JP2024512353A - 吸着のための疎水性収着性ポリマー複合体物品 - Google Patents

Abstract

吸着のための収着性ポリマー複合体物品が開示される。収着性ポリマー複合体物品は、多孔質ポリマー及び収着性材料を含む複合体層を含む。収着性ポリマー複合体物品はまた、第一の複合体領域のいずれかの側に少なくとも１つの疎水性層を含む。

Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０２１年３月５日に出願された米国仮出願第６３/１５７，４２６号及び２０２２年１月２５日に出願された米国仮出願第６３/３０２，８４７号に対する優先権を主張し、各出願の開示の全体を参照により本明細書に組み込む。

分野
本開示は、収着性ポリマー複合体物品、収着性ポリマー複合体物品を形成する方法、及び、二酸化炭素の直接空気回収（ＤＡＣ）のための吸着を含む、吸着の目的で収着性ポリマー複合体物品を使用する方法に関する。

背景
温室効果ガスの排出に伴う二酸化炭素（ＣＯ_２）レベルの増加は、環境に有害であることが示されている。Climate.gov article “Climate Change: Atmospheric Carbon Dioxide,”で報告されているように、２０１９年の大気中の平均二酸化炭素レベルは４０９．８ｐｐｍで、過去８０万年間で記録された最高レベルであった。大気中のＣＯ_２の増加速度も、過去数十年間の速度よりもはるかに高くなっている。

気候変動の影響を抑えるためには、近い将来にＣＯ_２排出量をゼロに減らすだけでなく、ＣＯ_２排出量をマイナスにすることが必要である。マイナス排出を達成するには、幾つかの可能性が存在し、例えば、発電のためのバイオマテリアルの燃焼と、燃焼煙道ガスからの ＣＯ_２回収及びその後のＣＯ_２隔離(「ＢＥＣＣＳ」)又はＣＯ_２の直接空気回収(「ＤＡＣ」)を組み合わせたものがある。

吸着によるガス分離は、産業において多くの異なる用途を有し、例えば、ガス流から特定の成分を除去し、ここで、所望の生成物は、ガス流から除去された成分、残りの減耗流、又はその両方のいずれかになることができる。これにより、ガス流の微量成分と主要成分の両方を吸着プロセスの対象にすることができる。１つの重要なガス分離用途は、煙道ガス、排気ガス、産業廃棄ガス、バイオガス、大気などのガス流からＣＯ_２を回収することにある。大気は、ＣＯ_２の希釈供給流と考えられる。

ＤＡＣと呼ばれる、大気からのＣＯ_２の直接回収は、人為起源の温室効果ガス排出を軽減する幾つかの手段のうちの１つであり、商品市場及び合成燃料の生産のための非化石で場所に依存しないＣＯ_２源として魅力的な経済的見通しを有する。大気からＣＯ_２を回収することの具体的な利点としてはａ）ＤＡＣは、世界の温室効果ガス排出量の大部分を占め、経済的に実行可能な方法で排出現場にて現在回収することができない分散発生源(例えば、陸、海及び空の乗物)の排出に対処できること、ｂ）ＤＡＣは従来の排出に対処でき、したがって、真にマイナスの排出を生み出すことができること、ｃ）ＤＡＣシステムは排出源に取り付ける必要がなく、場所に依存せず、ＣＯ_２をさらに処理又は使用する場所に設置することができることが挙げられる。

これらのプロセスをより効率的に開発及び改善し、プロセスで必要なエネルギーを最小限に抑えながら大気から除去されるＣＯ_２の量を最大化する意欲が高まっている。

図１は、従来のＤＡＣシステム１０に関与するプロセスの概略図である。非ＣＯ_２希釈剤１８中にＣＯ_２分子１６の混合物を含む入口供給流１１は提供される。例えば、入口供給流１１は空気流であることができる。吸着プロセス中に、入口供給流１１は吸着剤１２にさらされる。ＣＯ_２分子１６は吸着剤１２に吸着するが、非ＣＯ_２希釈剤１８は吸着剤１２を通過してシステム１０から排出される。次いで、吸着剤１２は吸着剤１２からＣＯ_２分子１６を放出するために脱着プロセスを受ける。脱着プロセスには、液体の水又は水蒸気の形態の水分、又はシステムに供給される反応又はエネルギーによるシステム温度の変化が関与することができる。この脱着プロセスは、繰り返してＣＯ_２の吸着と脱着とを行う周期的なプロセスを規定するために「スイング」吸着と呼ばれる。水分スイング吸着が使用されるならば、吸着剤１２は、水蒸気又は液体水の形態の水分にさらされ、ＣＯ_２分子１６の脱着を引き起こすことができる。温度スイング吸着が使用されるならば、吸着剤１２に熱を加えて、ＣＯ_２分子１６の脱着を引き起こすことができる。これらの水分及び／又は温度の変動は、分子を吸着剤１２に保持する結合を一時的に破壊し、それにより、ＣＯ_２分子１６を解放することができる。したがって、脱着されたＣＯ_２分子１６は吸着剤１２から分離され、生産品１４として収集される。収集されたＣＯ_２分子１６は次に濃縮され、使用又は貯蔵される前にさらに必要な処理を受けることができる。使用される吸着剤１２が、ＣＯ_２分子１６を分離するのに必要な環境、例えば、高温及び高湿条件に繰り返し耐えることができることが重要である。

ＤＡＣについては確立された論文及び技術が存在する。１つの例は、収着性材料を支持するか又は収着性材料でコーティングされたモノリスなどの基材を含む物品を使用することである。基材の種類と使用する収着剤を変更することで変更が確立される。しかしながら、これらの以前に確立された論文及び方法では、吸着状態と脱着状態の間を効率的に循環させる能力に限界がある。また、物品の耐久性に関しても制限がある。また、物品は、高温又は高湿のレベルの環境、あるいはそれらの組み合わせにさらされるときに劣化する可能性があり、その結果、寿命が短くなる可能性がある。

要旨
ＤＡＣの吸着を含む吸着のための収着性ポリマー複合体物品は開示される。収着性ポリマー複合体物品は、多孔質ポリマー及び収着性材料を含む複合体層を含む。収着性ポリマー複合体物品はまた、第一の複合体層のいずれかの側に少なくとも１つの疎水性層を含む。

１つの例（「例Ａ」）によれば、収着性ポリマー複合体物品は、第一の多孔質ポリマー及び収着性材料を含む第一の複合体領域、ここで、前記第一の複合体領域は第一の疎水性を有する、及び、前記第一の複合体領域の第一の側に隣接して配置された、第二の多孔質ポリマーの第二の領域、ここで、前記第二の領域は前記第一の疎水性を超える第二の疎水性を有する、を含む。

第二の例（「例Ｂ」）によれば、収着性ポリマー複合体物品を形成する方法は、第一の多孔質ポリマー及び収着性材料を含む第一の複合体領域を形成する工程、及び、前記第一の複合体領域の第一の側に第二の多孔質ポリマーを含む第二の疎水性領域を形成する工程を含む。

第三の例（「例Ｃ」）によれば、吸着のための収着性ポリマー複合体物品を使用する方法は、第一の多孔質ポリマー及び収着剤を有しそして第一の疎水性を有する第一の複合体領域を含み、前記第一の領域の第一の側に隣接して配置されそして前記第一の疎水性を超える第二の疎水性を有する第二の領域を含む、収着性ポリマー複合体物品を提供する工程、二酸化炭素を含む供給流を前記収着性ポリマー複合体物品を横切って指向させる工程、及び、二酸化炭素を前記収着性ポリマー複合体物品に吸着させる工程を含む。

第四の例（「例Ｄ」）によれば、収着性ポリマー複合体物品は、収着性材料及びスクリーンを有する第一の領域と、前記第一の領域に隣接して配置された第二のポリマーを含む第二の領域と、前記第一の領域に隣接して配置された第三のポリマーを含む第三の領域とを含む。

第五の例（「例Ｅ」）によれば、収着性ポリマー複合体物品は、第一の多孔質ポリマー及び収着性材料を有する第一の複合体領域、ここで、前記第一の複合体領域は第一の疎水性を有する、前記第一の複合体領域の第一の側に隣接して配置された第二の多孔質ポリマーの第二の領域、ここで、前記第二の領域は前記第一の疎水性を超える第二の疎水性を有する、前記第一の複合体領域の第二の側に隣接して配置された第三の多孔質ポリマーの第三の領域、ここで、前記第三の領域は、前記第一の疎水性を超える第三の疎水性を有する、及び、前記第二の領域と前記第三の領域との間で前記第一の複合体領域の端部を取り囲むように配置された端部シール領域を含む。

