JP2005502510A - 溶出分の少ない高強度耐薬品性層状膜 - Google Patents
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Abstract
ポリイミド層、ＰＦＡ層およびｍ−ＰＴＦＥ層を含む、耐薬品性であり、溶出分を有さない複合体層状膜。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、高強度耐薬品性層状膜に関するものであり、特定的には、ポンプおよびバルブのダイヤフラムに使用する上記の膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤフラムポンプは、多種多様なものポンプ輸送に使用され、特に材料が研磨性である、高粘度である、他のポンプ設計では損傷を与えかねないスラリーからなる、高純度が要求される、丈夫でないときなどに使用されている。これらのポンプは、しばしば空気圧にて駆動され、可燃性液体のポンプ輸送、または一般に電動装置が危険であり得る環境において有利である。しかしながら、電動式または機械的に駆動される設計のものでも幅広い実用性が見出される。その他のものは非圧縮性流体で駆動される。
【０００３】
これらのポンプを使用して移動させるものは多種多様であるために、相応した多種多様の材料が、ポンプの構造に使用されている。それらの材料には、プラスチック、金属および複合体が含まれる。同じ理由により、そのようなポンプの重要な駆動部分のダイヤフラムは、一般的には様々な材料から製造する必要がある。
【０００４】
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製のものなどの耐薬品性層が、機械類または装置の傷つき易い部品を酸またはその他の化学物質から保護するために産業界で幅広く使用されている。その１つが、空気式若しくは電動式のダイヤフラムポンプで通常使用されるダイヤフラムでのものである。そのようなダイヤフラムにおいては、ゴム部品単独だと急激な破損を引き起こす物質から内部のゴムのダイヤフラムを保護するために、外側にＰＴＦＥをオーバーレイしたダイヤフラムを普通は使用する。別の場合は、ＰＴＦＥが、ダイヤフラム構造の材料を単独で提供する。
【０００５】
ポリイミドは、その機械的強度、電気特性および化学特性のために、機械類および部品としての工業的用途で非常に有用な材料である。しかしながら、ポリイミド膜の引張強さおよび繰返し曲げ疲労に対する耐久性は、強酸または強塩基媒体下などの一定の条件下で容易に低下する。したがって、ポリイミドフィルム単独では、フォトレジストおよびＴＡＲＣなどのマイクロエレクトロニクス用の化学物質に使用するフィードポンプ用のダイヤフラムの用途に使用することはできない。他方において、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、またはＰＦＡを含むフッ素化樹脂は、どんな化学物質に対しても極めて高い抵抗性を有する。しかしながら、それら材料の個々の機械的強度が、その用途にとって十分ではない。
【０００６】
最近、ポリイミドとフッ素化樹脂を積層した複合体フィルムに関するいくつかの特許出願がある。国際公開ＷＯ９３／１４９３が、その１つとして含まれる。それは、ポリイミドおよびフルオロポリマーを含む層状膜構造を開示している。上記の従来技術は、エンドレスベルト、モーターコイル、およびケーブルなどのその積層品の用途を開示している。上記の従来技術に記されている１つの方法としては、有機溶媒中にフッ素化樹脂を分散させ、これをポリイミドフィルムの両面にコートするものが含まれている。その第２の方法は、ポリイミドおよびフッ素化樹脂の粉体をヒートプレスボンディングする方法である。いずれの方法でも、得られた積層膜は、ポンプのダイヤフラムの用途にとって十分な２層間の剥離強度を有していなかった。記載されている他の方法としては、フッ素化されている層にチタンの錯体を添加することによって２層間の剥離強度を改良するものが含まれていた。この方法もまた、チタン添加物による金属の汚染の危険があるために、マイクロエレクトロニクスの用途には応用できない。
