JP7088733B2 - 多孔体及び該多孔体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、多孔体、特にポリテトラフルオロエチレン（ふっ素樹脂）を主成分として含有する多孔体及び該多孔体の製造方法に関する。
ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と呼ぶ）多孔体は、ふっ素樹脂多孔体であり、耐熱性、耐薬品性に優れ、比誘電率等の電気的特性にも優れるため、断熱材、吸音材、シール材、フィルタなどの分離膜、医療用途など幅広い用途に用いられている。
ＰＴＦＥ多孔体は、ＰＴＦＥを延伸する方法や、造孔剤を用いる方法によって製造されている。
特許文献１には、円周方向に強度が向上した管状ＰＴＦＥ多孔体の製造方法が記載されている。
特許文献２には、ＰＴＦＥ粉末と造孔剤の混合物をシート状に成形して積層し、積層した層と略垂直方向に加圧した後に、造孔剤を除去することにより気孔を形成するＰＴＦＥ多孔体の製造方法が記載されている。
特許文献３には、樹脂やセラミックなどの各種固体微粒子が分散媒の液液界面に吸着することによって形成された、メレンゲのような均一で安定な泡（ピッカリングエマルション）を経由して多孔体を作製する方法が提案されている。
特許文献１のように、延伸による管状ＰＴＦＥ多孔体では、延伸時に発生する内部応力によりＰＴＦＥがフィブリル化し、このフィブリル化の際に発生する内部応力の残留により、熱収縮が大きいものとなってしまうという課題があった。また、前記延伸による管状ＰＴＦＥ多孔体は気孔の形状が横長なものとなり、フィブリル化したＰＴＦＥが互いに連結された結節からなる多孔質構造を有することから、延伸方向である長軸方向の配向が非常に高いものとなる。
また、特許文献２のように、造孔剤を用いて得られるＰＴＦＥ多孔体では、気孔率を高くすることが難しく、一般的に柔軟性および復元性が十分ではないという課題があった。
また、特許文献３のように、ピッカリングエマルションを経由して形成される多孔体では、脱水時に微粒子が凝集し緻密化することにより、得られる多孔体の気孔率を高くすることが難しく、柔軟性および復元性が十分ではないという課題があった。
したがって、特定の方向に配向していない独立した気孔を有し、気孔の形状が円形又は楕円形であり、熱収縮が発生せず、気孔率が高く、柔軟性および復元性に優れるＰＴＦＥ多孔体などのふっ素樹脂多孔体が望まれている。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、特定の方向に配向していない独立した気孔を有し、気孔の形状が円形又は楕円形であり、熱収縮が小さく、気孔率が高く、柔軟性および復元性に優れるふっ素樹脂多孔体及び該多孔体の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意研究した結果、ふっ素樹脂粉末の分散液を発泡させることによって、従来の方法では得ることのできないふっ素樹脂多孔体、すなわち、特定の方向に配向していない独立した気孔を有し、気孔の形状が円形又は楕円形であり、熱収縮が小さく、気孔率が高く、柔軟性および復元性に優れるふっ素樹脂多孔体を得られることを見出し、本発明をするに至った。
したがって、前記課題は、本発明によれば、気孔を有する多孔体の製造方法であって、ふっ素樹脂粉末を、水／水溶性のアルコールの混合溶媒に分散させてふっ素樹脂粉末の分散液を調製する分散液調製工程と、調製したふっ素樹脂粉末の分散液を発泡させる発泡工程と、発泡させて得られた発泡体を乾燥する乾燥工程と、乾燥させた発泡体を焼成する焼成工程と、を行うことを特徴とする多孔体の製造方法（ただし、界面活性剤を用いる方法を除く）により解決される。
このとき、前記水溶性のアルコールは、エタノール、メタノール、ｎ－プロパノール、イソプロパノールを含む群から選択される少なくとも１種以上であるとよい。
このとき、前記水／水溶性のアルコールの混合溶媒は、水：水性アルコールの体積比が８０：２０～２０：８０であるとよい。
このとき、前記水／水溶性のアルコールの混合溶媒は、水：水性アルコールの体積比が７０：３０～３０：７０であるとよい。
このとき、前記水／水溶性のアルコールの混合溶媒は、水：水性アルコールの体積比が６０：４０～４０：６０であるとよい。
