JP2014513734A - 帯電防止被覆としてのイオン性フルオロポリマーの使用 - Google Patents

Abstract

本発明は、非導電性基材の上に帯電防止被覆を形成するための、水素型のイオン性フルオロポリマーの使用、及び最外部の非導電性層を含むケーブルであって、非導電性層の上に水素型のイオン性フルオロポリマーを含む被覆を有するケーブルに関する。

Description

本発明は、非導電性基材上に帯電防止被覆を形成するための、水素型（プロトン性）のイオン性フルオロポリマーの使用、及び最外層の上にそのような帯電防止被覆を含むケーブルに関する。

非導電性表面、例えばフルオロポリマー表面は、例えば摩擦、又は電界の影響によって電荷を増強する傾向がある。電荷は表面に蓄えられ、及び特定の状況下で放出して、材料、人、又は環境に対する悪影響につながることがある。表面上の電荷の増強を防止する周知の方法は、表面抵抗を減らす帯電防止被覆を有する非導電性表面を提供することである。

公知の帯電防止被覆においては、添加物、例えばカーボンブラック、又は導電性カーボンの他の変形を、表面抵抗を減らすために用いる。導電材料を、充填材として非導電性表面を作る材料に加えてもよく、又はコーティングプロセスにおいて表面上に適用してもよい。

例えば、国際公開第２００６／１２７９４６号Ａ２において、延伸ポリテトラフルオロエチレン膜の帯電防止被覆のための炭素粒子の使用が提案されている。

炭素の代わりに、金属、及び導電性ポリマーもまた、充填材中、又は被覆中の帯電防止剤として用いられる。金属は、蒸着、又はスパッタリング処理によって表面上に被覆（適用）してもよい。

帯電防止特性を表面に与えるこれらの公知の方法は、表面上の導電材料、例えば炭素、又は金属の接着性が、これらの材料の粒子の望ましくない摩耗がしばしば起こるように、通常非常に低い程度であるという短所を有する。導電材料は容易に摩耗するため、処理した表面の帯電防止特性のレベルは経時的に減少する。

更に、特にクリーンルームにおいて、粒子の放出は重要な課題である。したがって、表面に帯電防止特性を与える公知の手段は、帯電防止特性が経時的に減少するだけでなく、クリーンルームにおいて除去しなければならない更なる粒子が生じるという短所を有する。

それに加えて、帯電防止被覆において典型的に用いる多くの有機及び無機塩類、ポリマー電解質、並びに低分子量の界面活性剤が使用の間に浸出し、結果として帯電防止性能の損失につながる可能性がある。

従って、本発明の目的は、耐久性のある帯電防止特性を非導電性基材に与える非導電性基材のための被覆を提供することである。この被覆は、基材に対して良好なレベルの接着性を示すべきであり、製造及び適用が容易であるべきであり、並びに基材上に広げた際に平坦で均一な層を形成すべきである。

更に、本発明の目的は、被覆した物品、例えばケーブルが例えばクリーンルームの条件下で使用することができるよう、耐摩耗性が高く環境中に粒子を放出しない前記被覆を提供することである。

さらに、多孔性基材、例えば微小孔性ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜の場合、被覆は孔を通じた流体の流れを損なうべきではない。

現在、驚くべきことに、非導電性基材上に、イオン性フルオロポリマー（すなわち水素型のイオン性基を含むフッ化ポリマー）を含む、又はイオン性フルオロポリマーから成る被覆を形成することによって、これらの目的を達成できることが分かった。

従って、本発明は、非導電性基材上に帯電防止被覆を形成するための、水素型のイオン性フルオロポリマーの使用を提供する。

本発明は、特に例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、及び延伸ＰＴＦＥでできているフルオロポリマー基材の場合に、均一で、優れた接着性、及び膜形成性を有する帯電防止被覆を非導電性基材の表面に提供することを可能にする。したがって、被覆は、基材の帯電防止特性が応力条件下でさえ保持されるような、高い耐摩耗性を示す。

さらに、（微小）多孔性基材の内側の孔の表面の被覆にとって、孔が塞がらないように、本発明の被覆が滑らかに、及び均一に形成されることは有利である。この利点は、基材の特性を変更するために微粒子を使用する従来技術の概念と比較して、特に重要である。本発明の利点は、多孔性材料について、空気及び液体についての高い流入速度に表される。モノリシックな被覆、すなわち基材の外側の表面上の層に関して、微粒子の非存在は、極薄被覆の形成を可能にする。

それに加えて、被覆は粒子を含まず、及び環境中にいかなるそのような粒子も放出しないため、被覆はクリーンルーム条件下での使用に適切である。

基材は、基材の上に被覆を適用することができる任意の非電導性基材とすることができる。非電導性基材は通常、２３℃、及び相対湿度５０％において、１０^９Ω／□より高い表面比抵抗を有する。

基材は、有機又は無機材料、例えば合成及び／又は天然ポリマー、並びに合成及び／又は天然ポリマーの複合材を含んでもよく、また、充填材を含んでもよい。

基材は、膜、布地、又はラミネートであることができる。基材は、織物、不織物、フェルト、又は編物であってもよい。基材はマイクロデニール繊維及びマイクロデニールヤーンを含む、モノフィラメント、マルチフィラメント、又はヤーンなどの繊維から成ってもよい。

基材は、誘電性基材であることができる。

本発明の使用の一実施形態において、被覆した基材は、１０^９Ω／□以下、更なる実施形態において１０^８Ω／□以下、更に他の実施形態において１０^７Ω／□以下の表面抵抗を有する。通常、被覆した基材は１０^４Ω／□以上、１０^９Ω／□未満の表面抵抗を有する。

