JPH04501681A - ファブリック強化複合体膜 - Google Patents
ファブリック強化複合体膜Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
ファブリック強化複合体膜
本発明は、電解法および他の化学的分離において有用な複合体膜に関する。
2、関係する技術の記載
電解法、例えば、ブラインまたは塩化水素の電解において、あるいは種々の金属
の電解採取において、アノード室とカッーV室との間にセパレーターを設けるこ
とは重要である。米国特許第3.282.875号、米国特許第3.718.6
27号、米国特許第4.358.545号、および米国特許第4.329.43
4号に記載されているように、パーフルオロスルホン酸のポリマーから作られた
か、あるいは米国特許第4.131.740号および米国特許第i、 734.
100号に記載されでいるように、パーフルオロカルボン酸のポリマーから作ら
れた、化学的に安定なイオン交換膜にi 七ハレーターとし”C広く使用されて
いる。ブラインを電解1、′7−濃ナイさ!1だ苛性ソーブを製造するために、
パーフル第1ノスルホン酸のポリマーおよびパーフルオロカルボン酸のポリマー
の両者を包含する多層膜は、日本国特許出願公開52/36589号に記載され
ているように使用されてきている。
品質、効率、コストの有効性およびしばしば安全性の理由で、セパレーターは引
き裂き、摩耗、破壊および引っ掻きに対しで抵抗性であり、しかもそのイオン伝
導性および同時の非強化のパーフルオロイオン交換樹脂の膜は、ことに水性媒質
中で膨潤したとき、機械的に弱い。例えば、5ミルの1100当量(equiv
alent weight)のフィルムについての特性エルメンドルフ引き裂き
強さは、乾爆しているとき約80であり、そして水で飽和しているときはそれよ
りかなり低い。結局、強化の機構が案出され、ここで通常ポリテトラフルオロエ
チレン(PTFE)繊維から作られたファブリックは、パーフルオロイオン交換
ポリマーにより部分的にまたは完全に包封されてきている。商品はこのアプロー
チを反映する。しかしながら、有効にファブリツタに結合しかつそれを包封する
ためには、約5〜10ミルの厚さのイオン交換膜を必要とする。より薄い膜は不
満足である。なぜなら、より薄い膜はファブリックの両側を完全にカバー・する
ことができず、そして膜の一体性は障害されるからである。この強化された5〜
10ミルの構造体の水性媒質中の電気抵抗は、厚さの増加のために、非強化のよ
り薄い膜のそれよりかなり高く、そしてイオンの輸送のための有効断面は、包封
されたファブリツタのために、減少する。
米国特許第4.604.170号は、この問題を処理する試みにおいて、比較的
薄い連続のパーフルオロイオノマーの膜と多孔とされて、イオン伝導に対する抵
抗性が低くかつ引き裂き抵抗が中程度である電解膜とされている。しかしながら
、高いレベルの引き裂き強さおよび切断および摩擦抵抗はこのアプローチによっ
て提供されない。高いレベルの引き裂き強さおよび摩擦抵抗は、許容されうるほ
どに低い電圧操作を得るために十分に多孔質である、いかなる既知の先行技術の
εPTFE構造体によっても、提供されない。
米国特許! 4,604.170号は、また、パーフルオロスルホン酸のポリマ
ーおよびパーフルオロカルボン酸のポリマーから成る多層膜の使用を特許請求し
ており、これはブラインの電解において使用するために多孔質EPTFBへラミ
ネート台されて、ヒドロキシルイオンの逆移動を減少されている。
日本国特許出願公開62−280231号は、多孔質物体にラミネートされた、
連続のパーフルオロイオン交換フィルムを包含する、強化された膜構造体を記載
している。多孔質物体は、フッ素含有ポリマーから作られ、2枚のBPTFEシ
ートの間にサンドイッチされた、ファブリックまたはスクリムを包含する、3N
のラミネートとして記載されている。親水性およびある程度の凝着性を与えるた
めに、EPTFBシートおよびファブリツタを酸型のパーフルオロスルホン酸の
ポリマーの溶液で含浸する。乾燥後、多孔質物体のサンドイッチ構造体は連続の
パーフルオロイオン交換シートで加熱ラミネートする。
この構成は、ファブリツタとイオン交換膜との間にEPTFHの中間層を提供す
る。しかしながら、パーフルオロイオノマーにより提供される結合は低く、例え
ば、20本のストランド/1インチのスクリムについて60g/インチより低い
剥離強さであり、そして熱水中に24時間浸漬後、本質的に強さはなくなり、例