このとき、前記焼成工程では、大気雰囲気化にて前記ふっ素樹脂の融点以上の温度で焼成するとよい。
このとき、前記焼成工程は、前記乾燥工程と同時に実施されるとよい。
このとき、前記ふっ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、並びにテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ビニリデンフルオライドの３種類のモノマーからなる熱可塑性フッ素樹脂（ＴＨＶ）、及びフロオロエラストマーを含む群から選択される少なくとも１種以上である。
このとき、前記水／水溶性のアルコールの混合溶媒は、水：水性アルコールの体積比が８０：２０～２０：８０であるとよい。
このとき、前記水／水溶性のアルコールの混合溶媒は、水：水性アルコールの体積比が７０：３０～３０：７０であるとよい。
このとき、前記水／水溶性のアルコールの混合溶媒は、水：水性アルコールの体積比が６０：４０～４０：６０であるとよい。
このとき、前記焼成工程では、大気雰囲気化にて前記ふっ素樹脂の融点以上の温度で焼成するとよい。
このとき、前記焼成工程は、前記乾燥工程と同時に実施されるとよい。
このとき、前記ふっ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、並びにテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ビニリデンフルオライドの３種類のモノマーからなる熱可塑性フッ素樹脂（ＴＨＶ）、及びフロオロエラストマーを含む群から選択される少なくとも１種以上である。
本発明によれば、従来の方法では得ることのできない、独立した気孔を有し、気孔の形状が円形又は楕円形であり、熱収縮が発生せず、気孔率が高く、柔軟性および復元性に優れるふっ素樹脂多孔体を提供することができる。
以下、本発明の実施形態（以下、本実施形態という）について、図１及び２を参照しながら説明する。本実施形態の多孔体は、気孔を有する多孔体であって、該多孔体は、ふっ素樹脂を含有し、前記気孔が円形又は楕円形の断面を示し、気孔率が７５体積％以上９９体積％以下であることを特徴とする多孔体である。なお、以下に記載する特性は、特記されていない限り常温（ＪＩＳ Ｚ ８７０３による５～３５℃）における特性である。
（ふっ素樹脂）
ふっ素樹脂とは、高分子鎖の繰り返し単位を構成する炭素原子に結合する水素原子の少なくとも１つが、ふっ素原子又はふっ素原子を有する有機基（以下「ふっ素原子含有基」ともいう）で置換されたものをいう。ふっ素原子含有基は、直鎖状又は分岐状の有機基中の水素原子の少なくとも１つがふっ素原子で置換されたものであり、例えばフルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、フルオロポリエーテル基等が挙げられる。
ふっ素樹脂とは、高分子鎖の繰り返し単位を構成する炭素原子に結合する水素原子の少なくとも１つが、ふっ素原子又はふっ素原子を有する有機基（以下「ふっ素原子含有基」ともいう）で置換されたものをいう。ふっ素原子含有基は、直鎖状又は分岐状の有機基中の水素原子の少なくとも１つがふっ素原子で置換されたものであり、例えばフルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、フルオロポリエーテル基等が挙げられる。
ここで、フルオロアルキル基とは、少なくとも１つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基であり、フルオロアルコキシ基とは、少なくとも１つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルコキシ基である。また、フルオロポリエーテル基とは、繰り返し単位としてオキシアルキレン単位を有し、末端にアルキル基又は水素原子を有する１価の基であって、このアルキレンオキシド鎖又は末端のアルキル基の少なくとも１つの水素原子がフッ素原子で置換された１価の基である。
