JP2016531965A - 微孔質材料 - Google Patents

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Abstract

熱可塑性有機ポリオレフィンポリマー(例えば、ポリエチレンなどの超高分子量ポリオレフィン)、粒状充填材(例えば、沈降シリカ)、および細孔を相互接続する網状構造を含む、微孔質材料が記載される。本発明の微孔質材料は、制御された揮発性材料移動特性を所有する。微孔質材料は、少なくとも0.8g/cm3の密度;および0.04から0.6mg/(時・cm2)の、微孔質材料の揮発性材料接触面から蒸気放出面までの揮発性材料移動速度を有することができる。さらに、揮発性材料が、揮発性材料接触面から蒸気放出面まで移動するときに、蒸気放出面は、液体の形態である揮発性材料を実質的に含まない。

Description

(関連出願への相互参照)
本出願は、2012年5月16日に出願され、現在は放棄された米国特許出願第13/473,001号の一部継続出願であり、この米国特許出願は、2010年4月15日に出願された米国特許出願第12/761,020号(今や米国特許第8,435,631号)の継続出願であり、これら米国特許出願の両方は、参考として本明細書中に援用される。
(発明の分野)
本発明は、制御された揮発性材料移動特性を所有する微孔質材料に関する。この微孔質材料は、熱可塑性有機ポリマー、粒状充填材、および細孔を相互接続する網状構造(network)を含む。
(発明の背景)
芳香剤、例えば消臭スプレーなどの、揮発性材料の送達は、揮発性材料を含有するリザーバーを含んだ送達装置を用いて実現され得る。送達装置または送達デバイスは、リザーバーを覆いまたは閉じ込める蒸気透過性膜を、典型的には含む。リザーバー内の揮発性材料は、蒸気透過性膜を通過し、膜の大気側で大気中に、例えば空気中に放出される。蒸気透過性膜は、典型的には、有機ポリマーから製作され、そして多孔質である。
揮発性材料が蒸気透過性膜を通過する速度は、一般に、重要な因子である。例えば、揮発性材料が蒸気透過性膜を通過する速度が低過ぎる場合、芳香などの揮発性材料に関連した性質は、典型的には、望ましくないほど低くなりまたは感知できなくなる。一方、揮発性材料が蒸気透過性膜を通過する速度が高過ぎる場合、揮発性材料のリザーバーは非常に素早く空になる可能性があり、芳香などの揮発性材料に関連した性質は、望ましくないほど高くなり、場合によっては強力過ぎる可能性がある。
そこから揮発性材料が大気中に、例えば空気中に放出される、蒸気透過性膜の大気側または外側での、液体揮発性材料の形成を、最小限に抑えまたは防止することも一般に望ましい。蒸気透過性膜の外側を通過する液体揮発性材料は、膜の内部または膜の外側に収集され得、例えば溜まり、送達デバイスから漏出し、その結果、例えば液体揮発性材料に接触するようになる衣服または家具などの物品を汚損する可能性がある。さらに、蒸気透過性膜の外側での液体揮発性材料の形成は、送達デバイスからの揮発性材料の不均等な放出をもたらす可能性がある。
周囲温度のさらなる上昇は、揮発性材料が蒸気透過性膜を通過する速度を、望ましくないほど速い速度まで増大させ得る。例えば、自動車の乗客室内で使用される送達デバイスは、周囲温度の上昇に曝される可能性がある。したがって、周囲温度の上昇の関数として、デバイス内に含有される揮発性材料が蒸気透過性膜を通過する速度で、増大を最小限に抑えることが、典型的には望ましい。
制御された揮発性材料移動特性を所有する、新規な微孔質材料を開発することが望ましい。そのような新たに開発された微孔質材料が送達デバイスにおいて蒸気透過性膜として使用される場合、微孔質材料は、膜の外側または表面での液体揮発性材料の形成を最小限に抑えることが、さらに望ましい。さらに、揮発性材料がそのような微孔質材料を通過する速度は、周囲温度の上昇と共に、最小限に増加すべきである。
(発明の要旨)
本発明によれば、微孔質材料が提供され、この微孔質材料は、
(a)ポリオレフィンを含む、実質的に水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーのマトリックスと、
(b)微細化された、実質的に水に不溶性の粒状充填材であって、前記マトリックスの全体にわたって分布されており、かつ前記微孔質材料の全重量に基づき40から90重量パーセントを構成している粒状充填材と、
(c)前記微孔質材料の実質的に全体にわたって連通している、細孔を相互接続する網状構造(network)とを含み、
前記微孔質材料は
少なくとも0.8g/cmの密度と、
揮発性材料接触面と、
蒸気放出面であって、前記揮発性材料接触面および前記蒸気放出面が互いに対して実質的に対向している蒸気放出面と、
0.04から0.6mg/(時・cm)の、前記揮発性材料接触面から前記蒸気放出面までの揮発性材料移動速度とを有し、
揮発性材料が前記揮発性材料接触面から前記蒸気放出面まで移動するときに(0.04から0.6mg/(時・cm)の揮発性材料移動速度で)、前記蒸気放出面が、液体の形態である揮発性材料を実質的に含まない。
さらに、本発明は、微孔質材料を提供し、この微孔質材料は、
(a)ポリオレフィンを含む、実質的に水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーのマトリックスと、
(b)微細化された、実質的に水に不溶性の粒状充填材であって、前記マトリックスの全体にわたって分布されており、かつ前記微孔質材料の全重量に基づき40から90重量パーセントを構成している粒状充填材と、
(c)前記微孔質材料の実質的に全体にわたって連通している、細孔を相互接続する網状構造とを含み、
前記微孔質材料は、
0.8g/cm未満の密度と、
揮発性材料接触面と、
蒸気放出面であって、前記揮発性材料接触面および前記蒸気放出面が、互いに対して実質的に対向しており、(i)前記揮発性材料接触面の少なくとも一部が、その表面に第1のコーティングを有し、かつ/または(ii)前記蒸気放出面の少なくとも一部が、その表面に第2のコーティングを有している蒸気放出面と、
0.04から0.6mg/(時・cm)の、前記揮発性材料接触面から前記蒸気放出面までの揮発性材料移動速度とを有し、
揮発性材料が前記揮発性材料接触面から前記蒸気放出面まで移動するときに(0.04から0.6mg/(時・cm)の揮発性材料移動速度で)、前記蒸気放出面が、液体の形態である揮発性材料を実質的に含まない。
また本発明は、微孔質材料を提供し、この微孔質材料は:
(a)ポリオレフィンを含む、実質的に水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーのマトリックスと;
(b)微細化された、実質的に水に不溶性の粒状充填材であり、前記マトリックスの全体にわたって分布されており、かつ前記微孔質材料の全重量に基づき40から90重量パーセントを構成している前記粒状充填材と;
(c)前記微孔質材料の実質的に全体にわたって連通している、細孔を相互接続する網状構造とを含み;
前記微孔質材料は、
揮発性材料接触面と、
蒸気放出面であって、前記揮発性材料接触面および前記蒸気放出面が互いに対して実質的に対向しており、(i)前記揮発性材料接触面の少なくとも一部が、その表面に第1のコーティングを有し、かつ/または(ii)前記蒸気放出面の少なくとも一部が、その表面に第2のコーティングを有しており、前記第1のコーティングおよび前記第2のコーティングが、それぞれ独立して、ポリ(ビニルアルコール)を含むコーティング組成物から選択される蒸気放出面と、
少なくとも0.04mg/(時・cm)の、前記揮発性材料接触面から前記蒸気放出面までの揮発性材料移動速度とを有し、
前記微孔質材料、即ちポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料が、25℃から60℃までの温度上昇に曝されたときに、前記揮発性材料移動速度が150パーセント未満またはそれに等しいだけ増大する。
(発明の詳細な説明)
本明細書および特許請求の範囲で使用される「揮発性材料接触面」という用語は、以下にさらに詳述するように、例えばリザーバーに含有される揮発性材料に面しており、典型的には接触している微孔質材料の表面を意味する。
本明細書および特許請求の範囲で使用される「蒸気放出面」という用語は、揮発性材料に面しておらず、かつ/または直接接触していない微孔質材料の表面であって、その面から、揮発性材料がガス状または蒸気の形態で外部雰囲気中に放出される表面を意味する。
本明細書および特許請求の範囲で使用される、「(メタ)アクリレート」という用語、および「(メタ)アクリル酸のエステル」などの類似の用語は、アクリレートおよび/またはメタクリレートを意味する。
本明細書および特許請求の範囲で使用される、微孔質材料の「揮発性材料移動速度」は、下記の記述に従い決定した。酢酸ベンジルなどの揮発性材料2ミリリットルを含有するのに十分な内部容積を有する試験リザーバーを、透明な熱可塑性ポリマーから製作した。リザーバーの内部寸法を、およそ4センチメートルの開放面の縁部での円直径および1センチメートルを越えない深さによって定義した。開放面は、揮発性材料の移動速度を決定するのに使用した。試験リザーバーを平らに置いた状態で(開放面は、上向きになっている)、酢酸ベンジル約2ミリリットルを試験リザーバー内に導入した。酢酸ベンジルを試験リザーバー内に導入した状態で、6から18ミルの厚さを有する微孔質材料のシートを試験リザーバーの開放面/側に配置して、微孔質シートの揮発性材料接触面12.5cmがリザーバーの内部に曝されるようにした。試験リザーバーを計量して、充填されたアセンブリ全体の初期重量を得た。次いで酢酸ベンジルを含有し、かつ微孔質材料のシートで閉じ込められた試験リザーバーを、5フィート[1.52メートル](高さ)×5フィート[1.52メートル](幅)×2フィート[0.61メートル](深さ)のおよその寸法を有する実験室用化学ヒュームフード内に直立状態で配置した。試験リザーバーを直立状態にすることにより、酢酸ベンジルは、微孔質シートの揮発性材料接触面の少なくとも一部に直接接触した。ヒュームフードのガラス戸を引き下げ、フード内を通る空気流を、1時間当たり8回転(または交換)するフード体積になるように調節した。他に指示しない限り、フード内の温度は25℃±5℃に維持した。ヒュームフード内の湿度は周囲状態にあった。試験リザーバーを、フード内で定期的に計量した。酢酸ベンジルの計算された重量損失を、試験リザーバーの内部に曝される微孔質シートの経過時間および表面積と組み合わせて使用して、微孔質シートの揮発性移動速度を、mg/(時・cm)を単位として決定した。
本明細書および特許請求の範囲で使用される、25℃から60℃までの本発明の微孔質材料の揮発性材料移動速度の増大パーセントを、別々の、しかし実質的に均等な微孔質材料シート試料に関して、25℃および60℃で、上述の方法に従い決定した。リザーバーを、大きいガラス製ベルジャー内に配置し、塩化カリウムが50%を超える水溶液もベルジャー内に入れた。内容物を含めたベルジャーの全体を、60℃に加熱された炉内に配置した。リザーバーを、7から10時間の期間にわたってこれらの条件下で保持した。次いでリザーバーを、周囲条件のフードに一晩戻し、そしてこのプロセスを数日間にわたって繰り返した。リザーバーのそれぞれを、ベルジャーに配置する前、およびベルジャーから取り出した後に計量した。ベルジャーから取り出したら、リザーバーを周囲温度に戻した後に各リザーバーの重量を得た。
本明細書および特許請求の範囲で使用されるように、下記の方法を使用して、微孔質材料の蒸気放出面が「液体の形態にある揮発性材料を実質的にない(含まない)」か否かを決定した。試験リザーバーを上述のように計量したとき、微孔質シートの蒸気放出面を裸眼で目視検査して、表面に液滴および/または液体の膜が存在するか否かを決定した。液滴(即ち、1滴)および/または液体の膜のなんらかの証拠が蒸気放出面で目視観察されたがその面から流れ落ちない場合、微孔質シートは許容され得ると見なした。揮発性材料の液滴が蒸気放出面から流れ落ちた場合、微孔質シートは不良品であると決定した。液滴(即ち、1滴ではない)および/または液体の膜の証拠が蒸気放出面で目視観察されなかった場合、微孔質シートは、液体の形態にある揮発性材料を実質的に含まないと決定した。