被覆した基材の表面抵抗についてのこれらの値は、応力／摩耗を受ける前の被覆した基材に関する。

本発明の使用の一実施形態において、被覆していない基材の表面抵抗は、帯電防止被覆によって少なくとも１／１０^２、更なる実施形態において少なくとも１／１０^３、更に他の実施形態において少なくとも１／１０^４に減少する。

例えば、ＰＴＦＥの表面抵抗は通常１０^１２Ω／□より大きく、帯電防止被覆の使用によって、１０^５倍又はこれ以上にさえ対応する、１０^７Ω／□又はこれ以下の値にさえ低減することができる。

ＤＩＮ ＥＮ １１４９―３に基づいて測定される電荷減衰時間（ＣＤＴ）は、物品の帯電防止性能を表す。本発明の使用による被覆した基材について、相対湿度２０％におけるＣＤＴは、一実施形態において２秒未満であり、更なる実施形態において１秒未満であり、更なる実施形態において０．５秒未満であり、及び更に他の実施形態において０．０１秒未満である。

本発明の一実施形態において、基材上の被覆の被覆量は、基材の外側の表面に基づいて０．１〜１０ｇ／ｍ^２、更なる実施形態において０．２〜８ｇ／ｍ^２である。

例えば、ｅＰＴＦＥ上のモノリシックな被覆について、最少の被覆量は、通常、膜上に０．３ｇ／ｍ^２から始まる。

一実施形態において、本発明の使用における非導電性基材はポリマー基材を含み、又はポリマー基材から成る。この実施形態において、ポリマー基材は、任意の種類のポリマー、例えば合成、天然ポリマー、並びに／又は合成及び／若しくは天然ポリマーの複合材とすることができる。

ポリマー基材は、例えば金属又は金属酸化物とは対照的に、低い表面エネルギーを示すことが知られている。本発明の物品のポリマー基材は、一実施形態において１００ｍＮ／ｍ以下の表面エネルギーを有し、及び更なる実施形態において４０ｍＮ／ｍ以下の表面エネルギーを有する。

上に被覆が存在する基材は、一実施形態において０．１〜１０，０００マイクロメートルの厚さを有し、更なる実施形態において１〜１，０００マイクロメートルの厚さを有し、及び更に他の実施形態において３〜１００マイクロメートルの厚さを有する。

一実施形態において、本発明の使用における非導電性基材は、フルオロポリマー（すなわちフッ素原子を含むポリマー）を含み、又はフルオロポリマーから成り、及び他の実施形態において基材はフルオロポリオレフィンである。

フルオロポリマーは、部分的にフッ素化されていてもよく、又は完全にフッ素化、すなわちパーフルオロ化されていてもよい。

更なる実施形態において、基材は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、変性ＰＴＦＥ、フッ素熱可塑性樹脂、若しくはフルオロエラストマー、又はこれらの材料の任意の組合せを含み、又はこれらから成る。本明細書において用いる用語「変性ＰＴＦＥ」は、テトラフルオロエチレンモノマー単位に加えて、更にパーフルオロ化、フッ化、又は非フッ化コモノマー単位が存在するテトラフルオロエチレンコポリマーの種類を意味することを目的とする。

更なる実施形態において、基材はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含み、更に他の実施形態において、基材はＰＴＦＥから成る。

さらに、基材は多孔性基材、例えば多孔質ＰＴＦＥとすることができる。

本明細書において用いる用語「多孔性」は、内部構造の全体にわたって、１つの表面から他の表面まで相互に連結した連続的な通気経路を形成したボイドを有する材料を指す。

基材は、微小孔性基材でもよい。これは、基材のボイドが非常に小さく、通常「微視的」と呼ばれることを意味する。

微小孔性基材中のボイドの適切な孔径は、平均流量孔径の測定において決定される、０．０１〜１５マイクロメートルである。

一実施形態において、基材は延伸ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ、ＥＰＴＦＥ）を含み、又は延伸ＰＴＦＥから成る。

ＰＴＦＥを一つ以上の方向に延伸して（すなわち引張り）、このフルオロポリマーを多孔性にしてもよい。多孔性フルオロポリマーはテープ、管、繊維、シート、又は膜の形態であることができる。多孔性フルオロポリマーの微細構造は、ノード及びフィブリル、フィブリルのみ、フィブリルストランド若しくは束のみ、又はフィブリルによって相互に接続した引き延ばされたノードを含むことができる。

適切なフルオロポリマー膜は、単軸、又は二軸によって引き伸ばされたポリテトラフルオロエチレン膜を含む。

適切な延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）材料は、例えば、Ｂｏｗｍａｎによる米国特許第４，５９８，０１１号明細書、Ｂｒａｎｃａによる国際公開第９６／０７５２９号、Ｂａｃｉｎｏによる米国特許第５，４７６，５８９号明細書、Ｇｏｒｅによる米国特許第４，１９４，０４１号明細書、及びＧｏｒｅによる米国特許第３，９５３，５６６号明細書よって開示されている不織物ｅＰＴＦＥ膜であり、これらの内容は引用により本明細書に含まれる。本明細書に開示するｅＰＴＦＥ膜は、薄く、強く、化学的に不活性で、また、本質的に空気、水分、又は液体についての高い流入速度を有することができる。