ふっ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、並びにテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ビニリデンフルオライドの３種類のモノマーからなる熱可塑性フッ素樹脂（ＴＨＶ）、及びフロオロエラストマーが挙げられるがこれらに限定されるものではない。また、これらのふっ素樹脂を含む混合物やコポリマーも使用することができる。
（１）気孔の断面形状
本実施形態の多孔体は、気孔が円形又は楕円形の断面を示す。
ここで、円形とは、本発明においては、気孔の短軸の長さ（ａ）と長軸の長さ（ｂ）の比（ａ／ｂ）が、０．７以上１．５以下であることであると定義される。
ここで、楕円形とは、本発明においては、気孔の短軸の長さ（ａ）と長軸の長さ（ｂ）の比（ａ／ｂ）が、０．３以上０．７未満、又は、１．５より大きく３．８未満であることであると定義される。
本実施形態の多孔体は、気孔が円形又は楕円形の断面を示す。
ここで、円形とは、本発明においては、気孔の短軸の長さ（ａ）と長軸の長さ（ｂ）の比（ａ／ｂ）が、０．７以上１．５以下であることであると定義される。
ここで、楕円形とは、本発明においては、気孔の短軸の長さ（ａ）と長軸の長さ（ｂ）の比（ａ／ｂ）が、０．３以上０．７未満、又は、１．５より大きく３．８未満であることであると定義される。
本実施形態の多孔体は、気孔径（平均円相当径）が、０．１μｍ以上５ｍｍ以下である。例えば、１８０μｍ～８００μｍ、２００μｍ～７００μｍ、２５０μｍ～６００μｍとできる。
（２）気孔率・かさ密度
本実施形態の多孔体は、気孔率が７５体積％以上９９体積％以下であり、例えば、７６体積％以上、７７体積％以上、７８体積％以上、７９体積％以上、８０体積％以上とできる。上限は、９９体積％以下である。
本実施形態の多孔体は、気孔率が７５体積％以上９９体積％以下であり、例えば、７６体積％以上、７７体積％以上、７８体積％以上、７９体積％以上、８０体積％以上とできる。上限は、９９体積％以下である。
また、本実施形態の多孔体では、かさ密度（常温、圧縮率０％）が好ましくは０．４～０．６ｇ／ｃｍ３である。かさ密度が上記の範囲であると、柔軟性を高くでき変形特性を向上できる。
（３）圧縮応力
本実施形態の多孔体は、常温における圧縮率０～５０％における各圧縮率で圧縮した際の圧縮応力が全て好ましくは２．０ＭＰａ以下である。例えば、１．５ＭＰａ以下、１．３ＭＰａ以下、１．０ＭＰａ以下、０．８ＭＰａ以下、０．６ＭＰａ以下、０．４ＭＰａ以下、０．２ＭＰａ以下、０．０５ＭＰａ以下、又は０．０２ＭＰａ以下とできる。下限は０ＭＰａである。さらに好ましくは、本実施形態の多孔体では、高温下（２５０℃）における圧縮率０～５０％の各圧縮率で圧縮した際の圧縮応力が全て好ましくは２．０ＭＰａ以下である。例えば、２．０ＭＰａ以下、１．７ＭＰａ以下、１．５ＭＰａ以下、１．３ＭＰａ以下、１．０ＭＰａ以下、０．８ＭＰａ以下、０．６ＭＰａ以下、０．４ＭＰａ以下、０．２ＭＰａ以下又は０．０４ＭＰａ以下とできる。下限は０ＭＰａである。
本実施形態の多孔体は、常温における圧縮率０～５０％における各圧縮率で圧縮した際の圧縮応力が全て好ましくは２．０ＭＰａ以下である。例えば、１．５ＭＰａ以下、１．３ＭＰａ以下、１．０ＭＰａ以下、０．８ＭＰａ以下、０．６ＭＰａ以下、０．４ＭＰａ以下、０．２ＭＰａ以下、０．０５ＭＰａ以下、又は０．０２ＭＰａ以下とできる。下限は０ＭＰａである。さらに好ましくは、本実施形態の多孔体では、高温下（２５０℃）における圧縮率０～５０％の各圧縮率で圧縮した際の圧縮応力が全て好ましくは２．０ＭＰａ以下である。例えば、２．０ＭＰａ以下、１．７ＭＰａ以下、１．５ＭＰａ以下、１．３ＭＰａ以下、１．０ＭＰａ以下、０．８ＭＰａ以下、０．６ＭＰａ以下、０．４ＭＰａ以下、０．２ＭＰａ以下又は０．０４ＭＰａ以下とできる。下限は０ＭＰａである。
また、本実施形態の多孔体は、常温における圧縮率５０％における圧縮した際の圧縮応力（又は圧縮率０～５０％における各圧縮率で圧縮した際の圧縮応力が全て）が好ましくは０．５ＭＰａ以下である。例えば、０．３ＭＰａ以下、０．１ＭＰａ以下、０．０８ＭＰａ以下、０．０６ＭＰａ以下、０．０４ＭＰａ以下、０．０２ＭＰａ以下、０．０１ＭＰａ以下、０．００８ＭＰａ以下、又は０．００５ＭＰａ以下とできる。下限は限定されないが、通常０．０００１ＭＰａ以上又は０．００００１ＭＰａ以上である。
