JP7493009B2 - ポリマー布地 - Google Patents

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Description

本発明は、疎水性および疎油性を有するポリマー布地、ならびに疎水性および疎油性を有するポリマー布地を製造する方法に関する。さらに、本発明は、ポリマー布地を製造するための装置に関する。
精密濾過の適用においては、換気された施設、機器、および付属品の保護に対する大きな需要がある。ここでの課題の１つは、有害な液体、粒子が換気された施設の内部に入ることを防ぐことである。したがって、撥液コーティングが、水などの表面張力の高い液体から表面張力の低い油までの広範囲の液体をはじくことができるため、多くの分野で頻繁に使用されるようになっている。
従来、長分子鎖、例えばＣ８フッ化炭素（ＦＣ）化合物が、軍用化学製剤だけでなく、水、油、燃料、潤滑油、洗浄溶剤、および他の汚染物質のような日常の物質から人を保護するためのコーティングに使用される。しかしながら、毒性が高い可能性があるため、その使用を制限または禁止する法律が世界中で整備されている。代替的なコーティングが開発され、商品化されている。特に、短鎖Ｃ６フルオロケミカル・コーティングは、高い環境リスクなしで、性能が従来のＣ８ベースのＦＣコーティングに近付いている。
Ｃ６フッ化炭素ベースの使用は、微量のペルフルオロオクタン酸（ＰＦＯＡ）およびその塩を含むため、依然として地球環境汚染につながり、これらの物質の残留性および生体蓄積の可能性のため、懸念が生じている。さらに、２０２０年１２月３日から有効になった新しいＲＥＡＣＨ規制（ＥＵ／７８４／２０２０）は、ＰＦＯＡ閾値を２５ｐｐｂ（１０億分の１）未満に維持することを認めている。したがって、健康上の理由から、これらの化学物質を避けることが一般的な傾向である。さらに、依然として、油脂に対する撥液性の高い、次世代の超疎水性および疎油性コーティングの需要がある。
ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）は、無毒の材料であり、処理中に有害な材料が生成されないため、Ｃ６フッ化炭素の代替品として産業上の１つの選択肢となっている。これは、適切な蒸気圧により、プラズマ・プロセスの前駆体モノマーとして広く使用されている。純ＨＭＤＳＯからの、炭素を多く含むプラズマ重合ＨＭＤＳＯ（ｐｐ－ＨＭＤＳＯ）は、低い内部応力、良好な接着性、および優れた疎水バリア性能などの有望な機械的特性を示す。ｐｐ－ＨＭＤＳＯコーティングによって提供される耐水性は有望であるが、ｐｐ－ＨＭＤＳＯコーティングは疎油性をもたらさない。
薄膜技術の技術的開発が進むにつれて、濾過の適用に固有の機能特性を示す超短鎖ＰＦＡＳを使用して、永久的な疎水性および疎油性官能基の薄膜を作製するための、化学気相成長プロセスを開発することが、引き続き必要とされる。適切な揮発性前駆体がないこと、およびコーティングの組成制御が困難であることが、この目的の実現を遅らせる主な障害となっている。
したがって、本発明の目的は、水分離、音響、医療、健康管理、食品などの衛生および濾過の適用のための、疎水性および疎油性を有する頑丈で信頼性のある布地、布地を製造する方法、ならびにポリマー布地を製造するための装置を提供することである。
本発明によれば、この目的は、一方で、請求項１の特徴を有するポリマー布地、請求項９の特徴を有するポリマー布地を製造する方法、ならびに請求項１４の特徴を有するポリマー布地を製造するための装置によって達成される。
本発明の好ましい実施形態は、それぞれの従属請求項に記載される。
本発明によるポリマー布地は、第１の化合物から作られた、疎水性および疎油性を有する外側機能層と、第２の化合物から作られた、疎水性を有する第２の機能層とを含み、第１の化合物と第２の化合物とは、互いに異なる。さらに、外側機能層は、第２の機能層を少なくとも部分的に被覆する。
さらに、ポリマー布地を製造するための本発明による方法は、疎水性および疎油性を提供する外側機能層が、低圧プラズマ・コーティング技術によってポリマー布地に堆積され、疎水性を提供する第２の機能層が、低圧プラズマ・コーティング技術によってポリマー布地に堆積され、外側機能層と第２の機能層とが互いに異なることを特徴とする。加えて、外側機能層がポリマー布地に堆積される前に、第２の機能層がポリマー布地に堆積され、外側機能層は、第２の層を少なくとも部分的に被覆する。