【０００７】
上記の積層膜を製造する方法は、マイクロエレクトロニクス用化学物質のフィードポンプの用途にとって必要な要件、すなわち、高い精度、繰返し曲げ疲労耐久性、および金属または膜のフィブリル化による粒子などの汚染を発生しないことを満足させなかった。
【０００８】
フルオロポリマーと異なる層の混合物自体を、２つの層が互いに接着するのを促進するために、中間層として採用する場合がある。欧州特許出願公開第０５２３６４４号（カワシマ他）は、ポリアミド樹脂表面層およびフッ素樹脂表面層を有するプラスチック積層材料を開示している。この文献は、ポリアミド層とフッ素樹脂層が相容しないためにその２つの材料を有する積層材料を製造する時に遭遇する困難を認めている。この文献の積層材料は、脂肪族ポリアミド樹脂とフッ素含有グラフト共重合体との混合物から構成される中間層を使用することによって製造している。
【０００９】
米国特許第６，１９７，３９３号は、実質的にフッ素化してないポリマー材料を、第一級または第二級のジアミンもしくはポリアミンおよび溶融加工可能な実質的にフッ素化してない成分を含む接着性組成物を利用して、フルオロポリマーに接着する方法を開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
バルブおよびポンプのダイヤフラムに使用するのに十分な機械的強度特性および耐薬品性の両方を有する層状膜を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、耐薬品性で機械的に強く、溶出分（extractable）を有さない層状膜を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、ｍ−ＰＴＦＥ層１、ＰＦＡ層２およびポリイミド層３を含む積層膜を提供する。好ましい実施形態において、積層膜は、「サンドイッチ状」であり、ポリイミド層３が中間にある。この本発明の詳細な実施形態を図１に示す。この図は、ｍ−ＰＴＦＥ層１、ＰＦＡ層２およびポリイミド層３ならびに付加的なＰＦＡ層４およびｍ−ＰＴＦＥ層５を含む。
【００１３】
積層膜は膜材料の５層をヒートボンディングすることによって製造した。個々の層が単一の複合体材料になる点まで材料を加熱した。
【００１４】
ｍ−ＰＴＦＥは、ポリマーの主鎖上に特定量のペルフルオロアルキル残基を含有する変性ポリテトラフルオロエチレンであった。この層は、膜を浸透する化学物質に対するバリア層として作用させるのに有用である。ＰＦＡ（ペルフルオロアルキルエーテル）層２および４は、ｍ−ＰＴＦＥ層をポリイミド層３に固定する接着剤として役立つ。ポリイミド層３は、積層膜の機械的強度に寄与する。
【００１５】
本発明は、従来技術を上回る実質的な利点を提供する。例えば、フッ素化樹脂層に標準的なＰＴＦＥではなくてｍ−ＰＴＦＥ（変性ポリテトラフルオロエチレン）を使用することにより、フッ素化樹脂層の繰返し曲げ疲労抵抗が改善された。ｍ−ＰＴＦＥでは、ＰＴＦＥの結晶性が低減しており、その低減した結晶性によって、数千回の曲げの繰返しの後の樹脂のフィブリル化の機会が減少する。
【００１６】
本発明の他の利点は、バリア層と機械層の間のその接着性である。ポリイミド層３をｍ−ＰＴＦＥ層に接着させるためにＰＦＡ層２を使用することによって、剥離抵抗が増している。
【００１７】
本発明の他の利点は、標準的なＰＴＦＥ層ではなくてｍ−ＰＴＦＥ層を使用することによってＰＴＦＥのフィブリル化による化学物質の粒子汚染の危険が減少することである。
【００１８】
本発明の他の利点は、層状膜が、ポリイミド層３に由来する、引張強さ、繰返し曲げ疲労抵抗および寸法安定性を含む優れた機械的強度を有することである。
【００１９】
本発明の層状膜はまた、ｍ−ＰＴＦＥ層の優れた耐薬品性の恩恵を受ける。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のダイヤフラムを示す図である。
【０００１】
