JP5873389B2 - 変性ポリテトラフロオロエチレン製微細孔径膜の製造方法 - Google Patents
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Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Description
1)原料の変性PTFEとして、融解熱量が32J/g未満のものを用いること、
2)延伸工程が、80℃以下で少なくとも1方向へ延伸する低温延伸工程及び前記低温延伸後に行われ80℃を超える温度で少なくとも1方向へ延伸する高温延伸工程を有することを特徴とする。これらの特徴により、40nmの平均流量孔径を有するとともに、平均流量孔径と最大孔径間の差異がより小さくかつ透過性にも優れる変性PTFE製微細孔径膜が得られる。
1)被測定試料(変性PTFE)を、室温から100℃まで50℃/分で加熱し、その後10℃/分で365℃まで加熱する(第一ステップ)。
2)次に、350℃まで−10℃/分の速度で冷却し、350℃で5分間保持する。さらに350℃から330℃まで−10℃/分の速度で冷却、330℃から305℃まで−1℃/分の速度で冷却する(第二ステップ)。
3)次に−50℃/分の速度で305℃から100℃まで冷却した後、10℃/分の速度で100℃から365℃まで加熱する(第三ステップ)。
この第三ステップにおける加熱の際の吸熱量を融解熱量とする。
工程2:必要により工程1を繰返した後、前記変性PTFE製無孔質膜上に多孔質支持体を貼り合せる。変性PTFE製無孔質膜と多孔質支持体との貼り合せには、PTFEよりも融点の低い熱可塑性の樹脂例えばPFAを接着剤として用いて行ってもよい。
工程3:工程2の後、前記平滑な箔を除去して前記変性PTFE製無孔質膜及び多孔質支持体からなる複合体を得る。平滑な箔の除去の方法は特に限定されないが、平滑な箔が金属箔の場合は、酸等により溶解除去する方法を挙げることができる。
工程4:前記複合体を延伸する。前記のように、延伸前にアニールをすることにより、延伸前の変性PTFEの樹脂の結晶化度を飽和させることができ、その結果、高い気孔率(大きな透過性インデックス)が得られ、より孔径の再現性を高くして製造することが可能となるので好ましい。
熱流束示差走査熱量計(島津製作所社製;熱流束示差走査熱量計DSC−50)を用い、以下に示す方法により行った。
JIS P 8117(紙及び板紙の透気度試験方法)に規定のガーレー透気度試験機と同一構造の王研式透気度測定装置(旭精工社製)を用いて測定した。測定結果は、ガーレー秒で表す。
細孔分布測定器(パームポロメータ CFP−1500A:Porous Materials,Inc社製)により、液体として、GALWICK(プロピレン,1,1,2,3,3,3酸化ヘキサフッ酸;Porous Materials,Inc社製)を用い、バブルポイント法(ASTM F316−86、JISK3832)により測定し、前記のようにして次の式により求めた。
平均流量孔径d(μm)=cγ/P
(Pは圧力(Pa)、cは2860、γは液体の表面張力(dynes/cm))
細孔分布測定器(パームポロメータ CFP−1500A:Porous Materials,Inc社製)により、液体として、GALWICK(プロピレン,1,1,2,3,3,3酸化ヘキサフッ酸;Porous Materials,Inc社製)を用い、バブルポイント法(ASTM F316−86、JISK3832)により測定した。具体的には、膜全面が液体で濡れている状態で片面のガス圧を高めていったとき、ガス圧が膜の毛細管力を超えて透過が始まる圧力(最低圧力)を測定し、この最低圧力をPとして上記の式(最大孔径=cγ/P)から算出される値である。
