JP6382933B2 - 低表面エネルギー構造体用水性送達システム - Google Patents
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Description
本件は、Freeseの2005年5月25日出願の低表面エネルギー構造体用水性送達システムと題された米国特許出願第11/138876号の一部継続出願である。
・AusimontのFomblin(登録商標)Y、DuPontのKrytox(登録商標)等のCF3側鎖を有する無極性パーフルオロポリエーテル、
・無極性パーフルオロエーテルと、極性モノ官能性パーフルオロポリエーテルPFPEとの混合物(Ausimontから入手可能なFomblin(登録商標)及びGalden(登録商標)MFグレード)、
・例えば、ホスフェート、シラン、又はアミド末端基を有するGalden(登録商標)MF等の水に不溶性の極性PFPE、
無極性PFPEと、モノマー又はポリマー形態としてのフッ素化アルキルメタクリレート及びフッ素化アルキルアクリレートとの混合物。
・PFPEベースのマイクロエマルション(Fomblin(登録商標)Fe20マイクロエマルション、欧州特許第0615779号明細書参照)、
・シロキサンとパーフルオロアルキル置換(メタ)アクリレートとのコポリマーベースのエマルション(Hoechst)、
・ある成分が少なくともヘキサフルオロプロペン又はパーフルオロアルキルビニルエーテルを含む、過フッ素化又は部分的なフッ素化コポリマー又はターポリマーベースのエマルション、
・パーフルオロアルキル置換ポリ(メタ)アクリレート及びコポリマーベースのエマルション(旭硝子、Hoechst、DuPont及びその他の製品)、
・パーフルオロアルキル置換ポリ(メタ)アクリレート及びコポリマーベースのマイクロエマルション(米国特許第5539072号明細書及び米国特許第5460872号明細書)。
本件の目的に関して、以下の用語は、別段の示唆がない限り以下に記載の意味を有すると認識するものとする。
空気透過性/不透過性‐ガーレー数試験
ガーレー数を以下のように得た:
サンプルのエアフローに対する抵抗を、W.&L.E.Gurley&Sonsにより製造されるガーレデンソメーター(ASTM D726‐58)により測定した。水の1.215kN/m2の圧力損失において、6.54cm2の試験サンプルを100cm3の空気が通過する秒数であるガーレー数で結果を報告する。120秒間に亘って空気の通過が観察されない場合、材料は空気不透過性である。
これらの試験において、フィルム複合体を試験する際に、AATCC試験法118‐1983を用いてオイルレーティングを測定した。フィルム複合体のオイルレーティングは、複合体の2つの面を試験する際に得られる2つのレーティングのより低いほうである。数が大きいほど、撥油性はより良好である。1より大きい、好ましくは2以上、より好ましくは4以上の値が好ましい。
例1
非イオン性界面活性剤でePTFEを濡らすために必要とされる1‐ヘキサノールの量を評価するために、非イオン性界面活性剤、Iconol DA‐6(エトキシ化アルコール、HLB13、BASF)を脱イオン水に添加して4質量%溶液を調製した。1‐ヘキサノールをIconol DA‐6溶液に徐々に添加した。1‐ヘキサノールの各々の添加の後に、混合物の安定性を相分離に関して調べた。
1‐ヘキサノールとの組み合わせにおいて、界面活性剤の固形分が約11%と同じ高さのレベルを用いることによってePTFE(50g/m2)を濡らすことができることを、Witcolate ES‐2(固形分30%、ドデシルエーテル硫酸塩、Witco Chemicals/Crompton Corporation, Middlebury, CTから入手)を用いることにより評価した。3.9gのWitcolate ES‐2と6.1gの脱イオン水との混合物を調製した。1‐ヘキサノールをこの混合物に徐々に添加し、そして例1のようにePTFEに関して安定性及び濡れ時間を測定した。データを表2に示す。
ePTFEを濡らすのに用いることのできる1‐ヘキサノール(約30質量%)の上限を評価するために、1.3gのWitcolate ES−2(固形分30%、ドデシルエーテル硫酸塩、Witco Chemicals/Crompton Corporation, Middlebury, CTから入手)を8.7gの脱イオン水に添加した。1‐ヘキサノールをこの混合物に徐々に添加し、そして例1のようにePTFEに関して安定性及び濡れ時間を測定した。データを表3に示す。