他に指示しない限り、本明細書に開示される全ての範囲は、そこに包含される任意のおよび全ての部分範囲を含むことが理解されるべきである。例えば、記述される範囲「1から10」は、最小値1から最大値10の間(およびこれらの値も含めた)任意のおよび全ての部分範囲を含むと考えられるべきであり;即ち、最小値1またはそれより多くから始まり最大10またはそれ未満で終わる全ての部分範囲、例えば1から6.1まで、3.5から7.8まで、5.5から10までなどである。しかし任意の数値は、測定機器で見出されたものも含めて、そのそれぞれの試験測定で見出された標準偏差から必然的にもたらされるある誤差を本質的に含有する。
他に指示しない限り、本明細書および特許請求の範囲で使用される、構造寸法、成分の量などを表すような全ての数または表現は、「約」という用語によって全ての場合に修飾されることが理解される。したがって、反対の内容が示されない限り、本明細書および添付される特許請求の範囲に記載された数値パラメーターは、本発明により得ることが求められる所望の結果に応じて変化することができる近似値である。最低限でも、特許請求の範囲と均等な原理の適用を制限しようとするのではなく、各数値パラメーターは、報告された有効桁の数に照らして、かつ通常の丸め技法を適用することによって、少なくとも解釈されるべきである。さらに、本明細書および添付される特許請求の範囲で使用される、単数形「a」、「an」、および「the」は、特別にかつ明瞭に1つの指示対象に限定されない限り、複数の指示対象を含むものとする。
本明細書および特許請求の範囲で使用される「揮発性材料」という用語は、周囲の室温および圧力で、かつ付与された追加の、または補われたエネルギーが、例えば、熱および/または攪拌の形態で存在しない状態で、ガス状または蒸気の形態に変換することが可能な、即ち、気化することが可能な材料を意味する。揮発性材料は、有機揮発性材料を含むことができ、これは、溶媒をベースにした材料を含むような揮発性材料、または溶媒をベースにした材料に分散されたものを含み得る。揮発性材料は、液体の形態および/または固体の形態であってもよく、天然に存在しても合成によって形成されてもよい。固体の形態である場合、揮発性材料は、典型的には中間の液体の形態を経ずに固体の形態から蒸気の形に昇華する。揮発性材料は任意選択で、担体、例えば水および/または不揮発性溶媒などの不揮発性材料と組み合わされるか、または配合されてもよい。固体の揮発性材料の場合、不揮発性担体は、固体の揮発性材料が内部に保持される多孔質材料、例えば多孔質無機材料の形態をとってもよい。また、固体揮発性材料は、半固体ゲルの形態をとってもよい。
揮発性材料は、天然に存在するか、または合成の香油などの芳香材料であってもよい。そこから液体の揮発性材料が選択されてもよい香油の例には、ベルガモット、苦橙皮、レモン、マンダリン、キャラウェイ、ニオイヒバ、丁子葉、セダーウッド、ゼラニウム、ラベンダー、オレンジ、オレガノ、プチグレーン、ヌマヒノキ、パチョリ、ネロイリ、純バラ、およびこれらの組合せの油が含まれるが、これらに限定するものではない。そこから揮発性材料が選択されてもよい固体の芳香材料の例には、バニリン、エチルバニリン、クマリン、トナリド、カロン、ヘリオトロペン、ムスクキシロール、セドロール、ムスクケトンベンゾフェノン、ラズベリーケトン、メチルナフチルケトンベータ、フェニルエチルサリチレート、ベルトール、マルトール、メープルラクトン、プロオイゲノールアセテート、エヴェミル、およびこれらの組合せが含まれるが、これらに限定するものではない。
微孔質材料の揮発性材料移動速度は、0.7mg/(時・cm)未満もしくはそれに等しく、または0.6mg/(時・cm)未満もしくはそれに等しく、または0.55mg/(時・cm)未満もしくはそれに等しく、または0.50mg/(時・cm)未満もしくはそれに等しくすることができる。微孔質材料の揮発性材料移動速度は、0.02mg/(時・cm)に等しくもしくはそれより大きく、または0.04mg/(時・cm)に等しくもしくはそれより大きく、または0.30mg/(時・cm)に等しくもしくはそれより大きく、または0.35mg/(時・cm)に等しくもしくはそれより大きくすることができる。微孔質材料の揮発性材料移動速度は、これらの上限値および下限値の任意の組合せの間に及んでもよい。例えば、微孔質材料の揮発性材料移動速度は、0.04から0.6mg/(時・cm)、または0.2から0.6mg/(時・cm)、または0.30から0.55mg/(時・cm)、または0.35から0.50mg/(時・cm)とすることができ、それぞれの場合において、列挙された値が含まれる。
いかなる理論にも拘泥するものではないが、揮発性材料が微孔質材料の揮発性材料接触面から蒸気放出面まで移動する場合、揮発性材料は、液体、蒸気、およびこれらの組合せから選択される形態をとると考えられる。さらに、いかなる理論にも拘泥するものではないが、揮発性材料は、少なくとも部分的に、微孔質材料の実質的に全体にわたって連通する、細孔を相互接続する網状構造内を動くと考えられる。典型的には、揮発性材料の移動は、15℃から40℃、例えば15または18℃から30または35℃の温度で、かつ周囲大気圧で生じる。
微孔質材料は、少なくとも0.7g/cmまたは少なくとも0.8g/cmの密度を有することができる。本明細書および特許請求の範囲で使用される、微孔質材料の密度は、微孔質材料の試料の重量および体積を測定することによって決定される。微孔質材料の密度の上限は、例えば0.04から0.6mg/(時・cm)の目標とする揮発性材料移動速度を有すること、および揮発性材料が揮発性材料接触面から蒸気放出面まで移動するときに前記蒸気放出面が液体の形態にある揮発性材料を実質的に含まないことを前提として、広範に及んでもよい。典型的には、微孔質材料の密度は1.5g/cm未満もしくはそれに等しく、または1.0g/cm未満またはそれに等しい。微孔質材料の密度は、上述の値のいずれかの間であって列挙された値を含めたものの間に及ぶことができる。例えば、微孔質材料は、0.7g/cmから1.5g/cm、例えば0.8g/cmから1.2g/cmであって、列挙された値も含めた密度を有することができる。
微孔質材料が少なくとも0.7g/cm、例えば少なくとも0.8g/cmの密度を有する場合、微孔質材料の揮発性材料接触面および蒸気放出面はそれぞれ、その表面にコーティング材料を含まなくてもよい。表面にコーティング材料を含まない場合、揮発性材料接触面および蒸気放出面はそれぞれ、微孔質材料によって画定される。
微孔質材料が少なくとも0.7g/cm、例えば少なくとも0.8g/cmの密度を有する場合、微孔質材料の揮発性材料接触面の少なくとも一部は、その表面に第1のコーティングを任意選択で有していてもよく、かつ/または微孔質材料の蒸気放出面の少なくとも一部は、その表面に第2のコーティングを任意選択で有していてもよい。第1のコーティングおよび第2のコーティングは、同じでも異なっていてもよい。揮発性材料接触面の少なくとも一部が、その表面に第1のコーティングを有する場合、揮発性材料接触面は、第1のコーティングによって少なくとも部分的に画定される。蒸気放出面の少なくとも一部が、その表面に第2のコーティングを有する場合、蒸気放出面は、第2のコーティングによって少なくとも部分的に画定される。
第1のコーティングおよび第2のコーティングはそれぞれ、液体コーティングおよび固体粒状コーティング(例えば、粉末コーティング)から選択されるコーティングから形成されてもよい。典型的には、第1および第2のコーティングはそれぞれ独立して、水、有機溶媒、およびこれらの組合せから選択される溶媒を任意選択で含んでいてもよい液体コーティングから選択される、コーティングから形成される。第1および第2のコーティングはそれぞれ独立して、架橋性コーティング、例えば熱硬化性コーティングおよび光硬化性コーティングと、非架橋性コーティング、例えば空気乾燥コーティングとから選択されてもよい。第1および第2のコーティングは、当技術分野で認識されている方法、例えば噴霧適用、カーテンコーティング、浸漬コーティング、および/またはドローダウンコーティングにより、例えばドクターブレードまたはドローダウンバー技法を用いて、微孔質材料のそれぞれの表面に塗布されてもよい。
第1および第2のコーティング組成物は、それぞれ独立して、当技術分野で認識されている添加剤、例えば抗酸化剤、紫外線安定化剤、流動制御剤、分散安定化剤、ならびに、例えば水性分散体の場合には、着色剤、例えば染料および/または顔料を任意選択で含むことができる。典型的には、第1および第2のコーティング組成物は着色剤を含まず、したがってそれらは実質的に透明または不透明である。任意選択の添加剤は、例えば、コーティング組成物の全重量に基づき0.01から10重量パーセントの個々の量で、コーティング組成物中に存在し得る。
第1のコーティングおよび前記第2のコーティングは、それぞれ独立して、分散した有機ポリマー材料を含む水性コーティング組成物から形成することができる。水性コーティング組成物は、200から400nmの粒度(particle size)を有していてもよい。水性コーティング組成物の固形分は、広く様々であってもよく、例えば、水性コーティング組成物の全重量に基づき、それぞれの場合で、0.1から30重量パーセント、または1から20重量パーセントであってもよい。水性コーティング組成物を含む有機ポリマーは、例えば1000から4,000,000または10,000から2,000,000の数平均分子量(Mn)を有していてもよい。
水性コーティング組成物は、水性ポリ(メタ)アクリレート分散体、水性ポリウレタン分散体、水性シリコーン(またはシリコン)油分散体、およびこれらの組合せから選択することができる。水性ポリ(メタ)アクリレート分散体のポリ(メタ)アクリレートポリマーは、当技術分野で認識されている方法により調製され得る。例えば、ポリ(メタ)アクリレートポリマーは、アルキル基内部に1から20個の炭素原子を有するアルキル(メタ)アクリレートの残基(またはモノマー単位)を含んでいてもよい。アルキル基内部に1から20個の炭素原子を有するアルキル(メタ)アクリレートの例には、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、および3,3,5−トリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレートが含まれるが、これらに限定するものではない。非限定的な例示の目的で、そこから第1および第2のコーティング組成物がそれぞれ独立して選択されてもよい水性ポリ(メタ)アクリレート分散体の例は、Lubrizol Advanced Materials,Inc.から市販されているHYCAR26138である。
そこから第1および第2のコーティングがそれぞれ独立して選択されてもよい水性ポリウレタン分散体のポリウレタンポリマーには、当業者に公知のもののいずれかが含まれる。典型的には、ポリウレタンポリマーは、2個またはそれより多いイソシアネート基を有するイソシアネート官能性材料、および2個またはそれより多い活性水素基を有する活性水素官能性材料から調製される。活性水素基は、例えば、ヒドロキシル基、チオール基、第1級アミン、第2級アミン、およびこれらの組合せから選択されてもよい。非限定的な例示の目的で、そこから第1および第2のコーティング組成物がそれぞれ独立して選択されてもよい水性ポリウレタン分散体の例は、Chemtura Corporationから市販されているWITCOBOND W−240である。
水性シリコーン油分散体のシリコンポリマーは、公知の、当技術分野で認識されている水性シリコーン油分散体から選択されてもよい。非限定的な例示の目的で、そこから第1および第2のコーティング組成物がそれぞれ独立して選択されてもよい水性シリコン分散体の例は、Momentive Performance Materialsから市販されているMOMENTIVE LE−410である。
第1のコーティングおよび第2のコーティングはそれぞれ独立して、微孔質材料が例えば0.04から0.6mg/(時・cm)の目標とする揮発性材料移動速度を有すること、および揮発性材料が揮発性材料接触面から蒸気放出面に移動するときに前記蒸気放出面が液体の形態である揮発性材料を実質的に含まないことを前提として、任意の適切な厚さで付与することができる。また、第1のコーティングおよび第2のコーティングは、それぞれ独立して、コーティング重量、即ち微孔質材料上にあるコーティングである、重量0.01から5.5g/m、例えば0.1から5.0g/m、または0.5から3g/m、または0.75から2.5g/m、または1から2g/mを有することができる。
