JP6933984B2 - 撥油性シート材の製造方法及びガスセンサ - Google Patents
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Description
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る撥油性シート材の製造方法及びガスセンサについて説明する。
図1の撥油性シート材の製造方法は、溶媒にアモルファスフッ素樹脂を分散した撥油層形成用組成物を多孔質シートに塗布する塗布工程と、上記塗布工程後の上記多孔質シートをかしめ加工するかしめ加工工程とを備える。また、当該撥油性シート材の製造方法は、上記かしめ加工工程の前又は後に上記多孔質シートを加熱する熱処理工程をさらに備える。当該撥油性シート材の製造方法は、上記多孔質シートが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を主成分とする繊維状骨格を有する。
上記塗布工程では、溶媒にアモルファスフッ素樹脂を分散した撥油層形成用組成物を多孔質シートに塗布する。上記塗布工程を説明するに当たり、まず上記塗布工程で用いる多孔質シート及びアモルファスフッ素樹脂について説明する。
上記多孔質シートは、PTFEを主成分とする単層体である。上記多孔質シートはPTFEを主成分としており、これにより優れた耐熱性、化学的安定性、耐候性、不燃性、強度等を有する。上記多孔質シートは、繊維状骨格に囲まれる領域に複数の空孔が形成されている。上記繊維状骨格は、ノードと称される粒子塊(2次粒子)がフィブリルと称される繊維状の部分で繋がれた網状構造を有する。上記多孔質シートは、フィブリル間、又はフィブリルとノードとの間の間隙が上記空孔を形成している。上記多孔質シートの形状としては、特に限定されるものではなく、例えば平膜状、チューブ状等が挙げられる。
上記撥油層形成用組成物に含有される上記アモルファスフッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソール共重合体(TFE/PDD)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル共重合体(TFE/MFA)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエチルビニルエーテル共重合体(TFE/EFA)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体(TFE/PFA)、パーフルオロ(4−ビニルオキシ−1−ブテン)環化重合体(BVE)及びこれらの組み合わせが挙げられる。上記アモルファスフッ素樹脂としてこれらの共重合体及び/又は重合体を用いることで、当該撥油性シート材の製造方法によって得られる撥油性シート材の撥油性を容易かつ確実に高めることができる。なお、上記TFE/PDDとしては、例えば「AF1600」、「AF2400」等のAFシリーズ(三井・デュポンフロロケミカル株式会社製)、「アルゴフロンAD」等のアルゴフロンシリーズ(ソルベイスペシャルポリマーズジャパン株式会社製)等が挙げられる。また、上記BVEとしては、例えばAGC社製の「サイトップ(登録商標)」が挙げられる。
上記塗布工程における上記撥油層形成用組成物の塗布方法としては、例えばスプレーコート法、スピンコート法、バーコート法、ダイコート法、スリットコート法、ロールコート法、ディップコート等が挙げられる。中でも、上記塗布方法としては、スプレーコート法が好ましい。つまり、上記塗布工程では、上記撥油層形成用組成物をスプレーコートすることが好ましい。上記塗布方法がスプレーコート法であることによって、撥油性が必要な箇所に部分的に塗布することが容易であり、必要な箇所の撥油性を選択的に高めることができると共に、製造コストを抑えることができる。
当該撥油性シート材の製造方法は、上記塗布工程後に上記溶媒を乾燥させ(乾燥工程)、この乾燥工程後に上記熱処理工程を行う。当該撥油性シート材の製造方法は、上記熱処理工程によって上記多孔質シートの繊維状骨格の外周面上に撥油層を形成する。
上記かしめ加工工程では、上記塗布工程後の上記多孔質シートの一方側の面を支持体(不図示)等で支持し、かつ上記多孔質シートの他方側の面に金属製の板材(不図示)等を重ねた状態で、上記多孔質シートを板材側から金型等で押圧することでかしめ加工する。上記多孔質シートは、このかしめ加工工程によって上記板材に押圧された部位が上記支持体側に陥没した状態で(つまり、塑性変形した状態で)保持される。当該撥油性シート材の製造方法は、上述のように、上記熱処理工程によって上記アモルファスフッ素樹脂と上記多孔質シートの繊維状骨格とが十分に密着されている。そのため、当該撥油性シート材の製造方法は、上記かしめ加工工程による上記多孔質シートの塑性変形に起因して上記アモルファスフッ素樹脂と上記多孔質シートの繊維状骨格との密着力が低下することが抑制され、撥油性の低下を抑制することができる。
