JP5525196B2 - 延伸ｐｔｆｅ膜及び製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の分野は広義には多孔質膜に関し、具体的には延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）膜に関する。
多孔質ｅＰＴＦＥ物品／膜は、フィルター、織物、ガスケット及び電気絶縁材のような多くの有用な物品の形成に利用できる。これらのｅＰＴＦＥ物品は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂を滑剤とブレンドし、ブレンドした樹脂を圧縮してビレットとし、ビレットを押出して押出物とし、（所望ならば）押出物をカレンダリングし、押出物を１以上の方向に延伸又は膨張させ、任意には延伸した押出物を焼結して最終物品を形成することによって製造できる。ｅＰＴＦＥ物品は、シート、チューブ、ロッド又はフィラメントを始めとする任意の押出形状で製造できる。
公知のｅＰＴＦＥ物品の多孔質構造は、複数のフィブリルによって互いに連結した複数のノードによって特徴づけられる。ノードは、ＰＴＦＥ材料の本質的に未加工の分散粒子である。構造中のノード及びフィブリルの形状、サイズ及び配向は、延伸速度、延伸比、延伸軸数及びその他の加工パラメーターを変化させて多くの異なる構造を生み出すことによって制御できる。
公知のｅＰＴＦＥ膜は、通常は約２５マイクロメートル（μｍ）以下の厚さを有する。若干の用途では、濾過効率を高めるために一層厚い膜を使用することが望ましい。通常、厚さの増加は熱貼り合わせ又は接着剤貼り合わせでｅＰＴＦＥフィルムを積層することによって達成される。複数のｅＰＴＦＥフィルム層を互いに貼り合わせる追加の段階を使用せずに厚さの増加したｅＰＴＦＥ膜を製造することができれば望ましいであろう。
一態様では、多孔質膜の製造方法が提供される。かかる方法は、第１のＰＴＦＥ樹脂と第２のＰＴＦＥ樹脂とを混合してＰＴＦＥ樹脂混合物を形成することを含んでいる。第１のＰＴＦＥ樹脂は、第２のＰＴＦＥ樹脂から形成されるフィブリルより多くかつ長いフィブリルを形成する特性を有している。第２のＰＴＦＥ樹脂は、第１のＰＴＦＥ樹脂から形成されるノードより太いノードを形成する特性を有している。かかる方法はまた、ＰＴＦＥ樹脂混合物から予備成形物を形成し、予備成形物を押出してテープとし、複数の対向するカレンダーロール間にテープを通して約３８０〜約１２００μｍの厚さを有するカレンダードテープを形成し、カレンダードテープを横方向に延伸して複数のノード及びフィブリルを有しかつ約１００μｍ以上の厚さを有する多孔質膜を形成することを含んでいる。
別の態様では、多孔質延伸ＰＴＦＥ物品が提供される。かかる多孔質延伸ＰＴＦＥ物品は延伸ＰＴＦＥ樹脂を含んでいる。ＰＴＦＥ樹脂は、第１のＰＴＦＥ樹脂及び第２のＰＴＦＥ樹脂を含んでいる。第１のＰＴＦＥ樹脂は、第２のＰＴＦＥ樹脂から形成されるフィブリルより多くかつ長いフィブリルを形成する特性を有している。第２のＰＴＦＥ樹脂は、第１のＰＴＦＥ樹脂から形成されるノードより太いノードを形成する特性を有している。かかる延伸ＰＴＦＥ物品は、複数のノード及びフィブリルを含みかつ約１００μｍ以上の厚さを有している。
別の態様では、ミクロ濾過膜が提供される。かかるミクロ濾過膜は延伸ＰＴＦＥ膜として形成される。ＰＴＦＥ膜は、第１のＰＴＦＥ樹脂及び第２のＰＴＦＥ樹脂を含んでいる。第１のＰＴＦＥ樹脂は、第２のＰＴＦＥ樹脂から形成されるフィブリルより多くかつ長いフィブリルを形成する特性を有している。第２のＰＴＦＥ樹脂は、第１のＰＴＦＥ樹脂から形成されるノードより太いノードを形成する特性を有している。かかる延伸ＰＴＦＥ膜は、複数のノード及びフィブリルを含みかつ約１００μｍ以上の厚さを有している。