（４）復元率
本実施形態の多孔体は、好ましくは、常温で、圧縮率５０％で圧縮した際の復元率が７５％以上である。例えば、８５％以上、９０％以上、又は９５％以上とできる。上限は限定されないが、通常９９％以下である。より好ましくは高温下（２５０℃）における圧縮率５０％で圧縮した際の復元率が７５％以上である。例えば、８０％以上、８５％以上、９０％以上、又は９５％以上とできる。上限は限定されないが、通常９９％以下である。
本実施形態の多孔体は、好ましくは、常温で、圧縮率５０％で圧縮した際の復元率が７５％以上である。例えば、８５％以上、９０％以上、又は９５％以上とできる。上限は限定されないが、通常９９％以下である。より好ましくは高温下（２５０℃）における圧縮率５０％で圧縮した際の復元率が７５％以上である。例えば、８０％以上、８５％以上、９０％以上、又は９５％以上とできる。上限は限定されないが、通常９９％以下である。
本実施形態の多孔体では、多孔質構造が均一で、気孔率が高いため、復元性を高くでき変形特性を向上できる。より具体的には、多孔体が取り付けられる被取付部に対して馴染み易く多孔体と被取付部との間の隙間を抑制して常温から高温下におけるシール性を確保及び向上できる。
また、本実施形態の多孔体は、非延伸であるため、熱収縮が発生せず、被取付部において高温（例えば２００℃以上２５０℃以下）にさらされても、多孔体と被取付部との間および多孔体と多孔体の接触部において隙間が発生しないため、多孔体を被取付部に対して強固に固定する必要がない。
（５）見かけヤング率
本実施形態の多孔体では、好ましくは常温での圧縮率２５％における見かけヤング率が２．０ＭＰａ以下である。例えば、１．０ＭＰａ以下、０．３ＭＰａ以下、０．１ＭＰａ以下、０．０５ＭＰａ以下、又は０．０１ＭＰａ以下とできる。下限は限定されないが、通常０．０００１ＭＰａ以上である。より好ましくは、本実施形態の多孔体では、好ましくは高温下（２５０℃）における圧縮率２５％における見かけヤング率が２．０ＭＰａ以下である。例えば、１．０ＭＰａ以下、０．１ＭＰａ以下、０．０８ＭＰａ以下、又は０．０５ＭＰａ以下とできる。下限は限定されないが、通常０．０００１ＭＰａ以上である。さらに好ましくは、本実施形態の多孔体では、常温及び高温下（２５０℃）における圧縮率０～９０％の各圧縮率で圧縮した際の見かけヤング率が上記の低い値である。このように本実施形態の多孔体では、見かけヤング率が低いため、柔軟性を高くでき変形特性を向上できる。
本実施形態の多孔体では、好ましくは常温での圧縮率２５％における見かけヤング率が２．０ＭＰａ以下である。例えば、１．０ＭＰａ以下、０．３ＭＰａ以下、０．１ＭＰａ以下、０．０５ＭＰａ以下、又は０．０１ＭＰａ以下とできる。下限は限定されないが、通常０．０００１ＭＰａ以上である。より好ましくは、本実施形態の多孔体では、好ましくは高温下（２５０℃）における圧縮率２５％における見かけヤング率が２．０ＭＰａ以下である。例えば、１．０ＭＰａ以下、０．１ＭＰａ以下、０．０８ＭＰａ以下、又は０．０５ＭＰａ以下とできる。下限は限定されないが、通常０．０００１ＭＰａ以上である。さらに好ましくは、本実施形態の多孔体では、常温及び高温下（２５０℃）における圧縮率０～９０％の各圧縮率で圧縮した際の見かけヤング率が上記の低い値である。このように本実施形態の多孔体では、見かけヤング率が低いため、柔軟性を高くでき変形特性を向上できる。
ここで、本発明における見かけヤング率とは、圧縮率を歪量とみなして、所定の圧縮率で圧縮したときの圧縮応力を前記所定の圧縮率で除した値である。
本実施形態の多孔体では、好ましくは常温での圧縮率２５％における見かけヤング率が２．０ＭＰａ以下である。例えば、１．０ＭＰａ以下、０．３ＭＰａ以下、０．１ＭＰａ以下、０．０５ＭＰａ以下、又は０．０１ＭＰａ以下とできる。下限は限定されないが、通常０．０００１ＭＰａ以上である。
（６）熱収縮量
本実施形態の多孔体では、好ましくは２５０℃における熱収縮が発生しない。ここで、熱収縮が発生しないとは、多孔体を常温から２５０℃の高温にした際の熱収縮率（％）が０またはマイナスとなることを意味する。熱収縮率は、例えば、多孔体の常温及び２５０℃における厚みを測定し、熱収縮率（％）＝（常温の厚さ－２５０℃における厚さ）÷常温の厚さ×１００で算出すればよい。２５０℃における厚さよりも、常温の厚さの方が小さい場合、熱収縮率は０であるとする。