前記の方法で測定された透気度(ガーレー秒)及び平均流量孔(nm)と下記の方法で計測された捕集層の厚み(nm)から次の式により求められた値である。
透過性インデックス=捕集層の厚み(nm)/[(平均流量孔径(nm))2×ガーレー秒]
得られた変性PTFE製微細孔径膜にイソプロピルアルコール(IPA)を浸透させた後IPAが乾かないようにしながらフッ素樹脂製微細孔径膜を蒸留水に浸漬し、IPAを水に置換する。これを液体窒素のバスに沈め浸漬し、液体窒素中で、カミソリナイフで切断する。この破断面をSEMで観察して捕集層のみの厚みを計測し、捕集層の厚みとする。
[ディスパージョンの調整]
前記式(II)で表され、式(II)中のmが283、Rfがパーフルオロメチル−CF3基であるPFA変性PTEE(IRスペクトルでPAVEの吸収があり、第三ステップの融解熱量23.1J/g、以下単に「PTFE」と表わすことがある)の水性ディスパージョン(分散媒:水、固形分濃度約55質量%)と、MFAラテックス(ソルベイソレクシス社製、PFAディスパージョンD5010)及びPFAディスパージョン920HP(三井・デュポンフロロケミカル社製)を用いて、MFA/(PTFE+MFA+PFA)及びPFA/(PTFE+MFA+PFA)が各2%(フッ素樹脂、すなわちPTFE、MFA、PFAの固形分の体積比)である変性PTEEのディスパージョンを調整した。さらに分子量200万のポリエチレンオキサイドを濃度0.003g/mlとなるように添加して変性PTEEのディスパージョンを調整した。
次に、厚さ50μmのアルミ箔をガラス平板の上に雛がないように広げて固定し、前記で調整したディスパージョンを滴下した後、日本ベアリング社製のステンレス鋼製のスライドシャフト(ステンレスファインシャフトSNSF型、外径20mm)を滑らすようにして変性PTEEのディスパージョンをアルミ箔一面に均一になるように伸ばした。この箔を80℃で60分乾燥、250℃で1時間加熱、340℃で1時間加熱の各工程を経た後、自然冷却し、アルミ箔上に固定された変性PTEE薄膜(変性PTEE製無孔質膜)を形成させた。変性PTEE薄膜が形成される前後のアルミ箔の単位面積当たりの重量差とフッ素樹脂の真比重(2.25g/cm3)から算出した前記変性PTEE製無孔質膜の平均厚さは約2.4μmであった。
前記で得られたアルミ箔上に固定された変性PTFE樹脂薄膜を、ガラス平板の上に、皺がないように広げて固定し、前記で調整した4倍希釈のPFAディスパージョンを滴下した後、前記と同じ日本ベアリング社製のステンレス鋼製のスライドシャフトを滑らすようにして4倍希釈のPFAディスパージョンをアルミ箔一面に均一になるように伸ばしながら、水分が乾燥しない間に、公称孔径0.45μm、厚さ80μmの延伸PTFE多孔質体(多孔質体支持体、住友電工ファインポリマー社製、商品名:ポアフロンFP−045−80、平均流量孔径:0.173μm、気孔率:74%、ガーレー秒=10.7秒)を被せた。
1.低温延伸工程
次に、特別製の横軸延伸機にて、入口チャック幅230mm、出口690mm、延伸ゾーンの長さ1m、ライン速度6m/分、25℃で、3倍の延伸を行った。この延伸後の試験体の、試薬GALWICK(プロピレン,1,1,2,3,3,3酸化ヘキサフッ酸:Porous Materials社製)での平均流量孔径及び最大孔径は、いずれも測定限界の20nmより小さく、ガーレー秒(透過係数)は4500秒であった。
2.高温延伸工程