約１００μｍ以上の厚さを有する単層延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）膜及びかかるｅＰＴＦＥ膜の製造方法を以下に詳しく記載する。一実施形態では、ｅＰＴＦＥ膜は約１００〜約３８０μｍの厚さを有している。かかる厚いｅＰＴＦＥ膜は、ミクロ濾過、液体濾過及びミクロベンティング（ｍｉｃｒｏｖｅｎｔｉｎｇ）用途で使用できる。また、かかる膜はヘビーデューティ用衣服（例えば、作業着や作業衣）で使用できる。ｅＰＴＦＥ膜の厚さの増加は、公知の膜に比べて捕獲効率の向上と共に膜耐久性及び濾過耐久性の増大を可能にする。厚いｅＰＴＦＥ膜は、２５μｍの厚さを有する公知ｅＰＴＦＥ膜と同じ通気性を維持しながら、２５μｍの厚さを有する公知ｅＰＴＦＥ膜に比べて増大した剥離強さ及び無支持静水ミューレン（Ｍｕｌｌｅｎ）強さを有する。
図１は多孔質ｅＰＴＦＥ膜１２の例示的な実施形態の顕微鏡写真であり、図２は多孔質ｅＰＴＦＥ膜１２の略図である。一態様では、ｅＰＴＦＥ膜１２は多孔質であり、別の態様では微孔質であって、複数のフィブリル２４によって相互連結された複数のノード２２からなる三次元マトリックス又は格子型の構造を有している。一実施形態では、ｅＰＴＦＥ膜１２は少なくとも部分的に焼結される。一般に、少なくとも部分的に焼結されたフィブリル２４のサイズは、フィブリル２４の長手方向に垂直な方向に沿って見た直径として約０．０５〜約０．５μｍの範囲内にある。「延伸」させるとは、フィブリル２４に永久ひずみ又は伸びを導入するのに十分な程度まで、材料の弾性限界を超えて延伸することを意味する。例示的な一実施形態では、ｅＰＴＦＥ材料中の残留応力を低減又は最小化するために膜１２は加熱又は「焼結」される。しかし、別の実施形態では、膜１２の想定される用途に適するか否かに応じて膜１２は焼結されないか或いは部分的に焼結される。
ノード２２及びフィブリル２４の表面は、膜１２の相対する主面間で曲がりくねった経路に沿って膜１２を完全に貫通する多数の相互連絡細孔２６を画成している。一実施形態では、ベース膜１６中の細孔２６の平均サイズＳは微孔質と見なすのに十分であるが、任意の細孔サイズが使用できる。例示的な一実施形態では、ベース膜１６中の細孔２６の好適な平均サイズＳは約０．０１〜約１０μｍであり、別の実施形態では約０．１〜約５．０μｍである。
膜１２は、第１のＰＴＦＥ微粉樹脂、第２のＰＴＦＥ微粉樹脂及び炭化水素滑剤を混合してＰＴＦＥ微粉樹脂の混合物を形成することによって製造される。混合時間は約３０分間から約１時間まで変化し得る。別の実施形態では、混合時間は１時間を超え得る。第１のＰＴＦＥ樹脂は、加工中に第２のＰＴＦＥ樹脂より高度のフィブリル化を示す。高度のフィブリル化とは、第１のＰＴＦＥ樹脂が低度のフィブリル化を示す第２のＰＴＦＥ樹脂から形成されるフィブリルより多くかつ長いフィブリルを形成する特性を有することを意味する。長いフィブリルは、膜１２の高い通気性を容易にする。多くのフィブリルは、フィブリルが延在する一般方向に沿って見た膜の強度を増大させる傾向がある。また、第２のＰＴＦＥ樹脂は第１のＰＴＦＥ樹脂から形成されるノードより太いノードを形成する特性を有している。太いノードは膜１２の厚さに寄与する。第１のＰＴＦＥ樹脂及び第２のＰＴＦＥ樹脂の混合段階は、ＰＴＦＥ樹脂混合物の総重量を基準にして、約６０〜約６８重量％の第１のＰＴＦＥ樹脂、約１５〜約１７重量％の第２のＰＴＦＥ樹脂、及び約１５〜約２５重量％の炭化水素滑剤を混合することを含む。別の実施形態では、第１のＰＴＦＥ樹脂及び第２のＰＴＦＥ樹脂の混合段階は、ＰＴＦＥ樹脂混合物の総重量を基準にして、約６６〜約６８重量％の第１のＰＴＦＥ樹脂、約１６〜約１７重量％の第２のＰＴＦＥ樹脂、及び約１５〜約１７重量％の炭化水素滑剤を混合することを含む。ＰＴＦＥ樹脂混合物は、第１のＰＴＦＥ樹脂及び第２のＰＴＦＥ樹脂を、第２のＰＴＦＥ樹脂約１部に対して第１のＰＴＦＥ樹脂約４部の比率で含んでいる。