本発明の基本的な考えは、すべての必要な特徴または特性を有する層を布地に設けるという現行システムから離れることにある。本発明に基づいて、２つの層が互いに重なって設けられ、層は互いに異なる。これにより、異なる特徴を有する異なる層を選択することができる。したがって、すべての必要な特徴を提供する材料を見つけて使用する必要はなくなり、異なる層の異なる材料を組み合わせて、その組合せが必要な特徴を提供するようにすればよい。
第２の機能層が、疎油性を有していないことが好ましい。これにより、第２の機能層は、疎水性および疎油性を提供する外側機能層とは明らかに異なる。しかしながら、これら２つの層が互いに重なり合うことにより、例えば、外側層の疎水性は、同じく疎水性を提供する第２の機能層が下方に設けられるため、それほど高いレベルである必要はない。
実施形態において、外側機能層は、１つ、２つ、もしくは３つの炭素原子のみを含むペルフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質（ＰＦＡＳ）ベース、ならびに／またはペルフルオロポリエーテル化合物（ＰＦＰＥ）ベースのプラズマ・ナノコーティングである。さらに、別の実施形態または組み合わせた実施形態において、第２の機能層は、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）またはダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）層ベースのプラズマ・ナノコーティングである。
前述したように、短分子鎖Ｃ６フッ化炭素（ＦＣ）化合物の使用は、問題があり、一部の地域では、もはや認められていない。Ｃ６フッ化炭素（ＦＣ）化合物をペルフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質（ＰＦＡＳ）のような超短鎖Ｃ３～Ｃ１フッ化炭素（ＦＣ）に置き換える直接的なステップは、一見すると有望な解決策に思われる。しかしながら、これらの化合物は原理上、疎水性および疎油性を提供するが、プラズマ・ナノコーティングを使用してこれらの化合物を布地に堆積させると、問題が生じることがわかった。プラズマ・ポリマー・コーティングのプロセス中、ＰＦＡＳベースのＣ３～Ｃ１フッ化炭素（ＦＣ）層の厚さは、以前のＣ６～Ｃ８ベースのフッ化炭素（ＦＣ）層と比べて非常に薄い。したがって、特に布地、例えば織布に設けられた層は、不十分な層にしかならないため、実証可能な疎水性を与えない。意外にも、層が薄くても、良好な疎油性を提供することがわかった。
このことは、ペルフルオロポリエーテル化合物（ＰＦＰＥ）ベースのプラズマ・ポリマー・コーティングのプロセスによって作製される層を分析したときにも観察された。しかしながら、１つ、２つ、もしくは３つの炭素原子のみを含むペルフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質（ＰＦＡＳ）ベースのプラズマ・ナノコーティングと比べたペルフルオロポリエーテル化合物の利点は、ペルフルオロポリエーテル化合物（ＰＦＰＥ）がさらに環境に優しいことである。
本発明に基づいて、外側機能層は、１つ、２つ、もしくは３つの炭素原子のみを含むペルフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質（ＰＦＡＳ）ベース、ならびに／またはペルフルオロポリエーテル化合物（ＰＦＰＥ）ベースのプラズマ・ナノコーティングであり、疎水性を有する第２の機能層上に設けられる。したがって、外側機能層の実証不能な疎水性を、本発明の第２の機能層によって向上させることかできる。言い換えると、最初に良好な疎水性を有する層が布地に堆積され、次に第２のさらなるステップで、疎水性および疎油性を有する外側機能層が、第２の機能層によって既に覆われている布地に堆積される。この構成により、布地に優れた疎水性および疎油性が提供される。
第２の機能層は、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）またはダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）層ベースであってよい。プラズマ・ポリマー・コーティングを使用すると、それにより、第２の機能層を、ｐｐ－ＨＭＤＳＯベースのコーティング、すなわち、ポリ（ジメチルシロキサン）状（ＰＤＭＳ状）コーティング、フッ素ドープｐｐ－ＨＭＤＳＯコーティング、および／またはフッ素ドープＤＬＣコーティングとして形成することができる。これらのコーティングは、プラズマ・ポリマー技術によって堆積されるときに、前述した外側機能層よりも厚い層を作製するのに十分に良好な堆積速度を有する。したがって、これら２つの層の技術の組合せにより、ポリマー・プラズマ・コーティングによってポリマー布地に優れた疎水性および疎油性を提供することができる。
