JP2008030478A - 耐久性膜組織及び膜組織の耐久性を向上させる方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 耐久性膜組織及び膜組織の耐久性を向上させる方法を提供する。
【解決手段】 本耐久性膜組織は、水蒸気透過性と液浸透抵抗性とを備える膜（１６）と、膜（１６）の面上の熱可塑性エラストマーの非連続付着部とを含む。膜は、延伸ポリテトラフルオロエチレン膜（１２）とすることができる。可塑性エラストマーは、ポリウレタン（４２）とすることができる。膜（１６）の面上の熱可塑性エラストマーの非連続付着部は、膜（１６）の表面の一部を覆う熱可塑性エラストマーの付着部を含み、残りの部分は覆われていない。
【選択図】 図２
【解決手段】 本耐久性膜組織は、水蒸気透過性と液浸透抵抗性とを備える膜（１６）と、膜（１６）の面上の熱可塑性エラストマーの非連続付着部とを含む。膜は、延伸ポリテトラフルオロエチレン膜（１２）とすることができる。可塑性エラストマーは、ポリウレタン（４２）とすることができる。膜（１６）の面上の熱可塑性エラストマーの非連続付着部は、膜（１６）の表面の一部を覆う熱可塑性エラストマーの付着部を含み、残りの部分は覆われていない。
【選択図】 図２
Description
本発明は、広義には特定の膜組織の耐久性を向上させるための方法及びシステムに関する。具体的には、本発明は、特に限定されないが、非連続熱可塑性エラストマーパターンを用いて延伸ポリテトラフルオロエチレン製の膜組織の耐久性を向上させるための方法及びシステムに関する。
様々な公知の工業用布は、アウターウェア、レインウェア、寝袋及びビバークテント、消防衣、化学生物防護衣及び緊急対応防護衣を始めとする防護衣、無塵服、手術衣、外科用ドレープ 、医療用寝具その他の種類のバリアウェアのような厳しい用途での使用に適している。これらの公知の布は、外的条件又は環境からのユーザーの保護及び／又はユーザーによる汚染からの外部環境の保護のためのフィルム又は膜を含んでいることが多い。
これらの厳しい用途の多くでは、膜が（１）水蒸気透過性を含めた通気性と（２）液浸透抵抗性とを兼ね備えていることがを必要とされる。本明細書で用いる「水蒸気透過性」とは、膜が水蒸気を容易に通過させることをいう。「液浸透抵抗性」という用語は、様々な周囲条件下で膜が液体の浸透を防ぐことをいう。「空気透過性」という用語は、膜が空気を通すことができることをいい、ｃｆｍ／ｆｔ２単位で測定し得る。
かかる用途に特に有効であることが認められている膜材料は、延伸ポリテトラフルオロエチレン（「ｅＰＴＦＥ」）膜（メンブレン）である。さらに具体的には、ｅＰＴＦＥ膜は、適度の圧力で空気透過性と水蒸気透過性とを示すが、液浸透抵抗性も示す。ｅＰＴＦＥ膜は通例基布又はシェル布のような１以上の適当な材料に積層されてｅＰＴＦＥラミネート布を形成する。しかし、一般に、ｅＰＴＦＥ膜その他同様の膜は、たとえシェル布に積層したときでも、特定の条件下では耐久性に問題を生じかねない。具体的には、ｅＰＴＦＥ膜その他同様の膜は、例えば洗濯サイクルその他の物理的応力又は操作に付されたときの耐久性に欠け、低温で応力に付されたときに亀裂を生じかねない。さらに、多くの用途では、膜の水浸透抵抗性を高めることができれば性能向上につながる。
こうした耐久性の問題を解決するための従来の方法及びシステムとして、膜全体を連続ポリウレタンフィルムで被覆又は積層することが挙げられる。しかし、この方法では耐久性及び防水性を向上させることはできるが、ポリウレタンのため空気透過性が損なわれ、膜の水蒸気透過性も大幅に低下するため、得られた膜組織は多くの用途には適さなくなってしまう。
米国特許第６２２８４７７号明細書
米国特許第６４１００８４号明細書
米国特許第６６７６９９３号明細書
米国特許第６８５４６０３号明細書
米国特許出願公開第２００４／００５９７１７号明細書