えば、20g/インチより低い剥離強さに低下する。。
日本国特許出願公開62−280230号は、複合体の構造体を記vし7ており
、ここでスクリムまたはファブリックを加熱ラミネートシ、そして連続のバーフ
ルオ■】イオン交換膜とEPTFEシートとの間に包封し、こうして゛引き裂き
強さをその構造体に付与する。この機械的増強方法は欠点を有し、比較的厚いイ
オン交換膜または高い当量の膜を使用(7て、ファブリツタを通して浸透させか
つEPTFBシートに結合させて、ピンホールを回避し、これにより電解の一体
性の損失を回避しなくてはならない。より厚いか、あるいは高い当量の膜はより
高い電圧の操業を生ずる。また、この方法はより緊密に織製し、たファブリツタ
を有する複合体に適用することができず、このファブリツタはある応用において
切断または摩擦の損傷から膜を保護するために望ましいことがある。
本発明は、従来の膜の機械的欠点の大部分を克服しそしで、驚くべきことには、
非常に薄い、非強化のパーフルオロイオン交換ポリマーの膜のイオン伝導に対す
る抵抗性に近い、低いイオン伝導に対する抵抗性を有する膜を提供する。
流体の分離において、流体が異なる透過速度を有する膜はそれらの流体の混合物
の分離において有用であった。このようなフィルムは膜の表面へおよび表面から
の流体の自由な流れを可能とする大きい孔を有する分離メツシュとともに巻かれ
、そしてモジュールが構成された。薄いバーフルオロイ第2ツマ−のフィルムは
水および他の極性分子に対して非常に高い透過性を有するが、有効な透過分離子
ジ1.・−ルはこJ71.らの薄くて、脆いバ〜フルメロイオ、ノン゛−のフィ
ルトから構成するこ2:ができない。
促進された輸送は関係する分離技術C−あり1、ここで連続(/T)膜は液体で
可塑化または膨潤される。溶解しまた液体は分離すべき流体の1つき錯化121
、そしご膜を横切るその輸送−介促進する。阿び、薄いバ・−フルツ盲フイt
、、/ ノーの一ノイルl、ハ、例えば、水性媒質中のE” ミ/酸の分離13
:、おけるように、促進された輸送の独特の機会を与えるが、薄いパーフルオロ
イオノマーはLジュール構成を行うか、あるいは操作圧力差に耐えるために十分
に強くない。米国特許第4.194.041号は、水蒸気を通過させることがで
き親水性層を含む防水物品を提供する。、特定の請求の範囲はバ・−フルオv:
2イオノマーに関し、このパーフルオロイオノマーは水蒸気を通過させ、そして
液体の水の通過を防止する疎水性BPTFE層と複合化されでいる。
しかしながら、水性の液体を輸送する能力は電解法において重要であるばかりで
なく、かつまた透過分離および促進された操作において重要である。
本発明の複合体は、薄いパーフルオロイオノマーのフィルムを使用して可能であ
る高い透過および輸送速度を有意に減少しないで、薄いパーフルオロイオノマー
のフィルムの機械的強さの限界を克服する。さらに、本発明の複合体は、IEP
TFHの内部および外部の表面をパーフルオロイオノマーでコーティングするこ
とによって、その多孔性を破壊しないで、親木性とされたBPTFE層を提供す
る。このようにして、連続の膜の表面へ行くか、あるいはそれから来る水性液体
の流れを遮断する、BPTPB構造体のガスの閉鎖は回避される。
本発明の構造体は、ファブリツタの繊維のεPTFBシートの孔の中への流れお
よび/または機械的絡み合いを包含し、これらは接着剤の不存在下における強い
結合、例えば、80〜500g/インチの剥離強さを生成し、沸騰する水中への
長い暴露後でさえ本質的に変化しない。事実、シートの中へのポリマーの表面層
の広範な浸透が達成される、ある場合において、IEPTPEシートはファブリ
ック/8PTFEの界面を分離することができる前に、凝着的に破壊する。
発明の要約
多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレン(BPTPB)の層の1つの表面への
接触点において結合した合成ファブリツタからなり、前記BPTFE層は前記1
つの表面と反対の表面でそれにラミネートした連続のパーフルオロイオン交換ポ
リマーのフィルムを有し、前記ファブリックおよび多孔質EPTFEはその内部
および外部の表面の少なくとも一部分の上にパーフルオロイオン交換樹脂のコー
ティングを有する、多層複合体膜が提供される。合成ファブリックおよびEPT
FBの間の結合は、ファブリックおよびBPTFE層の間の接触点において形成
した機械的結合と信じられる。
また、連続のパーフルオロイオン交換ポリマーのフィルムからなり、前記イオン