ｅＰＴＦＥ膜又は複合材を作るための適切なフルオロポリマーは、ＰＴＦＥ、並びにＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレンコポリマー）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ、パーフルオロアルキルビニルエーテル）、ＴＨＶ（テトラフルオロエチレン ヘキサフルオロプロピレン ビニリデンフルオリド ターポリマー）のようなテトラフルオロエチレンコポリマーを含む。

平均流量孔径、及び厚みの組合せは、膜を通る流速を決定する。精密濾過の用途のため、良好な粒子保持性能と共に、適切な流速が必要である。狭いｅＰＴＦＥの孔径は、高い水侵入圧力につながる。より大きいｅＰＴＦＥの孔径は、ｅＰＴＦＥ膜の、水の侵入に対する抵抗を減少させることがある。これらの実際的理由のため、ｅＰＴＦＥの平均流量孔径は、０．３マイクロメートル未満が有利であると考えられる。

用語「イオン性フルオロポリマー」は、イオン性基、すなわちプロトンの引抜き又は付加によってイオン化可能であり、イオン化に応じて電気的電荷を帯びる基を有する有機ポリマーを意味することを目的とする。イオン化した状態のイオン性基は、アニオン性又はカチオン性基、例えば―ＳＯ_３ ⁻、―ＣＯＯ⁻、―ＰＯ_４ ^２−、又は―ＮＨ_３ ^＋、及びその誘導体であることができる。

本発明の使用において、イオン性フルオロポリマーは水素型であり、このことは、イオン性基はイオン化した状態ではなく中性であること、及びイオン化に応じて存在することがあるイオンの電荷は水素原子によって平衡にあることを意味することを目的とする。

これは、アニオン性基については、イオン性基が電荷を帯びないように、例えば―ＳＯ_３Ｈ、―ＣＯＯＨ、又は―ＰＯ_４Ｈ_２のように、負電荷がプロトンによって釣り合うことを意味し、また、カチオン性基については、同様にイオン性基が電荷を帯びないように、例えば―ＮＨ_２のように、電荷不均衡なプロトン又は他の正に帯電した種が存在しないことを意味する。

一実施形態において、イオン化した状態のイオン性基はアニオン性基であり、更なる実施形態において、基はカルボン酸基、リン酸基、スルホン酸基、及びこれらの組合せから選択される。

更に、イオン性フルオロポリマーにおいて、ポリマー主鎖、又は側鎖（分岐）中の炭素原子に共有結合したフッ素原子が存在する。

用語「有機ポリマー」は、ホモポリマー、コポリマー、例えば、ブロック、グラフト、ランダム、及び交互コポリマー、並びにターポリマーを含み、更にこれらの誘導体、組合せ、及びこれらのブレンドを含む。更に、具体的に限定しない限り、用語「ポリマー」は、両方の実施形態に関して、直鎖、ブロック、グラフト、ランダム、交互、分岐構造、及びこれらの組み合わせを含む、分子の全ての幾何学的構造を含むものとする。

一実施形態において、イオン性フルオロポリマーは、基材に対する、特にフッ化基材、例えばＰＴＦＥに対する適合性を高めるために、高いフッ素含有量、例えば非炭素原子について５０％より高い元素割合を有する。

一実施形態において、基材、特にフッ化ポリマーとの適合性が更に改良され、水への可溶性が低レベルに保たれることから、イオン性フルオロポリマーのフッ素／水素比率（以下Ｆ／Ｈ比率）は１より大きく、更なる実施形態において２より大きく、及び更なる実施形態において３より大きい。加えて、被覆の耐久性が強化される。

Ｆ／Ｈ比率は、中程度又は高い相対湿度における膨張の程度を決定する。Ｆ／Ｈ比率がより高いほど、湿度条件下における膨張の程度はより低い。

一実施形態において、イオン性フルオロポリマーは、特にこれらをフッ化基材、例えばＰＴＦＥ、又はｅＰＴＦＥ基材と共に使用する場合、パーフルオロ化される。

イオン性フルオロポリマーの当量は、イオン性フルオロポリマー中に存在するイオン性基の数で除したイオン性フルオロポリマーの分子量として決定する。

イオン性フルオロポリマーの当量は、一実施形態において４００〜１５，０００ｇ／ｍｏｌ、更なる実施形態において５００〜１０，０００ｇ／ｍｏｌ、更なる実施形態において５００〜８，０００ｇ／ｍｏｌ、更なる実施形態において５００〜２，０００ｇ／ｍｏｌ、及び更に他の実施形態において７００〜２，０００ｇ／ｍｏｌである。

当量が低すぎる場合、水への可溶性が高すぎる可能性がある。当量が高すぎる場合、処理、及び帯電防止性能の特性が悪化する可能性がある。

一実施形態において、イオン性フルオロポリマーは水溶性ではない。

本発明の一実施形態において、イオン性フルオロポリマーは、フルオロイオノマー、又はイオン性フルオロポリエーテルのいずれかである。

用語「フルオロイオノマー」は、部分的にフルオロ化された又はパーフルオロ化されたアルファオレフィン、例えばＨ_２Ｃ＝ＣＨＦ（ビニルフルオリド）、Ｈ_２Ｃ＝ＣＦ_２ ＶＤＦ（ビニリデンフルオリド）、ＨＦＣ＝ＣＨＦ、Ｆ_２Ｃ＝ＣＦ_２（テトラフルオロエチレン）、Ｆ_２Ｃ＝ＣＦＣＦ_３、ＣｌＦＣ＝ＣＦ_２（クロロトリフルオロエチレン）と、部分的にフルオロ化された又はパーフルオロ化されたビニルエーテルとのコポリマーを意味することを目的とする。コポリマーは、イオン性基を更に含む。フルオロイオノマーは、非フッ化コモノマー、例えばアセチレンを含んでもよい。