非イオン性及びアニオン性界面活性剤に加えて、カチオン性界面活性剤が、以下のように1‐ヘキサノールとの組み合わせにおいて迅速にePTFEを濡らすために有用であるかを評価した。ドデシルジメチルエチル第四級アンモニウムブロミド(DAB)(0.3g)を9.7gの脱イオン水に添加した。1‐ヘキサノールをこの混合物に徐々に添加し、そして例1のようにePTFEに関して安定性及び濡れ時間を測定した。データを表4に示す。
ジプロピレングリコール(DPG)等の、水に不溶性のアルコールと水の両方に可溶な化合物を用いることにより、湿潤混合物の安定性が増大することを評価するため、非イオン性エトキシ化アルコール界面活性剤(BASFからのlconol TDA‐9)の混合物(4質量%)を調製した。DPGがない場合、1‐ヘキサノールは2.5%の1‐ヘキサノールにて相分離を引き起こすであろう。4質量%のDPGの添加は、安定性及びePTFE(50g/m2)を濡らす能力を増大させた。データを表5に示す。
水に不溶性の他のアルコールもまた試験した。純粋な1‐オクタノールは、5秒でePTFE(50g/m2)を清澄化する。Witcolate ES−2(固形分30%、ドデシルエーテル硫酸塩、Witco Chemicals/Crompton Corporation, Middlebury, CTから入手)を含む1‐オクタノールの希薄混合物は、純粋なオクタノールと同程度の速さでePTFEを濡らすことができる。13質量%(固形分4質量%)のWitcolate ES−2溶液を調製した。1‐オクタノールをこの混合物に徐々に添加した。ePTFEに関して例1のように安定性及び濡れ時間を測定した。データを表6に示す。
撥油性材料を含むePTFEを濡らし、及びコーティングするための界面活性剤及びヘキサノールの混合物の性能を試験した。13質量%(固形分4質量%)のWitcolate ES−2(固形分30%、ドデシルエーテル硫酸塩、Witco Chemicals/Crompton Corporation, Middlebury, CTから入手)と、約6質量%の1‐ヘキサノールとの混合物を、種々のフルオロアクリレートポリマー(固形分9質量%)を用いて調製した。以下のフッ素ポリマーを用いた:AG415及びAG4210(旭硝子社)、Zonyl 7040(DuPont)、及びTG‐532(Daikan)。これらの混合物を延伸PTFEメンブレン(約20g/m2、約40ミクロンの厚み、及び約15秒のガーレー数)の片面に、メンブレンが清澄化されるまで塗り広げた。コーティングしたePTFEを、溶媒オーブン中に190°Cにて2.5分間置いた。これらのコーティング混合物の液滴が、ePTFE(50g/m2)を清澄化する時間を測定した。混合物の安定性を調べた。ePTFE(20g/m2)のコーティング面及び未コーティング面のオイルレーティングを測定した。更に、空気透過性を100cm3の空気がコーティングしたメンブレンを通してフローする時間(ガーレー)を測定することにより評価した。データは、様々なフルオロポリマーがePTFEをコーティングするのに使用可能であることを示す(表7)。未コーティングのePTFEのガーレーは15.7秒である。ePTFE(未コーティングの)のオイルレーティングは1であった。
複数の機能性添加剤を用いることにより、延伸PTFEメンブレン(20g/m2、W.L.Gore and Associates,Inc.)をコーティングした。1.3gのWitcolate ES‐2(固形分30%、ドデシルエーテル硫酸塩、Witco Chemicals/Crompton Corporation, Middlebury, CTから入手)と、0.6gの1‐ヘキサノール、6.4gの脱イオン水、1.5gのAG8025(旭硝子社)、0.2gのメラミン樹脂(CytecからのAerotex3730)、及び0.02gの触媒(硝酸亜鉛)の混合物を調製した。この混合物は、延伸PTFEを直ちに濡らした。コーティングしたePTFEを、溶媒オーブン中に190°Cにて3分間置いた。硬化されたサンプルの空気透過性を測定した(100cm3に関する48.7秒のガーレー)。サンプルが撥油性であることも評価した(コーティング面において8及び未コーティング面において6のオイルレーティング)。