Ｄａｉｋｉｎ Ａｍｅｒｉｃａ社（米国ニューヨーク州オレンジバーグ）からＤＡＩＫＩＮ−ＰＯＬＹＦＬＯＮという商標で市販されているＰＴＦＥ樹脂及びＥ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ社（米国デラウェア州ウィルミントン）からＴＥＦＬＯＮ ＰＴＦＥ樹脂という商標で市販されているＰＴＦＥ樹脂は、第１及び第２のＰＴＦＥ樹脂として使用するのに適している。第１のＰＴＦＥ樹脂としての使用に適したＤＡＩＫＩＮ−ＰＯＬＹＦＬＯＮ樹脂の例としては、特に限定されないが、Ｆ−１０７及びＦ−１３１ ＤＡＩＫＩＮ−ＰＯＬＹＦＬＯＮ樹脂があり、第２のＰＴＦＥ樹脂としての使用に適したＤＡＩＫＩＮ−ＰＯＬＹＦＬＯＮ樹脂の例としては、特に限定されないが、Ｆ−２０１及びＦ−２０５ ＤＡＩＫＩＮ−ＰＯＬＹＦＬＯＮ樹脂がある。第１のＰＴＦＥ樹脂としての使用に適したＴＥＦＬＯＮ ＰＴＦＥ樹脂の例としては、特に限定されないが、６０１Ａ ＴＥＦＬＯＮ ＰＴＦＥ樹脂があり、第２のＰＴＦＥ樹脂としての使用に適したＴＥＦＬＯＮ ＰＴＦＥ樹脂の例としては、特に限定されないが、６０３Ａ ＴＥＦＬＯＮ ＰＴＦＥ樹脂がある。滑剤は、適当な炭化水素溶剤、例えばＥｘｘｏｎ Ｍｏｂｉｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社からＩＳＯＰＡＲという商標で市販されているミネラルスピリットであり得る。ＩＳＯＰＡＲ炭化水素溶剤の好適な例には、特に限定されないが、ＩＳＯＰＡＲ Ｍ及びＩＳＯＰＡＲ Ｋ炭化水素溶剤がある。
図３も参照しながら説明すれば、ＰＴＦＥ樹脂混合物を加圧下で予備成形物に形成する。予備成形物は適当な形状（例えば、円柱状）であり得る。次いで、押出機４０で予備成形物のぺースト押出しを行ってテープ４２を得ると共に、フィブリル構造の大部分を形成する。テープ４２を約１０〜約２５フィート／分の速度で一連の対向する高温カレンダーロール４４間に通すことによって、約３８０〜約１２００μｍの厚さを有するカレンダードテープ４６を形成する。混合段階で使用した滑剤を追い出すため、カレンダーロール４４の温度は約４００〜約５５０°Ｆに維持される。
図４も参照しながら説明すれば、幅出し、延伸又は膨張プロセスによってカレンダードテープ４６を横方向（ＸＤ）に延伸することによって、複数のノード２２及びフィブリル２４を有しかつ約１００μｍ以上の厚さを有する多孔質膜１２を形成する。例示的な実施形態では、カレンダードテープは機械方向（ＭＤ）には延伸されず、横方向にのみ延伸される。例示的な実施形態では、カレンダードテープは横方向に３〜１５倍延伸される。他の実施形態では、カレンダードテープは機械方向に０〜１２倍延伸される。一実施形態では、膜１２は約１００〜約３８０μｍの厚さを有するように延伸される。延伸プロセスは、カレンダードテープ４６を約１０〜約６０フィート／分の線速度で複数の加熱延伸ロール５０間に通してカレンダードテープ４６を延伸し、次いで巻取ロール５２上に巻き取ることを含んでいる。カレンダードテープ４６を延伸プロセスに通して横方向に３〜１５倍延伸すると共に、機械方向に０〜１２倍延伸することによって、膜１２の所望の厚さ及び透過度が達成される。延伸ロール５０の最高温度は約５００〜約６８０°Ｆの範囲内にある。