フルオロイオノマーは、エーテル基によってポリマーに結合することができる側鎖を含んでもよい。側鎖の長さは、エーテル結合を含む３つの炭素原子〜８つの炭素原子まで変化することができる。そして、イオン性基が側鎖に結合していてもよい。

市販のイオノマーは、ＤｕＰｏｎｔ（ＤｕＰｏｎｔ^ＴＭＮａｆｉｏｎ（登録商標））、旭硝子（Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標））、３Ｍ―Ｄｙｎｅｏｎ（米国特許出願公開第２００４／０１２１２１０号明細書Ａ１）、旭化成（Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標））、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（Ｄｏｗ８０８ ＥＷイオノマー）、Ｓｏｌｖａｙ Ｓｏｌｅｘｉｓ（Ａｑｕｉｖｉｏｎ^ＴＭＰＦＳＡ）、及び上海ＧＯＲＥ ３Ｆ（ＧＯＲＥ ＳＥＬＥＣＴ（登録商標）、米国特許第７，０９４，８５１号明細書）から入手できる。

Ｎａｔｉｏｎ（登録商標）、Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標）、及びＦｌｅｍｉｏｎ（登録商標）の構造は、以下の通りである。

Ａｑｕｉｖｉｏｎ^ＴＭ Ｄ８３ ＰＦＳＡ分散は、テトラフルオロエチレン、及びスルホニルフルオリドビニルエーテル（ＳＦＶＥ）Ｆ_２Ｃ＝ＣＦ―Ｏ―ＣＦ_２―ＣＦ_２―ＳＯ_２Ｆのコポリマーに基づく。

用語「イオン性フルオロポリエーテル」は、酸素原子によって結合した、部分的又はパーフルオロ化されたオレフィンモノマー単位、及びイオン性基を含む単位から作られたポリマーを意味することを目的とする。イオン性フルオロポリエーテル分子中に、同一又は異なる性質の一つ以上のイオン性基が存在してもよい。

イオン性フルオロポリエーテルは典型的に熱的に安定であり、水及び大部分の一般的な溶媒に実質的に不溶性であり、及び被覆を適用した後に浸出すべきでない。

例えば、フルオロポリエーテルオレフィンモノマー単位は、―Ｏ―（ＣＦ_２―ＣＦ_２）―、及び／又は―Ｏ―（ＣＦＨ―ＣＦ_２）―、及び／又は―Ｏ―（ＣＨ_２―ＣＦ_２）―、及び／又は―Ｏ―（ＣＨ_２―ＣＨＦ）―、及び／又は―Ｏ―（ＣＦ（ＣＨ_３）―ＣＦ_２）―、及び／又は―Ｏ―（Ｃ（ＣＨ_３）_２―ＣＦ_２）―、及び／又は―Ｏ―（ＣＨ_２―ＣＨ（ＣＨ_３））―、及び／又は―Ｏ―（ＣＦ（ＣＦ_３）―ＣＦ_２）―、及び／又は―Ｏ―（Ｃ（ＣＦ_３）_２―ＣＦ_２）―、及び／又は―Ｏ―（ＣＦ_２―ＣＨ（ＣＦ_３））―を含んでもよい。

イオン性基は、イオン化した状態においてアニオン性基、例えば―ＳＯ_３ ⁻、―ＣＯＯ⁻、―ＯＰＯ_３ ^２−であることができ、並びに／又はアニオン性、及びカチオン性基との組合せ、例えば―ＳＯ_３ ⁻、―ＣＯＯ⁻、―ＯＰＯ_３ ^２−と、―ＮＨ_３ ^＋、―ＮＲ_１Ｈ_２ ^＋、若しくは―ＮＲ_２Ｈ^＋との組合せであることができる。

一実施形態において、イオン化した状態のイオン性基はアニオン性基であり、更なる実施形態において、基はカルボン酸基、リン酸基、スルホン酸基、及びこれらの組合せから選択される。

イオン性フルオロポリエーテルにおいて、ポリマー主鎖、又は側鎖（分岐）中の炭素原子に共有結合したフッ素原子が存在する。用語「ポリマー」はコポリマー、例えばブロック、グラフト、ランダム、及び交互コポリマー、並びにターポリマーを含み、更にこれらの誘導体、組合せ、及びこれらのブレンドを含む。更に、具体的に限定しない限り、用語「ポリマー」は、直鎖、ブロック、グラフト、ランダム、交互、分岐構造、及びそれらの組み合わせを含む、分子の全ての幾何学的構造を含むものとする。

イオン性パーフルオロポリエーテルは通常、以下の任意の一つ又は組合せから選択されたオレフィンモノマー単位を有する。―ＣＦ_２―Ｏ―、―（ＣＦ_２ＣＦ_２）―Ｏ―、―（ＣＦ（ＣＦ_３））―Ｏ―、―（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２）―Ｏ―、―（ＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３））―Ｏ―、及び―（ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２）―Ｏ―。パーフルオロポリエーテルのいくつかの新規な種類は、他の繰り返し単位（例えば（Ｃ（ＣＦ_３）_２）―Ｏ―）、又は３つより多い炭素原子を有するそのような繰り返し単位、例えば―（Ｃ_４Ｆ_８）―Ｏ―、又は―（Ｃ_６Ｆ_１２）―Ｏ―を含んでもよい。