本実施形態の多孔体では、好ましくは２５０℃における熱収縮が発生しない。ここで、熱収縮が発生しないとは、多孔体を常温から２５０℃の高温にした際の熱収縮率（％）が０またはマイナスとなることを意味する。熱収縮率は、例えば、多孔体の常温及び２５０℃における厚みを測定し、熱収縮率（％）＝（常温の厚さ－２５０℃における厚さ）÷常温の厚さ×１００で算出すればよい。２５０℃における厚さよりも、常温の厚さの方が小さい場合、熱収縮率は０であるとする。
本実施形態の多孔体は、非延伸であるため、熱収縮が発生せず、被取付部において高温（例えば２００℃以上２５０℃以下）にさらされても、多孔体と被取付部との間および多孔体と多孔体の接触部において隙間が発生しないため、多孔体を被取付部に対して強固に固定する必要がない。
本実施形態の多孔体は上記の特性を任意に組み合わせて有することができる。なお、上記の気孔の断面形状、気孔率、かさ密度、圧縮応力、復元率、見かけヤング率、熱収縮量は、例えばふっ素樹脂粉末の濃度（含有割合）、発泡倍率、気泡量、気泡径等により調整（制御）できる。
本実施形態の多孔体は、ふっ素樹脂を含有しており、多孔体の重量を１００重量％としたときに、ふっ素樹脂の重量を３０重量％以上１００重量％以下とすることが可能である。
＜多孔体の製造方法＞
次に、本実施形態の多孔体の製造方法について説明する。本実施形態の多孔体の製造方法は、ふっ素樹脂粉末を、水／水溶性のアルコールの混合溶媒に分散させてふっ素樹脂粉末の分散液を調製する分散液調製工程と、調製したふっ素樹脂粉末分散液を発泡させる発泡工程と、発泡させて得られた発泡体を乾燥する乾燥工程（分散媒の除去工程）と、乾燥させた発泡体を焼成する焼成工程と、を行うことを特徴とする。
次に、本実施形態の多孔体の製造方法について説明する。本実施形態の多孔体の製造方法は、ふっ素樹脂粉末を、水／水溶性のアルコールの混合溶媒に分散させてふっ素樹脂粉末の分散液を調製する分散液調製工程と、調製したふっ素樹脂粉末分散液を発泡させる発泡工程と、発泡させて得られた発泡体を乾燥する乾燥工程（分散媒の除去工程）と、乾燥させた発泡体を焼成する焼成工程と、を行うことを特徴とする。
（分散液調製工程）
分散液調製工程では、ふっ素樹脂粉末を、水／水溶性のアルコールの混合溶媒に分散させてふっ素樹脂粉末の分散液を調製する。
ここで、水溶性のアルコールとしては、水溶性アルコールとしては、例えば、エチルアルコール（エタノール）、メタノール（メチルアルコール）、ｎ－プロパノール、イソプロパノール等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。水溶性アルコールは、１種類のみを用いても良く、任意の２種または３種以上を混合して用いてもよい。
水と水溶性アルコールの混合率は、用いる水溶性アルコールの種類に応じて適宜設定すればよく、水：水性アルコールの体積比が８０：２０～２０：８０、好ましくは７０：３０～３０：７０、より好ましくは６０：４０～４０：６０である。
分散液調製工程では、ふっ素樹脂粉末を、水／水溶性のアルコールの混合溶媒に分散させてふっ素樹脂粉末の分散液を調製する。
ここで、水溶性のアルコールとしては、水溶性アルコールとしては、例えば、エチルアルコール（エタノール）、メタノール（メチルアルコール）、ｎ－プロパノール、イソプロパノール等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。水溶性アルコールは、１種類のみを用いても良く、任意の２種または３種以上を混合して用いてもよい。
水と水溶性アルコールの混合率は、用いる水溶性アルコールの種類に応じて適宜設定すればよく、水：水性アルコールの体積比が８０：２０～２０：８０、好ましくは７０：３０～３０：７０、より好ましくは６０：４０～４０：６０である。
（発泡工程）
発泡工程では、ふっ素樹脂粉末が混合溶媒に分散した分散液を発泡させる。なお、発泡方法は、気泡供給装置を用いたり、攪拌によって発泡させたりして行うことができるが、これらの方法に限定されない。このような気泡供給装置や攪拌などの条件によって、気泡倍率、気泡量、気泡径を調整できる。