次に、特別製の横軸延伸機にて、入口チャック幅300mm、出口750mm、延伸ゾーンの長さ1m、ライン速度6m/分、140℃で、2.5倍の延伸を行い、変性PTEE製微細孔径膜を得た。この変性PTEE製微細孔径膜の、試薬GALWICK(プロピレン,1,1,2,3,3,3酸化ヘキサフッ酸:Porous Materials社製)での平均流量孔径は32.7nmであり、最大孔径は45.6nmであった。従って、最大孔径と平均流量孔径の差は12.9nmで、(最大孔径−平均流量孔径)/平均流量孔径=38.2%であった。又、ガーレー秒(透過係数)は88秒、捕集層の厚みは1.0μmであり、透過性インデックスは0.0106となった。上記の測定結果を表1に示す。又、低温延伸工程後、高温延伸工程後の試験体の電子顕微鏡写真を、図1〜3に示す。
PFA変性PTEEの代わりに、前記式(I)で表され、式(I)中のmが148であるFEP変性PTEE(IRスペクトルでHFPの吸収があり、第三ステップの融解熱量31.0J/g、以下単に「PTFE」と表わすことがある。)の水性ディスパージョン(分散媒:水、固形分濃度約55質量%)を用いた以外は、実施例1と同様にして、ディスパージョンの調整、成膜工程(変性PTEE製無孔質膜の作製)、試験体(多孔質樹脂膜複合体)の作製、及び延伸を行った。又、実施例1と同様にして、低温延伸工程後及び高温延伸工程後の最大孔径、平均流量孔径、ガーレー秒を測定し、又、高温延伸工程後については得られた変性PTEE製微細孔径膜について捕集層の厚み、透過性インデックスを求めた。得られた結果を表1に示す。
低温延伸工程での延伸の温度を25℃から15℃に変えた以外は、実施例2と同様にして、ディスパージョンの調整、成膜工程(変性PTEE製無孔質膜の作製)、試験体(多孔質樹脂膜複合体)の作製、及び延伸を行った。又、実施例1と同様にして、低温延伸工程後及び高温延伸工程後の最大孔径、平均流量孔径、ガーレー秒を測定し、又、高温延伸工程後については得られた変性PTEE製微細孔径膜について捕集層の厚み、透過性インデックスを求めた。得られた結果を表1に示す。
PFA変性PTEEの代わりに、PTFE単独重合体からなる水性ディスパージョン34JR(三井デュポン・フロロケミカル社製、粒子の一次粒子径:250nm、第三ステップの融解熱量53.4J/g)を用い、高温延伸工程を行わなかった以外は、実施例1と同様にして、ディスパージョンの調整、成膜工程(フッ素樹脂製無孔質膜の作製)、試験体(多孔質樹脂膜複合体)の作製、及び延伸を行った。又、実施例1と同様にして、延伸工程後の最大孔径、平均流量孔径、ガーレー秒、捕集層の厚み、透過性インデックスを求めた。得られた結果を表1に示す。
PFA変性PTEEの代わりに、PTFE単独重合体からなる水性ディスパージョン(三井デュポン・フロロケミカル社製、粒子の一次粒子径:240nm、第三ステップの融解熱量34.9J/g)を用い、高温延伸工程を行わなかった以外は、実施例1と同様にして、ディスパージョンの調整、成膜工程(フッ素樹脂製無孔質膜の作製)、試験体(多孔質樹脂膜複合体)の作製、及び延伸を行った。又、実施例1と同様にして、延伸工程後の最大孔径、平均流量孔径、ガーレー秒、捕集層の厚み、透過性インデックスを求めた。得られた結果を表1に示す。
PFA変性PTEEの代わりに、PTFE単独重合体(旭硝子社製:AD911:第三ステップの融解熱量30.0J/g)からなる水性ディスパージョン(分散媒:水、固形分濃度約55質量%)を用い、高温延伸工程を行わなかった以外は、実施例1と同様にして、ディスパージョンの調整、成膜工程(フッ素樹脂製無孔質膜の作製)、試験体(多孔質樹脂膜複合体)の作製、及び延伸を行った。又、実施例1と同様にして、延伸工程後の最大孔径、平均流量孔径、ガーレー秒、捕集層の厚み、透過性インデックスを求めた。得られた結果を表1に示す。