交換ポリマーのフィルムは合成ファブリックの層を有し、前記合成ファブリツタ
の層は前記パーフルオロイオン交換ポリマーのフィルムの両方の表面への接触点
においてサンドイッチ様の立体配置で前記イオン交換ポリマーのフィルトと各前
記合成ファブリツタの層との間に介在するBPTFEの中間層により結合されて
おり、前記ファブリックおよび多孔質fEPTFEはその内部および外部の表面
の少なくとも一部分の上にパーフルオロイオン交換樹脂のコー・ディングを有す
る、多層複合体膜が提供され、合成ファブリックおよびBPTFEの間の結合は
、少なくとも部分的にファブリックおよびBPTFE層の間の接触点において形
成した機械的結合である。ファブリックはハロゲンを含有するポリマーの繊維、
例えば、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンのパーフルオロ
コポリマーまたはテトラフルオロエチレンのパーフルオロコポリマーでコーティ
ングされたポリテトラフルオロエチレンの繊維から作られる。ファブリックは織
布または不織布であることができる。連続のパーフルオロイオン交換ポリマーの
フィルムは、好ましくは、パーフルオロスルホネートまたはパーフルオロカルボ
キシレートである。
EPTFEおよびファブリツタの内部および外部の表面は、好ましくは、当量(
equivalent weight)が1000より低いパーフルオロスルホ
ン酸のポリマーまたは当量が1000より低いパーフルオロカルボン酸のポリマ
ーでコーティングされている。ファブリックおよびEPTFEは、好ましくは、
イオン性のパーフルオロ界面活性剤で含浸されている。
複合体は、化学的分離において強化された薄い選択的バリヤーとしで使用して、
薄い連続のバーフルオr1イオン交換ポリマーのフィルム単独の場合に固有の選
択的輸送に対する低い抵抗性を犠牲にしないで、機械的強度を提供=引るしとが
できる。複合体は、電解装置におけるアノ−1!室とカソード室との間の電解セ
パレーター・とじて使用して、低い電圧。操作を提供することができ、また透過
分離おにび促進された輸送の操作においで薄い連続のバリヤーとして使用するこ
とができ、これにより前記ファブリツタは機械的支持を提供し、そして繊維の間
の空間は連続の膜の表面へ行くか、あるいはそれから来る流体の通路を提供し、
ここで薄い連続のバー・フルオロイオン交換ポリマーのフィルン、に固有の水お
よび他の親水性物質への高い選択的透過を実質的に犠牲にしない。
また、本発明の多層複合体を製造する方法が提供される。
図面の簡単な説明
第1図は、本発明の複合体の1つの実施態様の斜視断面図である。
第2菌は、本発明の複合体の第2の実施態様の断面図である。
第3図〜第6図は、本発明による複合体のラミネートを示づ一種々の拡大で撮っ
た顕微鏡写真である。
電解法においでイオンの伝導に対する抵抗が低くそして透過分離および促進され
た輸送の操作において高い透過速度を可能とする、機械的に強い多層複合体が提
供され、この複合体は強化するファブリツタに1つの側または両側でBPTFE
の中間層により取り付けられた連続のパーフルオロイオン交換ポリマーのフィル
ムからなり、ここで1または2以上のファブリックおよび1または2以上のHP
TFF、の中間層は、パーフルオロイオン交換樹脂、好ましくは当量が1.00
0より小さいバーフルオ■1イオン交換樹脂でそれらの内部および外部の表面の
一部分またはすべてをコーティングすることによって、親水性および非ガス閉鎖
性とされ°Cいる。初期の湿潤は、1または2以上のファブリックおよび1また
は2以上のEPTFHの中間層を水溶性イオン性界面活性剤、例えば、アンモニ
ウムパーフルオロオクタノエートで処理することによって保証される。連続のパ
ーフルオロイオン交換膜は、パーフルオロスルホン酸のポリマーまたはパーフル
オロカルボン酸のポリマ〜であることができ、ぞしてバ・−フルオロスルホン酸
のポリマーは好ましい。
20%を越える濃度の苛性ソーダを製造する電解法において、パーフルオロスル
ホネートのイオン交換ポリマーのフィルムの1つの表面」−のパーフルオロカル
ボキシレートの薄い層からなる連続の2層のイオン交換膜〔米国特許第4.48
7.668号、イングランド(England)ら(デュポン社)に記載されて
いるような〕は、本発明の複合体中に組み込まれ、ここで薄いスルホネート層は
EPTFEと相互に向かい合い、そしてカルボキシレート層はヒドロキシルイオ
ンの逆移動に対するバリヤーを提供する。
ブラインからより低い強度の苛性ソーダを製造する方法についで、薄い1500