外側機能層および／または第２の機能層は、低圧プラズマ・コーティング技術によって堆積されることが好ましい。この技術は、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）法としても知られる。この技術は低温プラズマを使用する。したがって、この技術は、モノフィラメント・メッシュ、複合膜などの温度に敏感なポリマー材料に適している。ＰＥＣＶＤを使用すると、官能基が網目に組み込まれた高架橋度のポリマー網目を堆積させることができるため、改質された表面の高い長期安定性を得ることができる。
一般に、ポリマー布地は任意の種類の布地であってよい。一実施形態において、ポリマー布地は、第１のモノフィラメント糸および第２のモノフィラメント糸の織物である織担体層を含み、第１のモノフィラメント糸および第２のモノフィラメント糸は、同じまたは異なるポリマー材料から製造される。提供されるモノフィラメント糸は、提案されたプラズマベースの堆積プロセスに特に適している。
ポリマー布地のフィルタ特性を向上させるために、ポリマー布地は、少なくとも織担体層と電界紡糸膜層とを含む複合膜を含むことができる。電界紡糸膜層は、０．２０μｍ～２．０μｍの孔径を有することができる。膜層を織担体層に直接紡糸しても、基材に紡糸して、後で接合プロセス中に織担体層に転写してもよい。
説明したように、外側機能層の厚さは第２の機能層よりも小さい。第２の機能層の厚さと外側機能層の厚さとの比が、約２：１、３：１、またはそれ以上であれば、優れた疎水性および疎油性を実現することができる。例えば、第２の機能層は、２０～３００ｎｍの層厚さを有することができ、外側機能層は、好ましくは１０～１５０ｎｍの層厚さを有することができる。
ポリマー布地を製造するための本発明の方法によれば、疎水性および疎油性を提供する外側機能層が、低圧プラズマ・コーティング技術によってポリマー布地に堆積され、疎水性を提供する第２の機能層が、低圧プラズマ・コーティング技術によってポリマー布地に堆積され、外側機能層と第２の機能層とは、互いに異なる。加えて、外側機能層がポリマー布地に堆積される前に、第２の機能層がポリマー布地に堆積され、外側機能層は、第２の機能層を少なくとも部分的に被覆する。
本発明の中心的な考えは、一方が他方に少なくとも部分的に重なり合う２つの異なる層を設けることである。これにより、外側機能層の特徴を、第２の機能層の特徴によって支えることができる。したがって、すべての必要な特徴を有する１つの化合物のみの使用を必要として、優れた結果、すなわち、ポリマー布地に疎水性および疎油性を与えることに関する優れた結果を実現することができる。これは、外側機能層が、以前に使用されていた化合物よりもより環境に優しいが、比較して疎水性および疎油性があまり良好でない、１つ、２つ、もしくは３つの炭素原子のみを含むペルフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質（ＰＦＡＳ）ベース、ならびに／または、ペルフルオロポリエーテル化合物（ＰＦＰＥ）ベースである場合に特に該当する。
第２の機能層との接着性を向上させるために、第２の機能層の堆積の前に、アルゴン、ヘリウム、窒素、酸素、およびテトラフルオロメタン・ガスなどの非重合性ガス、ならびに／またはそれらの混合ガスを使用して、低圧プラズマ技術によってポリマー布地の前処理を行うことができる。
加えてまたはあるいは、第２の機能層の堆積の前に、ポリマー布地の２ステップ前処理を行うことができ、第１のステップで、グラビアおよび／またはスロット・ダイ・コーティング法を使用して、ポリマー布地を紫外線硬化インプリント樹脂で被覆し、第２のステップで、紫外線インプリントおよび／または熱エンボス加工法を使用して、表面パターニングを行う。
最後に、前述した前処理に加えてまたはその代わりに、第２の機能層の堆積の前に、ポリマー布地の前処理を行うことができ、ポリマー布地は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含む水溶液で処理される。
前処理により、機能層の堆積の前に、布地の表面を化学的および／または形態学的に改質することができ、その結果、プラズマ重合中に、プラズマ・ポリマーが基材に特にしっかりと貼り付くことができる。さらに、ロールオフ効果、いわゆるロータス効果を向上させるための表面構造化も、ナノインプリントおよびプラズマ前処理によって実現することができる。前処理のうちの１つまたは前処理の組合せによって、ポリマー布地の洗浄、活性化、および／またはテクスチャリングが実現されるため、第２の機能層の接着性を向上させることができる。本発明に基づいて、布地の前処理または洗浄は、布地への層の作製とはみなされない。