図面の簡単な説明
図１は、ＤＡＣプロセスに関与するプロセスの概略図である。

図２は、本開示の第一の収着性ポリマー複合体物品の立面図である。

図２Ａは図２の第一の複合体物品の第一の複合体領域の概略立面図である。

図２Ｂは図２の第一の複合体物品の圧縮形態の第一の複合体領域の概略立面図である。

図２Ｃは図２Ｂの第一の複合体物品のさらに圧縮された形態の第一の複合体領域の概略立面図である。

図２Ｄは本開示の端部シール領域を含んで示す図２の第一の収着性ポリマー複合体物品の立面図である。

図３は図２の収着性ポリマー複合体物品を形成する方法を示すフローチャートである。

図４は本開示の第二の収着性ポリマー複合体物品の立面図である。

図５は図４の収着性ポリマー複合体物品を形成する方法を示すフローチャートである。

図６は本開示の第三の収着性ポリマー複合体物品の立面図である。

図７は図６の収着性ポリマー複合体物品を形成する方法を示すフローチャートである。

図８は本開示による収着性ポリマー複合体物品の実施形態を使用する方法を示すフローチャートである。

図９Ａは本開示の第四の収着性ポリマー複合体物品の立面図である。

図９Ｂは図９Ａの収着性ポリマー複合体物品の変形例の立面図である。

図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び１０Ｄは、本開示による収着性ポリマー複合体物品の例を示す目盛付きＳＥＭ画像である。

図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ及び１１Ｄは、本開示による収着性ポリマー複合体物品の例を示す目盛付きＳＥＭ画像である。

例４、５ａ、５ｂ及び６で形成されたサンプルに対して実施された試験手順と一貫したＣＯ_２吸着結果を示すチャートである。

例４、５ａ、５ｂ及び６で形成されたサンプルに対して実施された試験手順と一貫したＣＯ_２吸着速度論の結果を示すチャートである。

詳細な説明
定義と用語
この開示は、限定的に解釈されることを意図したものではない。例えば、本出願で使用される用語は、その分野の専門家がその用語に帰するであろう意味の関係で広く読まれるべきである。

不正確さの用語に関しては、「約」及び「およそ」という用語は、記載された測定値を含む測定値、及び記載された測定値に合理的に近い測定値も含む測定値を指すために、互換的に使用されうる。記載された測定値に合理的に近い測定値は、関連技術の当業者によって理解され容易に確認されるように、記載された測定値から合理的に小さな量だけ逸脱している。このような逸脱は、測定誤差、測定及び/又は製造装置の校正の違い、測定値の読み取り及び/又は設定における人為的エラー、他の構成要素に関連する測定値の違いを考慮した性能及び/又は構造パラメータを最適化するために行われた微調整、特定の実装シナリオ、人又は機械による対象の不正確な調整及び/又は操作などに起因することがある。関連技術の当業者がそのような合理的に小さな差異の値を容易に確認できないと判断される場合には、「約」及び「およそ」という用語は、記載された値のプラス又はマイナス１０％を意味すると理解できる。

「フィブリル」という用語は、本明細書で使用されるときに、長さと幅が実質的に互いに異なる、ポリマーなどの長尺材料片を記載する。例えば、フィブリルは、幅 (又は厚さ)が長さよりもはるかに短いか又は小さい、ストリング又は繊維片に似ていることができる。

「ノード」という用語は、本明細書で使用されるときに、少なくとも２つのフィブリルの接続点を記述し、この接続は、２つのフィブリルが永久的又は一時的に互いに接触する位置として定義されうる。幾つかの例において、ノードは、フィブリルよりも大きな体積のポリマーを、そして、ノードを通る同フィブリルの明確な継続なしにフィブリルが開始又は終了する場所を記述するために使用することもできる。幾つかの例において、ノードはフィブリルよりも幅が広いが、長さは短い。

本明細書で使用されるときに、「ノード」及び「フィブリル」は、通常、必ずではないが、接続又は相互接続されており、例えば、顕微鏡サイズを有する物体を記述するために使用されうる。「微視的な」物体は、物体又は物体の詳細が肉眼では見えないか、又は、顕微鏡（走査型電子顕微鏡又はＳＥＭなどを含むがこれらに限定されない）又は適切なタイプの拡大装置の助けなしに観察することが不可能でないとしても困難であるほど実質的に小さい少なくとも１つの寸法(幅、長さ又は高さ)を有する物体として定義されうる。

様々な実施形態の説明
本開示は、収着性ポリマー複合体物品、収着性ポリマー複合体物品を形成する方法、及び供給源流から１つ以上の所望の物質を吸着しそして分離するために収着性ポリマー複合体物品を使用する方法に関する。収着性ポリマー複合体物品を空気などの希薄供給流からのＣＯ_２の捕捉に使用すること関して説明するが、他の吸着方法及び用途にも使用することができる。これらの方法としては、限定するわけではないが、他のガス供給流(例えば、燃焼排気)及び液体供給流(例えば、海水)を含む様々な投入物からの物質の吸着が挙げられる。吸着される物質はＣＯ_２に限定されない。他の吸着される物質としては、限定するわけではないが、他の気体分子(Ｎ_２、ＣＨ_４、ＣＯなど)、液体分子、溶質などを挙げることができる。特定の実施形態において、投入物は、所望の物質を１００万分の１部（ｐｐｍ）オーダーで含む、希釈されたものであってもよい。

図２は、第一の複合体領域２８を含む本開示の第一の例示的な収着性ポリマー複合体物品２０を示す。第一の複合体領域２８は、第一の多孔質ポリマー２２及び収着性材料２４、２４’を含む。第一の複合体領域２８はまた、場合により、キャリア２６を含むこともできる。第一の複合体領域２８の各要素については以下でさらに説明する。

第一の複合体領域２８の第一の多孔質ポリマー２２は、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）、膨張（膨張、エキスパンデッド、延伸又は発泡）ポリエチレン（ｅＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又は別の適切な多孔質ポリマーのうちの１つであることができる。ナノスパン、メルトブローン、スパンボンド及び多孔質キャストフィルムなどの不織布材料は、他の様々な適切な多孔質ポリマー形態でありうることが理解されるであろう。第一の多孔質ポリマー２２は、制御された温度及び制御された延伸速度でポリマーを延伸し、ポリマーをフィブリル化させることによって膨張されうる。膨張後、第一の多孔質ポリマー２２は、複数のノード３０と、隣接するノード３０を接続する複数のフィブリル３４との微細構造を含むことができる。これらの例において、第一の多孔質ポリマー２２は、フィブリル３４とノード３０によって境界が定められた細孔３２を含む。例示的なノード及びフィブリルの微細構造は、Ｇｏｒｅの米国特許第３，９５３，５６６号明細書に記載されており、その全体を参照により本明細書に取り込む。第一の多孔質ポリマー２２の細孔３２は、微細孔と考えることができる。このような微細孔は、単一の細孔サイズを有することができ、又は細孔サイズの分布を有することができる。平均細孔サイズは、特定の実施形態では０．１ミクロン～１００ミクロンの範囲であることができる。

第一の複合体領域２８の収着性材料２４、２４’は、投入物からの所望の物質を吸着によって表面上に保持するように構成された表面を有する基材である。収着性材料２４、２４’は、どの物質が吸着の対象となるかに基づいて変化する。様々な実施形態において、収着性材料２４、２４’は二酸化炭素収着性材料であり、限定するわけではないが、イオン交換樹脂（例えば、Ｄｏｗｅｘ（登録商標）Ｍａｒａｔｈｏｎ（登録商標）Ａ樹脂などの強塩基性アニオン交換樹脂、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）、ゼオライト、活性炭、アルミナ、有機金属フレームワーク、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、乾燥剤、カーボンモレキュラーシーブ、カーボン吸着剤、グラファイト、活性アルミナ、モレキュラーシーブ、アルミノリン酸塩、シリコアルミノリン酸塩、ゼオライト吸着剤、イオン交換ゼオライト、親水性ゼオライト、疎水性ゼオライト、変性ゼオライト、天然ゼオライト、フォージャサイト、クリノプチロライト、モルデナイト、金属交換シリコアルミノリン酸塩、単極性樹脂、双極性樹脂、芳香族架橋ポリスチレンマトリックス、臭素化芳香族マトリックス、メタクリル酸エステルコポリマー、黒鉛系吸着剤、炭素繊維、カーボンナノチューブ、ナノマテリアル、金属塩吸着剤、過塩素酸塩、シュウ酸塩、アルカリ土類金属粒子、ＥＴＳ、ＣＴＳ、金属酸化物、化学吸着剤、アミン、有機金属反応体、ハイドロタルサイト、シリカライト、ゼオライト系イマダゾレートフレームワーク及び 金属有機フレームワーク（ＭＯＦ）吸着性化合物及びそれらの組み合わせを挙げることができる。

収着性材料２４、２４’は、以下にさらに説明するように、コーティング、充填物、同伴粒子として、及び／又は別の適切な形態で第一の多孔質ポリマー２２中に存在することができる。図２に示される実施形態において、収着性材料２４が第一の多孔質ポリマー２２のノード３０及び／又はフィブリル３４上に実質的に連続したコーティングを形成するように、第一の多孔質ポリマー２２は収着性材料２４でコーティングされる。収着性材料２４が第一の多孔質ポリマー２２のノード３０及び／又はフィブリル３４中に組み込まれるように、第一の多孔質ポリマー２２が収着性材料２４で充填されることも本開示の範囲である。図２の例示の実施形態において、キャリア２６上の収着性材料２４の粒子は、収着性材料２４’が第一の多孔質ポリマー２２のノード３０とフィブリル３４との間の細孔３２を占めるように、第一の多孔質ポリマー２２中に取り込まれる。