発泡工程では、ふっ素樹脂粉末が混合溶媒に分散した分散液を発泡させる。なお、発泡方法は、気泡供給装置を用いたり、攪拌によって発泡させたりして行うことができるが、これらの方法に限定されない。このような気泡供給装置や攪拌などの条件によって、気泡倍率、気泡量、気泡径を調整できる。
（乾燥工程）
前記脱水工程では、発泡体を所定時間（例えば４時間）、常温又は常温外の所定温度下で分散液に含まれていた分散媒を乾燥（自然乾燥を含む）することによって脱水する。
前記脱水工程では、発泡体を所定時間（例えば４時間）、常温又は常温外の所定温度下で分散液に含まれていた分散媒を乾燥（自然乾燥を含む）することによって脱水する。
（焼成工程）
前記焼成工程では、発泡体を大気雰囲気化にてふっ素樹脂の融点以上の高温度（例えばＰＴＦＥであれば、３４０～３７０℃）で所定時間（例えば１時間）焼成する。なお、焼成工程は、前記脱水工程と同時に実施することが可能である。
前記焼成工程では、発泡体を大気雰囲気化にてふっ素樹脂の融点以上の高温度（例えばＰＴＦＥであれば、３４０～３７０℃）で所定時間（例えば１時間）焼成する。なお、焼成工程は、前記脱水工程と同時に実施することが可能である。
本実施形態の多孔体の製造方法は、ふっ素樹脂以外の樹脂にも適用可能である。具体的には、樹脂粉末を、水／水溶性のアルコールの混合溶媒などの所定の溶媒に分散させることで樹脂粉末の分散液を調製可能であり、樹脂粉末の分散液を発泡させた際に適切に発泡する樹脂であれば本実施形態の多孔体の製造方法により、ふっ素樹脂を用いた場合と同様に、特定の方向に配向していない独立した気孔を有し、気孔の形状が円形又は楕円形であり、熱収縮が発生せず、気孔率が高く、柔軟性および復元性に優れた多孔体を製造することが可能である。
ふっ素樹脂以外の樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ－ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などが挙げられるが、これらの樹脂に限定されるものではない。
以下、具体的実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜実施例１＞
ＰＴＦＥ粉末（旭硝子株式会社製Ｇ－１６３）を、水とエチルアルコールを体積比６０：４０の混合溶媒に分散させてＰＴＦＥ粉末の濃度が２．５体積％のＰＴＦＥ粉末の分散液を調製した。調製した分散液を、気体供給装置を用いて発泡させた。発泡させて得られた発泡体を回収して、１００℃で４時間乾燥させた後に、３６０℃で１時間、大気雰囲気下にて焼成した。
ＰＴＦＥ粉末（旭硝子株式会社製Ｇ－１６３）を、水とエチルアルコールを体積比６０：４０の混合溶媒に分散させてＰＴＦＥ粉末の濃度が２．５体積％のＰＴＦＥ粉末の分散液を調製した。調製した分散液を、気体供給装置を用いて発泡させた。発泡させて得られた発泡体を回収して、１００℃で４時間乾燥させた後に、３６０℃で１時間、大気雰囲気下にて焼成した。
得られた多孔体の断面の写真を図１に示す。実施例１の多孔体について以下の評価をした。結果を表１に示す。
（１）気孔率
作成した多孔体からサンプルを切断し、寸法計測装置（例えばノギス）を用いて、前記サンプルの縦、横、高さの寸法を計測した。次に、前記サンプルの重量を計測し、以下の式によりかさ密度を測定した。
かさ密度（ｇ／ｃｍ３）＝重量÷縦寸法÷横寸法÷高さ
得られたかさ密度とＰＴＦＥの真比重（２．２５ｇ／ｃｍ３）から以下の式により気孔率を算出した。
気孔率（％）＝（１－かさ密度）÷真比重×１００
作成した多孔体からサンプルを切断し、寸法計測装置（例えばノギス）を用いて、前記サンプルの縦、横、高さの寸法を計測した。次に、前記サンプルの重量を計測し、以下の式によりかさ密度を測定した。
かさ密度（ｇ／ｃｍ３）＝重量÷縦寸法÷横寸法÷高さ
得られたかさ密度とＰＴＦＥの真比重（２．２５ｇ／ｃｍ３）から以下の式により気孔率を算出した。
気孔率（％）＝（１－かさ密度）÷真比重×１００
（２）気孔の断面形状
作成した多孔体からサンプルを切断し、断面をマイクロスコープ（ハイロックス社製ＭＯＤＥＬ ＲＨ－２０００）を用いて３５倍にて撮影した。細孔と認められる部分が円形状または楕円形状となっていることから、細孔の長径と短径を計測した。