本発明において、一実施形態において、帯電防止被覆中に存在するイオン性フルオロポリマーの総量のイオン性基の少なくとも２５％が水素型であり、更なる実施形態において、帯電防止被覆中に存在するイオン性フルオロポリマーの総量のイオン性基の少なくとも４５％が水素型であり、更なる実施形態において、帯電防止被覆中に存在するイオン性フルオロポリマーの総量のイオン性基の少なくとも５０％が水素型であり、更なる実施形態において、帯電防止被覆中に存在するイオン性フルオロポリマーの総量のイオン性基の少なくとも７５％が水素型であり、及び更に他の実施形態において、帯電防止被覆中に存在するイオン性フルオロポリマーの総量の全てのイオン性基が水素型である。

一実施形態において、帯電防止被覆は少なくとも５０質量％のイオン性フルオロポリマーを含み、更なる実施形態において、帯電防止被覆は少なくとも７５質量％のイオン性フルオロポリマーを含み、及び更なる実施形態において、帯電防止被覆はイオン性フルオロポリマーから成る。

本発明の被覆は、「外側被膜」、すなわち実質的に連続的な層（「モノリシックな被覆」）、若しくは不連続な、例えば基材の外側の表面上のドット状のパターンとして存在する被覆であることができ、及び／又は「内側被覆」、すなわち多孔性基材の孔の内側、及び外側の表面に存在するが、孔を閉塞しない被覆であることができる。

被覆は完全に多孔性基材の孔を満たすことがあり、すなわち被覆が基材中に完全に吸収され、したがって孔を塞ぐことがある。

外側の、例えばモノリシックな被覆は、基材の片側又は両側に存在してもよい。

モノリシックな被覆は、
ａ）２つの基材、例えば２つの微小孔性膜、若しくは１つの微小孔性膜及び１つの布地層の間の中間層、又は
ｂ）基材上に多重被覆した層の一部分、例えば２つの他の被覆の間の１つの層、又は最も外側の表面における上塗りを形成してもよい。

図１ａは、基材２０の外側の表面上の層の形態における、モノリシックな被覆３０の模式図を示す。

モノリシックな被覆は通常気密性であるため、多孔性基材の場合、被覆した物品を通した気流はモノリシックな被覆によって妨げられる可能性がある。表現「気密層」、及び「気流の阻害」は、実施例の段落に開示するガーレー試験によって決定されるように、少なくとも２分間、気流が観察されないという事実を指す。

モノリシックな被覆について、最終的な被覆の厚みは、一実施形態において０．０５〜２５マイクロメートルである。この範囲の中で、当業者は、意図した使用に応じて最も適切な厚みを見いだすことができる。

被覆が０．０５マイクロメートルより薄い場合、被覆の耐久性は低い程度となる可能性がある。

被覆量、及び被覆厚は、耐久性に影響を及ぼす可能性があり、意図した使用に応じて調整すべきである。

モノリシックに被覆した多孔性基材、例えばｅＰＴＦＥ膜の透気性、又は水蒸気輸送速度は、ＭＶＴＲ（水蒸気透過率）値によって特性評価される。典型的に、多孔膜上にモノリシックな被覆を有する基材、特にｅＰＴＦＥ基材のＭＶＴＲは、１０，０００ｇ／ｍ^２２４ｈを超える。一実施形態において、ＭＶＴＲは２５，０００ｇ／ｍ^２２４ｈを超えるように調整され、及び更なる実施形態において、ＭＶＴＲは４０，０００ｇ／ｍ^２２４ｈを超える。

本発明において、被覆した基材のＭＶＴＲは、低い相対湿度において高いままである。

多孔性基材３０上の、孔の内側、及び外側の表面に存在する内側被覆２０の模式図を、図１ｂに示す。

そのような内側被覆は、透気性被覆の形態で、すなわち基材の孔の内側、及び外側の表面上であるが孔を密閉することなく存在する。

内側被覆は、被覆の後、透気性の多孔性基材を生じるが、当然ながら気流を妨げるいかなる更なるモノリシックな被覆も基材に適用されないことを条件とする。「透気性」という用語については、下記に開示するガーレー試験によって定められるように、材料の一定の領域の中を流れる特定の空気の体積の観察に関する。内側被覆は、特に微小孔性基材、例えば薄膜の上に、帯電防止表面を有する透気性格子構造の構築を可能にする。

本発明において、一実施形態において、被覆した基材は透気性であり、すなわち、１００秒未満のガーレー数を有する。

内側被覆の厚みは、一実施形態において０．０５マイクロメートルより大きい。

内側被覆は、５００ナノメートル未満の厚さで極薄の基材に適用してもよく、及び２５０ナノメートル未満の厚さで極薄の基材に適用してもよい。

内側被覆を、微小孔性膜、例えばｅＰＴＦＥの被覆のために、さらに適用してもよい。内側被覆について、ｅＰＴＦＥの平均流量孔径は、０．０１マイクロメートル〜１５マイクロメートルであることができ、更なる実施形態において０．０５マイクロメートル〜１０．０マイクロメートルであることができる。

他の実施形態において、全ての孔が被覆材料で完全に充填され、すなわち完全に吸収され、したがって孔が密閉されるように、被覆を多孔性基材上に形成する。

完全に吸収された被覆は、主に極薄の基材に適用する。したがって、完全に吸収された被覆を、２５マイクロメートル以下の厚みを有する基材に適用してもよく、又は１５マイクロメートル以下の厚みを有する基材に適用してもよい。これらの完全に吸収された物品を層にすることによって、より厚い構造を作ることができる。