本例において、本発明に従って、界面活性剤とヘキサノールとのフッ素ポリマーを含むブレンドを用いて、5ミル厚み、高分子量微多孔質ポリエチレン(Dewal Corporation)に撥油性及び空気透過性を付与した。具体的には、1.3gのWitcolate ES−2(固形分30%、ドデシルエーテル硫酸塩、Witco Chemicals/Crompton Corporation, Middlebury, CTから入手)と、0.6gの1‐ヘキサノール、5.1gの脱イオン水、及び3.0gのAG8025(旭硝子社)の混合物を調製した。この混合物が微多孔質ポリエチレンメンブレンを濡らすことを観察した。コーティングしたメンブレンを190°Cにて2分間加熱した。コーティング面及び未コーティング面の撥油性を測定し、並びに各々の面に関するオイルレーティングは7であると評価した。コーティングしていないプリカーサーポリエチレンメンブレンのサンプルのオイルレーティングは1未満であった。空気透過性もまた、コーティングサンプル及びコーティングしていないプリカーサーに関して測定した。コーティングしたサンプルのガーレー測定(100cm3)は1.5秒であった。コーティングしていないプリカーサーポリエチレン微多孔質メンブレンのガーレー(100cm3)は0.3秒であった。
4.81gのZnO(St.Louis,MOのAldrich Chemical)と6.29gの水との混合物を調製した。この混合物は、流体ではなかった(それはドライペーストであった)。混合物が流体ではないため、それはePTFE上に液滴を配すること及びピペットバルブで広げること(浸漬又はキスロール等の典型的な適用方法を模倣するために)によりコーティングすることができなかった。少量のAquatreat AR‐540(0.17g)(イリノイ州、シカゴのAkzoNobel)を添加してペースト様混合物は非常に流動性(水様)になった。混合物を超音波処理した(エクステンダーチップを備えるMisonix 3000超音波処理器で1セットにて1分)。Rhodapex ES‐2(イリノイ州、シカゴのAkzoNobel)(1.03g)及び1‐ヘキサノール(0.46g)を添加し、及び混合することによりヘキサノールを乳化させた。混合物は流体のままであった。混合物は安定な懸濁液であった。次いで混合物を、表面の余剰分がないように本質的に圧力のない状態で各ePTFEの片面上に混合物の液滴を配し、及び混合物を塗り広げることにより、タイプ1(例10)、タイプ2(例11)及びタイプ3(例12)のePTFEメンブレン上に別個にコートした。ePTFEsの全てが混合物により濡れ、十分な浸透が観察された。例11に関して、ePTFEの未コーティング面への接触が、高レベルのホワイトスラリー(white slurry)が存在していたことを示した。サンプルを3分間150°Cにて乾燥させた。走査型電子顕微鏡写真(SEM)は、例11に関して図1に示すように、ZnO粒子が完全にePTFEを充填したことを示した。驚くべきことに、表面の余剰分はなく、及び分布は均一であった。同様に驚くべきことに、空中の質量測定は、極めて高いZaOの充填を示した。例11の空中の質量は、3.0g/m2から60.7g/m2へ増大した。これは、ZnO95%及びePTFE5%の質量の充填を表す。
39.99gの水、2.35gのBarlox10s(スイスのLonza)、1.31gの1‐ヘキサノール、及び5.95gの親水性シリカ(Aerosil R9200、ドイツのハーナウのEvonix Industries AG)の混合物を調製した。この混合物を撹拌し、及び2.5分間超音波処理した(エクステンダーチップを備える3セットのMisonix 3000 Sonicator)。混合物を大いに泡を有し、そしてそれは若干粘性であった。次いで、Tamol731A(フィラデルフィア,PAのDow)(0.12g)を4.95gの上記の混合物に添加した。Tamol731Aの添加は、混合物を非常に流動性(水様)にし、そして泡の全てを消滅させた。この混合物をまた、前述のようにタイプ1、タイプ2、及びタイプ3のePTFE上にコーティングすることにより、例13、14、及び15各々を作製した。基材は、それが濡れ広がることができるのと同等の速さで濡れることを見出した。更に、例13のSEM(図2)は、ePTFEの厚みに亘って均一に分散した高充填を示した。空中の質量測定は、高いSiO2充填を示した。例13に関して、空中の質量は原料のePTFEに関する5.1g/m2からSiO2充填のePTFEに関する8.1g/m2に増加した。これは、SiO237%及びePTFE63%の充填を表す。
