち、実施例6〜11に対してそれぞれ0.07、0.
13、0.19、0.25、0.30、および0.30の量で添加した。組成物
の融点は、DSCによって測定し、組成物中で使用したポリマの融点と比較した
。結果は、表2に示されている。
が固液結晶化相分離の1種であることを示唆している。
、ただし、添加剤の成核剤はまったく使用せず、実施例13では、キャスティン
グホイールの温度を90℃まで上昇させた。実施例9、12、および13に対す
るデータを、以下の表3に示す。
イールの温度を増大させると多孔性が改良されると考えることができる。成核剤
を除去すると、洗浄または抽出ステップにおいてスラッジ(その一部分として、
成核剤、ポリマ、および油のゲルが含まれる)の生成する傾向が減少するという
利点が得られる。成核剤を用いることなくポリプロピレン微孔性膜をうまく作製
できたことは、いささか驚きであった。
ィルムを作製することができる。
マ成分は高密度ポリエチレン(FINAから入手可能な融点131℃のHDPE
1285)であり、ポリマ成分対架橋性油成分の重量比は40:60であった
。キャストフィルムは、延伸前、透明であった。
ィルムを作製したが、ただし、油成分を押出機中に添加する前に、油成分100
部あたりそれぞれ0.15部および0.075部の量で架橋促進剤(オハイオ州
ClevelandのOMG Mooney Chemicals製のCoba
lt Code#72)を油成分と予備混合した。キャストフィルムは、延伸前
、透明であった。
成分を押出機中に添加する前に、油成分100部あたりそれぞれ1.5部の量で
低エネルギーポリマ添加剤フルオロカーボンオキサゾリジノン(Minneso
ta Mining and Manufacturing Companyか
ら粉末して入手可能)をも油成分と予備混合した。キャストフィルムは、延伸前
、透明であった。
橋性油(Amoco Cemical Co.から入手可能なMineral
Oil Superla White#31)を使用した。キャストフィルムは
、延伸前、透明であった。
た。結果は、表4に報告されている。
た。また、実施例17は、高い流体抵抗反撥性(fluid hold−out
repellency)を呈した。
(ただし、フィルムの厚さを変化させた)を、後続の熱暴露処理にかけ、イソプ
ロピルアルコールで30分間洗浄して架橋されていない油を除去し、そして、同
じ洗浄処理の施された比較例1と比べた。
変化を報告した。また、フィルムの厚さ、Gurley空気流動、およびバブル
ポイント細孔サイズをも測定した。結果は、表5に報告されている。
孔性セルは、実施例18DのGurley値の増加よって示唆される部分的な破
壊を起こす傾向を呈する。バブルポイントは、フィルムを通り抜ける最も大きい
空気バブルのサイズ(直径)の測定値である(空気50ccでASTM試験No
.F316−86を行う)。バブルポイントが大きくなるほど、細孔サイズが大
きくなる。
ある。
ィルムの厚さは約150μmであり、フィルムは2×2倍に延伸した。
し、油成分を押出機中に添加する前に、異なる着臭剤を、油成分100部あたり
2部の着臭剤の量で、油成分中に予備混合した。実施例20〜23では、着臭剤
は、それぞれ、ハッカ油(Peppermint65400として入手可能)、
レモン油(Lemon830172として入手可能)、オレンジ油(Orang
e830174として入手可能)、およびスペアミント油(Spearmint
75520として入手可能)であった(いずれもニュージャージー州Clift
onのGivaudan−Roureから入手可能)。
ずれも油成分100部あたり、レモン油0.5部、フルオロカーボンオキサゾリ
ジノン3部、および二酸化チタン(DuPontからTiPureTMR706−
W1として入手可能)5部を、ハッカ油の代わりに添加した。
、フィルムの厚さ、Gurley空気流動、およびバブルポイント細孔サイズを
測定した。結果は、表6に報告されている。
とができる。また、バブルポイントデータから分かるように、細孔サイズが影響
を受ける。
微孔性フィルムを作製した。