第一の複合体領域２８の場合により存在するキャリア２６は、それが占める領域の表面積を増加させるように構成された材料であり、所望の物質の吸着に利用可能な表面積の増加を可能にできる。キャリア２６としては、メソポーラスシリカ、ポリスチレンビーズ、多孔質ポリマー床又は球体、酸化物支持体、別の適切なキャリア材料を挙げることができる。キャリア２６は、硫酸カルシウム、アルミナ、活性炭、ヒュームドシリカなどの多孔質無機材料を内部に含む多孔質フィルムをさらに含むことができる。上述したように、キャリア２６は、収着性材料２４’でコーティング又は機能化された高表面積粒子として第一の複合体領域２８の細孔３２内に存在することができる。収着性材料２４’でコーティングされたキャリア２６の組み合わせにより、吸着に利用可能な表面積が増大する。これらの実施形態において、ノード３０及びフィブリル３４は、収着性材料２４でコーティングされても又はされなくてもよい。ノード３０及びフィブリル３４がコーティングされないときに、第一の多孔質ポリマー２２の元の疎水性は保持されうる。

収着性ポリマー複合体物品２０の第一の複合体領域２８は、第一の側７２（例えば、図２の上側）及び第二の側７４（例えば、図２の下側）を含む。収着性ポリマー複合体物品２０は、第二の多孔質ポリマー４０を含む第二の領域３６をさらに含み、第二の領域３６は、第一の複合体領域２８の第一の側７２に隣接して配置されている。様々な実施形態において、収着性ポリマー複合体物品はまた、 第三の多孔質ポリマー４８を含む第三の領域３８を含み、第三の領域３８は、第一の複合体領域２８の第二の側７４に隣接して配置されている。このようにして、第一の複合体領域２８は、第一の側７２にある第二の層３６と第二の側７４にある第三の層との間に挟まれることができる。第二の領域３６の第二の多孔質ポリマー４０は、複数のノード４２、隣接するノード４２を接続する複数のフィブリル４６、及び、それぞれのノード４２とフィブリル４６との間に各々形成された複数の細孔４４を含むことができる。同様に、第三の領域３８の第三の多孔質ポリマー４８は、複数のノード５０、隣接するノード５０を接続する複数のフィブリル５２、及び、それぞれのノード５０とフィブリル５２との間に形成された複数の細孔５４を含むことができる。第二の多孔質ポリマー４０の細孔４４及び／又は第三の多孔質ポリマー４８の細孔５４は、上でさらに説明したように、微細孔と考えることができる。

収着性ポリマー複合体物品２０の第一の複合体領域２８、第二の領域３６及び第三の領域３８は、異なるプロセスを使用して形成されうる。特定の実施形態において、第一の複合体領域２８、第二の領域３６及び／又は第三の領域３８は別個の層として形成され、その後に、互いに結合されてもよい。この場合に、第一の複合体領域２８の第一の多孔質ポリマー２２、第二の領域３６の第二の多孔質ポリマー４０及び／又は第三の領域３８の第三の多孔質ポリマー４８は区別可能な構造であることができる。他の実施形態において、第一の複合体領域２８、第二の領域３６及び／又は第三の領域３８は、一緒に形成され、その後、以下にさらに説明されるように、異なるコーティングプロセス又は表面処理を受けて、特定の領域を区別することができる。この場合に、第一の複合体領域２８の第一の多孔質ポリマー２２、第二の領域３６の第二の多孔質ポリマー４０及び／又は第三の領域３８の第三の多孔質ポリマー４８は連続構造又は一体構造であることができる。

収着性ポリマー複合体物品２０の第一の複合体領域２８、第二の領域３６及び第三の領域３８は異なる程度の疎水性を有することができる。疎水性は、限定するわけではないが、プラズマエッチング及び微細トポグラフィー特徴部の適用を含むことができるコーティング又は表面処理の適用など、様々な方法によって変更することができる。第一の複合体領域２８は第一の疎水性を有し、第二の領域３６は第二の疎水性を有し、第三の領域３８は第三の疎水性を有することができる。第一の疎水性は、第二の疎水性及び第三の疎水性のそれぞれよりも低い。第二の疎水性は、第三の疎水性より小さいか、大きいか、又は等しくてもよい。第二の領域３６及び第三の領域３８の疎水性がより大きいことにより、それぞれの領域３６、３８を通る液体の水の浸透性を減少させ、このようにして、周囲の液体の水と第一の複合体領域２８の構成要素との間にバリアを形成することができる。これにより、液体の水によって引き起こされる可能性がある第一の複合体領域２８内の収着性材料２４、２４'の劣化が減少し、収着性ポリマー複合体物品２０の寿命及び耐久性が向上する。第一の複合体領域２８の第一の疎水性に対して第二の領域３６の疎水性が大きく、また、第三の領域３８の疎水性が大きいことは、第二の領域及び第三の領域３６、３８内に収着性材料２４、２４’が存在しないことに起因することができる。

幾つかの実施形態において、第一の複合体領域２８はコーティング（図示せず）でシールされる。特定の例において、コーティングは、上述の収着性材料２４、２４’と同様の炭素吸着性材料となるように構成される。

第二の領域３６の第二の多孔質ポリマー４０及び第三の領域３８の第三の多孔質ポリマー４８は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）、膨張ポリエチレン（ｅＰＥ）又は他の適切な多孔質ポリマーのうちの少なくとも１つであることができる。第二の領域３６の第二の多孔質ポリマー４０は、第三の領域３８の第三の多孔質ポリマー４８と同一であっても又は異なっていてもよい。さらに、第一の複合体領域２８の第一の多孔質ポリマー２２、第二の領域３６の第二の多孔質ポリマー４０及び第三の領域３６の第三の多孔質ポリマー４８は、同一であっても又は異なっていてもよい。

様々な実施形態において、第二の領域３６の厚さは、第一の複合体領域２８の厚さよりも薄く、第三の領域３８の厚さは、第一の複合体領域２８の厚さよりも薄い。収着性ポリマー複合体物品２０の全体の厚さは約０．１ｍｍ～約５．０ｍｍであることができる。特定の実施形態において、第一の複合体領域２８の厚さは、全体の厚さの大部分、例えば、全体の厚さの約７０％、約８０％、約９０％又はそれ以上を占めることができる。

第一の複合体領域２８、第二の領域３６及び第三の領域３８のそれぞれの多孔質ポリマー２２、４０、４８の細孔特性は可変である。特定の実施形態において、第二の領域及び第三の領域３６、３８は、第一の複合体領域２８よりも少ない及び／又はよりも小さい細孔４４、５４を有して、第一の複合体領域２８中への所望の分子（例えば、ＣＯ_２）の透過を許容しながら、第一の複合体領域２８への望ましくない汚染物質（例えば、水）の透過を選択的に制限することができる。対照的に、第一の複合体領域２８は、第二の領域及び第三の領域３６、３８より多くの及び／又はより大きい細孔３２を有して、吸着及び脱着のための第一の複合体領域２８を通るＣＯ_２の移動を促進することができる。

さらに、細孔特性は、異なる実施形態の間で変えることができる。細孔特性のこの変化は、収着性ポリマー複合体物品２０の全体の厚さ、ならびに第一の複合体領域２８、第二の領域３６及び第三の領域３８の個々の厚さに依存しうる。

図２Ａは、図２の収着性複合体物品２０の第一の複合体領域２８の概略立面図である。この実施形態において、収着性ポリマー複合体物品２０（図２）は比較的厚く、例えば約３ｍｍであり、第一の複合体領域２８は収着性ポリマー複合体２０の全体の厚さの大部分を占める厚さＴ１を有する。収着性ポリマー複合体物品２０には、比較的大きな空隙率を保持するために、所望の量の収着性材料２４（例えば、約６０％の収着性材料２４）が装填されることができ、ここで、空隙率とは、第一の複合体領域２８の全体の体積に対する第一の複合体領域２８の空隙空間の体積の相対比である。このようにして、収着性ポリマー複合体物品２０は構造的に比較的開放的であり、収着性材料２４へのアクセス可能性が比較的高い。この実施形態では厚さＴ１であるため、ガスの拡散のために必要な距離はさらに遠くなる可能性があるが、収着性材料２４はガスにアクセス可能なままである。結果として、本明細書で説明するように、より薄い実施形態と比較して、収着性材料２４に吸着するガスの初期速度は遅くなる可能性があるが、収着性材料２４に吸着するＣＯ_２の平衡に迅速に到達することができる。