微孔質材料は、0.8g/cm未満の密度を有することができ、微孔質材料の揮発性材料接触面の少なくとも一部は、その表面に第1のコーティングを有することができ、かつ/または微孔質材料の蒸気放出面の少なくとも一部は、その表面に第2のコーティングを有することができる。第1のコーティングおよび第2のコーティングは、同じでも異なっていてもよく、それぞれ独立して、少なくとも0.8g/cmの密度を有する微孔質材料の随意選択の第1および第2のコーティングに関して本明細書で既に述べた通りである。
0.8g/cm未満の場合、微孔質材料が例えば0.04から0.6mg/(時・cm)の目標とする揮発性材料移動速度を有すること、および揮発性材料が揮発性材料接触面から蒸気放出面まで移動するときに前記蒸気放出面が液体の形態で揮発性材料を実質的に含まないことを前提として、本発明の微孔質材料の密度は任意の適切な下限を有していてもよい。本発明のこの特定の実施形態によれば、微孔質材料の密度は、0.6から0.8g/cm未満、または0.6から0.75g/cm、例えば0.60から0.75g/cm、または0.6から0.7g/cm、例えば0.60から0.70g/cm、または0.65から0.70g/cmであってもよい。
さらに、微孔質材料の揮発性材料接触面の少なくとも一部は、その表面に第1のコーティングを有することができ、かつ/または微孔質材料の蒸気放出面の少なくとも一部は、その表面に第2のコーティングを有することができ、ここで、第1および第2のコーティングは、それぞれ独立して、ポリ(ビニルアルコール)を含むコーティング組成物から選択される。
本発明のポリ(ビニル)アルコールでコーティングされた実施形態によれば、微孔質材料、即ちポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料は、25℃から60℃の温度上昇に曝されたとき、その揮発性材料移動速度は150パーセント未満またはそれに等しいだけ増大する。ポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料が、例えば周囲温度の25℃から60℃までの温度上昇に曝された場合、揮発性材料移動速度は典型的には増大し、例えば微孔質材料がより高い周囲温度に曝されたことによって損傷を受けない限り、典型的には低下しない。したがって、本明細書および特許請求の範囲で使用されるように、「その揮発性材料移動速度が[記述された]パーセント未満またはそれに等しいだけ増大する」という表現、例えば、150パーセントは、0パーセントの下限を含むが、0パーセント未満である下限は含まない。
例示の目的で、ポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料が25℃で0.3mg/(時・cm)の揮発性材料移動速度を有する場合、および微孔質材料が60℃の温度に曝された場合、揮発性材料移動速度は、0.75mg/(時・cm)未満またはそれに等しい値まで増大する。
微孔質材料、即ちポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料が25℃から60℃までの温度上昇に曝される実施形態では、その揮発性材料移動速度は125パーセント未満またはそれに等しいだけ増大する。例えば、ポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料が、25℃で0.3mg/(時・cm)の揮発性材料移動速度を有する場合、および微孔質材料が60℃の温度に曝された場合、揮発性材料移動速度は、0.68mg/(時・cm)未満またはそれに等しい値まで増大する。
さらに、微孔質材料、即ちポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料が、25℃から60℃の温度上昇に曝された場合、その揮発性材料移動速度は、100パーセント未満またはそれに等しいだけ増大する。例えば、ポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料が、25℃で0.3mg/(時・cm)の揮発性材料移動速度を有する場合、および微孔質材料が60℃の温度に曝された場合、揮発性材料移動速度は0.6mg/(時・cm)未満またはそれに等しい値まで増大する。
第1および第2のポリ(ビニルアルコール)コーティングはそれぞれ独立して、微孔質材料が例えば少なくとも0.04mg/(時・cm)の目標とする揮発性材料移動速度を有することおよび微孔質材料、即ちポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料が25℃から60℃の温度上昇に曝されたときに、その揮発性材料移動速度が150パーセント未満またはそれに等しいだけ増大することを前提として、任意の適切なコーティング重量で存在していてもよい。典型的には、第1のポリ(ビニルアルコール)コーティングおよび第2のポリ(ビニルアルコール)コーティングは、それぞれ独立して、0.01から5.5g/m、または0.1から4.0g/m、または0.5から3.0g/m、または0.75から2.0g/mのコーティング重量を有する。
ポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料の揮発性材料移動速度は、少なくとも0.02mg/(時・cm)であることができる。ポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料の揮発性材料移動速度は、0.04mg/(時・cm)に等しくもしくはそれより大きく、または0.1mg/(時・cm)に等しくもしくはそれより大きく、または0.2mg/(時・cm)に等しくもしくはそれより大きく、または0.30mg/(時・cm)に等しくもしくはそれより大きく、または0.35mg/(時・cm)に等しくもしくはそれより大きくてもよい。ポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料の揮発性材料移動速度は、0.7mg/(時・cm)未満もしくはそれに等しく、または0.6mg/(時・cm)未満もしくはそれに等しく、または0.55mg/(時・cm)未満もしくはそれに等しく、または0.50mg/(時・cm)未満もしくはそれに等しくてもよい。ポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料の揮発性材料移動速度は、列挙された値も含めたこれら上限値および下限値の任意の組合せの間に及んでもよい。例えば、ポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料の揮発性材料移動速度は、少なくとも0.02mg/(時・cm)、例えば0.04から0.70mg/(時・cm)、または0.04から0.60mg/(時・cm)、または0.20から0.60mg/(時・cm)、または0.30から0.55mg/(時・cm)、または0.35から0.50mg/(時・cm)とすることができ、それぞれの場合において、列挙された値が含まれる。
本発明のポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料の実施形態の微孔質材料の密度は、ポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料が例えば少なくとも0.04mg/(時・cm)の目標とする揮発性材料移動速度を有すること、および微孔質材料、即ちポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料が25℃から60℃の温度上昇に曝されたときにその揮発性材料移動速度が150パーセント未満またはそれに等しいだけ増大することを前提として、広く様々であってもよい。
さらに、ポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料の、微孔質材料の密度は、少なくとも0.7g/cm、例えば少なくとも0.8g/cm、例えば0.8から1.2g/cmであってもよく、全てが列挙された値を含む。本発明の実施形態では、ポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料の密度、即ちポリ(ビニルアルコール)コーティングを付与する前の微孔質材料の密度は、0.8g/cm未満である。例えば、ポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料の、微孔質材料の密度は、0.6から0.8g/cm未満、または0.6から0.75g/cm、例えば0.60から0.75g/cm、または0.6から0.7g/cm、例えば0.60から0.70g/cm、または0.65から0.70g/cmであってもよく、全てが列挙された値を含む。
本発明のポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料に関し、揮発性材料が揮発性材料接触面から蒸気放出面まで移動するときに、蒸気放出面は、液体の形態の揮発性材料を実質的に含まない。
ポリ(ビニルアルコール)コーティングは、水、有機溶媒、およびこれらの組合せから選択される溶媒を任意選択で含んでいてもよい、液体コーティングから選択されてもよい。ポリ(ビニルアルコール)コーティングは、架橋性コーティング、例えば熱硬化性コーティングと、非架橋性コーティング、例えば空気乾燥コーティングとから選択されてもよい。ポリ(ビニルアルコール)コーティングは、当技術分野で認識されている方法、例えば噴霧塗布、カーテンコーティング、またはドローダウンコーティングにより、例えばドクターブレードまたはドローダウンバーを用いて、微孔質材料のそれぞれの表面に付与されてもよい。
実施形態では、第1および第2のポリ(ビニルアルコール)コーティングは、それぞれ独立して、水性ポリ(ビニルアルコール)コーティング組成物から形成される。水性ポリ(ビニルアルコール)コーティング組成物の固形分は、広く様々であってもよく、例えば、それぞれの場合に水性コーティング組成物の全重量に基づき0.1から15重量パーセント、または0.5から9重量パーセントであってもよい。ポリ(ビニルアルコール)コーティング組成物のポリ(ビニルアルコール)ポリマーは、例えば100から1,000,000、または1000から750,000の数平均分子量(Mn)を有していてもよい。
ポリ(ビニルアルコール)コーティング組成物のポリ(ビニルアルコール)ポリマーは、ホモポリマーまたはコポリマーであってもよい。そこからポリ(ビニルアルコール)コポリマーが調製されてもよいコモノマーには、酢酸ビニルと共重合可能な(ラジカル重合を用いて)、当業者に公知のものが含まれる。例示の目的で、そこからポリ(ビニルアルコール)コポリマーが調製されてもよいコモノマーには:(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、これらの金属塩、これらのアルキルエステル、例えば、これらのC〜C10アルキルエステル、これらのポリエチレングリコールエステル、およびこれらのポリプロピレングリコールエステル;塩化ビニル;テトラフルオロエチレン;2−アクリルアミド−2−メチル−プロパンスルホン酸、およびその塩;アクリルアミド;N−アルキルアクリルアミド;N,N−ジアルキル置換アクリルアミド;ならびにN−ビニルホルムアミドが含まれるが、これらに限定するものではない。
非限定的な例示の目的で、本発明のポリ(ビニルアルコール)でコーティングされた微孔質材料を形成するのに使用されてもよいポリ(ビニルアルコール)コーティング組成物の例は、Sekisui Specialty Chemicalsから市販されているCELVOL 325である。
第1および第2のポリ(ビニルアルコール)コーティング組成物は、それぞれ独立して、当技術分野で認識されている添加剤、例えば抗酸化剤、紫外線安定化剤、流動制御剤、分散安定化剤、ならびに、例えば水性分散体の場合には、着色剤、例えば染料および/または顔料を含んでいてもよい。典型的には、第1および第2のポリ(ビニルアルコール)コーティング組成物は着色剤を含まず、したがって実質的に透明または不透明である。任意選択の添加剤は、例えば、コーティング組成物の全重量に基づき0.01から10重量パーセントの個々の量で、ポリ(ビニルアルコール)コーティング組成物中に存在していてもよい。