作成した多孔体からサンプルを切断し、断面をマイクロスコープ（ハイロックス社製ＭＯＤＥＬ ＲＨ－２０００）を用いて３５倍にて撮影した。細孔と認められる部分が円形状または楕円形状となっていることから、細孔の長径と短径を計測した。
（３）圧縮応力
以下の式に示すように、試験時のサンプル圧縮時の荷重値を上記サンプル寸法計測により求めた面積（縦寸法と横寸法）で除算して算出した。圧縮時の荷重は、上記のかさ密度と同じようにサンプルの寸法を計測し、このサンプルの厚さを１００％として圧縮率を設定（０～５０％）して、材料試験機（オートグラフ、島津製作所）を用いて所定厚さまで圧縮（５ｍｍ／ｍｉｎ）した際の加重値とした。
圧縮応力（ＭＰａ）＝測定荷重（Ｎ）÷サンプル面積（ｍｍ２）
以下の式に示すように、試験時のサンプル圧縮時の荷重値を上記サンプル寸法計測により求めた面積（縦寸法と横寸法）で除算して算出した。圧縮時の荷重は、上記のかさ密度と同じようにサンプルの寸法を計測し、このサンプルの厚さを１００％として圧縮率を設定（０～５０％）して、材料試験機（オートグラフ、島津製作所）を用いて所定厚さまで圧縮（５ｍｍ／ｍｉｎ）した際の加重値とした。
圧縮応力（ＭＰａ）＝測定荷重（Ｎ）÷サンプル面積（ｍｍ２）
（４）圧縮復元率
上記のかさ密度と同じようにサンプルの寸法を計測した。このサンプルの厚さを１００％として、材料試験機（オートグラフ、島津製作所）を用いて６０秒間５０％圧縮（５ｍｍ／ｍｉｎ）し、圧縮を解放して６０秒後の厚さを計測し、以下の式から復元率を算出した。
復元率（％）＝圧縮試験後の厚さ÷試験前の厚さ×１００
上記のかさ密度と同じようにサンプルの寸法を計測した。このサンプルの厚さを１００％として、材料試験機（オートグラフ、島津製作所）を用いて６０秒間５０％圧縮（５ｍｍ／ｍｉｎ）し、圧縮を解放して６０秒後の厚さを計測し、以下の式から復元率を算出した。
復元率（％）＝圧縮試験後の厚さ÷試験前の厚さ×１００
（５）見かけヤング率
前記圧縮応力と、サンプルの寸法計測によって計測した歪量とに基づき見かけヤング率を算出した。
前記圧縮応力と、サンプルの寸法計測によって計測した歪量とに基づき見かけヤング率を算出した。
（６）熱収縮率
上記のかさ密度と同じようにサンプルの寸法を計測した。このサンプルの厚さを１００％として、熱機械分析装置（ＴＡＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製ＴＭＡＱ４００）を用いて２６０℃におけるサンプルの厚さを計測し、以下の式から熱収縮率を算出した。
熱収縮率（％）＝（常温の厚さ－２６０℃における厚さ）÷常温の厚さ×１００
２６０℃における厚さよりも、常温の厚さの方が小さい場合、熱収縮率は０である。
上記のかさ密度と同じようにサンプルの寸法を計測した。このサンプルの厚さを１００％として、熱機械分析装置（ＴＡＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製ＴＭＡＱ４００）を用いて２６０℃におけるサンプルの厚さを計測し、以下の式から熱収縮率を算出した。
熱収縮率（％）＝（常温の厚さ－２６０℃における厚さ）÷常温の厚さ×１００
２６０℃における厚さよりも、常温の厚さの方が小さい場合、熱収縮率は０である。
＜比較例１＞
実施例１とは異なり管状ＰＴＦＥを３１５℃で長手方向に６００％延伸し、３５５℃で焼成することにより多孔体を得た。
得られた多孔体の断面の写真を図２に示す。さらに比較例１の多孔体について実施例１と同様に評価をした。結果を表１に示す。
実施例１とは異なり管状ＰＴＦＥを３１５℃で長手方向に６００％延伸し、３５５℃で焼成することにより多孔体を得た。
得られた多孔体の断面の写真を図２に示す。さらに比較例１の多孔体について実施例１と同様に評価をした。結果を表１に示す。
本発明の多孔体は、例えば、断熱材、シール材、吸音材、遮音材として利用可能である。
Claims (8)
- 気孔を有する多孔体の製造方法であって、
ふっ素樹脂粉末を、水／水溶性のアルコールの混合溶媒に分散させてふっ素樹脂粉末の分散液を調製する分散液調製工程と、
調製したふっ素樹脂粉末の分散液を発泡させる発泡工程と、
発泡させて得られた発泡体を乾燥する乾燥工程と、