図２Ｂは、図２Ａの第一の複合体領域２８の代替実施形態であり、ここで、収着性複合体物品２０（図２）は、例えば約０．５ｍｍのメジアン厚さを有する。この実施形態において、第一の複合体領域２８は、収着性ポリマー複合体物品２０の全体の厚さの大部分を占める厚さＴ２を有する。この場合に、第一の複合体領域のポリマー２２（図２）の量が及び収着性材料２４の量が前の実施形態と比較して一定であるならば、空隙率は図２Ａの第一の複合体領域２８の空隙率よりも相対的に小さくなる。したがって、収着性ポリマー複合体物品２０は、ガスが収着性材料２４にアクセス可能であるが、図２Ａの実施形態の収着性材料２４よりは比較的アクセスしにくい多孔性を維持する。結果として、収着性材料２４に吸着するガスの初期速度は、拡散距離がより短いために、より速くなりうるが、ＣＯ_２吸着の平衡に至るまでの時間は、図２Ａの実施形態に比べて増加する。

図２Ｃは、図２Ａ及び図２Ｂの第一の複合体領域２８の代替実施形態であり、ここで、収着性ポリマー複合体物品２０（図２）は比較的薄く、例えば約０．１ｍｍである。この実施形態において、第一の複合体領域２８は、収着性ポリマー複合体物品２０の全体の厚さの大部分を占める厚さＴ３を有する。この場合に、第一の複合体領域２８のポリマー２２（図２）の量及び収着性材料２４の量が上記の２つの実施形態に対して一定であるならば、ポリマー２２及び利用可能な収着性材料２４は、収着性ポリマー複合体物品２０内でさらに凝縮される。ガスが物品２０を通過するのに必要な拡散距離は、収着性ポリマー複合体物品２０の圧縮された厚さに起因してより短いが、収着性材料２４はまた、ガスにアクセス可能性が低い。結果として、収着性材料２４へのガスの初期吸着速度は前の実施形態よりも速くなるが、システムがＣＯ_２吸着平衡に達するまでにより長い時間がかかる可能性がある。

図２に戻って参照すると、収着性ポリマー複合体２０の細孔特性は、各層内で変化しうるが、収着性ポリマー複合体物品２０の厚さ、第一の複合体領域２８の厚さ、収着性ポリマー複合体物品２０内で使用される収着性材料２４、２４'の量及びポリマー２２の量を含む異なる特性を変化させた結果として、様々な実施形態にわたっても変化しうる。このようにして、拡散長と収着性材料２４、２４'のアクセス可能性との間の関係は、収着性ポリマー複合体物品２０の機能を最大化するために変化させることができる。

さらに、第一の複合体領域２８、第二の領域３６及び第三の領域３８の疎水性、厚さ、細孔特性及び他の特性を変化させる能力は、収着性ポリマー複合体物品２０の耐久性及び適合性を増加させることができる。さらに、比較的薄くて可撓性の収着性ポリマー複合体物品２０を使用することにより、収着性ポリマー複合体物品２０がＣＯ_２の吸着及び脱着のための異なる形態に適合することが可能になりうる。

さらに図２を参照すると、他の有用な構成要素を収着性ポリマー複合体物品２０、２０’（図４を参照）及び２０’’（図６を参照）に組み込むことができる。構成要素としては、熱伝導率を高めることができるフィラーを挙げることができる。例えば、図２に示すように、熱伝導性粉末７８を混合物に混合することができ、あるいは、熱伝導性構成要素（例えば、アルミニウムフィラメント及び／又は織物）を構造体にラミネート化することもできる。幾つかの例において、導電体（例えば、ワイヤ、グリッド）が組み込まれてもよい。幾つかの例において、熱伝導性材料を組み込んだ接着剤を使用して、収着性ポリマー複合体物品２０、２０’、２０’’の領域を接着することができる。有用な構成要素の一例は、熱伝導性及び／又は電気伝導性スクリーン２５（図９Ａ及び９Ｂ）であり、これについては以下でさらに説明する。さらに、構成要素の材料は、特定の用途に対して、熱伝導率、電気伝導率、可撓性、延性、疎水性、薄さ、耐久性、耐紫外線性、適合性などに基づいて選択することができる。

図２Ｄは図２の収着性ポリマー複合体物品の追加の立面図であり、追加の端部シール領域２１を含む。実施形態において、収着性ポリマー複合体物品２０は、収着性ポリマー複合体物品２０の構成要素を保護するためにこの端部シール領域２１を含む。例えば、収着性ポリマー複合体物品２０が生産又は製造目的など、任意の様式で切断又は分割されるならば、収着性ポリマー複合体物品２０の特性に有害である可能性のある水、蒸気又はデブリなどの外部環境要素にさらされる第一の複合体領域２８、したがって、第一の複合体領域２８内の収着性材料２４、２４’を残す可能性がある。したがって、端部シール領域２１を備えた実施形態が望ましいことがある。図２Ｄに示されるように、端部シール領域２１は、第二の領域３６のポリマー４０と第三の領域３８のポリマー４８とを接続することができ、第一の複合体領域２８の露出したポリマー２８を少なくとも１つの側で覆うように配置される。

図２Ｄの例示の実施形態において、端部シール領域２１は、シーリング材料４７の追加層を収着性ポリマー複合体物品２０上に適用することによって形成される。シーリング材料４７は、第二の領域３６及び第三の領域３６の材料と同じであっても又は異なっていてもよい。例えば、シーリング材料４７は、ｅＰＴＦＥ（図２Ａに示す）、ｅＰＥ、シリコーンエラストマー、又は第一の複合体領域２８を保護する任意の他の適切な非孔質及び／又は疎水性材料であることができる。他の実施形態において、端部シール領域２１は、第二の領域３６及び第三の領域３８を延長し、領域３６、３８を結合（例えば、挟む、接着）することによって形成されうる。この端部シーリング工程を追加すると、複合材料内に保持された収着剤を保護し、また複合材料の前方端（空中の破片及び高速衝撃による損傷が最も起こりやすい領域）を強化することにより、複合材料に利益がもたらされる。

図３は、上述の収着性ポリマー複合体物品２０を形成するための方法１００を示すフローチャートである（図２）。ブロック１０２において、方法１００は、第一の多孔質ポリマー２２及び収着性材料２４、２４’を含む第一の複合体領域２８を形成することを含む（図２）。ブロック１０２のこの形成工程は、上述したように、第一の多孔質ポリマー２２を収着性材料２４、２４’でコーティング、同伴及び／又は充填することを含むことができる。

ブロック１０４において、この方法は、第二の疎水性領域３６を第一の複合体領域２８の第一の側７２に結合することを含み、この結合は、第二の疎水性領域３６を第一の複合体領域２８の第一の側７２にラミネート化、接着又はその他の方法で取り付けることを含む。ブロック１０６において、この方法は、第三の疎水性領域３８を第一の複合体領域２８の第二の側７４に結合することを含み、この結合は、第三の疎水性領域３８を第一の複合体領域２８の第二の側７４にラミネート化、接着又はその他の方法で取り付けることを含む。幾つかの実施形態において、ブロック１０６における第三の疎水性領域３８の結合は、ブロック１０４における第二の疎水性領域３６の結合の前に、又はそれと同時に起こりうる。

図４は、本開示の収着性ポリマー複合体物品２０’の第二の例示的な実施形態を示す。収着性ポリマー複合体物品２０’は、以下に説明する点を除いて、上述の収着性ポリマー複合体物品２０（図２）と同様であり、同様の参照番号は同様の要素を示す。収着性ポリマー複合体物品２０'は、第一の複合体領域２８と、第二の領域３６が第一の複合体領域２８の第一の側７２に結合されている第二の領域３６と、第三の領域３８が第一の複合体領域２８の第二の側７４に結合されている第三の領域３８とを含む。この実施形態において、収着性ポリマー複合体物品２０’は、複数の取り付け点８０（すなわち、接続点）を含み、そこで第二の領域３６と第三の領域３８が互いに接続されている。取り付け点間の距離８２は可変であり、減少又は増加することができる。特定の実施形態において、取り付け点８０を形成するために接着剤が使用される。このようにして、第一の複合体領域２８は、隣接する取り付け点８０の間のポケット状領域で第一の側７２の第二の領域３６と第二の側７４の第三の領域３８との間に挟まれることができる。取り付け点は、収着剤とキャリアが存在するための均一な空間を領域３６と領域３８との間に形成し、表面積損失の量を最小限に抑えながら、最適な吸着のために収着剤及びキャリアを配置しそして支持するように設計又は工夫することができる。