当量のパーフルオロスルホネート層を本発明の複合体中組み込んで、ヒドロキシ
ルイオンの逆移動に対するバリヤーを提供することができる。塩化ナトリウノ・
および塩化カリウムの電解に一ついて、カチオン交換層は非電極層でコー・ティ
ングして摺電圧を減少させることができる。この上・うな層の性質および応用は
英国特許第2064686号に記載されている。
本発明のBPTFE層は非多孔質イオン交換膜と強化ファブリックとの間の中間
層として働き: (a)機械的定着部分を提供し7、これによりファブリックお
よびパーフルオロイオノマーの膜の両者からの表面ポリマーをEPTFEの孔の
中に絡み合わせることによって、パーフルオロイオノマーの膜およびファブリッ
クの両者はEPTFEへしっかり結合される: (b)比較的薄い(例えば、0
.5〜3ミル)のイオン交換膜をラミネート法においてファブリツタの繊維の間
の破壊を防止し、これにより膜の一体性を保存する支持体を提供する;および(
C)EPTFEの薄さおよび高い多孔度のおかげで、イオン伝導のための股の有
効断面を大きく減少しない。このようにして、頑丈なファブリックを使用して、
非強化のイオン交換膜において固有のイオンの流れに対する低い抵抗を大きく増
加しないで、薄いパーフルオロイオノマーの膜を機械的に強化することができる
。
相応して、本発明の複合体は、また、透過分離および促進された輸送の分離の方
法および装置において使用することができる。ファブリツタは機械的強さおよび
支持を提供し、そして繊維の間の空間は連続の膜の表面へ行くか、あるいはそれ
から来る流体の比較的妨害されない通行の通路を提供し、ここで薄いパーフルオ
ロイオノマー膜を使用して可能な高い選択性の透過または促進された輸送速度を
実質的に犠牲にしない。BPTFEの内部および外部の表面をパーフルオロイオ
ノマーでコーティングすると、膜の表面への水性液体の自由の通行を遮断するで
あろうガスの閉鎖を回避するために十分な親水性をBPTPE構造体は付与され
る。さらに、外部および内部のコーティングは、実質的な圧力の勾配下の圧縮お
よび潰れに対し2てEPTFE構造体の不活性な強化を提供する。
本発明は、また、パーフルオロイオノマーの膜とポリマーのファブリックまたは
セラミック繊維のファブリックとの組み合わせを提供し、ここで前記ファブリツ
タは電解または他の分離系の化学的または熱的の拘束に耐えることができるポリ
マ・−でコーティングされている。したがって、ハロゲンを含有するづ;リマー
およびポリマーの繊維は好ましい。これらはポリテトラフルオロエチレンおよび
テトラフルオロエチレンのコポリマー、PVIよび塩素化P■Cを包含する。
のを包含するが、これらに限定されない: EPTFE繊維、テフロン(Tef
lonR)PFAフルオロカーボン樹脂のモノフィラメント、テフロン(Tef
lonR)FEPフルオロカーボン樹脂のモノフンラメント、ポリ塩化ビニル(
PνC)のモノフィラメント、塩素化PVCのモノフィラメント、他のポリマー
の繊維、他のポリマーの表面コートをもつポリマーの繊維、ポリマーでコーディ
ングされたガラス繊維、およびポリマーでコーティングされた他のセラミック繊
維。
用語[ファブリック(fabric)Jは、この開示において、これらの繊維か
ら織製されたファブリックおよび、また、種々の技術により配置されたこれらの
繊維の不織のウニ、ブおよびシートを呼ぶ。この開示の意図内で、用語「ファブ
リック」は、また、1つのウェブとしてまたはシートの中に孔をカッティングす
ることによって製作された、ポリマーのネット、メツシュおよびスクリーンを呼
び、ここで繊維または強化部材の間の交点は完全に融合されている。
この開示において、ファブリックおよびEPTFEシートの間の用語「結合」は
ファブリックの繊維または強化部材とBPTFEシートとの間の連合を呼び、連
合はおおよそ機械的であるが、かならずしも機械的だけではなく、そして繊維の
表面成分とEPTFBシートのフィブリルおよび節の構造体との相互の混合を包
含する。(参照、多孔質EPTFEにおける節およびフィブリルの説明について
、例えば、米国特許第3.953.566号)。
こうして、この開示において、用語「結合」は、EPTFBシートの節およびフ
ィブリルと繊維のそれらとの絡み合いによりなされた連合、およびポリマーの繊
維またはポリマーでコーティングされた繊維の表面層がEPTFEシートのフィ
ブリルおよび節の構造体の中に流れることによってなされた連合の両者を包含す
る。繊維またはBPTFBシー・トの中に存在する結合を越えた結合を実施する
