JP5208140B2 - 改良布 - Google Patents
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Description
本件出願は、両出願の全内容が参照により本明細書に援用される、2007年3月23日出願の米国仮特許出願第60/896,567号明細書および2007年12月18日出願の米国仮特許出願第61/014,485号明細書の優先権を主張するものである。
本発明は、多くの用途で、特に工業、医療および浄化用途で有用な、改善された特性を特色とする布に関する。本発明はまた、かかる布を組み込んだフィルタアセンブリおよび濾過システムにも関する。
医療分野における幾つかの用途では、特にクリーンルームでは、布は、様々な医薬品および/または化学薬品と繰り返し接触し、例えば、滅菌プロセスによって要求されるように、厳しい条件に暴露されるため、このような理由により、布は、高い強靱性、高い耐摩耗性、高い靱性、高い熱安定性、および高い耐加水分解性をはじめとする高い耐化学薬品性を望ましくは示すべきである。
類似の要件は、アセトン、メチルエチルケトン、トルエンおよび酢酸エチルなどの有機溶剤、または硫酸もしくは硝酸などの酸をはじめとする様々な化学薬品と布が繰り返し接触する化学工業などの多くの産業では当然のことである。
セメント工場は、それらもまた一般に一次燃料として石炭を使用するので、石炭燃焼発電所に関連したものと類似の環境問題を引き起こす。
ポリエチレン(PE)繊維、ポリイミド(PI)繊維、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)繊維、芳香族ポリアミド繊維およびガラス繊維でできた布が、工業および大気汚染防止システムをはじめとする、様々な用途で使用されてきた。他のポリマー材料から製造された布が、用途の温度および酸性レベルをはじめとする環境に依存して、異なる用途向けに使用されてきた。ポリ(フェニレンスルフィド)(PPS)でできた布が今まで、石炭を燃料とする発電産業でフィルタシステムの一部として広く使用されてきた。
本発明は、高温、厳しい化学および研磨環境での用途において特に好適とされる、高い引張特性、高い加水分解安定性、高い耐熱性、および傑出した耐化学薬品性などの優れた特性を備える新規の布をここで利用可能にする。
本発明による布は、繊維工業、航空宇宙、自動車、医療、軍隊および安全産業で有用な用途を見いだす可能性がある。従って、本発明の別の態様は、上述の用途のいずれかにおける本発明による布の使用に関する。
本発明の布は、異なるデバイスおよびシステムへ組み込むことができる。例えば、布は、フィルタ素子へ組み込むことができる。従って、本発明の別の態様は、上記のような布を含むフィルタ素子に関する。本発明のこれに密接に関連した態様は、フレームと前記フレーム上に取り付けられた布とを含むフィルタアセンブリであって、前記布が上記のような布であるフィルタアセンブリに関する。
本発明によるフィルタアセンブリは、石炭燃焼発電所またはセメント工場におけるガス/流体用の濾過システムに組み込まれてもよい。従って、本発明のさらに別の態様は、上記のような濾過システムを含む石炭燃焼発電所をまたはセメント工場に関する。
用語「布」は、多くの場合にスレッドまたは糸と言われる繊維の網状構造からなる織物材料を意味することを意図される。糸は通常、紡ぎ車で原料繊維を紡績して長いより糸を生成することによって製造される。布は一般に、繊維を一緒に織る、編む、かぎ針編みする、節止めする、またはプレスすることによって形成される。
本発明による複数の繊維(F)を含む布は、(1)少なくとも1つのポリ(アリールエーテルケトン)(P1)と少なくとも1つのポリ(アリールエーテルスルホン)(P2)とからなるブレンド物(B12)と、(2)スルホン基、ケトン基およびアリーレン基を含むポリマー(P3)と、(3)それらのブレンド物(B123)とからなる群から選択される少なくとも1つのポリマー材料(P)を含む。
本明細書で用いるところでは、用語「ポリマー材料」は、上に定義された通り、単一ポリマー、または2つ以上のポリマーからなるブレンド物を差別せずに意味することを意図される。