図５は、上述の収着性ポリマー複合体物品２０'を形成するための方法２００を示すフローチャートである（図４）。ブロック２０２において、方法２００は、多孔質ポリマー及び収着性材料を含む第一の複合体領域２８を形成することを含む。ブロック２０４において、方法２００は、第二の疎水性領域３６を第一の複合体領域２８の第一の側７２に結合することを含む。ブロック２０６において、方法は、第三の疎水性領域３８を第一の複合体領域２８の第二の側７４に結合することを含む。ブロック２０８において、方法２００は、第二の疎水性領域３６と第三の疎水性領域３８を取り付け点８０で接続することを含む。幾つかの実施形態において、接着剤を使用して取り付け点８０を形成する。様々な取り付け点８０を使用することにより、吸着可能な表面積を最大化し、したがって、必要な接着剤の量と接着剤が占める表面積を最小限に抑えることができる。層３６及び３８を特定の点で一緒に取り付けるために、ステッチパターン及び縫製の変形例も考えられる。

図６は、本開示の収着性ポリマー複合体物品２０''の第三の例示的な実施形態を示す。 収着性ポリマー複合体物品２０''は、以下に説明する点を除き、上述の収着性ポリマー複合体物品２０（図２）及び収着性ポリマー複合体物品２０'（図４）と同様であり、同様の参照番号は同様の要素を特定する。収着性ポリマー複合体物品２０''は、上述したように、第一の多孔質ポリマー２２及び吸着性材料２４、２４'を有する第一の複合体領域２８を含む。

収着性ポリマー複合体物品２０''は、第一の複合体領域２８の第一の側７２と一体的に形成された第二の領域３６をさらに含む。この実施形態において、第一の複合体領域２８の第一の多孔質ポリマー２２は、第二の領域３６の第二の多孔質ポリマー４０と連続していてもよい。特定の実施形態において、収着性ポリマー複合体物品２０''は、第一の複合体領域の第二の側７４と一体的に形成された第三の多孔質ポリマー４８を有する第三の領域３８をさらに含むことができる。この実施形態において、第一の複合体領域２８の第一の多孔質ポリマー２２は、第三の領域３８の第三の多孔質ポリマー４８と連続していてもよい。

特定の実施形態において、第二の領域３６及び第三の領域３８は、収着性ポリマー複合体物品２０''の第一の複合体領域２８の改質表面の領域であり、収着性ポリマー複合体物品２０''はモノリシックである。これらの実施形態において、第二の領域３６及び第三の領域３８は、各領域３６、３８が第一の複合体領域２８の第一の多孔質ポリマー２２の疎水性よりも高い疎水性を有するように、多孔質ポリマー４０、４８に表面処理を行うことによって作製されうる。この表面処理は、それぞれ第二の領域３６及び第三の領域３８の多孔質ポリマー４０、４８が収着性材料２４、２４’を含まないように、第一の複合体領域２８の第一の側７２を超えて、そして第一の複合体領域２８の第二の側７４を超えて収着性材料２４、２４'を侵食することを含むことができる。収着性材料２４、２４'を適用し、次いで第二の領域３６及び第三の領域３８から侵食するのではなく、表面処理は、収着性材料２４、２４'が第一の複合体領域２８内に堆積されるように第二の領域３６及び第三の領域３８をマスキングすることを含むことができる。表面処理は、第二の領域３６及び第三の領域３８に疎水性コーティングを適用することも含むことができる。これら及び他の表面処理に関するさらなる情報は以下に提供される。

図７は、上述の収着性ポリマー複合体物品２０''を形成するための方法３００を示すフローチャートである（図６）。ブロック３０２において、方法３００は、第一の多孔質ポリマー２２及び収着性材料２４、２４’から構成される第一の複合体領域２８を形成することを含む。ブロック３０６において、方法３００は、第一の複合体領域２８の第一の側７２に表面処理を適用することを含む。この表面処理は、第一の側７２を超えて収着性材料２４、２４'を侵食することを含むことができる。侵食は、熱、溶媒、プラズマの使用により完了されうる。他の例において、表面処理としては、洗浄を適用すること、プラズマ処理を適用すること、又は第一の側７２を超える領域を疎水性物質でマスキングすることを挙げることができる。ブロック３０８において、方法３００は、第一の複合体領域２８の第二の側７４に表面処理を適用することを含む。この表面処理は、第二の側７４を超えて収着性材料２４、２４'を侵食することを含むことができる。侵食は、熱、溶媒又はプラズマの使用により完了されうる。他の例において、表面処理としては、洗浄を適用すること、プラズマ処理を適用すること、又は第二の側７４を超える領域を疎水性物質でマスキングすることを挙げることができる。

図８は、吸着、特にＤＡＣのために図２の上述の収着性ポリマー複合体物品２０を使用する基本的な方法４００を示すフローチャートである。実施形態において、４００の使用方法は、上記のように、ＤＡＣ以外の吸着プロセスで図２の収着性ポリマー複合体物品２０を使用するように変更される。方法４００は、図２の収着性ポリマー複合体物品２０を参照して説明されるが、方法４００は、それぞれ図４及び図６の収着剤２０’及び収着性ポリマー複合体物品２０’’に等しく適用される。ブロック４０２において、方法４００は、収着性ポリマー複合体物品２０を提供することを含む。ブロック４０４において、方法４００は、ＣＯ_２分子１６を含む図１の空気投入物流１１と同様であることができる供給流を収着性ポリマー複合体物品２０を横切るように指向させることを含む。他の適切な投入物流１１は、液体（例えば、海水）又は他の蒸気を含む。ブロック４０６において、方法４００は、ＣＯ_２分子１６を収着性ポリマー複合体物品２０上に吸着させることを含む。ブロック４０８において、方法４００は、ＣＯ_２分子１６を収着性ポリマー複合体物品２０から脱着し、それによって、さらなる使用のための収着性ポリマー複合体物品２０を再生することを含む（図１）。特定の例において、ブロック４０８のこの脱着工程は、水、水蒸気又は熱のうちの少なくとも１つを収着性ポリマー複合体物品２０に適用することを含む。ブロック４１０において、方法４００は、真空又は別の適切な回収技術によってＣＯ_２分子１６を望ましい最終用途のために回収することを含む。

特定の実施形態において、ブロック４０６でＣＯ_２分子１６を収着性ポリマー複合体物品２０に吸着し、続いてブロック４０８で収着性ポリマー複合体物品２０からＣＯ_２１６を脱着する工程を繰り返すことができる。したがって、収着性ポリマー複合体物品２０は、吸着段階と脱着段階との間で効率的にかつ耐久性を高めて循環することができる。

図９Ａは、第四の収着性ポリマー複合体物品２０’‘'の例示的な実施形態である。収着性ポリマー複合体物品２０’’'は、収着性材料２４及びスクリーン２５（例えば、ガラス繊維、ワイヤ）を含む第一の領域２８''を含む。スクリーン２５は、格子型構成を有することができ、第一の複合体領域２８''の第一の側７２及び第二の側７４の全体に沿って延在していることができる。スクリーン２５は、前の実施形態で説明した第一の多孔質ポリマー２２と同様に、収着性ポリマー複合体物品２０及び保持された収着性材料２４に構造的支持を提供することができる。また、上で述べたように、スクリーン２５は、収着性ポリマー複合体物品２０'’'内の熱伝導性及び／又は電気伝導性を促進する、上述したような有用な構成要素と考えることができる。収着性ポリマー複合体物品２０''’は、上述のように、第二の多孔質ポリマー４０''の第二の領域３６''及び／又は第三の多孔質ポリマー４８''の第三の領域３８''をさらに含み、これらは、スクリーン２５に収着性材料２４を固定化することができる。

図９Ｂは、図９Ａに示される収着性ポリマー複合体物品２０''’の変形例の例示的な実施形態である。本実施形態において、スクリーン２５は、図９Ａの格子型構成に代えて、グリッド型構成を有することができる。他の変形例も本開示の範囲内にある。

例
例１
吸着剤充填テープを組み込んだ収着性ポリマー複合体物品を製造した。サンプルは、非晶質シリカ粉末（Ｓｙｌｏｉｄ Ｃ ８０３、メリーランド州コロンビアのＧｒａｃｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能）を入手し、ＰＴＦＥ樹脂と混合することによって製造した。ブレンドの割合は、シリカが６０質量％、ＰＴＦＥが４０質量％であった。成分は、Ｍｏｒｔｉｍｅｒ，Ｊｒ.の米国特許第４，９８５，２９６号明細書に記載のプロセスを用いてブレンドした。このプロセスは、水性分散液中で６０質量％のシリカと４０質量％のＰＴＦＥのブレンドを混合することを含んだ。次に、方法は充填剤とＰＴＦＥを凝固させることを含んだ。次に、この方法は、充填されたＰＴＦＥを押出潤滑剤 (Isopar K) で潤滑し、ペースト押出してテープを形成することを含んだ。次に、この方法は、テープを引き伸ばして拡張し、内部に充填剤が分散された多孔質ＰＴＦＥテープを形成し、最後にそれを所望の厚さに圧縮することを含んだ。得られた充填テープの厚さは約０．７６２ｍｍ、幅は１５０ｍｍと測定された。このテープを約５３ｍｍｘ８５ｍｍのサンプルに切断した。