し、ポリマ成分対架橋性油成分の重量比は、それぞれ、70:30、60:40
、50:50、40:60、30:70、および20:80であった。組成物の
融点をDSCによって測定し、組成物中で使用したポリマの融点と比較した。ま
た、各実施例の洗浄を行って、SEMにより形態を調べた。結果は、表7に報告
されている。
であることを示唆するが、SEMは、機構が固液結晶化相分離の1種であること
を示唆する。
。
Panoramic Co60 gamma Industrial Irrad
iator(Model JF7500)中に配置し、3.0〜3.1メガラド
の線量でガンマ線に240分間暴露した。次に、Instron試験機中で3ヶ
月間にわたってフィルムの伸びを試験することにより、伸びの減少により判定し
た場合の劣化または脆化について調べた。結果は表8に示されている。
線による滅菌を行ってから何週間にもわたってエージングさせた後でさえも、良
好な機械的性質を保持した。これとは対照的に、比較例1(CE1)の伝統的な
ポリプロピレン非架橋性油内蔵型微孔性フィルムは、わずか1週間のエージング
を行った後、機械的性質がかなり劣化した。
分な強度を有する微孔性材料の状態を保持しつつ、そのような細孔構造が得られ
る。
製することが可能である。
ェブバッキング(基本重量25g/m2、Dow Chemical Co.か
ら入手可能)の間に、実施例31に類似した微孔性フィルムを、加熱されたニッ
プ中にこれら3つのウェブが送入されるように配置した。ロール上にエンボス加
工された正斜方形パターンの金属表面を有するトップロールと、弾力性のあるH
ypalonゴム表面を有するボトムロールとによってニップを形成した。金属
ロール上のパターン(バージニア州RichmondのInta−Roto,I
nc.からパターン番号28IR03として入手)には、四角錐の小さな切頭体
の規則的配列が含まれていた(表面1平方インチあたり145個、表面1cm2
あたり22.5個、高さ約0.89mm)。結合用のランドすなわちフラット領
域を増大させるために、Inta−Rotoから入手したロールを(深さ約25
μmだけ)研削した。結合領域(すなわち、微孔性フィルムに結合される不織布
ウェブ表面のパーセント)は、全領域の約15%であった。金属表面ロールを1
13℃まで加熱し、3つのウェブがニップを通り抜けるときに、両方のニップで
689KPa(100psi)の圧力をウェブに加えた。ウェブは毎分3メート
ル(10fpm)の速度で搬送し、得られた積層体の厚さは480μmであった
。
2つの外側不織布層に接着していることが観測された。この多層構成体のGur
ley空気流動を測定したところ、70秒/50ccであった。
伸後のフィルムの厚さは79μmであり、Gurley空気流動は160であっ
た。
ために、A部分をイソプロピルアルコール中に浸漬した。B部分を壁から吊して
周囲空気に1週間暴露した。次に、未硬化の油成分を抽出するために、B部分を
イソプロピルアルコール中に浸漬した。洗浄前後のサンプル重量および重量変化
%を以下に報告する。
た。このことは実施例33Aによって実証される。しかしながら、大気中で酸素
に1週間暴露した後、架橋性油は実質的にすべて架橋した(実施例33Bによっ
て実証される)。
についての完全な説明を提供する。本発明の精神および範囲から逸脱することな
く、本発明の多くの実施形態が実施可能であるので、本発明は、これ以降に添付
されている請求の範囲により規定されるものとする。
Claims (16)
- 【請求項1】 (a)ポリマ成分約10〜97重量部と、 (b)少なくとも一部分が架橋された架橋性油を少なくとも1種含有し、かつ
該ポリマ成分の融点、全組成物の液液相分離温度、または全組成物のゲル形成温
度よりも高い温度で該ポリマ成分と混和しうる油成分約3〜90重量部と、 を含んでなる微孔性材料。 - 【請求項2】 前記ポリマ成分が、ポリオレフィン、ポリオレフィンブレン
ド、またはそれらの混合物である、請求項1に記載の材料。 - 【請求項3】 前記ポリオレフィンが、ポリプロピレンまたは高密度ポリエ
チレンである、請求項2に記載の材料。 - 【請求項4】 前記架橋性油が、アマニ油、ヒマワリ油、ベニバナ油、また