従って、ｅＰＴＦＥ膜その他同様の膜の空気透過性及び水蒸気透過性を維持しつつ、それらの膜組織の耐久性及び防水性を高める方法及びシステムが必要とされている。
そこで、本発明は、（１）水蒸気透過性と液浸透抵抗性とを備える膜と、（２）膜の面上の熱可塑性エラストマーの非連続付着部とを含む耐久性膜組織を提供する。ある実施形態では、膜として延伸ポリテトラフルオロエチレン膜が挙げられる。熱可塑性エラストマーとしては、ポリウレタンが挙げられる。
膜の面上の熱可塑性エラストマーの非連続付着部が、膜の表面の一部を覆う熱可塑性エラストマーの付着部を含み、残りの部分が覆われていなくてもよい。熱可塑性エラストマーで覆われた膜の表面積の割合は約５〜９０％とし得る。ある実施形態では、膜の面上の熱可塑性エラストマーの非連続付着部は繰返しパターンを含む。ある実施形態では、膜の面上の熱可塑性エラストマーの非連続付着部は連結パターンを含む。他の実施形態では、膜の面上の熱可塑性エラストマーの非連続付着部は繰返し六角形セルを含む。繰返し六角形セルは一辺の長さが約０．０００５ｍの六角形からなるものとし得る。繰返し六角形セルを形成するライン部は、約０．００００８ｍの幅と約０．００００１５ｍの高さを有するものとし得る。
耐久性膜組織はさらに、耐久性膜組織の特性に所望の効果を与えるため、膜に付着させるの前の熱可塑性エラストマーに添加される添加剤を含んでいてもよい。ある実施形態では、添加剤は抗菌性化合物又は難燃剤を含む。
ある実施形態では、熱可塑性エラストマー付着後の膜組織は０．００５ｃｆｍ／ｆｔ２以上の空気透過率を有する。他の実施形態では、熱可塑性エラストマー付着後の膜組織は０．０１ｃｆｍ／ｆｔ２以上の空気透過率を有する。ある実施形態では、熱可塑性エラストマー付着後の膜組織は５０００ｇ／ｍ２／日以上の水蒸気透過率を有する。他の実施形態では、熱可塑性エラストマー付着後の膜組織は９０００ｇ／ｍ２／日以上の水蒸気透過率を有する。
さらに、本発明は、水蒸気透過性と液浸透抵抗性とを備える膜の耐久性を高める方法であって、膜に熱可塑性エラストマーの非連続付着部を付着する段階を含む方法を提供する。本方法のある実施形態では、膜は延伸ポリテトラフルオロエチレン膜であり、熱可塑性エラストマーはポリウレタンである。
ある実施形態では、膜の面上の熱可塑性エラストマーの非連続付着部はパターンを含む。かかる実施形態は、膜組織の所望の耐久特性に基づいてパターンを構成する段階をさらに含んでいてもよい。膜組織の所望の耐久特性に基づいてパターンを構成する段階は、膜組織の所望の耐久特性に基づいて、パターンで覆われた膜の表面積を増減させる段階を含んでいてもよい。
ある実施形態では、本方法は、膜に付着させるの前の熱可塑性エラストマーに添加剤を添加する段階をさらに含んでいてもよい。この熱可塑性エラストマーを膜に付着させると、添加剤は膜組織の特性に所望の効果をもたらす。本発明の上記その他の特徴は、図面及び特許請求の範囲と共に以下の好ましい実施形態の説明を参照することによって明らかとなろう。
上述の通り、要求の厳しい布の用途の多くでは、液浸透抵抗性と水蒸気透過性及び／又は空気透過性を含めた通気性の膜の使用が必要とされる。かかる用途に特に有効であることが判明している膜材料は、延伸ポリテトラフルオロエチレン（「ｅＰＴＦＥ」）膜である。具体的には、ｅＰＴＦＥ膜は、適度の圧力で空気透過性と水蒸気透過性とを示すが、液浸透抵抗性（場合によっては耐性）も示す。なお、本明細書では、主にｅＰＴＦＥ膜での本発明の使用に関して本発明を説明する。ただし、これは単なる例示にすぎず、本発明がその他の同様の膜の耐久及び防水特性の向上にも使用できることは当業者には明らかであろう。例えば、かかる同様の膜としては、ミクロ多孔質（マイクロポーラス）ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテルスルホン、セルロースなどが挙げられる。