図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び１０Ｄは、このサンプルから撮影された目盛付きＳＥＭ画像である。ＳＥＭ画像は、それぞれの画像に示されている目盛で表示される。図１０Ａは、テープ９０の表面画像を１００倍の倍率で表示し、画像に対する５００μｍの長さを示す目盛で明るい領域９０ａと暗い領域の帯９０ｂによる表面の変化を示す。画像の下部に示されているのは、ＨＶ１０．００ｋＶ、倍率１００ｘ、ＷＤ１０．１ｍｍ、ＨＦＷ１．４９ｍｍ、ｄｅｔ ＢＳＥＤである。図１０Ｂは、画像に対して５０μｍの長さを示す目盛を備えた、テープ９０の同じ表面の１０００倍の高倍率ＳＥＭを示し、ここで、シリカ粒子９２は示されており、ポリマー内に埋め込まれており、図１０Ａの明るい領域９０ａはシリカ粒子９２であり、図１０Ａの暗い領域は、シリカ粒子９２を支持するポリマーである。画像の下部に示されているのは、ＨＶ１０．００ｋＶ、倍率１０００倍、ＷＤ１０．１ｍｍ、ＨＦＷ１４９μｍ、ｄｅｔ ＢＳＥＤである。図１０Ｃは、倍率１００倍での図１０Ａと同じテープ９０の断面画像を示し、明るい領域９０ａと暗い領域の帯９０ｂを有する表面の幾らかの変化を示し、画像に対して５００μｍの長さを示す目盛を含む。画像の下部に示されているのは、ＨＶ１０．００ｋＶ、倍率１００ｘ、ＷＤ９．４ｍｍ、ＨＦＷ１．４９ｍｍ、ｄｅｔ ＢＳＥＤである。図１０Ｄは、画像に対して５０μｍの長さを示す目盛を有する１０００倍の倍率での収着性ポリマー複合体物品の同じ断面の高倍率ＳＥＭを示し、ここで、シリカ粒子９２はここでも明らかであり、ポリマー中に埋め込まれており、図１０Ｃの明るい領域９０ａはシリカ粒子９２であり、図１０Ｃの暗い領域はシリカ粒子９２を支持するポリマーである。画像の下部に示されているのは、ＨＶ１０．００ｋＶ、倍率１０００倍、ＷＤ９．５ｍｍ、ＨＦＷ１４９μｍ、ｄｅｔ ＢＳＥＤである。

例２
収着性ポリマー複合体物品は、ｅＰＴＦＥの膜の間にガラス繊維スクリーンを組み込んで製造された。このサンプルは、まずグラス繊維メッシュ/スクリーン (Ｓａｉｎｔ－Ｇｏｂａｉｎ、ＡＤＦＯＲＳ、ファイバーグラスベントスクリーン)上にポリウレタン接着剤 (Ｇｏｒｉｌｌａブランドのスプレー接着剤、Ｇｏｒｉｌｌａ Ｇｌｕｅ Ｃｏｍｐａｎｙ、オハイオ州シンシナティ)を２回コートでスプレイすることによって製造した。粘着性がもはやなくなるまで接着剤を乾燥させた。Ｂｒａｎｃａらの米国特許第５，８１４，４０５号明細書の教示に従って製造された延伸ｅＰＴＦＥを得た。ｅＰＴＦＥ膜は、はんだごてからの局所的な熱を使用してポリウレタンをリフローして接着させる接着剤がコーティングされたスクリーンの片面に接着された。次いで、例１で述べたのと同じシリカ粉末を構造体に適用し、スクリーンの開口部をシリカで充填した。直定規（定規）を使用して、スクリーン表面に沿って粉末を平らにした。同じｅＰＴＦＥ膜の別の層を使用して、スクリーン及び粉末を覆った。この構造体を、１５０℃に設定したＴシャツプレス機にセットした。プレス機を閉じ、構造体に圧力及び熱を３０秒間加えた。サンプルを取り出し、冷却し、ハサミで切り取った。最終的なサンプルのサイズは約５３ｍｍｘ８５ｍｍと測定された。

例３
収着剤充填テープを組み込んだ収着性ポリマー複合体物品を製造した。サンプルは、非晶質シリカ粉末（Ｓｙｌｏｉｄ Ｃ ８０３、メリーランド州コロンビアのＧｒａｃｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能）を入手し、ＰＴＦＥ樹脂と混合することによって製造した。ブレンドの割合は、シリカが６０質量％、ＰＴＦＥが４０質量％であった。次いで、混合物を例１に記載したようにテープに加工した。得られたテープの厚さは約０．７６２ｍｍ、幅は１５０ｍｍであった。

Ｂｒａｎｃａらの米国特許第５，８１４，４０５号明細書の教示に従って製造された延伸ｅＰＴＦＥ膜を得た。ｅＰＴＦＥ膜をサンプルの両面に配置した。次にサンプルを Ｃａｒｖｅｒ油圧プレスに置き、アルミニウムのシムの間で圧縮した。圧力によりサンプルを元の厚さの約１/３に圧縮した。サンプルを取り出して、約５３ｍｍｘ８５ｍｍ に切り取った。

次いで、例１、２及び３の収着性ポリマー複合体物品を幾つかの特性に関して分析した。試験された特性の１つは、収着性ポリマー複合体物品の疎水性であった。疎水性試験により、収着性ポリマー複合体の疎水性はコーティングによって変化しないことが明らかになった。ＰＥＩは親水性であるが、研究では、ｅＰＴＦＥ層の疎水性がコーティング処理後の収着性ポリマー複合体物品中で維持されることが判明した。結果は、Ｈ_２Ｏ液滴の臨界サイズは、水滴が収着性ポリマー複合体物品から流れ出るか又は表面に残るかを決定したことも示した。しかしながら、収着性ポリマー複合体物品を振盪すると、収着性ポリマー複合体物品上に残ったＨ_２Ｏ液滴が除去された。これは、形状適合性のある収着性ポリマー複合体物品を作成することの利点である。

さらに、例１、２及び３の収着性ポリマー複合体物品を高温にさらして、温度スイング吸着を再現した。サンプルは、適切な機能を維持しながら、５サイクルの温度スイング吸着に耐えることができた。

例４
収着性ポリマー複合体物品を、Ｄｏｗｅｘ粒子を含有する充填テープを組み込んで製造した。塩化物の形の Ｄｏｗｅｘ Ｍａｒａｔｈｏｎ Ａは、フロリダ州サウスマイアミのＬｅｎｎｔｅｃｈ ＵＳＡから入手した。次に、樹脂を凍結粉砕して平均サイズ約５０ミクロンにした。次いで、Ｄｏｗｅｘ樹脂粉末をＰＴＦＥ樹脂と、６０質量％のＤｏｗｅｘ及び４０質量％のＰＴＦＥの比率で混合した。次いで、混合物を例１に記載したようにテープに加工した。得られたテープの厚さは約０．７６２ｍｍ、幅は１５０ｍｍと測定された。このテープを約５３ｍｍｘ８５ｍｍのサンプルに切断し、試験用にラベルを付けした。

図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ及び１１Ｄは、このサンプルから撮影されたＳＥＭ画像である。ＳＥＭ画像は、それぞれの画像に記された目盛で表示されている。図１１Ａは、Ｄｏｗｅｘテープの表面画像を５０倍の倍率で表示しており、画像に対して１．００ｍｍの長さを示す目盛を含み（２つの連続する垂直マーカー間の距離が０．１ｍｍを表すように）、ポリマー９４が充填剤粒子９６を支持していること及び多くの粒子９６の表面にわたるＰＴＦＥスキン９５の存在を示している。画像の下部に示されているのは、２．０ｋＶ１０．８ｍｍ×５０ＬＭ（ＵＬ）６／２５／２０２０である。図１１Ｂは、２００倍の倍率でのＤｏｗｅｘテープの同じ表面の高倍率ＳＥＭを表示しており、画像に対して２００μｍの長さを示す目盛を含み（２つの連続する垂直マーカー間の距離が２０μｍを表すように）、ここでも、ポリマー９４が充填剤粒子９６を支持していること及び多くの粒子９６の表面にわたるＰＴＦＥスキン９５の存在を示している。画像の下部に示されているのは：２．０ｋＶ１０．８ｍｍ×２００ＬＭ（ＵＬ）６／２５／２０２０である。図１１Ｃは、図１１Ａと同じＤｏｗｅｘテープの断面画像を５０倍の倍率で表示しており、画像に対して１．００ｍｍの長さを示す目盛を含み（２つの連続する垂直マーカー間の距離が０．１ｍｍを表すように）、ポリマー９４が充填剤粒子９６を支持する層を形成していることを示している。画像の下部に示されているのは２．０ｋＶ １１．１ｍｍｘ５０ＬＭ（ＵＬ）６/２５/２０２０である。図１１Ｄは、２００倍の倍率でＤｏｗｅｘテープの同じ断面の高倍率ＳＥＭを示し、画像に対して２００μｍの長さを示す目盛を含み（２つの連続する垂直マーカー間の距離が２０μｍを表すように）、ここでも、ポリマー９４が充填剤粒子９６を支持する層を形成していることを示している。画像の下部に示されているのは、２．０ｋＶ１１．１ｍｍ×２００ＬＭ（ＵＬ）６／２５／２０２０である。両方の図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて、Ｄｏｗｅｘ粒子はポリマー９４の表面下に埋め込まれているため、はっきりと見えない。図１１Ｃ及び１１Ｄにおいて、断面はポリマー９４内に埋め込まれたＤｏｗｅｘ粒子９６を示している。