はそれらの混合物である、請求項1に記載の材料。 - 【請求項5】 前記油成分が、非架橋性油を50重量%まで含有する、請求
項1に記載の材料。 - 【請求項6】 微孔性物品を作製する方法であって、 (a)全溶液含量を基準にして、ポリマ成分約20〜80重量部と、架橋性油
を少なくとも1種含有しかつ該ポリマ成分の融解温度または全溶液の液液相分離
温度よりも高い温度で該ポリマ成分と混和しうる油成分約20〜80重量部とを
含んでなる溶液を形成するように、溶融ブレンドすることと、 (b)溶融ブレンドされた該溶液の造形品を形成することと、 (c)(i)該ポリマ成分が結晶化して沈殿しポリマドメインの網状構造を形
成するかまたは(ii)液液相分離してポリマ希薄相のセルを形成するかのいず
れかにより該油成分と該ポリマ成分との間で相転移が起こる温度まで、該造形品
を冷却することと、 (d)該造形品を少なくとも1方向に延伸して隣接する結晶化ポリマドメイン
間またはポリマ希薄セル間を互いに分離させることによりそれらの間に連続ミク
ロ細孔の網状構造を設けることによって、多孔性を付与することと、 (e)該架橋性油を架橋することと、 を含む上記方法。 - 【請求項7】 前記油の架橋が、熱または放射線により促進される、請求項
6に記載の方法。 - 【請求項8】 前記ポリマ成分が、ポリプロピレンまたは高密度ポリエチレ
ンである、請求項6に記載の方法。 - 【請求項9】 前記架橋性油が、アマニ油である、請求項6に記載の方法。
- 【請求項10】 前記溶融ブレンドが、更に、全架橋性油の重量を基準にし
て、架橋促進剤を約0.001〜約2%含有する、請求項6に記載の方法。 - 【請求項11】 微孔性物品を作製する方法であって、 (a)全溶液含量を基準にして、ポリマ成分約2〜80重量部と、架橋性油を
少なくとも1種含有しかつ該ポリマ成分の融解温度または全溶液の液液相分離温
度または全溶液のゲル転移温度よりも高い温度で該ポリマ成分と混和しうる油成
分約20〜98重量部とを含んでなる溶液を形成するように、溶融ブレンドする
ことと、 (b)溶融ブレンドされた該溶液の造形品を形成することと、 (c)(i)該ポリマ成分が結晶化して沈殿しポリマドメインの網状構造を形
成するか、(ii)液液相分離してポリマ希薄相のセルを形成するか、または(
iii)ゲル化するかのいずれかにより該油成分と該ポリマ成分との間で相転移
が起こる温度まで、該造形品を冷却することと、 (d)該油成分の全重量を基準にして、該油成分を少なくとも約3重量%まで
部分的に架橋することと、 (e)(i)架橋されていない油を除去するか、(ii)架橋されていない油
を除去しかつ該造形品を少なくとも1方向に延伸するか、または(iii)該造
形品を少なくとも1方向で拘束しながら架橋されていない油を除去することによ
って、多孔性を付与することと、 を含む上記方法。 - 【請求項12】 前記油成分が、非架橋性油を50%まで含有する、請求項
11に記載の方法。 - 【請求項13】 前記油成分の架橋が、熱、放射線、または全架橋性油の重
量を基準にして架橋促進剤が溶液中に約0.001〜2.0%存在することによ
り促進される、請求項11に記載の方法。 - 【請求項14】 前記架橋促進剤が、コバルト、マンガン、セリウム、バナ
ジウム、鉄、鉛、ジルコニウム、アルミニウム、ビスマス、および希土類金属か
らなる群より選ばれる、請求項13に記載の方法。 - 【請求項15】 前記架橋促進剤が、有機過酸化物、アゾビスイソブチロニ
トリル、および光開始剤からなる群より選ばれる、請求項13に記載の方法。 - 【請求項16】 (a)ポリマ成分約2〜97重量部と、 (b)少なくとも一部分が架橋された架橋性油を少なくとも1種含有し、かつ
該ポリマ成分の融点、全組成物の液液相分離温度、または全組成物のゲル形成温
度よりも高い温度で該ポリマ成分と混和しうる油成分約3〜98重量部と、 (c)全架橋性油の重量を基準にして促進剤約0.001〜2.0%と、 を含んでなる微孔性材料。
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