延伸工程において低温延伸工程を行なわず高温延伸工程のみを行った以外は、実施例2と同様にして、ディスパージョンの調整、成膜工程(変性PTEE製無孔質膜の作製)、試験体(多孔質樹脂膜複合体)の作製、及び延伸を行った。又、実施例1と同様にして、延伸工程後の最大孔径、平均流量孔径、ガーレー秒、捕集層の厚み、透過性インデックスを求めた。得られた結果を表2に示す。
高温延伸工程の温度を140℃から60℃に変更した以外は、実施例2と同様にして、ディスパージョンの調整、成膜工程(変性PTEE製無孔質膜の作製)、試験体(多孔質樹脂膜複合体)の作製、及び延伸を行ったところ、高温延伸工程で試験体に裂けが発生した。
高温延伸工程の温度を140℃から80℃に変更した以外は、実施例2と同様にして、ディスパージョンの調整、成膜工程(変性PTEE製無孔質膜の作製)、試験体(多孔質樹脂膜複合体)の作製、及び延伸を行ったところ、高温延伸工程で試験体に裂けが発生した。
高温延伸工程の温度を140℃から100℃に変更した以外は、実施例2と同様にして、ディスパージョンの調整、成膜工程(変性PTEE製無孔質膜の作製)、試験体(多孔質樹脂膜複合体)の作製、及び延伸を行ったところ、高温延伸工程で試験体に裂けが発生することなく変性PTFE製微細孔径膜(多孔質膜)が得られた。しかし、得られた変性PTEE製微細孔径膜には光の透過ムラが見られ、延伸にムラがあった。
高温延伸工程の温度を140℃から100℃に変更した以外は、実施例2と同様にして、ディスパージョンの調整、成膜工程(変性PTEE製無孔質膜の作製)、試験体(多孔質樹脂膜複合体)の作製、及び延伸を行ったところ、高温延伸工程で試験体に裂けが発生することなく変性PTEE製微細孔径膜(多孔質膜)が得られた。しかし、得られた変性PTEE製微細孔径膜には光の透過ムラが見られ、延伸にムラがあった。
25℃で延伸を行った後さらに140℃で延伸を行った実施例1〜3では、平均流量孔径が40nm以下であるにも係らず、最大孔径と平均流量孔径の差異は15nm未満であり、かつ(最大孔径−平均流量孔径)/平均流量孔径は0.5以下であり、孔径分布が狭い変性PTFE製微細孔径膜が得られている。又、実施例1〜3で得られた変性PTEE製微細孔径膜は、透過性インデックスが0.009以上であり透過性も優れている。
Claims (3)
- 変性ポリテトラフロオロエチレンの粉末を膜状に成形して膜状成形品を得る成膜工程、前記膜状成形品を前記変性ポリテトラフロオロエチレンの融点以上に加熱して無孔質膜状成形品を得る焼結工程、及び、前記無孔質膜状成形品を延伸して多孔質化する延伸工程を有し、前記変性ポリテトラフロオロエチレンの融解熱量が32J/g未満であり、かつ前記延伸工程が、80℃以下で少なくとも1方向へ延伸する低温延伸工程及び前記低温延伸後に行われ80℃を超える温度で少なくとも1方向へ延伸する高温延伸工程を有すること特徴とする変性ポリテトラフロオロエチレン製微細孔径膜の製造方法。
- 前記低温延伸工程が、30℃未満で行われることを特徴とする請求項1に記載の変性ポリテトラフロオロエチレン製微細孔径膜の製造方法。
- 前記変性ポリテトラフロオロエチレンの粉末が、ヘキサフルオロプロピレン変性ポリテトラフロオロエチレン又はパーフルオロアルキルビニルエーテル変性ポリテトラフロオロエチレンの粉末であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の変性ポリテトラフロオロエチレン製微細孔径膜の製造方法。
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