だめの接着性材料の導入は、考えられない。
本発明の複合体膜および好ましい実施態様の詳細な説明は、添付図面を参照する
ことによって最もよく提供され、ここで第1図は本発明の複合体の1つの実施態
様の斜視断面図である。多層複合体10は多孔質EPTFEシー・ト14の1つ
の表面に結合された合成ファブリック16からなる。EPTFE層14は、示す
ように1、その他の表面にラミネートされた連続のパーフルオロイオン交換ポリ
マーのフィルム12を有する。ファブリック16およびEPTFB層14の両者
は、パーフルオロイオン交換樹脂の内部および外部の表面の少なくとも=一部分
の上にコーティングを有する。合成フッ−ブリックとEPTFBとの間の結合1
8は、ファブリツタとEPTFEとの間の接触点における機械的結合であると信
じられる。
第2図に示す、本発明の他の実施態様において、連続のパーフルオロイオン交換
ポリマ・−のフィルム22からなる多層複合体膜20が提供され、このフィルム
22はそれとファブリツタ層26.26との間の介在する多孔質EPTFHの中
間層24.24によりサンドイッチ様の立体配置でフィルム220両者の表面に
結合されたファブリック層26.26を有する。ファブリックおよび多孔質EP
TFEは、パーフルオロイオン交換樹脂の内部および外部の表面の少なくとも一
部分の上にコーティングを有する。合成ファブリック26およびEPTFE 2
4との間の結合28は、ファブリックおよびEPTFEの間の接触点において形
成された機械的結合であると信じられる。
ファブリック16.26は、好ましくは、ハロゲンを含有する合成ポリマー、例
えば、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンのパーフルオロコ
ポリマーまたはテトラフルオロエチレンのパーフルオロコポリマーでコーティン
グされたポリテトラフルオロエチレンから作られている。ファブリツタは織布ま
たは不織布であることができる。ファブリツタの外部の表面は好ましくは非イオ
ノマーである。連続のパーフルオロイオン交換ポリマーのフィルム12.22は
パーフルオロスルホネートまたはパーフルオロカルボキシ1/−トであることが
できる。パーフルオロイオン交換ポリマーのフィルムは、また、パーフルオロカ
ルボキシIノートの層に結合されたパーフルオロスルホネートの層からなり、こ
こでパーフルオロスルホネートはBPTPE層に隣接する2層であることができ
る。
HPTFEおよびファブリツタの内部および外部の表面は、好ましくは当量が1
000より小さい、パーフルオロスルホン酸のポリマーまたは、また、好ましく
は当量が1000より小さい、パーフルオロカルボン酸のポリマーでコーティン
グされている。ファブリックおよびEPTFEは、好ましくは、イオン性パーフ
ルオロ界面活性剤で含浸されている。
BPTPE層は約0.2〜約5ミルの厚さである。ファブリックおよび多孔質E
PTFEは、それらのすべての内部および外部の表面の上に、パーフルオロイオ
ン交換樹脂のコーティングを有することができる。ファブリツタとBPTPE層
との間の結合の剥離強さは、90−100℃に維持された水中で22時間以上の
開腹合体を浸漬した後、30g/(幅1インチ)を越えるこきができる。
複合体は、化学的分離において強化された薄い選択的バリヤーとして、電解装置
におけるアノード室とカソード室との間の電解セパレーターとして使用して、低
い電圧操作を提供し、透過分離操作における薄い連続のバリヤーとして、あるい
は促進された輸送の操作において薄い連続のバリヤーとして使用して、これによ
り前記ファブリツタは機械的支持を提供し、そして繊維の間の空間は連続の膜の
表面へ行くか、あるいはそれから来る流体の通路を提供することができる。ここ
で薄い連続のバー・フルオロイオン交換ポリマーのフィルムを包含する促進され
た輸送系において高い輸送速度を実質的に犠牲にしない。
第3図〜第6図は、それぞれ、第1図に概略的に描写する多層複合体膜の90x
、210x 、 1500xおよび5000 Xの倍率の走査型電子顕微鏡写
真である。
第3図〜第6図において、合成ファブリック16は多孔質EPTFEシート14
の1つの表面に結合していることが見られる。
EPTFE層14はその他の表面にラミネートされた連続のパーフルオロイオン
交換ポリマーのフィルム12を有する。ファブリック16およびBPTPE層の
両者は、それらの内部および外部の表面の少なくとも一部分の上にパーフルオロ
イオン交換樹脂のコーティングを有する。合成ファブリツタのストランドおよび