本発明の目的のためには、ポリ(アリールエーテルケトン)(P1)は、その繰り返し単位の50質量%超が、スルホン基を含まない、かつ、少なくとも1つのアリーレン基、少なくとも1つのエーテル基[−O−]と少なくとも1つのケトン基[−C(=O)−]とを含有する1つ以上の式の繰り返し単位(R1)である任意のポリマーである。一般に、繰り返し単位(R1)に含有される少なくとも1つのケトン基は、2つのアルーレン基の間に、特に下に示されるように2つのフェニレン基の間にある。
・Arは独立して、フェニレン、ビフェニレンまたはナフチレンから選択される2価の芳香族ラジカルであり、
・Xは独立してO、C(=O)または直接結合であり、
・nは0〜3の整数であり、
・b、c、dおよびeは0または1であり、
・aは1〜4の整数であり、そして
・好ましくは、dは、bが1であるとき0である)
の1つ以上のものである。
ポリ(アリールエーテルスルホン)(P2)としての使用に好適な多くのポリ(アリールエーテルスルホン)は、その全内容が参照により本明細書によって援用される、国際公開第2006/094988号パンフレットに開示されている。
ポリ(アリールエーテルスルホン)(P2)はまた、少なくとも1つのポリ(ビフェニルエーテルスルホン)とポリエーテルスルホンなどの、ポリ(ビフェニルエーテルスルホン)以外の少なくとも1つのポリ(アリールエーテルスルホン)とからなるブレンド物であってもよい。
の繰り返し単位などの、繰り返し単位(R2−a)とは異なる繰り返し単位(R2−a*)のミックスである。
ポリエーテルスルホンは、ラデル(RADEL)(登録商標)Aとしてソルベー・アドバンスト・ポリマーズ、L.L.C.(SOLVAY ADVANCED POLYMERS,L.L.C.)からとりわけ商業的に入手可能である。
ポリエーテルエーテルスルホンはとりわけホモポリマー、またはランダムもしくはブロックコポリマ−などのコポリマーであってもよい。
ポリ(アリールエーテルスルホン)(P2)は好ましくはポリ(ビフェニルエーテルスルホン)である。
の1つ以上の式の繰り返し単位である。
ここで、ミックスを構成する繰り返し単位(7)および(9)の総量を基準として、ミックスに含有される繰り返し単位(9)の質量は、10〜99%、好ましくは50〜95%である。
ある種の好ましい実施形態では、ポリマー材料(P)はブレンド物(B12)である。前述のように、前記ブレンド物(B12)は、少なくとも1つのポリ(アリールエーテルケトン)(P1)と少なくとも1つのポリ(アリールエーテルスルホン)(P2)とからなる。
ポリマー(P3)は、スルホン基、ケトン基およびアリーレン基を含む。
ポリマー(P3)において、スルホン基のモル数とケトン基のモル数の比は、大幅に変わってもよい。
が挙げられる。
が挙げられる。
繰り返し単位(R3−a)は、少なくとも1つの基(G1)を含む少なくとも1つの芳香族ジハロ化合物(D1−1)と、少なくとも1つの芳香族ジヒドロキシ化合物との反応によって得られる。
繰り返し単位(R3−a)は、少なくとも1つの基(G1)を含むが、それらはまた基(G2)および/または(G3)を含んでもよい。それらはまた基(G2)および(G3)を含まなくてもよい。優れた結果は、基(G1)と(G2)または(G3)とを含む繰り返し単位(A)で得られた。
繰り返し単位(R3−a)の芳香族ジヒドロキシ化合物は好ましくは4,4’−ビフェノールまたは4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノンである。
上記のようなポリマーは、少なくとも1つの基(G1)を含む少なくとも1つの芳香族ジヒドロキシ化合物(D1−2)と、少なくとも1つの芳香族ジハロ化合物との反応によって得られる繰り返し単位(R3−b)をさらに含んでもよい。
繰り返し単位(R3−b)は少なくとも1つの基(G2)を含むが、それはまた基(G1)および/または(G3)を含んでもよい。それはまた基(G1)および(G3)含まなくてもよい。優れた結果は、例えば、両方の基(G2)および(G1)を含む繰り返し単位(R1)で得られた。