図１は、本発明の例示的な実施形態で使用し得るｅＰＴＦＥラミネート布１０の断面図である。ｅＰＴＦＥラミネート布１０は、ｅＰＴＦＥ膜１２と基布又はシェル布１４とを含んでいてもよい。ｅＰＴＦＥ膜１２としては、以下で詳しく説明する膜１６が挙げられる。ｅＰＴＦＥ膜１２は通例シェル布１４のような１以上の適当な材料に積層される。ｅＰＴＦＥ膜１２とシェル布１４は、熱ラミネート法、接着ラミネート法その他の従来法で積層できる。
図２に示すように、ｅＰＴＦＥ膜１２の膜１６は多孔質、好ましくはミクロ多孔質であり、多数の結節２２が多数のフィブリル２４で互いに連結した三次元マトリックス又は格子型構造を有する。結節２２及びフィブリル２４の表面は膜１６の両面１８，２０を貫通する多数の連続した細孔２６を画成する。ｅＰＴＦＥ膜１２は疎油性となるように処理してもよい。なお、ｅＰＴＦＥ膜の詳細はは、米国特許第６２２８４７７号、同第６４１００８４号、同第６６７６９９３号、同第６８５４６０３号及び米国特許出願公開第２００４／００５９７１７号に記載されており、それらの開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
上述の通り、ｅＰＴＦＥ膜その他同様の膜は、たとえ基布又はシェル布に積層したときでも、耐久性に問題を生じかねない。例えば、ｅＰＴＦＥ膜１２は、洗濯サイクルその他の物理的応力又は操作に付されたときの耐久性に欠け、低温で応力に付されたときに亀裂を生じかねない。さらに、多くの用途では、膜の水浸透抵抗性を高めることができれば性能向上につながる。
そこで、本発明の幾つかの実施形態では、ポリウレタンなどの熱可塑性エラストマーをｅＰＴＦＥ膜１２上に非連続印刷することよってｅＰＴＦＥ膜１２その他同様の膜の耐久性を高めることができる。本明細書で用いる「非連続印刷」とは、ポリウレタンがｅＰＴＦＥ膜１２の表面全体を覆う連続フィルム又は層を形成しないように、つまりポリウレタンがｅＰＴＦＥ膜１２の表面積の一部分を覆うが、残りの部分は覆われずに残るように、ｅＰＴＦＥ膜１２上にポリウレタンを付着させることを意味する。幾つかの例示的な実施形態では、通例、ポリウレタンはｅＰＴＦＥ膜１２の表面積の所定の割合を覆うが、残りの部分は覆われずに残る。ポリウレタンで覆われた表面積の割合は約５〜９０％とし得る。以下でさらに詳しく説明する通り、非連続印刷はｅＰＴＦＥ膜１２上に繰返しパターンが形成されるように達成できる。当業者には理解されるであろうが、かかる印刷又はドット印刷はグラビアロール印刷法を用いて実施し得る。所望のドットパターンの形状及び密度のグラビアロールを選択すればよい。
ｅＰＴＦＥ膜１２の表面積をポリウレタンで部分的に覆うと、膜１２の空気透過性及び水蒸気透過性が低下する可能性がある。しかし、上述のように、本発明の実施形態では、ポリウレタンで覆われないｅＰＴＦＥ膜の表面積が維持される。従って、ポリウレタンで覆われた表面積の量に応じて低下し得るものの、膜１２の空気透過性及び水蒸気透過性は依然として維持される。例えば、ｅＰＴＦＥ膜１２の空気透過率は約０．３ｃｆｍ／ｆｔ２（ＡＳＴＭ Ｄ７３７法に準拠して試験）である。本発明の実施形態によってポリウレタンを付着させた同じｅＰＴＦＥ膜の空気透過率は０．００５ｃｆｍ／ｆｔ２以上、さらに典型的には約０．０１ｃｆｍ／ｆｔ２とし得る。
水蒸気透過性に関して、例えば未被覆ｅＰＴＦＥ膜１２の水蒸気透過率（「ＭＶＴＲ」）は約３５０００ｇ／ｍ２／日（ＪＩＳ Ｌ １０９９ Ｂ?２法に準拠して試験）である。本発明の実施形態によってポリウレタンを付着させた同一のｅＰＴＦＥ膜のＭＶＴＲは、５０００ｇ／ｍ２／日以上、さらに典型的には約９０００ｇ／ｍ２／日とし得る。従って、本発明の実施形態では、印刷ポリウレタンは、ｅＰＴＦＥ膜１２の気透過性及び水蒸気透過性をある程度保持しながら、ｅＰＴＦＥ膜１２の耐久性を増大させることができる。