微孔質材料のマトリックスは、実質的に水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーで構成される。マトリックスとして使用するのに適切なそのようなポリマーの数および種類は多い。一般に、押し出し、カレンダー掛けし、押圧し、または膜、シート、ストリップ、もしくはウェブ状に巻き取ることができる、任意の実質的に水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーを、使用してもよい。ポリマーは、単一ポリマーであってもよく、またはポリマーの混合物であってもよい。ポリマーは、ホモポリマー、コポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、グラフトコポリマー、アタクチックポリマー、イソタクチックポリマー、シンジオタクチックポリマー、線状ポリマー、または分枝状ポリマーであってもよい。ポリマーの混合物を使用する場合、混合物は、均質であってもよく、または2つもしくはそれより多くのポリマー相を含んでいてもよい。
適切な、実質的に水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーのクラスの例には、熱可塑性ポリオレフィン、ポリ(ハロ置換オレフィン)、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリ(ビニルハロゲン化物)、ポリ(ビニリデンハロゲン化物)、ポリスチレン、ポリ(ビニルエステル)、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリスルフィド、ポリイミド、ポリシラン、ポリシロキサン、ポリカプロラクトン、ポリアクリレート、およびポリメタクリレートが含まれる。そこから実質的に水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーが選択されてもよい、企図される混成クラスには、例えば、熱可塑性ポリ(ウレタン−尿素)、ポリ(エステル−アミド)、ポリ(シラン−シロキサン)、およびポリ(エーテル−エステル)が含まれる。適切な、実質的に水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーのさらなる例には、熱可塑性高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン(アタクチック、イソタクチック、またはシンジオタクチック)、ポリ(塩化ビニル)、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンおよびアクリル酸のコポリマー、エチレンおよびメタクリル酸のコポリマー、ポリ(塩化ビニリデン)、塩化ビニリデンおよび酢酸ビニルのコポリマー、塩化ビニリデンおよび塩化ビニルのコポリマー、エチレンおよびプロピレンのコポリマー、エチレンおよびブテンのコポリマー、ポリ(酢酸ビニル)、ポリスチレン、ポリ(オメガ−アミノウンデカン酸)ポリ(ヘキサメチレンアジポアミド)、ポリ(イプシロン−カプロラクタム)、ならびにポリ(メチルメタクリレート)が含まれる。実質的に水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーの、これらのクラスおよび例の列挙は、排他的なものではなく、例示の目的のためだけに提供されるものである。
実質的に水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーは、特に、例えばポリ(塩化ビニル)、塩化ビニルのコポリマー、またはこれらの混合物を含んでいてもよい。実施形態では、水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーは:超高分子量ポリオレフィン、例えば、少なくとも10デシリットル/グラムの固有粘度を有する本質的に線状の超高分子量ポリオレフィン;もしくは超高分子量ポリプロピレン、例えば、少なくとも6デシリットル/グラムの固有粘度を有する本質的に線状の超高分子量ポリプロピレン;またはこれらの混合物から選択される、超高分子量ポリオレフィンを含む。特定の実施形態では、水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーは、超高分子量ポリエチレン、例えば、少なくとも18デシリットル/グラムの固有粘度を有する線状超高分子量ポリエチレンを含む。
超高分子量ポリエチレン(UHMWPE:ultrahigh molecular weight polyethylene)は、無限の分子量を有する熱硬化性ポリマーではなく、熱可塑性として技術的には分類される。しかし、分子は実質的に非常に長い鎖であるので、UHMWPEは、加熱されたときに軟化するが、通常の熱可塑性手法では溶融液体として流れない。UHMWPEに提供された非常に長い鎖および独特の性質は、大部分が、このポリマーを使用して作製される微孔質材料の所望の性質に寄与すると考えられる。
先に示したように、UHMWPEの固有粘度は少なくとも約10デシリットル/グラムである。通常、この固有粘度は少なくとも約14デシリットル/グラムである。しばしばこの固有粘度は少なくとも約18デシリットル/グラムである。多くの場合、この固有粘度は少なくとも約19デシリットル/グラムである。この固有粘度の上限に特定の制約はないが、こり固有粘度は、高い頻度で、約10から約39デシリットル/グラムの範囲にあり、例えば約14から約39デシリットル/グラムの範囲にある。ほとんどの場合、UHMWPEの固有粘度は約18から約39デシリットル/グラムの範囲にあり、典型的には約18から約32デシリットル/グラムである。
UHMWPEの名目上の分子量は、方程式:
M(UHMWPE)=5.3×10[η]1.37
(式中、M(UHMWPE)は名目上の分子量であり、[η]は、デシリットル/グラムで表されるUHMWポリエチレンの固有粘度である。)
により、ポリマーの固有粘度に経験的に関連付けられる。
本明細書および特許請求の範囲で使用されるように、固有粘度は、ゼロ濃度に、UHMWPEのいくつかの希釈溶液の還元粘度または本来の粘度を外挿することによって決定され、希釈する溶媒は、0.2重量パーセントの3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシヒドロ桂皮酸、ネオペンタンテトライルエステル[CAS Registry No.6683-19-8]が添加された、新たに蒸留されたデカヒドロナフタレンである。UHMWPEの還元粘度または本来の粘度は、異なる濃度のいくつかの希釈溶液が用いられる他は、ASTM D 4020−81の一般手順に従いUbbelohde No.1粘度計を使用して、135℃で得られた相対粘度から確認される。ASTM D 4020−81は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
特定の一実施形態では、マトリックスが、少なくとも10デシリットル/グラムの固有粘度を有する実質的に線状の超高分子量ポリエチレンと、50グラム/10分未満のASTM D 1238−86 Condition Eメルトインデックスおよび少なくとも0.1グラム/10分のASTM D 1238−86 Condition Fメルトインデックスを有する低分子量ポリエチレン(LMWPE:lower molecular weight polyethylene)との混合物を含む。LMWPEの名目上の分子量は、UHMWポリエチレンの場合よりも低い。LMWPEは熱可塑性であり、多くの異なるタイプが公知である。分類の1つの方法は、以下にまとめられるように、ASTM D 1248−84(1989年再承認)に従ってグラム/立方センチメートルで表されかつ小数第3位に丸められた密度による:
これらのポリエチレンのいずれかまたは全ては、本発明においてLMWPEとして使用されてもよい。いくつかの適用例では、通常はMDPEまたはLDPEよりも線状になる傾向があるので、HDPEが使用され得る。ASTM D 1248−84(1989年再承認)は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
様々なLMWPEを作製するためのプロセスは、周知であり、十分に文書化されている。それらには、高圧プロセス、Phillips Petroleum Companyプロセス、Standard Oil Company(Indiana)プロセス、およびZieglerプロセスが含まれる。
LMWPEのASTM D 1238−86 Condition E(即ち、190℃および2.16キログラム荷重)メルトインデックスは、約50グラム/10分未満である。しばしばCondition Eメルトインデックスは、約25グラム/10分未満である。典型的には、Condition Eメルトインデックスは、約15グラム/10分未満である。
LMWPEのASTM D 1238−86 Condition F(即ち、190℃および21.6キログラム荷重)メルトインデックスは、少なくとも0.1グラム/10分である。多くの場合、Condition Fメルトインデックスは、少なくとも約0.5グラム/10分である。典型的には、Condition Fメルトインデックスは、少なくとも約1.0グラム/10分である。ASTM D 1238−86は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
十分なUHMWPEおよびLMWPEが、それらの性質を微孔質材料に与えるためにマトリックス中に存在すべきである。その他の熱可塑性有機ポリマーも、それらの存在が、有害な様式で微孔質材料の性質に大いに影響を及ぼすことがない限り、マトリックス中に存在していてもよい。1つまたは複数のその他の熱可塑性ポリマーが、マトリックス中に存在していてもよい。存在していてもよいその他の熱可塑性ポリマーの量は、そのようなポリマーの特質に依存する。任意選択で存在していてもよい熱可塑性有機ポリマーの例には、ポリ(テトラフルオロエチレン)、ポリプロピレン、エチレンおよびプロピレンのコポリマー、エチレンおよびアクリル酸のコポリマー、ならびにエチレンおよびメタクリル酸のコポリマーが含まれるが、これらに限定するものではない。望む場合には、カルボキシル含有コポリマーのカルボキシル基の全てまたは一部を、ナトリウムまたは亜鉛などで中和してもよい。
ほとんどの場合、UHMWPEおよびLMWPEは一緒になって、マトリックスのポリマーの少なくとも約65重量パーセントを構成する。しばしばUHMWPEおよびLMWPEは一緒になってマトリックスのポリマーの少なくとも約85重量パーセントを構成する。典型的には、その他の熱可塑性有機ポリマーが実質的に存在せず、UHMWPEおよびLMWPEが一緒になってマトリックスのポリマーの実質的に100重量パーセントを構成する。
UHMWPEは、マトリックスのポリマーの少なくとも1重量パーセントを構成することができる。UHMWPEおよびLMWPEが一緒になって、微孔質材料のマトリックスのポリマーの100重量パーセントを構成する場合、UHMWPEは、マトリックスのポリマーの40重量パーセントより多くまたはそれに等しい割合を構成することができ、例えば、マトリックスのポリマーの45重量パーセントより多くもしくはそれに等しく、または48重量パーセントより多くもしくはそれに等しく、または50重量パーセントより多くもしくはそれに等しく、または55重量パーセントより多くもしくはそれに等しい割合を構成することができる。また、UHMWPEは、マトリックスのポリマーの99重量パーセント未満またはそれに等しい割合を構成することができ、例えば、マトリックスのポリマーの80重量パーセント未満もしくはそれに等しく、または70重量パーセント未満もしくはそれに等しく、または65重量パーセント未満もしくはそれに等しく、または60重量パーセント未満もしくはそれに等しい割合を構成することができる。マトリックスのポリマーに占めるUHMWPEのレベルは、列挙した値を含めたこれらの値のいずれかの間に及ぶことができる。