本発明は、一般的には、高強度耐薬品性層状膜に関するものであり、特定的には、ポンプおよびバルブのダイヤフラムに使用する上記の膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤフラムポンプは、多種多様なものポンプ輸送に使用され、特に材料が研磨性である、高粘度である、他のポンプ設計では損傷を与えかねないスラリーからなる、高純度が要求される、丈夫でないときなどに使用されている。これらのポンプは、しばしば空気圧にて駆動され、可燃性液体のポンプ輸送、または一般に電動装置が危険であり得る環境において有利である。しかしながら、電動式または機械的に駆動される設計のものでも幅広い実用性が見出される。その他のものは非圧縮性流体で駆動される。
【０００３】
これらのポンプを使用して移動させるものは多種多様であるために、相応した多種多様の材料が、ポンプの構造に使用されている。それらの材料には、プラスチック、金属および複合体が含まれる。同じ理由により、そのようなポンプの重要な駆動部分のダイヤフラムは、一般的には様々な材料から製造する必要がある。
【０００４】
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製のものなどの耐薬品性層が、機械類または装置の傷つき易い部品を酸またはその他の化学物質から保護するために産業界で幅広く使用されている。その１つが、空気式若しくは電動式のダイヤフラムポンプで通常使用されるダイヤフラムでのものである。そのようなダイヤフラムにおいては、ゴム部品単独だと急激な破損を引き起こす物質から内部のゴムのダイヤフラムを保護するために、外側にＰＴＦＥをオーバーレイしたダイヤフラムを普通は使用する。別の場合は、ＰＴＦＥが、ダイヤフラム構造の材料を単独で提供する。
【０００５】
ポリイミドは、その機械的強度、電気特性および化学特性のために、機械類および部品としての工業的用途で非常に有用な材料である。しかしながら、ポリイミド膜の引張強さおよび繰返し曲げ疲労に対する耐久性は、強酸または強塩基媒体下などの一定の条件下で容易に低下する。したがって、ポリイミドフィルム単独では、フォトレジストおよびＴＡＲＣなどのマイクロエレクトロニクス用の化学物質に使用するフィードポンプ用のダイヤフラムの用途に使用することはできない。他方において、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、またはＰＦＡを含むフッ素化樹脂は、どんな化学物質に対しても極めて高い抵抗性を有する。しかしながら、それら材料の個々の機械的強度が、その用途にとって十分ではない。
【０００６】
最近、ポリイミドとフッ素化樹脂を積層した複合体フィルムに関するいくつかの特許出願がある。国際公開ＷＯ９３／１４９３が、その１つとして含まれる。それは、ポリイミドおよびフルオロポリマーを含む層状膜構造を開示している。上記の従来技術は、エンドレスベルト、モーターコイル、およびケーブルなどのその積層品の用途を開示している。上記の従来技術に記されている１つの方法としては、有機溶媒中にフッ素化樹脂を分散させ、これをポリイミドフィルムの両面にコートするものが含まれている。その第２の方法は、ポリイミドおよびフッ素化樹脂の粉体をヒートプレスボンディングする方法である。いずれの方法でも、得られた積層膜は、ポンプのダイヤフラムの用途にとって十分な２層間の剥離強度を有していなかった。記載されている他の方法としては、フッ素化されている層にチタンの錯体を添加することによって２層間の剥離強度を改良するものが含まれていた。この方法もまた、チタン添加物による金属の汚染の危険があるために、マイクロエレクトロニクスの用途には応用できない。
【０００７】
上記の積層膜を製造する方法は、マイクロエレクトロニクス用化学物質のフィードポンプの用途にとって必要な要件、すなわち、高い精度、繰返し曲げ疲労耐久性、および金属または膜のフィブリル化による粒子などの汚染を発生しないことを満足させなかった。
【０００８】
フルオロポリマーと異なる層の混合物自体を、２つの層が互いに接着するのを促進するために、中間層として採用する場合がある。欧州特許出願公開第０５２３６４４号（カワシマ他）は、ポリアミド樹脂表面層およびフッ素樹脂表面層を有するプラスチック積層材料を開示している。この文献は、ポリアミド層とフッ素樹脂層が相容しないためにその２つの材料を有する積層材料を製造する時に遭遇する困難を認めている。この文献の積層材料は、脂肪族ポリアミド樹脂とフッ素含有グラフト共重合体との混合物から構成される中間層を使用することによって製造している。