次に、図2〜図5を参照して、当該撥油性シート材の製造方法で得られた撥油性シート材1を備えるガスセンサ11について説明する。当該ガスセンサ11は、例えば自動車のエンジン排気通路に配置され、自動車の排気ガスに含まれる酸素濃度を測定可能に構成されている。当該ガスセンサ11は、センサ素子12と、センサ素子12を収容するケーシング13とを備える。また、当該ガスセンサ11は、センサ素子12の基端側において外部に存在するガスを導入するガス導入部14を有する。当該ガスセンサ11は、ガス導入部14に当該撥油性シート材1が配設されている。具体的には、ガス導入部14は、ケーシング13の一部として形成され、厚さ方向に貫通する複数のガス導入孔14bを有する円筒状のカバー14aと、このカバー14aの内面側に配設される円筒状の当該撥油性シート材1と、当該撥油性シート材1の内面側に配設され、厚さ方向に貫通する複数のガス導入孔15bを有する筒状体15aとを有する。カバー14aの軸方向の両端部には、かしめ加工によって径方向内側に陥没した環状の凹部14cが形成されている。凹部14cは、例えばカバー14a及び筒状体15aの間に上述の多孔質シートを配設した状態で、カバー14aの軸方向の両端部を外側から金型でプレスすることで形成される。当該撥油性シート材1は、凹部14cと当接する部分が筒状体15a側に押圧された状態で保持されている。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
[No.1]
アモルファスフッ素樹脂としてのTFE/PDD(三井・デュポンフロロケミカル株式会社製の「AF2400」)を溶媒としてのパーフルオロポリエーテル(ソルベイソレクシス社製のガルデン(登録商標)「SV135」)に溶解させ、濃度0.1質量%の撥油層形成用組成物を調製した。この撥油層形成用組成物を、PTFEを主成分とし繊維状骨格を有する厚さ0.9mmの平膜状の多孔質シート(住友電工ファインポリマー社製のポアフロンチューブ「TB−1412」)にスプレーコート法にて塗布したうえ(塗布工程)、上記撥油層形成用組成物を常温(25℃)で乾燥させた。この多孔質シートの単位面積当たりの固形分換算における上記アモルファスフッ素樹脂の塗布量は10μg/cm2であった。続いて、上記多孔質シートを熱風循環式恒温槽を用いて320℃で10分間熱処理し(熱処理工程)、この熱処理後に上記多孔質シートを円筒状の支持体及びこの支持体の外周側に配設される円筒状かつ金属製のカバーの間に配置し、カバーの軸方向の両端部を外面から金型でプレスすることで(かしめ加工工程)、No.1の撥油性シート材を製造した。この撥油性シート材のかしめ加工による圧縮部分の平均厚さは0.4mmであった。上記塗布工程における多孔質シートに対するアモルファスフッ素樹脂の質量比(質量%)及び得られた撥油性シート材の撥油層の厚さ(μm)を表1に示す。なお、本実施例において撥油層の厚さは撥油層が形成されていない箇所を油性インクで染色した後にシート材断面をマイクロスコープで観察することによって測定した。
多孔質シートの単位面積当たりの固形分換算における上記アモルファスフッ素樹脂の塗布量を表1の通りとした以外、No.1と同様にしてNo.2〜No.5の撥油性シート材を製造した。上記塗布工程における多孔質シートに対するアモルファスフッ素樹脂の質量比(質量%)及び得られた撥油性シート材の撥油層の厚さ(μm)を表1に示す。
No.1と同様の撥油層形成用組成物を調製した。No.1と同様の多孔質シートを上記撥油層形成用組成物に浸漬したうえ(塗布工程)、上記撥油層形成用組成物を常温(25℃)で乾燥させた。この多孔質シートの単位面積当たりの固形分換算における上記アモルファスフッ素樹脂の塗布量は200μg/cm2であった。続いて、上記多孔質シートを恒温槽を用いて260℃で10分間熱処理し(熱処理工程)、この熱処理後に上記多孔質シートをNo.1と同様の手順でかしめ加工することで(かしめ加工工程)、No.6の撥油性シート材を製造した。上記塗布工程における多孔質シートに対するアモルファスフッ素樹脂の質量比(質量%)及び得られた撥油性シート材の撥油層の厚さ(μm)を表1に示す。
上記多孔質シートの加熱温度を表1の通りとした以外、No.6と同様にしてNo.7〜No.11の撥油性シート材を製造した。上記塗布工程における多孔質シートに対するアモルファスフッ素樹脂の質量比(質量%)及び得られた撥油性シート材の撥油層の厚さ(μm)を表1に示す。
多孔質シートに熱処理を施さなかった以外、No.1〜No.5と同様にしてNo.12〜No.16の撥油性シート材を製造した。
多孔質シートに熱処理を施さなかった以外、No.6と同様にしてNo.17の撥油性シート材を製造した。
PTFE粉末(旭硝子株式会社製の「フルオンCD123E」)と、アモルファスフッ素樹脂としてのTFE/PDD(三井・デュポンフロロケミカル株式会社製の「AF2400」)と、溶媒としてのヘプタコサフルオロトリブチルアミンとを混合した樹脂組成物を10mm径(内径)の単軸押出機に供給し、シリンダー設定温度50℃、押出速度60mm/minで、ダイ径2mmのキャピラリーから紐状に押出し、縦方向(押出方向)に270℃で2倍の倍率で延伸することで、PTFEを主成分とする繊維状骨格の外周面にTFE/PDDが存在する多孔質シートを製造した。この多孔質シートをNo.1と同様の手順でかしめ加工することで、No.18の撥油性シート材を製造した。No.18における多孔質シートに対するアモルファスフッ素樹脂の質量比(質量%)を表1に示す。なお、No.18では、TFE/PDDがPTFEと混ざり合っているため、TFE/PDDからなる撥油層の厚さを測定することはできなかった。