以下の混合物を調製した(材料をその添加の順に列記する):Raven2500ウルトラカーボンブラック(マリエッタ,GAのColumbian Chemicals Co.)(4.85g)、Barlox12界面活性剤(スイスのLonza)(1.09g)、脱イオン水(12.66g)、Solsperse46000分散剤(シェフィールドビレッジ,OHのLubrizol)(1.83g)、及び1‐ヘキサノール(0.63g)。水及び分散剤の添加の後に混合物を振ることにより材料を混合し、及び最終の混合物を超音波ホーンで超音波処理した。超音波処理の後、混合物は均一及び水様の粘度で流動性であった。刺繍枠中に固定して張力を維持したタイプ1のePTFEメンブレンの片面上に少量の混合物をピペッティングした。本質的に表面上の余剰分がないままであるように、混合物をPTFEローラーを用いて広げた。ePTFEの反対側の面に接触すること、及び黒色の固体の高い濃度を有する混合物がePTFEの端から端まで浸透していることに留意することにより、メンブレンの良好な充填を確認した。サンプルをヘアドライヤーで乾燥させ、そして次いで熱風循環オーブン中において280°Cにて3分間熱処理した。熱処理した及び熱処理していないサンプル両方のSEMは、カーボンがePTFEの厚みに亘って高度に充填し、及び均一に分散したことを示した。
以下の混合物を調製した(材料をその添加の順に列記する):Ludox TM‐50コロイド状シリカ(セントルイス,MOのAldrich Chemical)(14.05gの固形分50%の懸濁液)、脱イオン水(3.93g)、Rhodapex ES‐2(1.9g)、及び1‐ヘキサノール(0.82g)。Rhodapex ES‐2及び1ヘキサノールの添加の後に、それが若干粘性になり、かつ低い泡で白濁した時点で混合物を手で穏やかに振ることによりブレンドした。タイプ1のePTFE上に溶液の液滴を配した後、1〜2秒で表面の完全な濡れが観察された。約2gの混合物をタイプ1のePTFEの片面上に移動させた。タイプ1のePTFEを、枠中に固定することにより張力を維持した。混合物を本質的に圧力がない状態でePTFE表面上に塗り広げ、またePTFEの全体の濡れた領域は透明になった。過剰の混合物を除去し、及び枠を次いで熱風循環オーブン中に150°Cにて3分間置いて乾燥させた。オーブンから取り出した際、サンプルは乾燥し、及び実質的に透明であった。空中の質量は原料のePTFEに関する6.6g/m2からSiO2を吸収したePTFEに関する27.8g/m2への増加しつつ、空中の質量測定は、高いSiO2の充填を示した。これは、SiO276%及びePTFE24%の充填を表す。SEM(図3)は、ePTFEの厚みに亘って均一に分散したシリカを示す。
Claims (13)
- C 5 ‐C 10 直鎖骨格を含む、水に不溶性のアルコールと、
R(EO) n OSO 3 - 又はROSO 3 - の構造を有するアニオン性界面活性剤から選択され、式中、Rは有機鎖であり、Oは酸素であり、Sは硫黄であり、EOはエチレンオキシドであり、n≧1である、界面活性剤と、
水に不溶性の無機粒子と、
分散剤と
を含んで前記無機粒子を含む分散液を形成する水性混合物であって、
前記水に不溶性の無機粒子は、前記水性混合物の合計質量に基づき20質量%以上の濃度であり、カーボン、金属酸化物若しくは水酸化物、金属窒化物、シリケート、炭酸塩、スルホネート、ホスフェート、ニトレート、又はこれらの混合物から選択され、
疎水性微多孔質メンブレン又は延伸ポリテトラフルオロエチレンメンブレンの厚み方向に貫通する細孔の一部又は全部を均一に充填するのに十分に、それぞれ、前記疎水性微多孔質メンブレン又は延伸ポリテトラフルオロエチレンメンブレンを濡らす、水性混合物。 - 前記水に不溶性のアルコールが、水性混合物の30質量%以下存在する、請求項1に記載の水性混合物。
- 前記水に不溶性のアルコールが、水性混合物の8質量%以下存在する存在する請求項1に記載の水性混合物。
- 前記界面活性剤が、水性混合物の15質量%以下存在する、請求項1に記載の水性混合物。
- 細孔を有する延伸ポリテトラフルオロエチレンメンブレンと、
前記延伸ポリテトラフルオロエチレンメンブレンの前記細孔を充填する、水に不溶性の無機粒子であって、カーボン、金属酸化物若しくは水酸化物、金属窒化物、シリケート、炭酸塩、スルホネート、ホスフェート、ニトレート、又はこれらの混合物から選択される、水に不溶性の無機粒子と