BPTPEとの間の結合18は、ファブリックおよび8PTFEの間の接触点に
おける機械的相互作用であることが示されている。
3層のファブリック強化された複合体膜を製造する好ましい方法は、1系列の工
程:
(1)ファブリックおよびEPTPBを熱的にラミネートして中間のラミネート
されたシートを形成する、(2)パーフルオロイオノマーの前駆体を溶融押出し
てフィルムを形成する。この前駆体のポリマーはフッ化スルホニルのコポリマー
またはカルボキシルエステルのコポリマーであることができる。両者の材料を同
時押出して、各ポリマーの層を含有する2層フィルムを形成することができる。
(3)前駆体フィルムを中間のラミネートにラミネートする。
(4)中間のラミネートを希釈した(例えば、2%の)低い当量のイオノマー(
米国特許第4.453.991号に記載されているような)の液状組成物で含浸
し、次いで乾燥する。
(BPTFE層をこの段階において親水性として、次の加水分解工程(5)の間
のふくれ回避することが重要である)、(5)前駆体フィルム層をアルカリ性の
水の極性有機溶媒の混合物中でパーフルオロイオノマーの形態に加水分解し、水
ですすぎ、次いで乾燥する。そして、好ましくは、(6)中間のラミネートをイ
オン性界面活性剤で含浸し、そして乾燥する。
この方法の各工程は、ロールの巻き取りを有する連続的に作動する別の装置で実
施することができる。しかしながら、非常に薄い連続のイオノマーのフィルム層
を含む複合体を製造するために、およびまた、高い生産レベルにおける経済性の
ために、工程(2)および(3)を組み合わせることができる。工程(1)にお
いて製造した中間のラミネートは、前駆体ポリマーで溶融コーティングして、1
ミルより小さい厚さの連続のフィルム層をレイダウン(lay−down)する
ことができる。工程(4)は工程(3)と、3層のラミネートをそれがラミネー
ター(または溶融コーター)から出るとき、それを噴霧または他の方法で含浸し
、そして巻き取り前に乾燥することによって、統合することができるであろう。
第2図に示すように2つの側で強化された5層の複合体は、工程(1)および(
2)を実施して3層のラミネートを形成し、次いで第2のラミネート(工程(1
)において製造した)を連続のフィルム層の他方の側に適用することによって、
工程(2)を反復することによって製造される。
あるいは、連続のパーフルオロスルホン酸のポリマーの膜は、EPTFE表面の
上に薄い、均一な層を形成するが、EPTFB構造体の中に実質的に浸透しない
溶媒系中の1100当量のパーフルオロスルホン酸のポリマーの液状組成物でB
PTFE膜をコーティングすることによって、BPTFE膜へ適用することがで
きる。この工程は上の工程(2)および(3)を置換し、そして工程(5)の必
要性を排除する。
上の方法に従い、ファブリックおよびEPTFEのロールを連続のラミネーター
に供給する。このラミネーターは、1系列の加熱されたニップロールまたは幅広
いステンレス鋼のバンドをその上にもつ加熱された大型のロールを有する。ウェ
ブをロールのまわりにそしてニップを通して供給するか、あるいはバンドおよび
大型のロールの間に供給して、ラミネート温度における接触を数秒間(例えば、
1〜10秒間)維持する。
ファブリック側のロールまたはバンドは、好ましくは、ファブリツタ中の繊維が
収縮、溶融または変形するか、あるいは数秒の接触時間の間に物理学的性質の有
意の永久的損失を引き起こす温度より、少なくとも20〜30℃だけ低く維持す
る。
BPTFE繊維から作られたファブリツタについて、この温度は数秒間で400
℃程度に高い。テフロン(TeflonR)PEPフルオロカーボン樹脂でコー
ティングされたEPTFE繊維から作られたファブリックについて、あるいはテ
フロン(Teflon″)FEPフルオロカーボン樹脂でコーティングされたガ
ラス繊維から作られたファブリツタについて、温度は250℃以下に維持するこ
とが好ましい。
BPTFE側のロールまたはバンドは、EPTPE/繊維の界面において急速な
結合を達成するために十分に高いが、接触時間の間にEPTFEまたはファブリ
ツタを劣化させるために十分に高くない温度に維持される。これはラインの速度
および関係する特定のEPTFEおよびファブリックに依存して400℃または
それ以上であることができる。このような高い温度はEPTFE繊維をEPTF
Rシートに迅速に結合するために必要である。しかしながら、FEP樹脂のコー
ティングをもつ繊維から作られたファブリツタについて、BPTFE側のロール
またはバンドの温度は、好ましくは、ラインの速度および関係する特定のBPT