少なくとも1つの基(G1)の繰り返し単位(R3−b)を含む芳香族ジヒドロキシ化合物(D1−2)は、好ましくはジヒドロキシジフェニルスルホンである。
上記のようなポリマーは、少なくとも基(G2)を含む少なくとも1つの芳香族ジハロ化合物(D2−1)と少なくとも1つの芳香族ジヒドロキシ化合物との反応によって得られる繰り返し単位(R3−c)をさらに含んでもよい。
繰り返し単位(R3−c)は少なくとも1つの基(G2)を含むが、それはまた基(G1)および/または(G3)を含んでもよい。それはまた基(G1)および(G3)を含まなくてもよい。優れた結果は、例えば、両方の基(G2)および(G1)を含む繰り返し単位(R3)で得られた。
繰り返し単位(R3−c)の芳香族ジヒドロキシ化合物は好ましくは4,4’−ビフェノールである。
芳香族ジハロ化合物(D2−1)は好ましくは4,4’−ジハロベンゾフェノンである。より好ましくは、4,4’−ジハロベンゾフェノンは、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、4,4’−ジフルオロベンゾフェノンおよびそれらの混合物からなる群から選択される。
上記のようなポリマーは、少なくとも基(G2)を含む少なくとも1つの芳香族ジヒドロキシ化合物(D2−2)と少なくとも1つの芳香族ジハロ化合物との反応によって得られる繰り返し単位(R3−d)をさらに含んでもよい。
繰り返し単位(R3−d)は少なくとも1つの基(G2)を含むが、それはまた基(G1)および/または(G3)を含んでもよい。それはまた基(G1)および(G3)を含まなくてもよい。優れた結果は、例えば、両方の基(G2)および(G1)を含む繰り返し単位(R4)で得られた。
繰り返し単位(R3−d)の芳香族ジヒドロキシ化合物(D2−2)は好ましくは4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノンである。
上記のようなポリマーは、少なくとも基(G3)を含む少なくとも1つの芳香族ジハロ化合物(D3−1)と少なくとも1つの芳香族ジヒドロキシ化合物との反応によって得られる繰り返し単位(R3−e)をさらに含んでもよい。
繰り返し単位(R3−e)は少なくとも1つの基(G3)を含むが、それはまた基(G1)および/または(G2)を含んでもよい。それはまた基(G1)および(G2)を含まなくてもよい。優れた結果は、例えば、両方の基(G3)および(G1)を含む繰り返し単位(R5)で得られた。
繰り返し単位(R3−e)の芳香族ジヒドロキシ化合物は好ましくは4,4’−ビフェノールである。
上記のようなポリマーは、少なくとも基(G3)を含む少なくとも1つの芳香族ジヒドロキシ化合物(D3−2)と少なくとも1つの芳香族ジハロ化合物との反応によって得られる繰り返し単位(R3−f)をさらに含んでもよい。
繰り返し単位(R3−f)は少なくとも1つの基(G3)を含むが、それはまた基(G1)および/または(G2)を含んでもよい。それはまた基(G1)および(G2)を含まなくてもよい。優れた結果は、例えば、両方の基(G3)および(G1)を含む繰り返し単位(R3−f)で得られた。
繰り返し単位(R3−f)の芳香族ジヒドロキシ化合物(D3−2)は好ましくは4,4’−ビフェノールである。
特定の実施形態では、ポリマー(P3)は好ましくはヒドロキノン基を含まない。
・「a」は、全ポリマーの少なくとも10モル%、20モル%、30モル%、40モル%、50モル%を表してもよく、かつ、「a」はまた、全ポリマーの多くとも70モル%、60モル%、50モル%、40モル%、30モル%を表してもよく;「a」は好ましくは全ポリマーの10モル%〜60モル%を表し;
・「b」は、全ポリマーの少なくとも30モル%、40モル%、50モル%、60モル%、70モル%を表してもよく、かつ、「b」はまた、全ポリマーの多くとも95モル%、90モル%または80モル%を表してもよく;「b」は好ましく全ポリマーの40モル%〜90モル%を表し;