ある例示的な実施形態では、グラビア印刷法を用いて、ｅＰＴＦＥ膜１２に親水性ポリウレタンを付着することができる。アタクチック−アイソタクチックポリプロピレンのブロックコポリマー、Ｈｙｔｒｅｌ（登録商標）、Ｐｅｂａｘ（登録商標）、Ｋｒａｙｔｏｎ（登録商標）などの他の熱可塑性エラストマーも使用することができ、親水性ポリウレタンが単なる例示にすぎないことは、当業者には明らかであろう。図３に示すように、ｅＰＴＦＥ膜１２上に印刷したパターンは、繰返し六角形セル４０とすることができる。六角形パターンの実線４２は、ｅＰＴＦＥ膜１２上での親水性ポリウレタンの付着位置を表す。ポリウレタンはｅＰＴＦＥ膜１２の片面又は両面に付着させることができる。
ポリウレタンの印刷によってｅＰＴＦＥ膜１２の耐久性を高めることができる。当業者には理解されるであろうが、Ｍｕｌｌｅｎ静水圧値が膜耐久性の有効な尺度である。これは、支持用ナイロンタフタ布で支持したときに膜を破裂させるのに必要な静水圧として定義される。測定はＡＳＴＭ Ｄ?７５１法に準拠して行われる。例えば、上記の実施形態を例にとると、ポリウレタン印刷していないｅＰＴＦＥ膜１２は約８０ｐｓｉｇのＭｕｌｌｅｎ破裂強度を有する。ｅＰＴＦＥ膜１２をポリウレタンで印刷する（図３に示し、以下で詳しく説明するように）と、破裂強度は約１０５ｐｓｉｇまで向上し得る。
パターンの形状、構成及び密度は、最終製品に望まれる特性、すなわち印刷ｅＰＴＦＥ膜１２で必要とされる耐久性に基づいて選択すればよい。図３の例示的な実施形態では、パターンの六角形セル４０の辺長は約０．０００５ｍとし得る。印刷ポリウレタンライン部４２の幅は約０．００００８ｍとし得る。印刷ポリウレタンライン部４２のｅＰＴＦＥ膜１２の表面からの高さは約０．００００１５ｍとし得る。なお、この例示的な高さの測定値は、付着時にｅＰＴＦＥ膜１６の格子型構造内に貫入した印刷ポリウレタンライン部４２の部分を含まない。一般に、ポリウレタンは、ｅＰＴＦＥ膜１６の厚さの約５％〜８０％の範囲内で貫入してもよい。膜１６に弾性構造補強をもたらして、膜１６の耐久性及び低温亀裂耐性を向上させるのは、少なくともある程度は、こうした貫入である。寸法、すなわち六角形セル４０の辺長と印刷ポリウレタンライン部４２の幅及び高さは、用途に応じて大幅に増減させることができる。
さらに、パターンの形状は用途に応じて操作又は設定すればよい。例えば、繰返し正方形パターン（図示せず）又は繰返し「Ｘ」形パターン（図示せず）を用いてもよい。かかるパターンも、繰返し六角形セル４０パターンと同様に、連結パターンを形成できる。本明細書で用いる連結パターンとは、印刷ポリウレタンのライン４２が連結したパターンをいい、繰返しパターンの場合には隣接する繰返しセルが印刷ポリウレタンのライン４２で連結していることを意味する。なお、幾つかの別の実施形態では、非繰返しパターンを用いてもよい。これらのパターンも、ポリウレタンの印刷ライン４２を連結することができるので、連結パターンを形成し得る。さらに、幾つかの別の実施形態では、非連結パターンを使用してもよいが、連結パターンを用いた方が耐久性をより効率的に高めることができる。
幾つかの用途では、高密度パターン又被覆表面積を増大させるパターンを用いて、耐久性の一段と向上したｅＰＴＦＥ膜１２を得ることもできる。これは、印刷ポリウレタンライン部４２の幅又は高さを増大させることによって達成できる。他の実施形態では、これは、表面被覆範囲が増すように付着後の印刷ポリウレタンラインをスミアリングすることによっても達成できる。かかる実施形態では、非通気性ポリウレタンによる表面被覆範囲が大きいために、ｅＰＴＦＥ膜１２の空気透過及び水蒸気透過性能が幾分低下してしまう。しかし、ポリウレタンの防水性がｅＰＴＦＥ膜１２の防水性よりも効果的であるので、ポリウレタンで覆われたｅＰＴＦＥ膜１２の領域での水浸透抵抗性が高まる。
当業者には理解されるであろうが、ｅＰＴＦＥ膜１２の耐久性を高めるための膜上への印刷には、広範なポリウレタンその他の熱可塑性エラストマーが適している。一般に、ポリウレタンは、広範な特性を有する広範な一群のポリマーであるが、そのいずれもヒドロキシル基を含む化合物と有機イソシアネートとの反応生成物に基づくものである。ポリウレタンは、剛性で硬質なものから可撓性で軟質なものまである。用いるポリウレタンの種類は、得られるｅＰＴＦＥ膜１２に望まれる特性に基づいて選択すればよい。