FEおよびファブリツタに依存して300〜375℃の範囲でるべきである。同
様に、BPTFEを熱的にそれほど安定ではない繊維(例えば、PVCのモノフ
ィラメント)から作られたファブリツタにラミネートすることができ、ここでラ
イン速度および繊維の熱−機械的性質に依存して、複合体の各側のバンドまたは
ロールの温度を相応して調節する。
前駆体ポリマーは300℃より低い温度において押出して、0.5〜5ミルの厚
さのフィルムを形成する。このフィルムはフッ化スルホニルのポリマー、カルボ
キシルエステルのポリマーまたは両者の多層構造をもつことができ、ここで異な
るポリマーは同時押出されたフィルムにおいて明確な層を形成する。あるいは、
多層フィルムは別々のフィルムを押出し、そしてフィルムを一緒に「ブロッキン
グ」する、すなわち、フィルムを低い圧力および加熱下に一緒にして、それらが
積層プロセスを通して一緒に接着するようにすることによって作ることができる
。
フィルム(単一のまたは多層の)をファブリックと反対の中間のラミネートの側
への積層は、2フイルムのフッ化スルホニル側をBPTFEと接触させて、28
0℃より低い表面温度(2つの表面)および760mmHg以下の圧力差で起こ
り、好ましい方法は500ounHg以下の真空を複合体のファブリック側に加
え、その間フィルム側を大気圧に保持することである。加熱および真空の接触時
間は90秒より短い。
複合体はイオノマーの液状組成物でコーティングした後、主として水性の媒質中
で加水分解すべきである。そうでなければ、イオノマーのフィルムは膨潤するが
、疎水性BPTFEは膨潤からの静水圧を解放させず、構造体の剥離を引き起こ
すであろう。
酸型の920当量のパーフルオロスルホン酸のポリマーの脂肪族アルコール−水
の液状組成物を部分的真空下に80℃より低い温度に加熱して、液体成分の大部
分を除去して、少なくとも30%の固体の残留物を残す。この残留物を大気圧に
おいて極性有機溶媒、好ましくは低級脂肪族アルコール、例えば、エタノール中
で1〜6重量%の固体に希釈する。この液状組成物を、EPTFEが液状組成物
で完全に含浸されるために十分な量で、ラミネートのファブリツタ側に噴霧また
はコーティングする。EPTFBは不透明となり、そして完全に含浸されたとき
、はぼ透明となる。ラミネートを液状組成物中の溶媒の沸点より低い温度で乾燥
する。
こうして形成した複合体は、米国特許第4.584.071号に記載されている
ように、6〜20%のKHO(好ましい)または他の可溶性水酸化物、5〜40
%の極性有機溶媒(DMSO1好ましい)および90%の水の溶液中で50〜1
00℃において少なくとも5分の接触時間で、加水分解してイオノマーの形態に
する。次に、複合体を少なくとも10分間水ですすいで、カリウム塩の形態のパ
ーフルオロスルホネートのポリマーを生成する。必要に応じて、ポリマーは所望
のカチオンの塩の少なくとも1%の浴と接触させることによって所望のイオンの
形態に変化するか、あるいは水素の形態を望む場合、酸と接触させ、再び水です
すぎ、そして乾燥する。
必要に応じて、乾燥したラミネートを水または塩/水の溶液中のイオン性界面活
性剤の溶液(0,2〜5%)で噴霧、浸漬またはコーティングすることによって
含浸させ、そして乾燥する。
あるいは、加水分解はイオノマーでEPTFEをコーティングする前に実施する
ことができ、この場合加水分解塔の水の含量を十分に低くして、浴の溶液がEP
TFHを完全に浸透し、こうして剥離が起こることを防止するようにする。これ
は、ポリマーのフィルムの積層直後に、5〜20%のアルカリ金属水酸化物、3
0〜90%の極性有機溶媒および0〜60%の水の溶液中で構造体を加水分解す
ることを包含し、この溶液は少なくとも5分の接触時間で50〜100℃におい
て、複合体のBPTFE部分の中に入って、多孔質構造を完全に満たすようなも
のである。この構造体を水ですすぎ、そして乾燥する。次いで、前述の極性有機
溶媒中の920当量の酸型のパーフルオロスルホン酸のポリマーの1〜6%の液
状組成物を、前述と同一の方法で、構造体のBPTPE側の上に噴霧またはコー
ティングする。必要に応じて、界面活性剤、および、必要に応じて、塩をポリマ
ーの溶液とともに適用することができる。
以下の実施例は、本発明による複合体およびその製造方法および使用を例示する
ことを意図するが、請求の範囲の範囲をいかなる方法においても限定すると解釈
すべきではない。
実施例■
延伸PTFEのシート構造体、米国特許第3.953.566号、これをここに