を含む基材であって、
前記細孔を有する延伸ポリテトラフルオロエチレンメンブレンが更に、R(EO) n OSO 3 - 又はROSO 3 - の構造を有するアニオン性界面活性剤から選択される界面活性剤であって、式中、Rは有機鎖であり、Oは酸素であり、Sは硫黄であり、EOはエチレンオキシドであり、n≧1である、界面活性剤と、C 5‐C10直鎖骨格を有する水に不溶性のアルコールとを含み、
前記水に不溶性の無機粒子は前記基材の合計質量に基づき20質量%以上である、基材。 - C 5 ‐C 10 直鎖骨格を含む、水に不溶性のアルコールと、R(EO) n OSO 3 - 又はROSO 3 - の構造を有するアニオン性界面活性剤から選択され、式中、Rは有機鎖であり、Oは酸素であり、Sは硫黄であり、EOはエチレンオキシドであり、n≧1である、界面活性剤と、カーボン、金属酸化物若しくは水酸化物、金属窒化物、シリケート、炭酸塩、スルホネート、ホスフェート、ニトレート、又はこれらの混合物から選択される、水に不溶性の無機粒子と、分散剤とを含む水性混合物を提供することであって、前記水に不溶性の無機粒子は、前記水性混合物の合計質量に基づき20質量%以上の濃度である、ことと、
低表面エネルギー微多孔質基材の表面に水性混合物を適用することと
を含む低表面エネルギー微多孔質基材を充填する方法。 - C 5 ‐C 10 直鎖骨格を含む、水に不溶性のアルコールと、R(EO) n OSO 3 - 又はROSO 3 - の構造を有するアニオン性界面活性剤から選択され、式中、Rは有機鎖であり、Oは酸素であり、Sは硫黄であり、EOはエチレンオキシドであり、n≧1である、界面活性剤と、カーボン、金属酸化物若しくは水酸化物、金属窒化物、シリケート、炭酸塩、スルホネート、ホスフェート、ニトレート、又はこれらの混合物から選択される、水に不溶性の無機粒子と、分散剤とを含む水性混合物を提供することであって、前記水に不溶性の無機粒子は、前記水性混合物の合計質量に基づき20質量%以上の濃度である、ことと、
前記水性混合物に機械的なエネルギーを適用すること、
低表面エネルギー微多孔質基材の表面に水性混合物を適用することと
を含む低表面エネルギー微多孔質基材を充填する方法。 - C 5 ‐C 10 直鎖骨格を含む、水に不溶性のアルコールと、R(EO) n OSO 3 - 又はROSO 3 - の構造を有するアニオン性界面活性剤から選択され、式中、Rは有機鎖であり、Oは酸素であり、Sは硫黄であり、EOはエチレンオキシドであり、n≧1である、界面活性剤と、カーボン、金属酸化物若しくは水酸化物、金属窒化物、シリケート、炭酸塩、スルホネート、ホスフェート、ニトレート、又はこれらの混合物から選択される、水に不溶性の無機粒子と、分散剤とを含む水性混合物を提供することであって、前記水に不溶性の無機粒子は、前記水性混合物の合計質量に基づき20質量%以上の濃度である、ことと、
前記水性混合物に機械的なエネルギーを適用すること、
低表面エネルギー微多孔質基材の表面に水性混合物を適用すること、
ある期間の間35〜320°Cの温度に材料を加熱することと
を含む低表面エネルギー微多孔質基材を充填する方法。 - 低表面エネルギー微多孔質材料と、
前記微多孔質材料の細孔の少なくとも一部を均一に充填する、水に不溶性の無機粒子と
界面活性剤と
を含む物品であって、前記水に不溶性の無機粒子は、カーボン、金属酸化物若しくは水酸化物、金属窒化物、シリケート、炭酸塩、スルホネート、ホスフェート、ニトレート、又はこれらの混合物から選択され、前記水に不溶性の無機粒子は前記物品の合計質量に基づき20質量%以上であり、
前記界面活性剤は、前記物品の全質量に対して10質量%以下であり、R(EO) n OSO 3 - 又はROSO 3 - の構造を有するアニオン性界面活性剤から選択され、式中、Rは有機鎖であり、Oは酸素であり、Sは硫黄であり、EOはエチレンオキシドであり、n≧1である、物品。 - 前記無機粒子が、物品の96質量%以下を構成する、請求項9に記載の物品。
- 前記無機粒子が、物品の75質量%以下を構成する、請求項9に記載の物品。
- 前記無機粒子が、物品の50質量%以下を構成する、請求項9に記載の物品。
- 前記無機粒子が、物品の30質量%以下を構成する、請求項9に記載の物品。
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