同様に、UHMWPEおよびLMWPEが一緒になって、微孔質材料のマトリックスのポリマーの100重量パーセントを構成する場合、LMWPEは、マトリックスのポリマーの1重量パーセントより多くまたはそれに等しい割合を構成することができ、例えば、マトリックスのポリマーの5重量パーセントより多くもしくはそれに等しく、または10重量パーセントより多くもしくはそれに等しく、または15重量パーセントより多くもしくはそれに等しく、または20重量パーセントより多くもしくはそれに等しく、または25重量パーセントより多くもしくはそれに等しく、または30重量パーセントより多くもしくはそれに等しく、または35重量パーセントより多くもしくはそれに等しく、または40重量パーセントより多くもしくはそれに等しく、または45重量パーセントより多くもしくはそれに等しく、または50重量パーセントより多くもしくはそれに等しく、または55重量パーセントより多くもしくはそれに等しい割合を構成することができる。また、LMWPEは、マトリックスのポリマーの70重量パーセント未満またはそれに等しい割合を構成することができ、例えば、マトリックスのポリマーの65重量パーセント未満もしくはそれに等しく、または60重量パーセント未満もしくはそれに等しく、または55重量パーセント未満もしくはそれに等しく、または50重量パーセント未満もしくはそれに等しく、または45重量パーセント未満もしくはそれに等しい割合を構成することができる。LMWPEのレベルは、列挙された値を含めたこれらの値のいずれかの間に及ぶことができる。
本発明の、先に記載された微孔質材料のいずれかに関し、LMWPEは、高密度ポリエチレンを含むことができることに留意すべきである。
微孔質材料は、微細化された、実質的に水に不溶性の粒状充填材材料も含む。粒状充填材材料は、有機粒状材料および/または無機粒状材料を含んでいてもよい。粒状充填材材料は、典型的には着色されておらず、例えば粒状充填材材料は、白色またはオフホワイトの粒状充填材材料であり、例えばケイ質またはクレー(clay)粒状材料である。
微細化された、実質的に水に不溶性の充填材粒子は、微孔質材料の20から90重量パーセントを構成してもよい。例えば、そのような充填材粒子は、微孔質材料の30重量パーセントから90重量パーセント、または微孔質材料の40から90重量パーセント、または微孔質材料の40から85、例えば45から80重量パーセント、または微孔質材料の50から80、例えば50から65、70、もしくは75重量パーセント、および微孔質材料の60重量パーセントから90重量パーセントをも構成してもよい。
微細化された、実質的に水に不溶性の粒状充填材は、究極(ultimate)粒子、究極粒子の凝集体、または両方の組合せの形をとってもよい。微孔質材料を調製する際に使用される充填材の少なくとも約90重量パーセントは、0.04マイクロメートル程度に小さい粒子直径を測定することが可能なBeckman Coultonのレーザー回折粒度機器、LS230を使用することによって決定したときに、0.5から約200マイクロメートルの範囲、例えば1から100マイクロメートルの全体粒度を有する。典型的には、粒状充填材の少なくとも90重量パーセントは、5から40、例えば10から30マイクロメートルの範囲の全体粒度を有する。充填材の凝塊のサイズは、微孔質材料を調製するのに使用される成分の加工中に低減する可能性がある。したがって、微孔質材料における全体粒度の分布は、生の充填材そのものの場合よりも小さくなる可能性がある。
本発明の微孔質材料で使用され得る、適切な有機および無機粒状材料の非限定的な例には、参照によりその引用部分が本明細書に組み込まれる米国特許第6,387,519 B1号、第9欄第4行から第13欄第62行に記載されるものが含まれる。
本発明の特定の実施形態では、粒状充填材材料は、ケイ質材料を含む。微孔質材料を調製するのに使用されてもよいケイ質充填材の非限定的な例には、シリカ、雲母、モンモリロナイト、カオリナイト、Southern Clay Productsから入手可能なクロイサイトなどのナノクレー、タルク、珪藻土、バーミキュライト、天然および合成ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸アルミニウムナトリウム、ポリケイ酸アルミニウム、アルミナシリカゲル、ならびにガラス粒子が含まれる。ケイ質充填材に加え、その他の微細化された粒状の実質的に水に不溶性の充填材も、任意選択で用いてもよい。そのような任意選択の粒状充填材の非限定的な例には、カーボンブラック、木炭、黒鉛、酸化チタン、酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛、酸化アンチモン、ジルコニア、マグネシア、アルミナ、二硫化モリブデン、硫化亜鉛、硫酸バリウム、硫酸ストロンチウム、炭酸カルシウム、および炭酸マグネシウムが含まれる。そのような任意選択の充填材のいくつかは、発色充填材であり、使用される量に応じて、色相または色を微孔質材料に付加してもよい。非限定的な実施形態では、ケイ質充填材は、シリカ、および前述のクレーのいずれかを含んでいてもよい。シリカの非限定的な例には、沈降シリカ、シリカゲル、ヒュームドシリカ、およびこれらの組合せが含まれる。
シリカゲルは、一般に、可溶性金属シリケート、例えばケイ酸ナトリウムの水溶液を、酸で低いpHに酸性化することによって商業的に生成される。用いられる酸は、一般に、硫酸または塩酸などの強力な無機酸であるが、二酸化炭素を使用することができる。粘度が低い状態で、ゲル相とその周囲の液相との間の密度に本質的に差はないので、ゲル相は沈降せず、即ち沈殿しない。その結果、シリカゲルは、コロイド状非晶質シリカの隣接粒子の非沈殿、密着、剛性、3次元網状構造(network)と記述されてもよい。細分割の状態は、大きな固体の塊から極微小粒子にまで及び、水和の程度は、ほぼ無水のシリカから、重量でシリカ1部当たり水100部程度を含有する軟質ゼラチン状の塊にまで及ぶ。
沈降シリカは一般に、シリカのコロイド状粒子が弱アルカリ溶液中で成長するように、かつ得られた可溶性アルカリ金属塩のアルカリ金属イオンによって凝固するように、可溶性金属シリケート、通常はケイ酸ナトリウムなどのアルカリ金属シリケートの水溶液と、酸とを組み合わせることによって商業的に生成される。無機酸を含むがこれに限定されない様々な酸を使用してもよい。使用されてもよい酸の非限定的な例には、塩酸および硫酸が含まれるが、二酸化炭素を使用して、沈降シリカを生成することもできる。凝固剤が存在しない状態では、シリカは、任意のpHで溶液から沈殿しない。非限定的な実施形態では、シリカを沈殿させるのに使用される凝固剤は、コロイド状シリカ粒子の形成中に生成される可溶性アルカリ金属塩であってもよく、または可溶性無機もしくは有機塩などの添加された電解質であってもよく、または両方の組合せであってもよい。
多くの異なる沈降シリカは、微孔質材料を調製するのに使用されるケイ質充填材として用いることができる。沈降シリカは、周知の商用材料であり、それらを生成するためのプロセスは、米国特許第2,940,830号および第4,681,750号を含めた多くの米国特許に詳述されている。微孔質材料を調製するのに使用される沈降シリカの平均究極粒度(究極粒子が凝塊形成するか否かにかかわらず)は、透過型電子顕微鏡法により決定されるように、一般に0.1マイクロメートル未満であり、例えば0.05マイクロメートル未満または0.03マイクロメートル未満である。沈降シリカは、多くのグレードで入試可能であり、PPG Industries,Inc.から形成される。これらのシリカは、Hi−Sil(登録商標)商標の下で販売されている。
本発明の目的には、微細化された粒状の実質的に水に不溶性のケイ質充填材は、実質的に水に不溶性の充填材材料の少なくとも50重量パーセント、例えば少なくとも65もしくは少なくとも75重量パーセント、または少なくとも90重量パーセントを構成することができる。ケイ質充填材は、粒状充填材材料の50から90重量パーセント、例えば60から80重量パーセントを構成してもよく、またはケイ質充填材は、実質的に水に不溶性の粒状充填材材料の実質的に全てを構成してもよい。
粒状充填材、例えばケイ質充填材は、典型的には高表面積を有し、そのため充填材は、本発明の微孔質材料を生成するのに使用される加工可塑剤組成物の多くを保持することが可能になる。高表面積充填材は、非常に小さい粒度の材料、高い多孔度を有する材料、またはそのような性質の両方を示す材料である。粒状充填材、例えばケイ質充填材粒子の表面積は、ASTM D 1993−91に従いBrunauer、Emmett、Teller(BET)法により決定したときに、1グラム当たり20または40から400平方メートルに及ぶことができ、例えば1グラム当たり25から350平方メートル、または1グラム当たり40から160平方メートルに及ぶことができる。BET表面積は、Micromeritics TriStar 3000(商標)機器を使用してなされた窒素吸着等温測定からの5つの相対圧力点を当て嵌めることによって決定される。FlowPrep−060(商標)ステーションは、試料調製中に熱および連続ガス流れを提供するのに使用することができる。窒素吸着の前に、シリカ試料を、流入窒素(PS)中160℃に1時間加熱することにより、乾燥する。一般に、必ずしも必要ではないが、使用される任意の非ケイ質充填材粒子の表面積も、これらの範囲の1つにある。充填材粒子は、実質的に水に不溶性であり、微孔質材料を調製するのに使用される任意の有機加工液にも実質的に不溶性であり得る。これは、微孔質材料内での粒状充填材の保持を容易にすることができる。
本発明の微孔質材料はまた、少量の、例えば微孔質材料の全重量に基づき5重量パーセント未満またはこれに等しい量の、加工に使用されるその他の材料、例えば潤滑剤、加工可塑剤、有機抽出液、および水などを含んでいてもよい。熱、紫外線、および寸法安定性などの特定の目的で導入されるさらなる材料は、任意選択で微孔質材料中に、少量で、例えば微孔質材料の全重量に基づき15重量パーセント未満またはこれに等しい量で存在していてもよい。そのようなさらなる材料の例には、抗酸化剤、紫外線吸収剤、強化繊維、例えばチョップドガラスファイバーストランドなどが含まれるが、これらに限定するものではない。充填材、および任意のコーティング、印刷インク、または含浸剤であって、1つまたは複数の特別な目的のために適用されたものを除いた微孔質材料の残りは、本質的に熱可塑性有機ポリマーである。
本発明の微孔質材料はまた、微孔質材料の実質的に全体にわたって連通する、細孔を相互接続する網状構造も含む。コーティングがなく、インクを含まず、かつ含浸剤を含まない状態では、細孔は、本明細書にさらに記述されるプロセスによって作製される場合、微孔質材料の全体積に基づき35から95体積パーセントを典型的には構成する。細孔は、微孔質材料の全体積に対して、微孔質材料の60から75体積パーセントを構成してもよい。本明細書および特許請求の範囲で使用されるように、体積パーセントで表される微孔質材料の多孔率(空隙容量としても公知である)は、下記の方程式:
多孔率=100[1−d/d
(式中、dは、試料寸法の測定から確認された試料重量および試料体積から決定される、試料の密度であり;dは、試料重量および試料の固体部分の体積から決定される、試料の固体部分の密度である。)
により決定される。微孔質材料の固体部分の体積は、機器に付随する操作マニュアルに従いQuantachrome立体比重瓶(Quantachrome Corp.)を使用して決定される。
微孔質材料の細孔の体積平均直径は、機器に付随する操作マニュアルに従いAutoscan水銀ポロシメーター(Quantachrome Corp.)を使用した水銀ポロシメトリーによって決定される。単一スキャンに関する体積平均細孔半径は、ポロシメーターによって自動的に決定される。ポロシメーターの操作において、スキャンは高圧範囲(138絶対キロパスカルから227絶対メガパスカル)でなされる。全侵入体積の2パーセントまたはそれ未満が高圧範囲の下限(138から250絶対キロパスカル)で生じる場合、体積平均細孔直径は、ポロシメーターによって決定される体積平均細孔半径の2倍で得られる。そうでない場合、低圧範囲(7から165絶対キロパスカル)で追加のスキャンがなされ、体積平均細孔直径は、方程式:
d=2[v/w+v/w]/[v/w+v/w
(式中、dは体積平均細孔直径であり;vは、高圧範囲で侵入した水銀の全体積であり;vは、低圧範囲で侵入した水銀の全体積であり;rは、高圧スキャンから決定された体積平均細孔半径であり;rは、低圧スキャンから決定された体積平均細孔半径であり;wは、高圧スキャンに供される試料の重量であり;wは、低圧スキャンに供される試料の重量である。)に従い計算される。