・「c」は、全ポリマーの少なくとも10モル%、20モル%、30モル%、40モル%、50モル%を表してもよく、かつ、「c」はまた、全ポリマーの多くとも70モル%、60モル%、50モル%、40モル%、30モル%を表してもよく;「c」は好ましくは全ポリマーの10モル%〜60モル%を表し;
・「d」は、全ポリマーの少なくとも30モル%、40モル%、50モル%、60モル%、70モル%を表してもよく、かつ、「d」はまた、全ポリマーの多くとも95モル%、90モル%または80モル%を表してもよく;「d」は好ましくは全ポリマーの40モル%〜90モル%を表す)
を含むポリマーで得られた。
ポリマー材料(P)は、既定のような少なくとも1つのポリ(アリールエーテルケトン)(P1)と、少なくとも1つのポリ(アリールエーテルスルホン)と少なくとも1つのポリマー(P3)とからなるブレンド物(B123)であってもよい。
繊維(F)は溶融紡糸法によって得られてもよい。かかる方法では、ポリマー材料(P)のペレット(または粉末)を予備乾燥することができる。ペレットは次に押出機へ供給される。押出ポリマー材料(P)は溶融され、溶融ポリマー材料(P)は、ダイ穴を通過させられる。繊維のより糸は、例えば、一連のローラーを用いてダイ穴から引っ張ることができる。引っ張られたより糸は次に糸巻きに巻き取ることができる。より糸の粘度、強度および伸展性は、ポリマー材料(P)中の添加剤のレベル、ポリマー分子量、分子量分布および分子構造などの異なるパラメータを変えることによって制御することができる。これらの流動パラメータはまた、温度と、ローラーによる引張の速度などの、剪断条件とによって制御することもできる。
さらに、繊維(F)は、円形、卵形、星様、コア/シェルなどの、異なる断面形を有することができる。本出願者は、本発明のある種の実施形態では、非円形繊維断面形、特に星様断面形の繊維が強化された濾過能力を提供するので、好ましいという意見である。
加えて、繊維(F)は、異なる値、例えば、11〜12のクリンプ/インチを取る波形(または単位長さ当たりのクリンプ)を有することができる。他のクリンプ値は可能である。
上述の複数の繊維(F)を含む布は、多数の用途について利益を提供する。これらの用途は、フィルタアセンブリ、集塵機、汚染防止システム、例えば、吸収剤塔内の、ミスト分離器翼またはバッフルを含むが、それらに限定されない。本発明の別の態様はこのように、フレームと前記フレーム上に取り付けられた布とを含むフィルタアセンブリであって、前記布が本発明による布であるフィルタアセンブリに関する。
本発明による濾過システムは、複数のフィルタアセンブリを含み、それらの少なくとも1つは、上記のようなフィルタアセンブリである。ある種の実施形態では、本発明による濾過システムは、複数のフィルタアセンブリを含み、それらのそれぞれは上記のようなフィルタアセンブリである。
表1に挙げるように、3つの原材料、すなわち、高メルト−フローのヴィクトレックス(VICTREX)(登録商標)150P PEEK(粉末形態、PEEK 150と称される)、中メルト−フローのヴィクトレックス(VICTREX)(登録商標)381G PEEK(ペレット、溶融濾過、PEEK 381と称される)およびラデル(RADEL)(登録商標)R 5100 NT中フローPPSU(ペレット、溶融濾過)を、様々なポリエーテルエーテルケトン(本明細書では以下、PEEK)/ポリフェニルスルホン(本明細書では以下、PPSU)ブレンド物を調製するために使用した。対照CE1およびCE2に加えて、計3つのブレンド物を、表1に挙げる、処方E1、E2およびE3で配合した。各調合物をドライブレンドし、押し出した。
PEEK/PPSUブレンド物は、ダイプレートに20/40/60/230メッシュ・スクリーンパックを使用するバーストーフ(Berstorff)B 25mm押出機を用いて配合した。条件に関する詳細を表2に示す。材料押出量は18〜20ポンド/時をターゲットとし、溶融温度は、スクリューrpmおよびバレル温度を最適化することによって405℃より下であるように制御した。ペレットが得られた。