別の実施形態では、ｅＰＴＦＥ膜１２その他同様の膜上に印刷する前に、ポリウレタンなどの熱可塑性エラストマーにある種の添加剤（有機又は無機）を添加してもよい。例えば、ｅＰＴＦＥ膜１２上に印刷する前の熱可塑性エラストマーに銀ナノ粒子のような抗菌性化合物を添加してもよい。抗菌性化合物は、医療用途に用いられる膜に有益な抗菌特性を与えることができる。
かかる添加剤のその他の具体例としては、顔料又は染料が挙げられる。かかる顔料の具体例としては、ＴｉＯ２、銅フタロシアニンなどがある。顔料又は染料添加剤は、膜に着色、装飾性又は不透明性を与えるのに使用できる。また、ｅＰＴＦＥ膜１２上に印刷する前の熱可塑性エラストマーに難燃剤を添加して、膜の難燃性を高めることもできる。使用し得る難燃剤の具体例としては、ポリ臭素化ジフェニルエーテルなどが挙げられる。上述の添加剤に加えてその他の有益な添加剤を使用して、ｅＰＴＦＥ膜１２の耐久性の向上に加えて、その添加剤を配合した印刷ポリウレタンによって得られるｅＰＴＦＥ膜１２の他の特性を高めてもよい。
使用に際して、ポリウレタンの非連続印刷を有するｅＰＴＦＥ膜１２は、耐久性の向上が有益となる厳しい用途に用いることができる。膜の空気透過性及び通気性が大きく保持され、印刷ポリウレタンパターンによって、水浸透抵抗性が増し（ポリウレタンが特に水浸透抵抗性の表面を与えるため）、耐久性が高まり（例えば、洗濯サイクルその他の物理的応力に対する耐性が増す）、低温での膜亀裂耐性が向上する。膜に付着させる前のポリウレタンに添加剤を添加すると、他の膜特性を高めることができる。
本発明の好ましい実施形態に関する以上の説明から、当業者は様々な改良、変更及び修正を想到し得るであろう。そうした当業者が想到し得る改良、変更及び修正も、特許請求の範囲に規定する技術的範囲に属する。さらに、以上の説明は本発明の好ましい実施形態に関するものにすぎず、特許請求の範囲及びその均等によって定まる本発明の技術的思想及び技術的範囲から逸脱することなく様々な変更及び修正をなし得ることは明らかである。
Claims (10)
- 水蒸気透過性と液浸透抵抗性とを備える膜（１６）と、
膜の面上の熱可塑性エラストマーの非連続付着部と、
を含む耐久性膜組織。 - 膜（１６）が延伸ポリテトラフルオロエチレン膜（１２）を含む、請求項１記載の耐久性膜組織。
- 熱可塑性エラストマーがポリウレタン（４２）を含む、請求項１記載の耐久性膜組織。
- 膜（１６）の面上の熱可塑性エラストマーの非連続付着部が膜（１６）の表面の一部を覆う熱可塑性エラストマーの付着部を含み、残りの部分が覆われていない、請求項１記載の耐久性膜組織。
- 熱可塑性エラストマーで覆われた膜（１６）の表面積の割合が約５〜９０％である、請求項４記載の耐久性膜組織。
- 膜（１６）の面上の熱可塑性エラストマーの非連続付着部が繰返しパターンを含む、請求項４記載の耐久性膜組織。
- 膜（１６）の面上の熱可塑性エラストマーの非連続付着部が繰返し六角形セル（４０）を含み、繰返し六角形セル（４０）が辺長約０．０００５ｍの六角形からなり、
繰返し六角形セル（４０）を形成するライン部が約０．００００８ｍの幅と約０．００００１５ｍの高さとを有する、請求項４記載の耐久性膜組織。 - 熱可塑性エラストマー付着後の膜（１６）が０．００５ｃｆｍ／ｆｔ２以上の空気透過率を有する、請求項１記載の耐久性膜組織。
- 熱可塑性エラストマー付着後の膜（１６）が０．０１ｃｆｍ／ｆｔ２以上の空気透過率を有する、請求項１記載の耐久性膜組織。
- 熱可塑性エラストマー付着後の膜（１６）が５０００ｇ／ｍ２／日以上の水蒸気透過率を有する、請求項１記載の耐久性膜組織。
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