得られたｅＰＴＦＥ膜は、約２５μｍの厚さを有する公知ｅＰＴＦＥ膜と同じ通気性及び透水性を維持しながら、約１００〜約３８０μｍの厚さを有している。別の実施形態では、ｅＰＴＦＥ膜は約１００〜約２５５μｍの厚さを有している。下記の表は、多孔質膜１２の例示的な実施形態（試料Ａ）の特性と約２５μｍの厚さを有する公知膜（試料Ｂ）の特性とを比較している。
静水ミューレン試験を用いて、膜試験試料の物理的強度、耐水性（耐静水圧性）及び撥水性を測定した。円形試験試料の下面を所定の静水圧に暴露し、上面における水の透過の有無を目視で検査した。透過が起こらないポンド／平方インチ（ｐｓｉ）単位の最高静水圧を、試料Ａ及びＢに関して上記に報告している。
剥離強さ試験を用いて、織物材料に貼り合わせた膜試験試料の結合強さを試験した。引張試験装置を用いて、織物から膜試験試料を引き剥がした。織物から膜試験試料を引き剥がすのに必要なポンド重／インチ（ｌｂｆ／ｉｎ）単位の力が剥離強さである。
本明細書は、実施例を使用することにより、最良の実施形態を含めて本発明を開示すると共に、何らかの装置又はシステムの製造及び使用並びに何らかの組み込まれた方法の実行を含めて当業者が本発明を実施することを可能にする。本発明の特許可能範囲は特許請求の範囲によって定義されるが、当業者に想起される他の実施例を含むこともある。特許請求の範囲の字義通りの表現と違わない構造要素を有するならば、或いは特許請求の範囲の字義通りの表現とわずかな違いしかない同等な構造要素を含むならば、かかる他の実施例は特許請求の範囲内にあるものとする。
１２ 延伸ＰＴＦＥ膜
２２ ノード
２４ フィブリル
２２ ノード
２４ フィブリル
Claims (6)
- 第１の微粉ＰＴＦＥ樹脂及び第２の微粉ＰＴＦＥ樹脂を含む延伸ＰＴＦＥ樹脂を含んでなる多孔質延伸ＰＴＦＥ物品であって、
第１のＰＴＦＥ樹脂は第２のＰＴＦＥ樹脂から形成されるフィブリルより多くかつ長いフィブリルを形成する特性を有し、
第２のＰＴＦＥ樹脂は第１のＰＴＦＥ樹脂から形成されるノードより太いノードを形成する特性を有し、
当該延伸ＰＴＦＥ物品は複数のノード及びフィブリルを含みかつ１００〜３８０μｍの厚さを有し、
前記第１のＰＴＦＥ樹脂は前記延伸ＰＴＦＥ樹脂の６０〜６８重量％であり、
前記第２のＰＴＦＥ樹脂は前記延伸ＰＴＦＥ樹脂の１５〜１７重量％であり、
当該延伸ＰＴＦＥ物品は１．０ポンド重／インチ以上の機械方向剥離強さを有する、
多孔質延伸ＰＴＦＥ物品。 - 当該延伸ＰＴＦＥ物品が１．０オンス／平方ヤード以上の単位重量を有する、請求項１記載の多孔質延伸ＰＴＦＥ物品。
- 当該延伸ＰＴＦＥ物品が横方向に３〜１５倍延伸されかつ機械方向に０〜１２倍延伸される、請求項１記載の多孔質延伸ＰＴＦＥ物品。
- 第１の微粉ＰＴＦＥ樹脂及び第２の微粉ＰＴＦＥ樹脂を含む延伸ＰＴＦＥ膜を含んでなるミクロ濾過膜であって、
第１のＰＴＦＥ樹脂は第２のＰＴＦＥ樹脂から形成されるフィブリルより多くかつ長いフィブリルを形成する特性を有し、
第２のＰＴＦＥ樹脂は第１のＰＴＦＥ樹脂から形成されるノードより太いノードを形成する特性を有し、
前記延伸ＰＴＦＥ膜は複数のノード及びフィブリルを含みかつ１００〜３８０μｍの厚さを有し、
前記第１のＰＴＦＥ樹脂は前記延伸ＰＴＦＥ樹脂の６０〜６８重量％であり、
前記第２のＰＴＦＥ樹脂は前記延伸ＰＴＦＥ樹脂の１５〜１７重量％であり、
当該延伸ＰＴＦＥ物品は１．０ポンド重／インチ以上の機械方向剥離強さを有する、
ミクロ濾過膜。 - 前記延伸ＰＴＦＥ膜が１．０オンス／平方ヤード以上の単位重量を有する、請求項４記載のミクロ濾過膜。
- 前記延伸ＰＴＦＥ膜が横方向に３〜１５倍延伸されかつ機械方向に０〜１２倍延伸される、請求項４記載のミクロ濾過膜。
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