例５ａ
プロセス１（乾燥）
収着性ポリマー複合体物品を、ｅＰＴＦＥの膜の間にガラス繊維スクリーンを組み込んで製造した。このサンプルは、まずガラス繊維メッシュ/スクリーン(Ｓａｉｎｔ－Ｇｏｂａｉｎ、ＡＤＦＯＲＳ、Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ Ｖｅｎｔ Ｓｃｒｅｅｎ)上にポリウレタン接着剤（Ｇｏｒｉｌｌａブランドのスプレイ接着剤、Ｇｏｒｉｌｌａ Ｇｌｕｅ Ｃｏｍｐａｎｙ、オハイオ州シンシナティ)を２回コートでスプレイすることによって作成された。粘着性がなくなるまで接着剤を乾燥させた。Ｂｒａｎｃａらの米国特許第５，８１４，４０５号明細書の教示に従って製造された延伸ｅＰＴＦＥを得た。はんだごてからの局所的な熱を使用してポリウレタンをリフローして接着性を生じさせて、接着剤がコーティングされたスクリーンの片面にｅＰＴＦＥ膜を接着させた。次いで、例４で述べたのと同じＤｏｗｅｘ樹脂を構造体に適用し、スクリーンの開口部を樹脂で満たした。直定規（定規）を使用して、スクリーン表面に沿って粉末を平らにした。同じｅＰＴＦＥ膜の別の層を使用して、スクリーン及び樹脂を覆った。この構造体を、１２５℃に設定したＴシャツプレス機にセットした。プレス機を閉じ、構造体に３０秒間圧力及び熱を加えた。サンプルを取り出し、冷却し、ハサミで約５３ｍｍｘ８５ｍｍに切り取った。

例５ｂ
プロセス２（湿潤）
収着性ポリマー複合体物品を、ｅＰＴＦＥの膜の間にガラス繊維スクリーンを組み込んで製造した。このサンプルは、まずガラス繊維メッシュ/スクリーン(Ｓａｉｎｔ－Ｇｏｂａｉｎ、ＡＤＦＯＲＳ、Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ Ｖｅｎｔ Ｓｃｒｅｅｎ)上にポリウレタン接着剤（Ｇｏｒｉｌｌａブランドのスプレイ接着剤、Ｇｏｒｉｌｌａ Ｇｌｕｅ Ｃｏｍｐａｎｙ、オハイオ州シンシナティ)を２回コートでスプレイすることによって作成された。粘着性がなくなるまで接着剤を乾燥させた。Ｂｒａｎｃａらの米国特許第５，８１４，４０５号明細書の教示に従って製造された延伸ｅＰＴＦＥ膜を得た。はんだごてからの局所的な熱を使用してポリウレタンをリフローして接着性を生じさせ、接着剤がコーティングされたスクリーンの片面にｅＰＴＦＥ膜を接着させた。次いで、例５ａで述べたのと同じＤｏｗｅｘ樹脂を、薄いスラリーの稠度が得られるまで７０％ＩＰＡと混合した。次に、それを構造体に適用し、スクリーンの開口部を樹脂スラリーで満たした。直定規（定規）を使用して、スクリーン表面に沿ってスラリーを平らにした。同じｅＰＴＦＥ膜の別の層を使用して、スクリーン及び樹脂を覆った。この構造体を３０分間乾燥させ、その後、１２５℃に設定したＴシャツプレス機にセットした。プレス機を閉じ、構造体に３０秒間圧力及び熱を加えた。サンプルを取り出し、冷却し、ハサミで約５３ｍｍｘ８５ｍｍに切り取った。

当業者は、前述の例において他の多孔質材料で容易に置き換えることができることを認識するであろう。ナノスパン、メルトブローン、スパンボンド及び多孔質キャストフィルムなどの不織材料を例５ａ及び５ｂのガラス繊維メッシュ／スクリーンの代わりに使用できることが理解されるであろう。

例６
収着性ポリマー複合体物品を、両側にｅＰＴＦＥシートをラミネート化したＳｎｏｗＰｕｒｅの層を組み込んで製造した。カリフォルニア州サンクレメンテのＳｎｏｗＰｕｒｅ，ＬＬＣから入手可能なＤｏｗｅｘ Ｍａｒａｔｈｏｎ Ａ樹脂を含有するポリプロピレンベースの膜を得た。Ｂｒａｎｃａらの米国特許第５，８１４，４０５号明細書の教示に従って製造された延伸ｅＰＴＦＥ膜を得た。ＳｎｏｗＰｕｒｅ材料の各表面にｅＰＴＦＥ膜を配置し、はんだごての先端の局所的な熱を使用して所定の位置に固定した。はんだごての熱によりＳｎｏｗＰｕｒｅ膜のポリプロピレン基材が部分的に溶け、ｅＰＴＦＥへの接着性を生じさせた。次に、サンプルを約５３ｍｍｘ８５ｍｍに切断/トリミングした。

例５ａ、５ｂ及び６からのサンプルを、ベースラインとしての競合製品（ＳｎｏｗＰｕｒｅのみ）と比較して、湿気スイング吸着を受けたときの性能について分析した。

図１２は、３０分間の湿気スイング吸着サイクルを使用したときに、収着性ポリマー複合体物品に吸着されたＣＯ_２の量(μモル/g)を示している。結果は、例５ａ（プロセス１）に従って形成された収着性ポリマー複合体物品が、試験された収着性ポリマー複合体物品の中で最も高いＣＯ_２吸着を達成し、例４に従って形成された収着性ポリマー複合体物品が最も低いＣＯ_２吸着を達成したことを示している。ベースライン収着性ポリマー複合体物品及び例６に従って製造された収着性ポリマー複合体物品は、例４のものよりは良好に機能したが、例５ａ又は例５ｂほどではなかった。

図１３は図１２と同様であるが、３０分間の湿気スイング吸着サイクル中に経時的に収着性ポリマー複合体物品に吸着されたＣＯ_２の量（μモル／ｇ／分）としての速度論的結果を示している。図１２の結果と同様に、最も優れた性能を示すサンプルは例５ａ（プロセス１）のサンプルであり、例５ｂ（プロセス２）のサンプルが次であった。最も望ましくない性能の収着性ポリマー複合体物品は、ここでも例４のものであった。ベースラインサンプル及び例６のサンプルは、例５ａ及び例５ｂのサンプルほど性能は良くなかったが、例４のサンプルよりは良好な性能を示した。

ＣＯ_２吸着及び吸着速度論に関する結果は両方とも、例５ａ及び５ｂに従って形成されたＤｏｗｅｘ及びｅＰＴＦＥ収着性ポリマー複合体物品の複合材を使用することの利点を示唆している。

本開示の範囲から逸脱することなく、説明した例示的な実施形態に対して様々な変更及び追加を行うことができる。例えば、上述の実施形態が特定の特徴について言及しているが、本開示の範囲には、特徴の異なる組み合わせを有する実施形態、及び、記載された特徴のすべてを含まない実施形態も含まれる。したがって、本開示の範囲は、特許請求の範囲に含まれるすべてのそのような代替、変更及び変形形態を、そのすべての均等形態とともに包含することが意図されている。

Claims (45)