改良された実施形態に基づいて、外側機能層および／または第２の機能層は、１つのプロセスにおいて１つの処理ステップで堆積されて、フッ素ドープＨＭＤＳＯプラズマ・ナノコーティングおよび／またはフッ素ドープＤＬＣプラズマ・ナノコーティングを得る。
本発明に基づいて、耐水性および撥油性が向上し、かつ／または、水、ジヨードメタン、およびペンタンジオールとの接触角が１１０°～１５０°、ＡＡＴＣＣ１１８によるオイル・グレードが５～８の、ポリマー布地を提供することができる。
本発明のポリマー布地を製造するための本発明の装置は、低圧プラズマ・コーティング・デバイスを備え、低圧プラズマ・コーティング・デバイスは、疎水性および疎油性を提供する外側機能層を、低圧プラズマ・コーティング技術によってポリマー布地に堆積させるように構成され、疎水性を提供する第２の機能層を、低圧プラズマ・コーティング技術によってポリマー布地に堆積させるように構成され、外側機能層と第２の機能層とは、互いに異なり、低圧プラズマ・コーティング・デバイスは、最初に第２の機能層をポリマー布地に堆積させ、次に外側機能層をポリマー布地に堆積させるように構成され、外側機能層は、第２の機能層を少なくとも部分的に被覆する。
以下で、添付図面に概略的に示す好ましい例示的な実施形態により、本発明をさらに説明する。
ポリマー布地の概略図である。 膜を含む、本発明によるポリマー布地の概略断面図である（「単層」）。 いわゆる「サンドイッチ」配置の、本発明による複合材料の概略断面図である。 多層構造を有する、本発明による複合材料の概略断面図である（「多層」）。 ２つの異なる担体層を有する「ハイブリッド」配置の、本発明による複合材料の概略断面図である。 本発明のポリマー布地を製造する方法の概略図である。
図１は、ポリマー布地１００の非常に概略的な図である。図の左側では、ポリマー布地１００に外側機能層１２０のみが設けられ、右側では、外側機能層１２０に加えて、第２の機能層１１０が設けられている。以下で、この例に基づいて、本発明の概念をさらに説明する。
図１に、ポリマー布地１００の大きく拡大した概略図が示され、２本の横糸１０２と１本の縦糸１０４とが示されている。
左側に示すように、１～３炭素原子を含むＰＦＡＳベースの第１のポリマーを堆積させる場合、この化合物の最適ではない堆積速度により、層は糸を完全には覆わない。これは、特に左側の横糸１０２と縦糸１０４との接触領域に見られる。１～３炭素原子を含むＰＦＡＳの代わりに、ＰＦＰＥベースの第１のポリマーを堆積させる場合にも同じ結果が生じる。
これとは逆に、外側機能層１２０に加えて、外側機能層１２０を設ける前に、例えばＨＭＤＳＯベースの第２の機能層１１０を設けて、布地１００が第２の機能層１１０によって完全に覆われることを保証する。一方で、外側機能層１２０のより良好な堆積を実現することができ、他方で、領域が外側機能層１２０によって覆われていなくても、その領域は少なくとも第２の機能層１１０によって覆われる。ＨＭＤＳＯの第２の機能層１１０の代わりに、この層は、ＦドープＨＭＤＳＯ、ＤＬＣ、ＦドープＤＬＣ、またはこれらの組合せをベースとしてもよい。
図２は、担体層１１を含む複合材料１０としてのポリマー布地の断面図である。電界紡糸法によって形成された膜１２が、担体層１１上に配置され、貼り付けられる。担体層１１に対する膜１２の接着性を向上させるために、複合材料を、両方の層を互いにしっかりと接続する少なくとも１つの接続点１３を有して設計することができる。この接続点１３は、点もしくは線の形の溶着または接着接合位置であってよい。担体材料１１および膜１２の層厚さが小さいことにより、接続位置で、接続点１３が複合材料を完全に貫通することができる。
複合材料１０、より詳細には電界紡糸膜１２に、孔を形成することができる。複合材料１０の表面と孔の繊維とを、図１を参照して説明した本発明の２ステップ・プラズマ・コーティング法によって施されるコーティングで被覆することができる。これにより、ｐｐ－ＨＭＤＳＯまたはＤＬＣの第１のプラズマ・コーティングが施されて、疎水性のみを提供する。次に、１つ、２つ、または３つの炭素原子のみを含むＰＦＡＳベース、および／またはＰＦＰＥベースの層を設けるさらなるプラズマ・コーティングを施して、疎水性および疎油性を提供する。外側機能層と第２の機能層とを１つのプラズマ処理ステップで堆積させて、疎水性および疎油性を提供するフッ素ドープＨＭＤＳＯまたはフッ素ドープＤＬＣ層を得ることもできる。場合により、ＦドープＨＭＤＳＯまたはＦドープＤＬＣを第２の機能層として使用してもよい。