【０００９】
米国特許第６，１９７，３９３号は、実質的にフッ素化してないポリマー材料を、第一級または第二級のジアミンもしくはポリアミンおよび溶融加工可能な実質的にフッ素化してない成分を含む接着性組成物を利用して、フルオロポリマーに接着する方法を開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
バルブおよびポンプのダイヤフラムに使用するのに十分な機械的強度特性および耐薬品性の両方を有する層状膜を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、耐薬品性で機械的に強く、溶出分（extractable）を有さない層状膜を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、ｍ−ＰＴＦＥ層１、ＰＦＡ層２およびポリイミド層３を含む積層膜を提供する。好ましい実施形態において、積層膜は、「サンドイッチ状」であり、ポリイミド層３が中間にある。この本発明の詳細な実施形態を図１に示す。この図は、ｍ−ＰＴＦＥ層１、ＰＦＡ層２およびポリイミド層３ならびに付加的なＰＦＡ層４およびｍ−ＰＴＦＥ層５を含む。
【００１３】
積層膜は膜材料の５層をヒートボンディングすることによって製造した。個々の層が単一の複合体材料になる点まで材料を加熱した。
【００１４】
ｍ−ＰＴＦＥは、ポリマーの主鎖上に特定量のペルフルオロアルキル残基を含有する変性ポリテトラフルオロエチレンであった。この層は、膜を浸透する化学物質に対するバリア層として作用させるのに有用である。ＰＦＡ（ペルフルオロアルキルエーテル）層２および４は、ｍ−ＰＴＦＥ層をポリイミド層３に固定する接着剤として役立つ。ポリイミド層３は、積層膜の機械的強度に寄与する。
【００１５】
本発明は、従来技術を上回る実質的な利点を提供する。例えば、フッ素化樹脂層に標準的なＰＴＦＥではなくてｍ−ＰＴＦＥ（変性ポリテトラフルオロエチレン）を使用することにより、フッ素化樹脂層の繰返し曲げ疲労抵抗が改善された。ｍ−ＰＴＦＥでは、ＰＴＦＥの結晶性が低減しており、その低減した結晶性によって、数千回の曲げの繰返しの後の樹脂のフィブリル化の機会が減少する。
【００１６】
本発明の他の利点は、バリア層と機械層の間のその接着性である。ポリイミド層３をｍ−ＰＴＦＥ層に接着させるためにＰＦＡ層２を使用することによって、剥離抵抗が増している。
【００１７】
本発明の他の利点は、標準的なＰＴＦＥ層ではなくてｍ−ＰＴＦＥ層を使用することによってＰＴＦＥのフィブリル化による化学物質の粒子汚染の危険が減少することである。
【００１８】
本発明の他の利点は、層状膜が、ポリイミド層３に由来する、引張強さ、繰返し曲げ疲労抵抗および寸法安定性を含む優れた機械的強度を有することである。
【００１９】
本発明の層状膜はまた、ｍ−ＰＴＦＥ層の優れた耐薬品性の恩恵を受ける。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のダイヤフラムを示す図である。
Claims (3)
- ポリイミド層と、前記ポリイミド層に固定されたＰＦＡ層と、前記ＰＦＡ層に固定されたｍ−ＰＴＦＥ層を含み、前記ｍ−ＰＴＦＥ層が流体にさらされるように配置されている、耐薬品性で、溶出分を有さない層状膜。
- 第１の層と反対側の前記ポリイミドの面に固定されたＰＦＡの追加層と、前記ＰＦＡの追加層に固定されたｍ−ＰＴＦＥの追加層をさらに含む請求項１に記載の層状膜。
- 機械的強度を有する、耐薬品性で、溶出分を有さない層状膜を製造する方法であって、
以下の順序、すなわち、ｍ−ＰＴＦＥ、ＰＦＡおよびポリイミドで材料を多層サンドイッチ状に配置するステップ、および
前記材料をヒートボンディングするステップを含む方法。
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