1. 第一の多孔質ポリマー及び収着性材料を含む第一の複合体領域、及び、
   前記第一の複合体領域の第一の側に隣接して配置された、第二の多孔質ポリマーの第二の領域、
   を含み、
   前記第一の複合体領域は第一の疎水性を有し、
   前記第二の領域は前記第一の疎水性を超える第二の疎水性を有する、
   収着性ポリマー複合体物品。
2. 前記収着性ポリマー複合体物品は、前記第一の複合体領域の第二の側に隣接して配置された、第三の多孔質ポリマーの第三の領域をさらに含み、前記第三の領域は、前記第一の疎水性を超える第三の疎水性を有する、請求項１記載の収着性ポリマー複合体物品。
3. 前記第一の多孔質ポリマー、前記第二の多孔質ポリマー及び前記第三の多孔質ポリマーは同じである、請求項２記載の収着性ポリマー複合体物品。
4. 前記第一の複合体領域と比較して、前記第二の領域及び第三の領域の両方がより疎水性が高いことは、前記第二の領域及び前記第三の領域内に前記収着性材料が存在しないことによって決定付けられる、請求項２記載の収着性ポリマー複合体物品。
5. 前記第一の複合体領域の前記第一の多孔質ポリマーは、前記第二の領域の前記第二の多孔質ポリマーと連続している、請求項１記載の収着性ポリマー複合体物品。
6. 前記第一の複合体領域の前記第一の多孔質ポリマーは、前記第三の領域の前記第三の多孔質ポリマーと連続している、請求項２記載の収着性ポリマー複合体物品。
7. 前記収着性材料は二酸化炭素吸着性材料である、請求項１記載の収着性ポリマー複合体物品。
8. 前記収着性材料は、イオン交換樹脂、ゼオライト、活性炭、アルミナ、有機金属フレームワーク又はポリエチレンイミン（ＰＥＩ）である、請求項１記載の収着性ポリマー複合体物品。
9. 前記第一の収着性複合体領域の前記第一の多孔質ポリマーは、延伸ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン又は膨張ポリエチレンである、請求項１記載の収着性ポリマー複合体物品。
10. 前記第二の領域の厚さは、前記第一の複合体領域の厚さよりも薄く、前記第三の領域の厚さは、前記第一の複合体領域の厚さよりも薄い、請求項２記載の収着性ポリマー複合体物品。
11. 前記収着性ポリマー複合体物品の厚さは約０．１ｍｍ～約５．０ｍｍである、請求項１記載の収着性ポリマー複合体物品。
12. 前記第一の複合体領域はキャリアをさらに含む、請求項１記載の収着性ポリマー複合体物品。
13. 前記収着剤は、第一の複合体層の前記キャリアをコーティングし、前記第一の複合体層の前記多孔質ポリマーをコーティングしないように構成されている、請求項１２記載の収着性ポリマー複合体物品。
14. 前記キャリアはシリカ又はセラミックである、請求項１２記載の収着性ポリマー複合体物品。
15. 前記第二の領域の前記第二の多孔質ポリマーは、ポリテトラフルオロエチレン、延伸ポリテトラフルオロエチレン及び膨張ポリエチレンのうちの少なくとも１つである、請求項１記載の収着性ポリマー複合体物品。
16. 前記第三の領域の前記第三の多孔質ポリマーは、ポリテトラフルオロエチレン、延伸ポリテトラフルオロエチレン及び膨張ポリエチレンのうちの少なくとも１つである、請求項２記載の収着性ポリマー複合体物品。
17. 前記第二の領域の前記第二の多孔質ポリマーと前記第三の領域の前記第三の多孔質ポリマーとは同じである、請求項２記載の収着性ポリマー複合体物品。
18. 前記第一の複合体領域は、前記第二の領域及び前記第三の領域よりも大きな細孔を有する、請求項２記載の収着性ポリマー複合体物品。
19. 導電性材料、熱伝導体材料又は疎水性材料から選択される少なくとも１つの有用な成分をさらに含む、請求項１記載の収着性ポリマー複合体物品。
20. 収着性ポリマー複合体物品を形成する方法であって、
    第一の多孔質ポリマー及び収着性材料を含む第一の複合体領域を形成すること、及び、
    前記第一の複合体領域の第一の側に第二の多孔質ポリマーを含む第二の疎水性領域を形成すること、
    の工程を含む方法。
21. 前記第二の疎水性領域は前記第一の複合体領域とは区別される層である、請求項２０記載の方法。
22. 前記第一の複合体層の前記第一の側に前記第二の疎水性領域を形成する工程は、前記第二の疎水性層の前記第二の多孔質ポリマーを前記第一の複合体層の前記多孔質ポリマーの前記第一の側に結合することを含む、請求項２１記載の方法。
23. 前記方法は、前記第一の複合体層の第二の側に第三の多孔質ポリマーを含む第三の疎水性領域を形成する工程をさらに含む、請求項２０記載の方法。
24. 前記第三の疎水性領域は前記第一の複合体領域とは区別される層である、請求項２３記載の方法。
25. 前記第一の複合体領域の前記第二の側に前記第三の疎水性領域を形成する工程は、前記第三の疎水性領域の前記第三の多孔質ポリマーを前記第一の複合体領域の前記第一の多孔質ポリマーの前記第二の側に結合することをさらに含む、請求項２４記載の方法。
26. 前記結合する工程は、前記第二の疎水性領域を前記第一の複合体領域の前記第一の側にラミネート化することを含む、請求項２２記載の方法。
27. 前記結合する工程は、前記第三の疎水性領域を前記第一の複合体領域の前記第二の側にラミネート化することを含む、請求項２５記載の方法。
28. 前記第一の複合体領域が隣接する取り付け点の間で前記第二の疎水性領域と前記第三の疎水性領域との間に挟まれるように、前記収着性ポリマー複合体物品の長さに沿って取り付け点を作成することによって、前記第二の疎水性領域を前記第三の疎水性領域に接続することをさらに含む、請求項２５記載の方法。
29. 前記接続する工程は、接着性材料を使用することを含む、請求項２８記載の方法。
30. 前記収着性ポリマー複合体物品に沿った隣接する取り付け点の間の距離は変化される、請求項２８記載の方法。
31. 前記第一の多孔質ポリマー及び前記収着性材料を含む前記第一の複合体領域を形成する工程は、前記第一の多孔質ポリマーを収着性コーティングでコーティングすることをさらに含み、そして、前記第一の複合体領域の前記第一の側に前記第二の疎水性領域を形成する工程は、前記第一の複合体領域の前記第一の側を超えて表面処理を適用することをさらに含む、請求項２０記載の方法。
32. 前記第一の多孔質ポリマー及び前記収着性材料を含む前記第一の複合体領域を形成する工程は、前記第一の多孔質ポリマーを収着性コーティングでコーティングすることをさらに含み、そして、前記第一の複合体領域の前記第二の側に前記第三の疎水性領域を形成する工程は、前記第一の複合体領域の前記第二の側を超えて表面処理を適用することをさらに含む、請求項２３記載の方法。
33. 前記収着性コーティングはポリエチレンイミン（ＰＥＩ）である、請求項３２記載の方法。
34. 吸着のために収着性ポリマー複合体物品を使用する方法であって、
    第一の多孔質ポリマー及び収着剤を含み、第一の疎水性を有する第一の複合体領域、及び、前記第一の領域の第一の側に隣接して配置され、前記第一の疎水性を超える第二の疎水性を有する第二の領域を含む、収着性ポリマー複合体物品を提供すること、
    二酸化炭素を含む供給流を前記収着性ポリマー複合体物品を横切って指向させること、及び、
    二酸化炭素を前記収着性ポリマー複合体物品に吸着させること、
    を含む、方法。
35. 前記収着性ポリマー複合体物品を提供する工程は、前記第一の領域の第二の側に、前記第一の疎水性を超える第三の疎水性を有する第三の多孔質ポリマーの第三の領域を形成することをさらに含む、請求項３４記載の方法。
36. 水及び熱のうちの少なくとも１つを前記収着性ポリマー複合体物品に適用することによって、二酸化炭素を脱着することをさらに含む、請求項３４記載の方法。
37. 真空を使用して、脱着された二酸化炭素を回収することをさらに含む、請求項３４記載の方法。
38. 収着性材料及びスクリーンを有する第一の領域、
    前記第一の領域に隣接して配置された、第二のポリマーを含む第二の領域、及び、
    前記第一の領域に隣接して配置された、第三のポリマーを含む第三の領域、
    を含む、収着性ポリマー複合体物品。
39. 前記第二の領域の前記第二のポリマー及び前記第三の領域の前記第三のポリマーは、延伸ポリテトラフルオロエチレン及び膨張ポリエチレンのうちの少なくとも１つである、請求項３８記載の収着性ポリマー複合体物品。
40. 前記スクリーンは電気伝導性又は熱伝導性である、請求項３８記載の収着性ポリマー複合体物品。
41. 前記スクリーンはガラス繊維又はワイヤを含む、請求項３８記載の収着性ポリマー複合体物品。
42. 第一の多孔質ポリマー及び吸着性材料を含む第一の複合体領域、
    前記第一の複合体領域の第一の側に隣接して配置された、第二の多孔質ポリマーの第二の領域、
    前記第一の複合体領域の第二の側に隣接して配置された、第三の多孔質ポリマーの第三の領域、及び、
    前記第二の領域と前記第三の領域との間で前記第一の複合体領域の端部を取り囲むように配置された、端部シール領域、
    を含み、
    前記第一の複合体領域は第一の疎水性を有し、
    前記第二の領域は前記第一の疎水性を超える第二の疎水性を有し、
    前記第三の領域は前記第一の疎水性を超える第三の疎水性を有する、
    収着性ポリマー複合体物品。
43. 前記端部シール領域は、前記第二の領域と前記第三の領域を一緒に挟むことによって形成されている、請求項４２記載の収着性ポリマー複合体物品。
44. 前記端部シール領域は、前記収着性ポリマー複合体物品上に配置されたシール材料の追加層である、請求項４２記載の収着性ポリマー複合体物品。
45. 前記シール材料は、前記第二の領域の多孔質ポリマー又は前記第三の領域の多孔質ポリマーと同じである、請求項４４記載の収着性ポリマー複合体物品。

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