繊維の表面コーティングが、図示の点および線１４により全体として概略的に図面に示されている。コーティングは、複合材料１０の内部または深部に位置する膜１２の孔内の領域において繊維を被覆することもできる。したがって、複合材料の目に見える外面を被覆できるだけでなく、目に見えない内面、すなわち、例えば繊維、凹部、および凹凸部分を被覆することもでき、この場合、単繊維が個々に包まれるまたは囲まれる。
図３は、いわゆる「サンドイッチ」配置のさらなる複合材料１０を示す。ここでは、膜１２が２つの担体層１１の間に配置され、これにより、膜１２は、層の間で特に機械的応力から保護される。サンドイッチ配置の実施形態において、例えば、２００Ｐａで１５．６ｌ／ｍ２ｓの通気性に達することができる。基本的に、サンドイッチ配置、多層配置、またはハイブリッド配置により、２００Ｐａで最高８０ｌ／ｍ２ｓの通気性に達することもできる。
複合材料１０の層のすべての可能な配置において、これらの層を単純な積層によって互いに重ねて配置することができる。しかしながら、層を接続点１３によって互いにしっかりと接続してもよく、これにより、複合材料１０の特に確実な機械的強度を得ることができる。
図４に、複合材料１０の多層配置（多層）が示されている。この配置では、担体層１１と膜層１２とが、互いに交互に重なって支持されるように設けられている。図４によれば、２つの担体層１１と２つの膜層１２とが設けられている。多層配置は、任意の数の担体層１１および／または膜層１２を有していてもよい。必要に応じて、２つの膜層１２が、２つ以上の担体層の間に互いに直接重なって設けられていてもよい。多層配置の場合でも、本発明の２ステップ・プラズマ・コーティングを、互いに重なって支持されるすべての膜層１２および担体層１１の目に見えない表面に施すことができる。したがって、多層構造においても、本発明の２ステップ・プラズマ・コーティングを、複合材料１０の内面に施すことができる。
図５は、複合材料１０の変形形態を示し、膜１２が第１の担体層１１と第２の担体層１５との間に配置されている。基本的に、第１の担体層１１は特に布地として設計することができ、第２の担体層１５は第１の担体層１１とは異なり、特にフリースとして設けることができる。このような「ハイブリッド」配置により、異なる材料の特性を複合材料において有利に組み合わせることができるため、フィルタ、保護特性、および音響伝達特性を複合材料１０において有利に実現することができる。図５に示すハイブリッド配置においても、本発明の２ステップ・プラズマ・コーティングを複合材料１０に施すことができ、この場合、第２の機能層および外側機能層のプラズマ重合を、複合材料１０内において、孔の開口部内のようなより深い層で行ってもよい。
図６の略図は、担体層を含む複合材料のような本発明のポリマー布地の製造プロセスの例を示す。電界紡糸膜が形成される収集基材（上の図）が設けられる（第１の製造ステップ）。電界紡糸膜は、一般に既知の概念に従って形成され、以下でさらに説明する。
第２のステップで、形成された膜が担体層に転写および接合され（接合１）、電界紡糸膜が形成されていた元の収集基材を、場合により除去することができる（収集基材除去）。上記の図示によれば、担体層はメッシュまたは布地であってよい。
場合により、第２の外側層の導入後に第２の接合（接合２）を行い、その後、任意のカレンダ仕上げプロセスを行うことができる。したがって、場合により、サンドイッチ構造を形成する２つの等しいまたは異なる層の間に、膜を配置することができる。第２の外側層を、例えばメッシュ、ライニング、または不織材料として設けることができる。最後に、本発明の２ステップ・プラズマ・コーティングが、少なくとも１つの担体層および膜に施される。これにより、疎水性のみを提供する第１の層と、疎水性および疎油性を提供する次の層とが堆積される。第１の層は、ｐｐ－ＨＭＤＳＯ、フッ素ドープＨＭＤＳＯ、ＤＬＣ、またはフッ素ドープＤＬＣ層であってよい。さらなる外側層は、１つ、２つ、または３つの炭素原子のみを含むＰＦＡＳベースおよび／またはＰＦＰＥベースの層であってよい。
電界紡糸
ナノ繊維ウエブを作るプロセスが、ＷＯ２００６／１３１０８１、ＷＯ２００８／１０６９０３に記載されている。