当然、一方に一つ以上のモノリシックな被覆、及び他方に内側被覆、又は完全に吸収された被覆を、基材に対してａ）同時に、及び／又はｂ）逐次に適用してもよい。例えば、多孔性基材は、少なくとも一つの外側の表面上にモノリシックな被覆、及び孔内に内側被覆を有してもよい。

本発明の使用の帯電防止被覆を、基材上に液体状態のイオン性フルオロポリマー（被覆液体）を適用することによって製造してもよい。

イオン性フルオロポリマーは、そのように液体であることにより、又は溶媒中に溶解、乳化、若しくは分散していることにより、液体であることができる。

基材上に適用する被覆液体は、２５℃において、一実施形態において５０ｍＰａ・ｓより大きい粘度を有し、更なる実施形態において６０ｍＰａ・ｓより大きい粘度を有し、及び更なる実施形態において７０ｍＰａ・ｓより大きい粘度を有する。

イオン性フルオロポリマーを含む被覆液体は、約３５ｍＮ／ｍより低い表面張力を有してもよく、又は３０ｍＮ／ｍより低い表面張力を有してもよく、又は２０ｍＮ／ｍより低い表面張力でさえ有してもよい。

イオン性フルオロポリマー処方のそのような低い表面張力は、ごくわずかな表面エネルギーしか示さない基材、特にフルオロポリマー（例えばＰＴＦＥ）を被覆するのに有効である。

イオン性フルオロポリマーは、被覆液体中に１０質量％（固形分）〜０．１質量％（固形分）の濃度において存在してもよく、更なる実施形態において５質量％（固形分）〜０．５質量％（固形分）の濃度において存在してもよい。

被覆液体の適用の後、被覆した基材を、１００〜２００℃の温度まで加熱してもよく、更なる実施形態において１５０〜１９０℃まで加熱してもよく、及び更なる実施形態において１６０〜１８０℃まで加熱してもよい。

本発明の一実施形態において、被覆した基材は、例えば保護性、快適性、及び機能性のための衣類としての衣服、例えば液体及び／若しくは気体の濾過若しくは精密濾過のための布地構造、ラミネート、及びフィルタ要素、例えば管、若しくは容器の換気のための換気要素、センサ、診断装置、保護囲い、又は分離要素の中に存在する。

例えば、基材上の透気性帯電防止被覆は、静電保護作業服として、又は電荷の増強を妨げるために、空気濾過若しくは換気用途において使用することができる物品を生ずる。

本発明はまた、最外部の非導電性層を含むケーブルであって、非導電性層の上に水素型のイオン性フルオロポリマーを含む被覆を有するケーブルに関する。

本発明によるケーブルの更なる実施形態において、最外部の非導電性層は、非導電性基材について上記の実施形態のいずれかに従うものとすることができる。

本発明のケーブルの更なる実施形態において、被覆は、上記の実施形態のいずれかに従うものとすることができ、及び／又は、上記の実施形態のいずれかに従って形成されたものとすることができる。

本発明の一実施形態において、ケーブルはフラットケーブルである。

以下に開示する例、及び以下の図を参照することによって、本発明を更に説明する。
ポリマー多孔性基材（２０）、及びその上にモノリシックな被覆（３０）を有する物品（１０）の模式的な断面図。 ポリマー多孔性基材（２０）、及びその上に孔の内側、及び外側の表面に存在する被覆（３０）（「内側被覆」）を有する物品（１０）の模式的な断面図。

［ａ）電荷減衰時間（ＣＤＴ）］
電荷減衰時間（ＣＤＴ）は、ＤＩＮ ＥＮ １１４９―３に従って測定した。

［ｂ）表面抵抗］
表面抵抗は、ＡＳＴＭ Ｄ２５７に従い、正方形の配置を有する２本の平行電極の間で測定した。非導電性ポリマー基材の表面抵抗は、湿度の変化に応答して急速に変化する可能性があるため、環境要因の制御は重要である。試験結果の正確な報告は、表面抵抗測定の前及び間の、試料の温度及び湿度を含む。

［ｃ）ガーレー数］
ガーレー数［ｓ］は、ＡＳＴＭ Ｄ７２６―５８に従い、ガーレーデンソメーターを使用して決定した。１．２１５ｋＮ／ｍ^２の水の圧力損失において、１００立方センチメートルの空気が６．５４ｃｍ^２の試験サンプルを通過する秒数における時間であるガーレー数について結果を報告する。

［ｄ）フラジール数］
フラジール数［ｃｆｍ］は、ＡＳＴＭ Ｄ７３７に従い、透気性試験器ＩＩＩ ＦＸ ３３００（ＴＥＸＴＥＳＴ ＡＧ）を使用して決定した。

［ｅ）平均流量孔径（ＭＦＰ、マイクロメーター）］
ＭＦＰは、ＰＭＩ（ＰｏｒｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ社）製キャピラリーフローポロメーター ＣＦＰ １５００ ＡＥＸＬＳを使用して測定した。膜を、Ｓｉｌｗｉｃｋ（表面張力２０ｍＮ／ｍ）で完全に濡らした。完全に濡らしたサンプルをサンプルチャンバー内に置いた。チャンバーを密閉し、サンプルの後方のチャンバー内に、最大の直径の孔内にある流体の毛細管現象を克服するのに十分な圧力の値まで、気体を流した。これがバブルポイント圧力である。圧力は小さな増加量において更に増加し、結果として、孔に流体がなくなるまで測定される流れとなる。適用した圧力の範囲は、０〜８．５ｂａｒ（８５０ｋＰａ）であった。平均流量孔径以外に、最大及び最小孔径を検出した。