一般に、コーティングがなく、印刷インクを含まず、かつ含浸剤を含まない状態で、微孔質材料の細孔の体積平均直径は、少なくとも0.02マイクロメートル、典型的には少なくとも0.04マイクロメートル、より典型的には少なくとも0.05マイクロメートルである。また同じ状態で、微孔質材料の細孔の体積平均直径は、典型的には0.5マイクロメートル未満またはそれに等しく、より典型的には0.3マイクロメートル未満またはそれに等しく、さらに典型的には0.25マイクロメートル未満またはそれに等しい。この状態で、細孔の体積平均直径は、列挙された値を含めたこれらの値のいずれかの間に及んでもよい。例えば、微孔質材料の細孔の体積平均直径は、0.02から0.5マイクロメートル、または0.04から0.3マイクロメートル、または0.05から0.25マイクロメートルに及んでもよく、それぞれの場合において、列挙された値が包まれる。
上述の手順を用いて体積平均細孔直径を決定する過程で、検出された最大細孔半径も決定されてもよい。これは、実行される場合には低圧範囲スキャンから得られ;そうでない場合には高圧範囲スキャンから得られる。微孔質材料の最大細孔直径は、典型的には最大細孔半径の2倍である。
コーティング、印刷、および含浸プロセスは、微孔質材料の細孔の少なくとも一部の充填し得る。さらに、そのようなプロセスは、微孔質材料を不可逆的に圧縮し得る。したがって、多孔率、細孔の体積平均直径、および最大細孔直径に関するパラメーターは、これらのプロセスの1つまたは複数を適用する前に、微孔質材料について決定される。
数多くの当技術分野で認識されているプロセスを、本発明の微孔質材料を生成するのに使用してもよい。例えば、本発明の微孔質材料は、充填材粒子、熱可塑性有機ポリマー粉末、加工可塑剤、少量の潤滑剤および抗酸化剤を、実質的に均一な混合物が得られるまで一緒に混合することによって、調製することができる。混合物を形成する際に用いられる粒状充填材とポリマー粉末との重量比は、生成される微孔質材料の場合と本質的に同じである。混合物は、追加の加工可塑剤と一緒に、スクリュー押出し機の加熱バレルに典型的には導入される。押出し機の末端には、シーティングダイが取り付けられている。ダイによって形成された連続シートは、ダイから出て行く連続シートよりも厚さが薄い連続シートを形成するために協働的に動作する1対の加熱されたカレンダーロールに引かれることなく前進する。プロセスのこの時点で連続シート中に存在する加工可塑剤のレベルは、様々にすることができ、最終的な微孔質シートの密度をもたらすことになる。例えば、本明細書の下記において記載されるように抽出前の、連続シート中に存在する加工可塑剤のレベルは、連続シートの30重量パーセントより多くまたはそれに等しくすることができ、例えば、抽出前の連続シートの40重量パーセントより多くもしくはそれに等しく、または45重量パーセントより多くもしくはそれに等しくすることができる。また、抽出前の連続シート中に存在する加工可塑剤の量は、連続シートの70重量パーセント未満またはそれに等しくすることができ、例えば抽出前の連続シートの65重量パーセント未満もしくはそれに等しく、または60重量パーセント未満もしくはそれに等しく、または57重量パーセント未満もしくはそれに等しくすることができる。抽出前の、プロセスのこの時点で連続シート中に存在する加工可塑剤のレベルは、列挙された値を含めたこれらの値のいずれかの間に及ぶことができる。一般に、加工可塑剤のレベルは、一実施形態では57から62重量パーセントまで様々にすることができ、別の実施形態では57重量パーセント未満にすることができる。
次いでカレンダーからの連続シートを、第1の抽出ゾーンに通し、そこでは加工可塑剤を、加工可塑剤に良好な溶媒、有機ポリマーには不十分な溶媒、および加工可塑剤よりも揮発性がある有機液体で抽出することによって、実質的に除去する。通常、必ずしも必要ではないが、加工可塑剤および有機抽出液は共に、水に対して実質的に不混和性である。次いで連続シートは第2の抽出ゾーンに移り、そこでは残留有機抽出液を、水蒸気および/または水によって実質的に除去する。次いで連続シートを強制空気乾燥器内に通して、残留水および残された残留有機抽出液を実質的に除去する。乾燥器から、多孔質材料である連続シートを巻取りロールに通す。
加工可塑剤は、室温では液体であり、通常はパラフィン油、ナフテン油、または芳香油などの加工油である。適切な加工油には、ASTM D 2226−82の要件を満たすもの、Type 103および104が含まれる。より典型的には、ASTM D 97−66(1978年再承認)に従い220℃未満の流動点を有する加工油が、本発明の微孔質材料を生成するのに使用される。本発明の微孔質材料を調製する際に有用な加工可塑剤は、参照によりその開示が本明細書に組み込まれる米国特許第5,326,391号、第10欄第26から50行までに、さらに詳細に論じられている。
本発明の実施形態では、微孔質材料を調製するのに使用される加工可塑剤組成物は、60℃ではポリオレフィンに対してほとんど溶媒和効果を発揮せず、100℃程度の高温では中程度の溶媒和効果しかない。加工可塑剤組成物は、一般に、室温で液体である。使用されてもよい加工油の非限定的な例には、ナフテン系原油から誘導された溶媒精製および水素化処理油であるSHELLFLEX(登録商標)412油、SHELLFLEX(登録商標)371油(Shell Oil Co.)、ならびに白色鉱油であるARCOprime(登録商標)400油(Atlantic Richfield Co.)およびKAYDOL(登録商標)油(Witco Corp.)を含めることができる。加工可塑剤のその他の非限定的な例には、フタル酸エステル可塑剤、例えばフタル酸ジブチル、フタル酸ビス(2−エチルヘキシル)、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジシクロヘキシル、フタル酸ブチルベンジル、およびフタル酸ジトリデシルを含めることができる。前述の加工可塑剤のいずれかの混合物を、本発明の微孔質材料を調製するのに使用することができる。
本発明の微孔質材料を調製するのに使用することができる、多くの有機抽出液がある。適切な有機抽出液の例には、参照によりその開示が本明細書に組み込まれる米国特許第5,326,391号、第10欄第51から57行に記載されるものが含まれる。
抽出流体組成物は、塩素化炭化水素および/またはフッ素化炭化水素などのハロゲン化炭化水素を含むことができる。特に、抽出流体組成物は、ハロゲン化炭化水素(複数可)を含んでいてもよく、4から9(Jcm1/2に及ぶ計算された溶解度パラメーター、クーロン項(δclb)を有していてもよい。本発明の微孔質材料を生成する際に使用される抽出流体組成物として適切なハロゲン化炭化水素(複数可)の非限定的な例には、trans−1,2−ジクロロエチレン、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロペンタン、および/または1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンから選択されるハロゲン化炭化水素の1種または複数の共沸混合物を含めることができる。そのような材料は、VERTREL MCA(1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−ジヒドロデカフルオロペンタンおよびtrans−1,2−ジクロロエチレン:62%/38%の2元共沸混合物)およびVERTREL CCA(1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−ジヒドロデカフルオルペンタン、1,1,1,3,3−ペンタフルオルブタン、およびtrans−1,2−ジクロロエチレン:33%/28%/39%の3元共沸混合物)として市販されており、共にMicroCare Corporationから入手可能である。
本発明による微孔質材料の残留加工可塑剤の含量は、通常、微孔質材料の全重量に基づき10重量パーセント未満であり、この量は、同じまたは異なる有機抽出液を使用する追加の抽出によって、さらに低減されてもよい。しばしば、残留加工可塑剤の含量は、微孔質材料の全重量に基づき5重量パーセント未満であり、この量は、追加の抽出によってさらに低減されてもよい。
本発明の微孔質材料はまた、米国特許第2,772,322号;第3,696,061号;および/または第3,862,030号の一般的な原理および手順に従って生成されてもよい。これらの原理および手順は、マトリックスのポリマーが、ポリ(塩化ビニル)であるか、もしくは大部分がポリ(塩化ビニル)であるか、または高い割合の重合した塩化ビニルを含有するコポリマーである場合、特に適用可能である。
上述のプロセスによって生成された微孔質材料は、任意選択で延伸させてもよい。微孔質材料の延伸は、典型的には、材料の空隙容量の増大と、増大または増強された分子配向の領域の形成との両方をもたらす。当技術分野で公知のように、分子が配向された熱可塑性有機ポリマーの、引張り強さ、引張り係数、ヤング率およびその他を含めた物理的性質の多くは、分子配向をほとんどまたは全く持っていない対応する熱可塑性有機ポリマーの場合とは、例えばかなり異なる。延伸は、典型的には上述の加工可塑剤が実質的に除去された後に実現される。
様々なタイプの延伸装置およびプロセスは、当業者に周知であり、本発明の微孔質材料の延伸を実現するのに使用されてもよい。微孔質材料の延伸は、参照によりその開示が本明細書に組み込まれる米国特許第5,326,391号、第11欄第45行から第13欄第13行までにさらに詳細に記載されている。
本発明を、下記の実施例でより具体的に記載するが、それらは単なる例示を目的とするものであり、その理由は、数多くの修正例および変更例は当業者に明らかであるからである。他に指定しない限り、全ての部およびパーセンテージは重量によるものである。
下記の実施例のパート1では、パイロットプラントで調製され表1に提示される実施例および比較例のミックスと、スケールアッププロセスで調製された実施例ミックスおよび表2に提示された比較例の市販の試料とを調製するのに使用される、材料および方法について記載する。パート2では、パート1およびパート2のミックスから調製されたシートを押し出し、カレンダー掛けし、抽出するのに使用される方法について記載する。パート3では、表3および4で報告された物理的性質を決定するのに使用される方法について記載する。パート4Aおよび4Bでは、使用されるコーティング配合物を表5および7に列挙し、コーティングされたシートの性質を表6および8に列挙する。パート5では、表1、2、6、および8の生成物に関する酢酸ベンジル試験結果を、表9、10、11、および12に列挙する。
パート1−ミックス調製
乾燥成分を、1つの高強度チョッパースタイル混合ブレードを備えたFM−130D Littlefordプラウブレードミキサー内に、表Iで指定された順序および量(グラム(g))で計量した。乾燥成分を、プラウブレードのみ使用して、15秒間予備混合した。次いでプロセス油(Mix Oil)を、プラウブレードのみ運転した状態で、ハンドポンプを介してミキサーの上部にある噴霧ノズルを通してポンプ送達した。実施例でのポンプ送達時間は45〜60秒の間で様々であった。高強度チョッパーブレードを、プラウブレードと一緒にオンにし、ミックスを30秒間混合した。ミキサーを停止させ、ミキサーの内側を擦り落として、全ての成分が均等に混合されるのを確実にした。ミキサーを、元通りオンにすると共に、高強度チョッパーとプラウブレードとの両方もオンにし、ミックスをさらに30秒間混合した。ミキサーオフにし、ミックスを一度に貯蔵容器内に入れた。
スケールアップ実施例10〜18は、上述の設備および手順に類似した生産規模の設備を使用して、プラントスケールアップバッチサイズで調製した。スケールアップ試料は、全ミックスの重量パーセントとして表2に列挙された成分のミックスから調製した。
パート2−押出し、カレンダー掛け、および抽出
実施例1〜9および比較例1〜5のミックスを、以下に記載する供給、押出し、およびカレンダー掛けシステムを含めた押出しシステムを使用して、押し出し、カレンダー掛けして最終的なシート形態にした。減算重量式供給システム(gravimetric loss in weight feed system)(K−tronモデル#K2MLT35D5)を使用して、各ミックスのそれぞれを27mmの2軸スクリュー押出し機(モデル#はLeistritz Micro−27ggであった)に供給した。押出し機のバレルは、8つの温度ゾーンと、シートダイに対する加熱アダプターとで構成された。押出し混合物供給ポートが、第1の温度ゾーンの直前に位置付けられた。大気用ベントは第3の温度ゾーンに位置付けられた。減圧ベントは第7の温度ゾーンに位置付けられた。