簡単に説明すると、電界紡糸プロセスにおいては、高電圧を使用して、帯電したポリマー溶液を噴射し、またはピペットから溶融させる。収集スクリーンに到達する前に、噴射溶液は蒸発または固化し、互いに接続された細かい繊維のウエブとして収集される。一方の電極を紡糸溶液／溶融物に入れ、他方の電極をコレクタに取り付ける。多くの場合、コレクタは単純に接地される。表面張力によって保持された溶液を含む毛細管の端部に、電界を加える。これにより、液体の表面に電荷が誘起される。相互電荷反発および対電極に対する表面電荷の収縮は、表面張力とは正反対の力を引き起こす。電界強度の増加に伴って、毛細管の先端の流体の半球面が延伸し、テイラー・コーンと呼ばれる円錐形を形成する。さらに電界を増加させると、静電斥力が表面張力を上回る臨界値に達し、帯電流体がテイラー・コーンの先端から噴射される。噴射されたポリマー溶液は、不安定および延伸プロセスを経て、非常に長く薄くなる。その際、溶媒は蒸発し、帯電ポリマー繊維が残る。溶融物の場合、噴射された溶融物は空気中を移動するときに固化する。
接合方法
様々な接合技術を使用することができる。ホットメルト・グラビア積層技術、超音波接合技術、浸漬接合技術、ＵＦＤ繊維化スプレー技術（ホットメルト）、および紡糸ウエブ接合技術がある。
ホットメルト・グラビア積層技術が、インライン・プロセス用に工業的に確立されている。したがって、「サンドイッチ」型の膜については、１つのラインで２ステップ接合を行うこともできる。この技術は、ドット・コーティング用のグラビア・ローラ、リボルバ・ドージング・ヘッド（正／正または負／負）および塗布ローラおよび積層ローラおよび逆圧ローラから構成される、多目的ホットメルト積層およびコーティング・システムを使用する。
グラビア・ローラを使用して接着剤をドット・コーティングすることにより、２つの異なる反応性ＰＵ系接着剤（一方はＰＵ電界紡糸膜用、他方はＰＡ６膜用）を使用することができる。約１５～２５％の通気性損失により、高い接合強度を得ることができる。接着剤は、膜の最終的な貼付け中に問題が生じないように、（適合性、物理的および化学的適合性、医療および食品等級などについて）注意深く選択しなければならない。接着剤による材料の硬化が認められる。
浸漬接合技術（化学的接合）を、電界紡糸プロセス前の担体の前処理に使用することができ、これが好ましい場合もある。また、大きな利点として、接合のための追加のプロセス・ステップを省くことができる。その後、２層積層体を、第２の接合、例えばホットメルト、紡糸ウエブ、ＵＦＤなどに使用して、多層通気材を形成することができる。
ＵＦＤは、繊維化スプレー技術であり、ホットメルト接着剤塗布のための最先端技術である。積層板技術（ＬＰＴ）は、接着剤のフィラメント・ストランドを製造するために適用される。加熱空気を使用して、ストランドを延伸させ、規則的または不規則的なパターンで配置する。多くの場合、ＵＦＤ技術を使用すると、接着剤の高精度塗布により、接合強度または耐久性が悪影響を受けることなく、接着剤の使用量を２０～５０％削減することができる。非接触モードを使用することができ、それにより、積層中の電界紡糸繊維の損傷の可能性がより低くなる。ＵＦＤ技術は、ホットメルト・グラビア積層よりもクリーンなプロセスである。
紡糸ウエブ接合技術により、表面が閉鎖された膜ではなく、３次元構造が得られる。開放構造によって得られる積層体は、より柔軟性および通気性に優れている。ウエブは、コポリアミド、コポリエステル、コポリオレフィン、ポリウレタンなどの様々な材料から作られる。紡糸ウエブ技術は、非常に単純なプロセスである。積層中に考慮すべき３つの主なパラメータは、温度、圧力、および時間である。
カレンダ仕上げ
カレンダ仕上げを、布、メッシュ、積層通気材などの材料に使用して、より滑らかで薄い材料を得る。これにより、材料は、高い温度および圧力のローラの間またはその下に通される。カレンダ仕上げの条件によっては、孔の大きさおよび形状が影響を受けることがある。
プラズマＰＥＣＶＤ
工業用および医療用織物ならびに複合材料の撥水撥油性のような表面特性を向上させるために、織物仕上げプロセスとして織物材料のプラズマ処理を施すことができる。従来の湿式化学繊維仕上げと比べて、プラズマ技術は環境問題に関して有利である。ＰＥＣＶＤ処理により、例えば、接着性の向上、疎水性の向上、表面への特別な官能基の導入、または表面形態の改質を達成することができる。
一般にプラズマ重合またはＰＥＣＶＤとして知られるプラズマ蒸着では、非常に薄いポリマー層（ナノスケール）を基材表面に蒸着させることができる。この層は、基材表面に直接重合される有機前駆体ガスの重合によって形成される。従来の重合とは対照的に、プラズマ重合は、すべてのモノマー・ガスまたは蒸気を、その反応性に限定されることなく使用することができる。プラズマ・ポリマーは、分岐しランダムに終端された鎖および高架橋度により、従来とは異なる重合挙動を示す。