［ｆ）厚み］
本明細書において報告する基材の膜厚の測定について、ハイデンハイン厚み試験機を使用して測定を行った。顕微鏡画像は、サンプルを金でスパッタし、ＬＥＯ １４５０ ＶＰで撮影した。断面を調製し、厚みを測定した。

［ｇ）屈曲性試験］
ＧＯＲＥ（登録商標）高屈曲性ケーブルをエナジーチェーンに固定し、室温における回転屈曲試験において、１，０００，０００サイクル屈曲させた。
トラバース経路：１．３０ｍ
速度：３０サイクル／ｍｉｎ
曲げ半径：６０ｍｍ
表面抵抗を試験の前後で測定した。

［ｆ）温度／湿度試験］
ＩＥＣ（国際電気標準会議）―６８―２―３０湿熱に従い、湿度試験を、温度範囲２５℃〜５５℃、及び相対湿度９２〜９８％において、合計６サイクル行った。乾燥熱試験を、ＩＥＣ ６８―２―２に従い、１１０℃で７日間行った。

［例１］
以下の例は、帯電防止被覆を形成するための、水素型のイオン性フルオロポリマーの利点を説明する。

ｅＰＴＦＥ膜（単位面積当たりの質量２０．５ｇ／ｍ^２、ガーレー１１．６秒、表面抵抗１０^１２Ω／□超）を、１６℃において３０秒間、エタノール中の１３３．３ｇのＦｌｅｍｉｏｎ Ｆ９５０（６．０％固体、イオノマー、ＡＧＣ）、２１６．７ｇのエタノール、及び５０ｇの水の混合物中に浸漬した。

１６０℃にて５分間乾燥させた後に、膜は透気性であり（フラジール数０．３７）、相対湿度６５％、及び２１℃において２．５５ｘ１０^６Ω／□の表面抵抗を示した。

［例２］
水／アルコール中の、より短い側鎖を有する新規な市販のイオノマー分散が良好に機能し、膜上の帯電防止表面の特性を達成した。

５０ｇのＡｑｕｉｖｉｏｎ^ＴＭヒドロアルコールイオノマー分散Ｄ８３―１５Ｃ（Ｓｏｌｖａｙ Ｓｏｌｅｘｉｓ）を、１７℃において絶えず攪拌しながら、３００ｇのイソプロピルアルコール、及び３０ｇの水を用いて希釈した（測定された固形分１．９７質量％）。

ｅＰＴＦＥ膜（単位面積当たりの質量２１．１ｇ／ｍ^２、フラジール０．３２、表面抵抗１０^１２Ω／□超）を、３０秒間、溶液Ｄ８３―１５Ｃで被覆した。被覆量は、１６５℃で５分間乾燥させた後、４．０５ｇ／ｍ^２であった。被覆した膜の表面抵抗は、相対湿度６５％、及び２１℃において１．３６７ｘ１０^７Ω／□まで低減した。

［例３］
他のｅＰＴＦＥ膜（単位面積当たりの質量５４．８ｇ／ｍ^２、フラジール０．３５、表面抵抗１０^１２Ω／□超）を、３０秒間、例２の溶液で被覆した。被覆量は、１６５℃で５分間乾燥させた後、２．１ｇ／ｍ^２であった。１．８０ｘ１０^７Ω／□の被覆した膜の表面抵抗が、相対湿度６５％、及び２１℃において測定された。

［例４］
５０ｇのＡｑｕｉｖｉｏｎ^ＴＭ水性イオノマー分散Ｄ８３―２０Ｂ（Ｓｏｌｖａｙ Ｓｏｌｅｘｉｓ）を、１６℃において、絶えず撹拌しながら、４５０ｇのエタノールと混合した（測定された固体２．０質量％）。

ｅＰＴＦＥ膜（単位面積当たりの質量２１．１ｇ／ｍ^２、フラジール０．３２、表面抵抗１０^１２Ω／□超）を、３０秒間、溶液Ｄ８３―２０Ｂで覆った。被覆量は、１６５℃で５分間乾燥させた後、５．４３ｇ／ｍ^２であった。２．０６７ｘ１０^７Ω／□の被覆した膜の表面抵抗が、相対湿度６５％、及び２１℃において測定された。

［例５］
他のｅＰＴＦＥ膜（単位面積当たりの質量５４．８ｇ／ｍ^２、フラジール０．３５、表面抵抗１０^１２Ω／□超）を、３０秒間、例４の溶液で被覆した。被覆量は、１６５℃で５分間乾燥させた後、５．８２ｇ／ｍ^２であった。２．６３３ｘ１０^７Ω／□の表面抵抗が、相対湿度６５％、及び２１℃において測定された。

例３〜５は、幅広い処方の範囲を使用した様々なｅＰＴＦＥ膜において帯電防止特性を達成するための方法を開示する。

［例６］
非透気性Ｆｌｅｍｉｏｎ Ｆ９５０（ＦＳＳ―１、ＡＧＣ）フィルム（厚み２８μｍ）の、２１℃、及び相対湿度５５％において測定した表面抵抗は、３．６０ｘ１０^５Ω／□であった。

非透気性ＧＯＲＥ―ＳＥＬＥＣＴ（登録商標）５５シリーズ（Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ ＆ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社）フィルム（厚み２６μｍ）の、２１℃、及び相対湿度５５％において測定した表面抵抗は、１．９３ｘ１０^５Ω／□であった。