サンプルは、380℃の平行プレートの動的レオメータを用いて特性化した。そのように得たペレットからの圧縮成形プラークサンプルを160℃の真空オーブン中で一夜乾燥させた。結果を表3に報告するが、表3でη°はPa.s単位のゼロ剪断溶融粘度である。Sωは剪断速度に対する溶融粘度感受性を示唆する(無単位)。より大きいSω値は、ポリマーの剪断速度に対するより高い溶融粘度感受性を示唆する。
繊維紡糸試行を、24:1のL/Dおよび3:1の圧縮比の、2つの溶融ポンプおよび4つの延伸ローラー付きの、標準1.5インチ単軸スクリュー押出機を含む機械で行った。スクリューは、ミキサーなしの7.5/13.5/15インチ長さの供給、移行および計量供給ゾーンを有した。各溶融ポンプは、それぞれが計80のより糸のための直径0.8mmの20の穴の2つの房を有する紡糸口金中へ材料を供給した。全材料滞留時間は、5ポンド/時押出量速度で約10分であった。より糸を、4つのローラーで引っ張り、それらの速度および温度は独立して制御した。第1ローラーは、ポリマーの溶融状態でより糸を延伸した(「熱」延伸)。残りのローラーからのより糸延伸は、ポリマーの固体状態で行った(「冷」延伸)。325×60×20×20×20メッシュの組み合わせの4つのスクリーンパックを紡糸口金の前に使用した。
マルチフィラメント繊維についての引張試験は、ASTM 2256に従って行った、繊維サンプルを、23℃および50%湿度で少なくとも24時間順化させた。検体グリップ間の開始位置は250mmに設定し、クロスヘッド速度は300mm/分であった。デニールは、繊維の線質量密度についての尺度の単位である。それは、9,000メートル当たりのグラム単位の質量と定義される。フィラメントデニールと全体デニールとを区別することができる。両方とも、上記のように定義されるが、1番目は、繊維の単一フィラメントに関する(また、フィラメント当たりのデニール、すなわちD.P.F.として一般に知られる)にすぎないが、2番目は、フィラメントの集塊に関する。次の関係式が直線の、一様なフィラメントに適用される:D.P.F.=全体デニール/一様なフィラメントの量。
本研究で議論される、熱安定性特性は、170℃の熱い空気オーブン中で長期間暴露させた後の繊維サンプルの%靱性保持率によって測定する。この試験用の全ての繊維サンプルは、オーブン暴露前に仕上げ化学薬品を除去するために水洗した。結果を表6に示す。
繊維の耐化学薬品性は、繊維を試験試薬中に24時間浸漬し、次に引張特性、具体的には化学薬品処理繊維の靱性保持率を測定することによって評価した。試験手順の詳細を以下に示す。
繊維を1インチ直径のガラスチューブに巻き付け(底部へ2/3まで下方へ)、仕上げ剤を除去するために1分間リンスし、次に繊維を紙タオルで乾燥させた。異なる繊維サンプルを装填した6つのチューブを、化学試薬を満たしたガラス製1000ml広口ジャー中へ浸漬した。ジャーに蓋をかぶせ、フード内に室温で24時間放置した。チューブをジャーから取り出し、初期クリーニングのため繊維から残存化学試薬をリンスするためにイソプロパノール(有機試薬について)または脱イオン水(無機溶液について)でリンスした。チューブを次に、第2段階の洗浄としてイソプロパノールまたは水浴中へ浸けた。繊維を次に、引張試験を行う前に1日の間順化させた。
オーバーヘッドかき混ぜ機、窒素入口、ディーン・スタークトラップ付き還流冷却器を備え付けた1リットルの樹脂ケトルに、76.3gの4,4’−ビフェノール、89.2gのジクロロジフェニルスルホン、22.6gの4,4’−ジフルオロベンゾフェノン、58.3gの無水炭酸カリウム、および375gのジフェニルスルホンを装入した。反応混合物を3回排気し、乾燥窒素で再び満たした。温度を2〜2.5時間にわたって275℃に上げた。重合反応を、撹拌しながら、窒素の正の流れ下に進行させた。水を、重合の間ずっとディーン・スタークトラップ中に集めた。ジクロロジフェニルスルホン、2.5gを次に加え、反応をもう1時間進行させた。熱い反応混合物を、ステンレススチールパンへ注ぎ込み、冷却させ、凝固させ、固体状態のPPSKコポリマーを回収した。そのように回収したPPSKコポリマーを、グラインダーで自由に流れる粉末に磨り潰した。PPSK粉末を次に、それぞれ1時間6回のアセトン洗浄、引き続き6回の酸性水洗浄にかけた。最後に、PPSK粉末を脱イオン水で2回洗浄し、それにメタノール洗浄が続き、真空オーブンで乾燥させた。