乾燥させた発泡体を焼成する焼成工程と、を行うことを特徴とする多孔体の製造方法（ただし、界面活性剤を用いる方法を除く）。 - 前記水溶性のアルコールは、エタノール、メタノール、ｎ－プロパノール、イソプロパノールを含む群から選択される少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の多孔体の製造方法。
- 前記水／水溶性のアルコールの混合溶媒は、水：水性アルコールの体積比が８０：２０～２０：８０であることを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔体の製造方法。
- 前記水／水溶性のアルコールの混合溶媒は、水：水性アルコールの体積比が７０：３０～３０：７０であることを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔体の製造方法。
- 前記水／水溶性のアルコールの混合溶媒は、水：水性アルコールの体積比が６０：４０～４０：６０であることを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔体の製造方法。
- 前記焼成工程では、大気雰囲気化にて前記ふっ素樹脂の融点以上の温度で焼成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の多孔体の製造方法。
- 前記焼成工程は、前記乾燥工程と同時に実施されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の多孔体の製造方法。
- 前記ふっ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、並びにテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ビニリデンフルオライドの３種類のモノマーからなる熱可塑性フッ素樹脂（ＴＨＶ）、及びフロオロエラストマーを含む群から選択される少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の多孔体の製造方法。
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| JP2018087265A JP7088733B2 (ja) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | 多孔体及び該多孔体の製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2008144137A (ja) | 2006-11-15 | 2008-06-26 | Nitto Denko Corp | 空孔を有するポリテトラフルオロエチレン含有固形物の製造方法、および空孔を有するポリテトラフルオロエチレン成形体の製造方法 |
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| JPS596231A (ja) * | 1982-07-05 | 1984-01-13 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | フッ素樹脂多孔質膜の製造方法 |
| JPS6411142A (en) * | 1987-07-02 | 1989-01-13 | Nitto Denko Corp | Production of foamed polytetrafluoroethylene |
| JPH0726050A (ja) * | 1993-05-11 | 1995-01-27 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 非架橋フッ素系樹脂発泡体 |
| JPH1186828A (ja) * | 1997-09-09 | 1999-03-30 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 電池用セパレータ及びその製造方法 |
-
2018
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