プラズマ・ポリマーのバルク構造は、従来のポリマーのバルク構造とはかけ離れて、完全に不規則である。プラズマ・ポリマー・コーティング（ナノ薄膜）は、体積当たりの高密度の官能基、高架橋度の分岐プラズマ・ポリマー網目、ナノメートル厚のコーティング（＜２００ｎｍ）、基材に対するコーティングの高い接着性、および、ポリマー布地であり得る基材のバルク特性が変化しないことによって、従来のポリマーとは異なる。
本発明によれば、好ましくは約１３ＭＨｚ～１４ＭＨｚ、好ましくは約１３．５ＭＨｚの無線周波数により、または直流（ＤＣ）電源により動作するシステムを回転させるロール内に複数のローラおよび／またはエキスパンダを有するプラズマ・チャンバにおいて、プラズマ処理を行うことができる。
本発明を実施するための１つのモードは、最初に、前処理を、好ましくは約２分間～約５分間、好ましくは約７０ｍＴｏｒｒ～約２００ｍＴｏｒｒのベース圧力、好ましくは約２０℃～最高約６０℃の温度、好ましくは約５００ワット～約１８００ワットの電力出力で行うことであってよい。次に、第１のコーティングステップを、好ましくは約２分間～約５分間、好ましくは約１５ｍＴｏｒｒ～約１５０ｍＴｏｒｒのベース圧力、好ましくは約２０℃～最高約６０℃の温度、好ましくは約１００ワット～約１０００ワットの電力出力で行う。次に、第２のコーティングステップを、好ましくは約２分間～約５分間、好ましくは約１５ｍＴｏｒｒ～約１５０ｍＴｏｒｒのベース圧力、好ましくは約２０℃～最高約６０℃の温度、好ましくは約１００ワット～約８００ワットの電力出力で行って、外側機能層を堆積させる。本実施形態において、外側機能層はＣ１～Ｃ３ベースのＰＦＡＳをベースとし、第２の機能層はＨＭＤＳＯまたはＤＬＣをベースとする。
本発明による布地に基づく濾過媒体の好ましい実施形態は、最高の撥液性を得るための異なるパターンを有する織構造を含み、したがって、表１に見られるように、１１０°超の接触角を持つ超疎水性および疎油性表面を得ることができる。プラズマ誘起疎水および疎油の度合いは、織物構造および織構成にも関連する。プラズマ種が織物構造に貫入すると、より高い撥液性が可能になる。したがって、基材の疎水性および疎油性は、布地の横フィラメントおよび縦フィラメントの両方の配置、最終的なフィラメントの繊度、布地密度および織構造および繊維含有量によっても決まる。
Figure 0007493009000001
また、処理されたポリマー布地の撥油性を、水性液体ではなく撥油液性を試験する「合否」型の方法でもあるＡＡＴＣＣ１１８により、並行して評価した。ＡＡＴＣＣ１１８は、表面張力が低下する８つの液体炭化水素を使用して、撥油性を判定する。油のスケールは、２５℃で３１．５ｍＮ／ｍの表面張力を持つ鉱油であるＫａｙｄｏｌを使用する０（否）から、２５℃で１９．８ｍＮ／ｍの表面張力を持つｎ－ヘプタンを使用する８（最高の撥油性）に及ぶ。サンプルを湿潤させない油に付した数字は、撥油性のグレードとみなされる。
Figure 0007493009000002
 表２からわかるように、本発明のコーティングを使用することにより、Ｃ６ベースの標準的なコーティングと比べて同様のおよび良好な結果を得ることができる。この知見は、以下のように説明することができる。すなわち、物理的な改質がロールオフ効果を向上させる。ＰＤＭＳ状コーティング（すなわちｐｐ－ＨＭＤＳＯ）は、良好な撥水性を得るよう強化し、フッ素化トップコーティングは、油、脂、およびミルクに対して効果的である。
本発明に基づいて、布地に埋め込まれた疎水基および疎油基が、ＡＳＴＭＦ１９８０－１６による加速劣化処理に対する安定性および耐性を有する、濾過媒体のためのポリマー布地を製造することもできる。さらに、濾過媒体の２ステップの疎水性および疎油性ナノコーティングは、ＩＳＯ４９２０およびＡＡＴＣＣ１１８のそれぞれによる優れた撥水性および撥油性を有する。
本発明に基づいて、疎水性および疎油性を有する頑丈で信頼性のある布地を提供することができる。

Claims (13)

  1. 第１の化合物から作られた、疎水性および疎油性を有する外側機能層と、
    第２の化合物から作られた、疎水性を有する第２の機能層と
    を含み、
    前記第１の化合物と前記第２の化合物とが、互いに異なり、
    前記外側機能層が、前記第２の機能層を少なくとも部分的に被覆し、
    前記第２の機能層が、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）またはダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）層ベースのプラズマ・ナノコーティングである、ポリマー布地。