(かしめ加工前における撥油性)
No.1〜No.18について、かしめ加工前(No.1〜No.11については熱処理後かしめ加工前)の多孔質シートにエタノールを塗布し、室温(25℃)で3分間保持した後に、エタノールの浸透有無を目視で確認することで、これらの多孔質シートの撥油性を以下の基準により評価した。この評価結果を表2に示す。
A:エタノールが浸透しない
B:エタノールが浸透する
No.1〜No.18について、かしめ加工後の多孔質シートにエタノールを塗布し、室温(25℃)で3分間保持した後に、エタノールの浸透有無を目視で確認することで、これらの多孔質シートの撥油性を以下の基準により評価した。この評価結果を表2に示す。
A:エタノールが浸透しない
B:エタノールが浸透する
No.1〜No.18の撥油性シート材について、JIS−P8177:2009に準拠し、100cm3の空気が1.22kPaの平均圧力差で6.45cm2の試料を通過する時間によって求められるガーレー秒を旭精工社製のデジタル王研式透気度試験機「EGO1−5−1−MR」を用いて測定した。この測定結果を表2に示す。
No.1〜No.18の撥油性シート材について、耐水圧(シート材の一方側の面から水圧を加えたときに、他方側から水が漏れ始める圧力)を測定した。この測定結果を表2に示す。
表1及び表2に示すように、多孔質シートに熱処理を行ったNo.1〜No.11は、かしめ加工工程前後の撥油性の変化が抑えられている。特に、アモルファスフッ素樹脂の塗布量が10μg/cm2以上であり、かつ熱処理工程における加熱温度が260℃以上340℃以下であるNo.1〜No.3、No.5〜No.9、No.11は、PTFE粉末及びTFE/PDDを混合して押出成形したNo.18と同程度に、かしめ加工工程後の撥油性が得られている。また、No.1〜No.5に示すように撥油層の厚さに対するアモルファスフッ素樹脂の塗布量を小さくすることや、No.6〜No.11に示すように熱処理工程における熱処理温度を340℃未満とすることで多孔質シートの空孔が塞がることを抑制できており、その結果ガーレー秒及び耐水圧を良好に保つことができている。さらに、No.1〜No.5に示すように、スプレーコート法によって多孔質シートに撥油層形成用組成物を塗布することで、少ない塗布量で撥油性が得られており、製造コストを抑制することができている。
11 ガスセンサ
12 センサ素子
13 ケーシング
14 ガス導入部
14a カバー
14b,15b ガス導入孔
14c 凹部
15a 筒状体
Claims (7)
- 溶媒にアモルファスフッ素樹脂を分散した撥油層形成用組成物を多孔質シートに塗布する塗布工程と、
上記塗布工程後の上記多孔質シートをかしめ加工するかしめ加工工程と
を備える撥油性シート材の製造方法であって、
上記多孔質シートが、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とする繊維状骨格を有し、
上記かしめ加工工程の前に上記多孔質シートを加熱する熱処理工程をさらに備え、
上記熱処理工程における加熱温度が250℃超340℃未満、熱処理時間が5分以上である撥油性シート材の製造方法。 - 上記加熱温度が300℃以上335℃以下である請求項1に記載の撥油性シート材の製造方法。
- 上記塗布工程が、上記撥油層形成用組成物をスプレーコートする請求項1又は請求項2に記載の撥油性シート材の製造方法。
- 上記多孔質シートの単位面積当たりの固形分換算における上記アモルファスフッ素樹脂の塗布量が10μg/cm2以上75μg/cm2以下である請求項3に記載の撥油性シート材の製造方法。
- 上記アモルファスフッ素樹脂が、テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソール共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエチルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体又はこれらの組み合わせである請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の撥油性シート材の製造方法。
- 上記撥油性シート材がエアフィルターである請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の撥油性シート材の製造方法。
- 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の撥油性シート材の製造方法で得られた撥油性シート材を備えるガスセンサ。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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