ミックスを、90g/分の速度で押出し機内に供給した。様々な量の追加の加工油も、押し出されたシート内の油の所望の合計含量を実現するために、必要に応じて、第1の温度ゾーンで注入した。押出し機から排出される押出しシート(押出物)に含有される油を、本明細書では「押出物油」または「プロセス油」と呼び、表1では、押出しシートの全重量に基づく重量パーセントで報告される。本発明の実施形態によれば、押出しシート内のプロセス油(押出物油)の量が57重量パーセント未満である場合、微孔質シートの0.8g/cmを超える密度が得られる。いかなる特定の理論にも拘泥するものではないが、目下の実験的証拠から、押し出された微孔質シート内のプロセス油の量を低下させることによって、微孔質シートの密度が例えば0.8g/cmを超えるまで増大し、蒸気放出面に移動した揮発性材料がより分散されるようにかつその面上に最初に溜まって液滴にならないように、シートの表面を変化させると考えられる。
バレルからの押出物を、1.5ミリメートルの排出開口を有する15センチメートル幅のシートMasterflex(登録商標)ダイの内部に排出した。押出し溶融温度は203〜210℃であり、処理量は1時間当たり7.5キログラムであった。
カレンダー掛けプロセスは、1つのニップ点および1つの冷却ロールを備えた3ロール縦型カレンダースタックを使用して実現した。ロールのそれぞれはクロムの表面を有していた。ロール寸法は、およそ長さ41cmおよび直径14cmであった。上部ロール温度を、135℃から140℃の間で維持した。中間ロール温度は140℃から145℃の間で維持した。底部ロールは、温度が10〜21℃の間に維持される冷却ロールであった。押出物をシート形態にカレンダー掛けし、底部水冷ロール上に通し、巻き取った。
25.4cmまでの幅および305cmの長さに切断されたシートの試料を巻き上げ、キャニスター内に置き、高温液体1,1,2−トリクロロエチレンにおよそ7〜8時間曝して、シート試料から油を抽出した。その後、抽出したシートを空気乾燥し、以下に記載する試験方法に供した。
表2に示されるスケールアップ実施例10〜18のミックスを、上述のシステムの生産サイズ型でありかつ参照によりその記述が本明細書に組み込まれる米国特許第5,196,262号、第7欄第52行から第8欄第47行に記載されるように実施された、押出しシステムおよび油抽出プロセスを使用して、押し出し、カレンダー掛けして、最終的なシート形態にした。最終的なシートを、パート3で上述の試験方法を使用して、物理パラメーターに関して試験した。比較例6〜10は、下記の通り特定された市販の微孔質生成物であった:比較例6は、TESLIN(登録商標)Digital 10ミルであり;比較例7は、Teslin(登録商標)SP 6ミルであり;比較例8は、TESLIN(登録商標)SP 10ミルであり;比較例9は、TESLIN(登録商標)SP 14ミルであり;比較例10は、TESLIN(登録商標)SP 12ミルであった。
比較例6〜10で使用される市販製品に関する押出物油(重量パーセント)は、57から62パーセントまで様々であった。
パート3−試験および結果
抽出し乾燥した膜に関して測定された物理的性質、および得られた結果を、表3および4に列挙する。押出物の油重量パーセントは、Soxhlet抽出器を使用して測定した。押出物の油重量パーセントの決定は、前抽出なしの押出物シートの試験片を使用した。およそ2.25インチ×5インチ(5.72cm×12.7cm)の試料試験片を計量し、小数点以下第4位まで記録した。次いで、各試験片をシリンダーに巻き付け、Soxhlet抽出装置内に置き、溶媒としてトリクロロエチレン(TCE)を使用しておよそ30分間抽出した。次いで、試験片を取り出し、乾燥した。次いで、抽出し乾燥した試験片を、計量した。油重量パーセンテージの値(押出物)は、下記の通り計算した:油重量%=(初期重量−抽出された重量)×100/初期重量
厚さを、小野測器厚さゲージEG−225を使用して決定した。2つの4.5インチ×5インチ(11.43cm×12.7cm)の試験片を、各試料から切断し、各試験片に関する厚さを9カ所(任意の縁部から少なくとも4分の3インチ(1.91cm))で測定した。読取り値の算術平均を、ミルを単位として小数点以下第2位まで記録し、ミクロンに換算した。
上述の実施例の密度は、各試料から切断された4.5インチ×5インチ(11.43cm×12.7cm)と測定された2つの試験片の平均無水重量を、それらの試験片の平均体積で割ることによって決定した。平均体積は、2つの試験片を脱イオン水中で10分間煮沸し、2つの試験片を取り出して室温の脱イオン水中に入れ、室温と平衡になった後に、脱イオン水中に懸濁された各試験片を計量し、表面水を拭った後に空気中で各試験片を計量することによって決定した。試験片の平均体積は、下記の通り計算した:
体積(平均)=[(空気中で計量された軽く拭った試験片の重量−浸漬重量の和)×1.002]/2
無水重量は、2つの試験片のそれぞれを化学天秤で計量し、これらの試験片は2パーセントの水分を含有することが想定されるためにその重量に0.98を乗ずることによって決定した。
表3および4で報告された多孔率は、GPI Gurley Precision Instruments(Troy、New York)製のGurleyデンソメーター、モデル4340を使用して決定した。報告された多孔率は、試料内を通る空気流の速度または試料内を通る空気流に対する抵抗の尺度であった。尺度の単位は「Gurley秒」であり、4.88インチの水の圧力差(12.2×10Pa)を使用して1平方インチ(6.4×10−4)の面積を100ccの空気が通過する時間を秒で表す。より低い値は、より少ない空気流抵抗に等しい(より多くの空気が自由に通過できる。)。この測定は、マニュアル、MODEL 4340 Automatic Densometer and Smoothness Tester Instruction Manualに列挙された手順を使用して終了した。TAPPI法T 460 om−06−Air Resistance of Paperも、測定の基本原理に関して参照することができる。
パート4A−コーティング配合物およびコーティングされた製品
表5に列挙されたコーティング1〜5は、600mLのビーカー内で、穏やかに擾乱しながら、冷水中にCELVOL(登録商標)325ポリビニルアルコールを分散させることによって調製した。穏やかな擾乱は、電気撹拌モーターによって駆動される1インチ(2.54cm)のパドル撹拌子を用いて行った。混合物を、190°F(87.8℃)に加熱し、20〜30分間撹拌した。得られた溶液を、撹拌しながら室温まで冷ました。具体的なミックスの量および得られた測定済み固形分の概要を、表5に示す。
目に見える非溶解粒子を含まないことが確認されたコーティングを、PPG Industries、Pittsburgh、Paにより販売されたTESLIN(登録商標)HD微孔質基材に付与した。コーティングは、8.5インチ×11インチ(21.59cm×27.94cm)、11ミル厚の基材のシートに付与し、そのそれぞれは、シートを透明なガラス表面上に配置しかつテープを使用してシートの上部の隅をガラスに接着する前に、天秤で風袋を計ったものである。1片の、透明な10ミル厚のポリエステル、11インチ×3インチ(27.94cm×7.62cm)を、シートの上縁部全体にわたって位置付け、シートの上縁部から下に2分の1インチ(1.27cm)までを覆った。ポリエステルを、テープでガラス表面に固定した。Diversified Enterprisesからの、ワイヤが巻かれた測定ロッドを、シートの上方1〜2インチ(2.5〜5.1cm)に、上縁部に平行に、ポリエステルの上縁部付近に配置した。10〜20mLの量のコーティングを、使い捨てピペットを使用して測定ロッドのすぐ隣に接触するように、ビーズストリップ(およそ1/4インチ(0.64cm)幅)として直接堆積した。バーを、連続/一定速度を試みてシート全体にわたって完全に引いた。得られた湿潤シートをガラス表面から除去し、事前風袋天秤にすぐに置き、計量し、湿潤コーティング重量を記録し、次いでコーティングされたシートを強制空気炉内に置き、95℃で2分間乾燥した。乾燥したシートを炉から取り出し、同じコーティング手順を同じコーティング付きシート表面に対して繰り返した。2つの湿潤コーティング重量を使用して、1平方メートル当たりの最終乾燥コート重量を、グラムを単位として計算した。実施例19〜23のコーティングされたシートを、表6に示す。
下式を使用して、最終乾燥コート重量を計算した。
1平方メートル当たりの計算された最終乾燥コート重量(単位:グラム)=((コーティング固形分×0.01)×(第1の湿潤コーティング重量+第2の湿潤コーティング重量))/(8.5×10.5)×1550
パート4B−コーティング配合物およびコーティングされた製品
コーティング7を使用前に2日間混合したこと以外、コーティング6〜12のコーティング配合物を調製する際にパート4Aの手順に従った。コーティング配合物を、表7に列挙する。
このパート4Bで使用した基材は、PPG Industries、Pittsburgh、Paにより販売されたTESLIN(登録商標)SP1000微孔質基材であった。いくつかのシートが、その両面をコーティングし、第1のコーティング面を乾燥した後に反対側に第2のものを付与し、番号9の測定ロッドをコーティングの全てに関して使用したこと以外、パート4Aで使用したのと同じ手順に従った。最終コーティング付きシートに関する情報を、表8に含める。
パート5−酢酸ベンジル試験
膜の蒸発速度と性能試験に使用されるホルダーアセンブリは、リングガスケットを備えたフロントクランプ、バッククランプ、試験リザーバーカップ、および4つのスクリューからなるものとした。試験リザーバーカップは、およそ4センチメートルの開口面縁部での円直径および1センチメートルを超えない深さによって画定される内部寸法を有する、透明な熱可塑性ポリマーから製作した。開口面を使用して、揮発性材料移動速度を決定した。
ホルダーアセンブリの各クランプは、試験リザーバーカップを収容し、かつ試験下で膜を露出させる開口を提供するための、1.5インチ(3.8cm)直径の円形開口を有していた。膜を試験下に置いた場合、即ち6から18ミルの厚さを有する微孔質材料のシートに置いた場合、ホルダーアセンブリのバッククランプは、コルクリングの上部に配置した。試験リザーバーカップをバッククランプ内に配置し、およそ2mLの酢酸ベンジルを投入した。およそ2インチ(5.1cm)直径のディスクを膜シートから切断し、微孔質シートの揮発性材料接触面の12.5cmがリザーバーの内部に曝されるように、リザーバーカップの縁部上に直接接触させて配置した。
スクリューホールを位置合わせした状態でかつ膜ディスクを妨げないように、ホルダーのフロントクランプをアセンブリ全体の上に慎重に配置した。コーティングされた微孔質シートを使用した場合、コーティングされた表面を、下記の表に示されるようにリザーバーに向けてまたは大気に向けて配置した。スクリューを取り付け、漏れを防止するよう十分に堅く締めた。リングガスケットは封止を生じた。ホルダーは、試験下で膜試料が特定されるように標識した。5から10個の複製物を、試験ごとに調製した。対照(コーティングされていない試料)の5個の複製物が、コーティングされた実施例に含まれた。表11の実施例では、各実施例に関して5つの対照があり、対照ごとの平均蒸発速度を、対応する実施例、ならびに対応する対照と比較した実施例の蒸発速度の減少パーセントと共に報告した。表11の実施例19〜23のコーティングされた表面は、大気に向けた。
各ホルダーアセンブリを計量して、投入済みアセンブリ全体の初期重量を得た。次いでアセンブリを、5フィート[1.52メートル](高さ)×5フィート[1.52メートル](幅)×2フィート[0.61メートル](深さ)のおよその寸法を有する実験室用化学ヒュームフード内に、直立状態で配置した。試験リザーバーを直立状態にすることにより、酢酸ベンジルは、微孔質シートの揮発性材料接触面の少なくとも一部に直接接触した。ヒュームフードのガラス戸を引き下げ、フード内を通る空気流を、1時間当たり8回転(または交換)するフード体積になるように調節した。他に指示しない限り、フード内の温度は25℃±5℃に維持した。ヒュームフード内の湿度は周囲状態であった。試験リザーバーを、フード内で定期的に計量した。試験は、5日間行った。酢酸ベンジルの計算された重量損失を、試験リザーバーの内部に曝される微孔質シートの経過時間および表面積と組み合わせて使用して、微孔質シートの揮発性材料移動速度を、mg/(時間・cm)を単位として決定した。複製物の平均蒸発速度(mg/時)は、アセンブリ全体に関して、以下の表に報告した。これら2つの値は、下式によって関係付けられる:
平均蒸発速度(mg/時)/12.5cm=揮発性材料移動速度(mg/時・cm
マージナル(Marg.)は、合格と不合格との両方の複製物があったこと、または試験では膜の表面よりも下に酢酸ベンジルの「溜まり」および「垂れ」により記載される不合格はなかったが膜の表面上にビーズを形成する何滴かの酢酸ベンジルがあり、これも「合格」の結果としてグレード付けするには許容できないと見なされたことを示す。しかし、不合格(FAIL)試験結果とマージナル(Marg.)試験結果との間には明らかな性能の相違があり、本明細書で論じるように後者が明らかに優れている。
実施例10〜18および比較例6〜10に関する表2、4、および10のデータは、生産規模の設備で生成された微孔質シートを示すものであり、このデータは、押し出されたシート内の押出物油の量を低下させることによって実現される増加シート密度と、酢酸ベンジル試験の合格との間の相関を確認する。このデータは、表13に要約されている。
本発明の特定の実施形態について、例示の目的で記載してきたが、本発明の詳細の数多くの変更を、添付される特許請求の範囲に定義される本発明から逸脱することなく行ってもよいことが、当業者に明らかであり得る。

Claims (35)

  1. 蒸気透過性微孔質材料であって、
    (a)ポリオレフィンを含む、実質的に水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーのマトリックスと、
    (b)微細化された、実質的に水に不溶性の粒状充填材であって、前記マトリックスの全体にわたって分布されており、かつ前記微孔質材料の全重量に基づき40から90重量パーセントを構成している粒状充填材と、
    (c)前記微孔質材料の実質的に全体にわたって連通している、細孔を相互接続する網状構造と
    を含み、前記微孔質材料が、
    (1)少なくとも0.8g/cmの密度と、
    (2)揮発性材料接触面および蒸気放出面であって、互いに対して実質的に対向している揮発性材料接触面および蒸気放出面と、
    (3)前記蒸気透過性微孔質材料の前記揮発性材料接触面が揮発性材料と接触して配置され、かつ前記蒸気放出面が前記揮発性材料に直接接触していないとき、0.04から0.6mg/(時・cm)の、前記揮発性材料接触面から前記蒸気放出面までの揮発性材料移動速度とを有し、前記微孔質材料の密度が、揮発性材料が前記揮発性材料接触面から前記蒸気放出面まで移動するとき、前記蒸気放出面が、液体の形態である液体揮発性材料が実質的にないような密度である、微孔質材料。
  2. 0.8から1.2g/cmの密度を有する、請求項1に記載の微孔質材料。
  3. 前記揮発性材料移動速度が、0.30から0.55mg/(時・cm)である、請求項1に記載の微孔質材料。
  4. 前記揮発性材料移動速度が、0.35から0.50mg/(時・cm)である、請求項1に記載の微孔質材料。
  5. 前記揮発性材料接触面および前記蒸気放出面に、それぞれコーティング材料がない、請求項1に記載の微孔質材料。
  6. 前記揮発性材料接触面の少なくとも一部が、その表面に第1のコーティングを有し、かつ/または前記蒸気放出面の少なくとも一部が、その表面に第2のコーティングを有する、請求項1に記載の微孔質材料。
  7. 前記第1のコーティングおよび前記第2のコーティングが、それぞれ独立して、水性ポリ(メタ)アクリレート分散体、水性ポリウレタン分散体、水性シリコン油分散体、およびこれらの組合せからなる群から選択される水性コーティング組成物から形成される、請求項6に記載の微孔質材料。
  8. 各水性コーティング組成物の分散体の粒子が、200から400nmの粒度を有する、請求項7に記載の微孔質材料。
  9. 前記第1のコーティングおよび前記第2のコーティングが、それぞれ独立して、0.01から5.5g/mのコーティング重量を有する、請求項8に記載の微孔質材料。
  10. 前記水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーのポリオレフィンが、少なくとも10デシリットル/グラムの固有粘度を有する超高分子量ポリエチレンを含む、請求項1に記載の微孔質材料。
  11. 前記超高分子量ポリオレフィンが、少なくとも18デシリットル/グラムの固有粘度を有する超高分子量ポリエチレンである、請求項10に記載の微孔質材料。
  12. 前記超高分子量ポリエチレンが、18から39デシリットル/グラムの範囲の固有粘度を有する、請求項11に記載の微孔質材料。
  13. 前記熱可塑性有機ポリマーのポリオレフィンが、少なくとも10デシリットル/グラムの固有粘度を有する実質的に線状の超高分子量ポリエチレンと、50グラム/10分未満のASTM D 1238−86 Condition Eメルトインデックスおよび少なくとも0.1グラム/10分のASTM D 1238−86 Condition Fメルトインデックスを有する低分子量ポリエチレンとの混合物を含む、請求項1に記載の微孔質材料。
  14. 前記実質的に線状の超高分子量ポリエチレンが、前記マトリックスの少なくとも1重量パーセントを構成し、前記実質的に線状の超高分子量ポリエチレンおよび前記低分子量ポリエチレンが一緒になって、前記マトリックスの前記ポリマーの実質的に100重量パーセントを構成する、請求項13に記載の微孔質材料。
  15. 前記低分子量ポリエチレンが、高密度ポリエチレンを含む、請求項14に記載の微孔質材料。
  16. 前記粒状充填材が、粒状シリカを含むケイ質粒子を含む、請求項1に記載の微孔質材料。
  17. 前記粒状シリカが、粒状沈降シリカを含む、請求項16に記載の微孔質材料。
  18. 前記細孔が、前記微孔質材料の全体積に基づき、前記微孔質材料の35から95体積パーセントを構成する、請求項1に記載の微孔質材料。
  19. 蒸気透過性微孔質材料であって、
    (a)ポリオレフィンを含む、実質的に水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーのマトリックスと、
    (b)微細化された、実質的に水に不溶性の粒状充填材であって、前記マトリックスの全体にわたって分布されておりかつ前記微孔質材料の全重量に対して40から90重量パーセントを構成している粒状充填材と、
    (c)前記微孔質材料の実質的に全体にわたって連通している、細孔を相互接続する網状構造とを含み;
    前記微孔質材料が、
    (1)0.8g/cm未満の密度と、
    (2)揮発性材料接触面および蒸気放出面であって、互いに対して実質的に対向している揮発性材料接触面および蒸気放出面と、
    (3)前記蒸気透過性微孔質材料の前記揮発性材料接触面が揮発性材料と接触して配置され、前記蒸気放出面が前記揮発性材料に直接接触していないとき、0.04から0.6mg/(時・cm)の、前記揮発性材料接触面から前記蒸気放出面までの揮発性材料移動速度とを有し、
    (i)前記揮発性材料接触面の少なくとも一部が、その表面に第1のコーティングを有し、かつ/または(ii)前記蒸気放出面の少なくとも一部が、その表面に第2のコーティングを有しており、前記第1のコーティングおよび前記第2のコーティングが、それぞれ独立して、水性ポリ(メタ)アクリレート分散体、水性ポリウレタン分散体、水性シリコン油分散体、およびこれらの組合せからなる群から選択される水性コーティング組成物から形成され、揮発性材料が前記揮発性材料接触面から前記蒸気放出面まで移動するときに、前記蒸気放出面に液体揮発性材料が実質的にない、微孔質材料。
  20. 0.4g/cmから0.8g/cm未満の密度を有する、請求項19に記載の微孔質材料。
  21. 0.4g/cmから0.7g/cmの密度を有する、請求項19に記載の微孔質材料。
  22. 前記揮発性材料移動速度が、0.30から0.55mg/(時・cm)である、請求項19に記載の微孔質材料。
  23. 各水性コーティング組成物の分散体の粒子が、200から400nmの粒度を有する、請求項19に記載の微孔質材料。
  24. 前記第1のコーティングおよび前記第2のコーティングが、それぞれ独立して、0.1から3g/mのコーティング重量を有する、請求項23に記載の微孔質材料。
  25. 前記ポリオレフィンが、少なくとも10デシリットル/グラムの固有粘度を有する超高分子量ポリエチレンを含む、請求項19に記載の微孔質材料。
  26. 前記超高分子量ポリオレフィンが、少なくとも18デシリットル/グラムの固有粘度を有する超高分子量ポリエチレンである、請求項25に記載の微孔質材料。
  27. 前記超高分子量ポリエチレンが、18から39デシリットル/グラムの範囲の固有粘度を有する、請求項26に記載の微孔質材料。
  28. 前記マトリックスが、少なくとも10デシリットル/グラムの固有粘度を有する実質的に線状の超高分子量ポリエチレンと、50グラム/10分未満のASTM D 1238−86 Condition Eメルトインデックスおよび少なくとも0.1グラム/10分のASTM D 1238−86 Condition Fメルトインデックスを有する低分子量ポリエチレンとの混合物を含む、請求項19に記載の微孔質材料。
  29. 前記実質的に線状の超高分子量ポリエチレンが、前記マトリックスの少なくとも1重量パーセントを構成し、前記実質的に線状の超高分子量ポリエチレンおよび前記低分子量ポリエチレンが一緒になって、前記マトリックスの前記ポリマーの実質的に100重量パーセントを構成する、請求項28に記載の微孔質材料。
  30. 前記低分子量ポリエチレンが、高密度ポリエチレンである、請求項29に記載の微孔質材料。
  31. 前記粒状充填材が、粒状シリカを含むケイ質粒子を含む、請求項19に記載の微孔質材料。
  32. 前記粒状シリカが、粒状沈降シリカを含む、請求項35に記載の微孔質材料。
  33. 前記細孔が、前記微孔質材料の全体積に基づき、前記微孔質材料の35から95体積パーセントを構成する、請求項19に記載の微孔質材料。
  34. 蒸気透過性微孔質材料であって、
    (a)少なくとも10デシリットル/グラムの固有粘度を有する超高分子量ポリエチレンを含む、実質的に水に不溶性の熱可塑性有機ポリマーのマトリックスと、
    (b)微細化された、実質的に水に不溶性の粒状シリカであり、前記マトリックスの全体にわたって分布されておりかつ前記微孔質材料の全重量に基づき40から90重量パーセントを構成している前記粒状シリカと、
    (c)前記微孔質材料の実質的に全体にわたって連通している細孔を相互接続する網状構造であって、相互接続される細孔が、前記微孔質材料の全体積に基づき、前記微孔質材料の35から95体積パーセントを構成する網状構造とを含み、
    前記微孔質材料が:
    (1)0.8から1.2g/cmの密度と、
    (2)揮発性材料接触面および蒸気放出面であって、互いに対して実質的に対向している揮発性材料接触面および蒸気放出面と、
    (3)前記蒸気透過性微孔質材料の前記揮発性材料接触面が揮発性材料に接触して配置され、前記蒸気放出面が前記揮発性材料に直接接触していないとき、0.04から0.6mg/(時・cm)の、前記揮発性材料接触面から前記蒸気放出面までの揮発性材料移動速度とを有し、前記微孔質材料の密度は、揮発性材料が前記揮発性材料接触面から前記蒸気放出面まで移動するとき、前記蒸気放出面が、液体の形態である揮発性材料が実質的にないような密度である、蒸気透過性微孔質材料。
  35. (a)前記熱可塑性有機ポリマーが、少なくとも10デシリットル/グラムの固有粘度を有する実質的に線状の超高分子ポリエチレンと、50グラム/10分未満のASTM D 1238−86 Condition Eメルトインデックスおよび少なくとも0.1グラム/10分のASTM D 1238−86 Condition Fメルトインデックスを有する低分子量ポリエチレンとの混合物を含み;
    (b)前記粒状シリカが沈降シリカであり;
    (c)前記微孔質材料の前記揮発性材料移動速度が、0.30から0.55mg/(時・cm)である、請求項34に記載の蒸気透過性微孔質材料。
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