  2. 第１の化合物から作られた、疎水性および疎油性を有する外側機能層と、
    第２の化合物から作られた、疎水性を有する第２の機能層と
    を含み、
    前記第１の化合物と前記第２の化合物とが、互いに異なり、
    前記外側機能層が、前記第２の機能層を少なくとも部分的に被覆するポリマー布地であって、
    前記ポリマー布地が、少なくとも織担体層と電界紡糸膜層とを含む複合膜を含む、ポリマー布地。
  3. 前記第２の機能層が、疎油性を有していない、請求項１または２に記載のポリマー布地。
  4. 前記外側機能層が、１つ、２つ、もしくは３つの炭素原子のみを含むペルフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質（ＰＦＡＳ）ベース、ならびに／またはペルフルオロポリエーテル化合物（ＰＦＰＥ）ベースのプラズマ・ナノコーティングである、請求項１または２に記載のポリマー布地。
  5. 前記外側機能層および／または前記第２の機能層が、低圧プラズマ・コーティング技術によって堆積される、請求項１または２に記載のポリマー布地。
  6. 前記ポリマー布地が、第１のモノフィラメント糸および第２のモノフィラメント糸の織物である織担体層を含み、前記第１のモノフィラメント糸および前記第２のモノフィラメント糸が、同じまたは異なるポリマー材料から製造される、請求項１または２に記載のポリマー布地。
  7. 前記外側機能層の厚さは、前記第２の機能層の厚さの２分の１以下である、請求項１または２に記載のポリマー布地。
  8. 第１の化合物から作られた、疎水性および疎油性を提供する外側機能層が、低圧プラズマ・コーティング技術によってポリマー布地に堆積され、
    第２の化合物から作られた、疎水性を提供する第２の機能層が、低圧プラズマ・コーティング技術によって前記ポリマー布地に堆積され、
    前記外側機能層と前記第２の機能層とが、互いに異なり、
    前記外側機能層が前記ポリマー布地に堆積される前に、前記第２の機能層が前記ポリマー布地に堆積され、
    前記外側機能層が、前記第２の機能層を少なくとも部分的に被覆する、
    ポリマー布地を製造する方法。
  9. 前記第２の機能層の前記堆積の前に、アルゴン、ヘリウム、窒素、酸素、およびテトラフルオロメタン・ガス、ならびに／またはそれらの混合ガスを使用して、低圧プラズマ技術によって前記ポリマー布地の前処理が行われる、請求項８に記載の方法。
  10. 前記第２の機能層の前記堆積の前に、ポリマー布地の２ステップ前処理が行われ、
    第１のステップで、グラビアおよび／またはスロット・ダイ・コーティング法を使用して、前記ポリマー布地が、紫外線硬化インプリント樹脂で被覆され、
    第２のステップで、紫外線インプリントおよび／または熱エンボス加工法を使用して、表面パターニングが行われる、
    請求項８に記載の方法。
  11. 前記第２の機能層の前記堆積の前に、前記ポリマー布地の前処理が行われ、前記ポリマー布地が、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含む水溶液で処理される、請求項８に記載の方法。
  12. 前記外側機能層および／または前記第２の機能層が、１つのプロセスにおいて１つの処理ステップで堆積されて、フッ素ドープＨＭＤＳＯプラズマ・ナノコーティングおよび／またはフッ素ドープＤＬＣプラズマ・ナノコーティングを得る、請求項８に記載の方法。
  13. 低圧プラズマ・コーティング・デバイスを備える、ポリマー布地を製造するための装置であって、
    前記低圧プラズマ・コーティング・デバイスが、
    ・第１の化合物から作られた、疎水性および疎油性を提供する外側機能層を、低圧プラズマコーティング技術によって前記ポリマー布地に堆積させるように構成され、
    ・第２の化合物から作られた、疎水性を提供する第２の機能層を、低圧プラズマコーティング技術によって前記ポリマー布地に堆積させるように構成され、前記外側機能層と前記第２の機能層とが、互いに異なり、
    前記低圧プラズマ・コーティング・デバイスが、
    ・最初に前記第２の機能層を前記ポリマー布地に堆積させ、次に前記外側機能層を前記ポリマー布地に堆積させるように構成され、前記外側機能層が、前記第２の機能層を少なくとも部分的に被覆する、
    装置。
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