相対湿度２０％において０．０１秒未満の電荷減衰時間の結果は、純粋なイオノマーフィルムの両者についての帯電防止特性を示す。

例６は、水素型のイオン性フルオロポリマーの、自立被膜の、固有の帯電防止特性を示す。

［例７］
以下の例は、帯電防止被覆を形成するための、部分的に水素型（総数の５０％）のイオン性フルオロポリマーの性能を説明する。

例１において使用したようなｅＰＴＦＥ膜を、エタノール中の１３３．３ｇのＦｌｅｍｉｏｎ Ｆ９５０（６．０％固体、イオノマー、ＡＧＣ）、２１６．７ｇのエタノール、及び４９．６５６ｇの水中に溶解した０．３４４ｇの酢酸ナトリウム（無水、０．００４２ｍｏｌ）の混合物中に、１６℃で３０秒間（完全に濡れた後の合計時間）浸漬した。

１６０℃で５分間乾燥させた後に、膜は透気性（フラジール数０．１９）であり、相対湿度６５％、及び２１℃において、６７．３５ｘ１０^６Ω／□の表面抵抗を示した。イオン性基の約５０％が水素型であった。

類似のｅＰＴＦＥ膜を、エタノール中の１３３．３ｇのＦｌｅｍｉｏｎ Ｆ９５０（６．０％固体、イオノマー、ＡＧＣ）、２１６．７ｇのエタノール、及び４９．５８８ｇの水中に溶解した０．４１２ｇの酢酸カリウム（無水、０．００４２ｍｏｌ）の混合物中に、１６℃で３０秒間（完全に濡れた後の合計時間）浸漬した。

１６０℃で５分間乾燥させた後に、膜は透気性（フラジール数０．１０）であり、相対湿度６５％、及び２１℃において、７４．５０ｘ１０^６Ω／□の表面抵抗を示した。イオン性基の約５０％が水素型であった。

［例８］
Ｗ．Ｌ．ＧＯＲＥ社からの、高屈曲、及び厳しい環境のためのフラットケーブル（外部層ＰＴＦＥ、ＧＯＲＥ（登録商標）高屈曲性ケーブル）を、超音波浴内で前処理した。乾燥後、表面をメチルエチルケトンで更に洗浄した。

ケーブル外側の表面を、エタノール中６．０質量％のＦｌｅｍｉｏｎ Ｆ９５０（ＦＳＳ―１、ＡＧＣ）溶液に６０秒間さらした。

１６５℃で３分間乾燥させた後に、表面抵抗を測定した。ケーブルの外側のｅＰＴＦＥ面は両者とも、２１℃、及び相対湿度５５％において、３ｘ１０^８〜９ｘ１０^８Ω／□の抵抗を示した。

［例９］
例８の手順に従い、高屈曲、及び厳しい環境のためのフラットケーブルの構成ＧＳＣ―０６―２５７４３―００ ＡＷＭ ２１０９０（Ｗ．Ｌ．ＧＯＲＥ社）を、Ｆｌｅｍｉｏｎ Ｆ９５０（ＦＳＳ―１、ＡＧＣ）溶液で処理した。表１に示す結果は、被覆したフラットケーブルの構成において、２０℃、及び相対湿度３３％において測定した表面抵抗を表す。

例１〜９のデータにおいて示すように、主に水素型のイオン性フルオロポリマーの使用は、表面の帯電防止特性を強化する。イオン性フルオロポリマーの異なる処方を使用して被覆を製造した。被覆をｅＰＴＦＥの表面、例えば膜、又はフラットケーブルの構成に適用した場合に、優れた性能を達成した。全てのデータは、イオン性フルオロポリマーの異なる当量から選択した処方について、表面抵抗の湿度依存性の評価を表す。

帯電防止被覆をしたケーブルの厳しい環境下での使用試験についての適応性は、被覆の高められた耐久性能を示した。

Claims (15)

1. 非導電性基材上に帯電防止被覆を形成するための、水素型のイオン性フルオロポリマーの使用。
2. 被覆した基材が１０^４〜１０^１１Ω／□の表面抵抗を有する、請求項１に記載した使用。
3. 被覆していない基材の表面抵抗が、帯電防止被覆によって少なくとも１／１０^２に減少した、請求項１又は２のいずれか一項に記載した使用。
4. 被覆した基材が、相対湿度２０パーセントにおいて、２秒未満の電荷減衰時間を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載した使用。
5. 基材上の被覆の被覆量が、０．１ｇ／ｍ^２〜１０ｇ／ｍ^２である、請求項１〜４のいずれか一項に記載した使用。
6. 基材がポリマー基材である、請求項１〜５のいずれか一項に記載した使用。
7. ポリマー基材がフルオロポリマーである、請求項６に記載した使用。
8. フルオロポリマーがポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である、請求項７に記載した使用。
9. 基材が多孔性である、請求項１〜８のいずれか一項に記載した使用。
10. ＰＴＦＥが延伸ＰＴＦＥである、請求項８に記載した使用。
11. 被覆した基材が透気性である（ガーレー数１００秒未満）、請求項９又は１０のいずれか一項に記載した使用。
12. イオン性フルオロポリマーの当量が５００〜２，０００ｇ／ｍｏｌである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載した使用。
13. 被覆した基材が衣服、布地構造、ラミネート、フィルタ要素、換気要素、センサ、診断装置、保護囲い、又は分離要素中に存在する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載した使用。
14. 最外部の非導電性層を含むケーブルであって、非導電性層の上に水素型のイオン性フルオロポリマーを含む被覆を有する、ケーブル。
15. ケーブルがフラットケーブルである、請求項１４に記載したケーブル。

Images