サンプルの耐環境応力亀裂性は、ISO 22088に従って試験した。ラデル(RADEL)(登録商標)R 5100 NT PPSUを対照としてさらに試験した。試験バーの瞬間曲率半径の関数として試験検体に可変の応力を加える放物線状試験バーにサンプルを取り付けた。約340ksiの弾性率のPPSUなどの材料に対する相当する応力は、約1000psi(最小曲率のバーの終わりでの)から約5000psi(最大曲率のバーの終わりでの)の範囲である。サンプルの表面を異なる試薬に暴露させた。
30秒間のMEKへの暴露後に、ニートのラデル(RADEL)(登録商標)R 5100 NT PPSUは直ちにひび割れし、幾つかの片に割れた。PPSKコポリマーへの影響は全くなかった。PPSKコポリマーは、完全なひび割れを示す前にさらに2分間MEK中に浸漬しなければならなかった。
また、シクロヘキサノンを使用したとき、ラデル(RADEL)(登録商標)R 5100 NT PPSUは同様に耐ひび割れ性を全く示さなかったが、PPSKは良好な耐ひび割れ性を示した。
30秒間のTHFへの暴露後に、全体のPPSU検体はひび割れを示したが、PPSKサンプルは、約4000psiより上の応力に相当するバーの領域でのみひび割れを示した。
さらに他のサンプルを2−エトキシエタノール中に30分間浸漬した。20分後に、全体PPSU検体はひび割れを示したが、PPSKサンプルはまたしても、約4000psiより上の応力に相当するバーの領域でのみひび割れを示した。
Claims (9)
- 少なくとも1つのポリマー材料(P)を含む複数の繊維(F)を含む布であって、前記ポリマー(P)が、少なくとも1つのポリ(アリールエーテルケトン)(P1)と、少なくとも1つのポリ(アリールエーテルスルホン)(P2)とからなるブレンド物(B12)であり、
1.前記(アリールエーテルケトン)(P1)の繰り返し単位の50質量%超が次式:
(式中、Arは独立して、フェニレン、ビフェニレンまたはナフチレンから選択される2価の芳香族基であり;Xは独立してO、C(=O)または直接結合であり;nは0〜3の整数であり;b、c、dおよびeは0または1であり;aは1〜4の整数である。)
の1つ以上の繰り返し単位であり、
2.前記ポリ(アリールエーテルスルホン)(P2)が、ポリ(ビフェニルエーテルスルホン)であり、前記ポリ(ビフェニルエーテルスルホン)の繰り返し単位の50質量%超が次式:
(式中、R 1 〜R 4 は−O−、−SO 2 −、−S−、−CO−であり、ただし、R 1 〜R 4 の少なくとも1つは−SO 2 −であり、かつ、R 1 〜R 4 の少なくとも1つは−O−であり;Ar 1 、Ar 2 およびAr 3 は、6〜24個の炭素原子を含有するアリーレン基であり、aおよびbは0または1のいずれかである。)
の1つ以上の式の繰り返し単位(R2−d)である、
ことを特徴とする布。 - 前記繊維(F)が溶融紡糸法によって得られる、請求項1または2に記載の布。
- 航空宇宙、自動車、医療、軍隊または安全用途での請求項1〜3のいずれか一項に記載の布の使用。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の布を含むフィルタ素子。
- フレームと前記フレーム上に取り付けられた布とを含むフィルタアセンブリであって、前記布が請求項1〜3のいずれか一項に記載の布であるフィルタアセンブリ。
- 複数のフィルタアセンブリを含み、それらの少なくとも1つが請求項6に記載のフィルタアセンブリである、濾過システム。
- 酸性ガスから固体粒子を除去するための請求項1〜3のいずれか一項に記載の布または請求項5に記載のフィルタ素子または請求項6に記載のフィルタアセンブリまたは請求項7の濾過システムの使用。
- 酸性ガスが二酸化炭素を含有し、前記酸性ガスの二酸化炭素含有率が1容量%を超え、かつ前記酸性ガスの固体粒子負荷が100μg/m0 3を超える、請求項8に記載の使用。
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