引用によって加える、に記載されているようなもの、ここでBPTPE−1と表
示しそして次の物理学的特性を有する、を使用した:空気の流れは、ガーレイ・
デンソメータ−(Gurley Densometer)ASTM 0726−
58により測定して、710秒であった。厚さは0.0025〜0.0045イ
ンチであった。見掛けの密度は0.27〜0.’ 33 g / ccでありそ
して孔大きさは、9.5〜12.5spiであるメタノール泡点(ASTM F
316−80により測定した)により示されるように約0.45ミクロンであっ
た。また、延伸PTFEのシート構造体(ここでEPTFB−2と表示しそして
次の物理学的特性を有する)を使用した:空気の流れは、ガーレイ・デフ’)メ
ーター(Gurley Densometer)ASTM D726−58によ
り測定して、3.5〜4.5秒であった。厚さは0.0030〜0、0036イ
ンチであった。見掛けの密度は0.20〜0.25 g / ccでありそして
孔大きさはメタノール泡点試験により示されるように約1ミクロンであり、この
泡点はASTM F316−80により測定し、そして5.5〜8.5spiで
あった。
400デニールのEPTFE繊維、強力1200 gを越える、の20本のスト
ランド/インチX20本のストランド/インチの平織のファブリック (ここで
G 20 X 20と表示する)を使用した。また、使用しそしてF8X8と表
示するものは、強力が600gを越える、テフロン(TeflonR)100F
EPフルオロカーボン樹脂でコーティングした200デニールのEPTFE繊維
の8本のストランド/インチ×8本のストランド/インチの平織のファブリツタ
であった。W、L、ボア・アンド・アソシェーツ・インコーホレーテッド(Go
re & As5ociates、 Inc、)は、テフロン(TeflonR
)FEPの1.25ミルの厚さのコーティングをもつ200デニールのEPTF
E繊維を製造しそして提供した。テフロン(TeflonR)100PBPフル
オロカーボン樹脂は、デュポン社(E、 I、du Pant de Nemo
urs & Co、、 Inc、)から商業的に入手可能なポリテトラフルオロ
エチレンおよびヘキサフルオロプロピレンのコポリマーである。
G20X20を直径3インチのアルミニウムのマンドレルの上に1回巻いた。こ
れをBPTFi 1で1回カバーし、そしてこのアセンブリーをマンドレルの端
にかつシームに沿ってクランピングして、はどきを防止した。次いで、このアセ
ンブリーを370℃の塩浴の中に1分間浸漬し、25℃の周囲温度において5分
間取り出し、次いで25℃の水の中に急速に冷却した。
マンドレルを除去すると、中間のラミネートが生じ、ここでG 20 X 20
とEPTFEとの間の結合が確立された。次いで、1500当量のフッ化スルホ
ニル形態のパーフルオロスルホン酸のポリマーの1ミルのフィルムを、中間のラ
ミネートのBPTPE側に、240℃における真空積層によりラミネートした。
3プライの複合体のファブリック/BPTFE側を、5%の水−エチルアルコー
ル混合物中の2%の920当量(EW)の加水分解したパーフルオロスルホン酸
のポリマー(デュポン社の英国特許第1.286.589号に記載されているよ
うな)の液状組成物で、EPTFEが半透明になるまで、噴霧し、次いで25℃
において1時間乾燥した。次いで、構造体全体を80℃の水中の14%の水酸化
カリウム、30%のジメチルスルホキシドの溶液に1時間暴露して、連続の膜を
カリウム塩の形態に加水分解した。最後に、ファブリツタ側を水中のアンモニウ
ムバーフルオロオクタノエートの2%の溶液で噴霧した。この構造体をここで複
合体Aと表示する。
3ブライの複合体BをファブリックG 20 x 20およびEPTFB−2を
使用して調製して、中間のラミネートを製造した。工程の残部は複合体Aについ
てと同一であった。
5ブライの複合体C1両方の側がファブリツタにより強化された膜Tは、順次に
G20X20/ EPTPIE−1中間のラミネートをまずフッ化スルホニルの
形態の1ミルの1500当量のパーフルオロスルホン酸のポリマーの1つの側に
溶融ラミネートし、そして他方に溶融ラミネートすることによって調製した。
加水分解の前に、5ブライの複合体の両側を2%の920当量のパーフルオロス
ルホン酸のポリマーの液状組成物で噴霧した。加水分解後、両側を前のように2
%のアンモニウムパーフルオロオクタノエート水溶液で噴霧した。
F8×8およびBPTFB−1の中間のラミネートは、直径3インチのアルミニ
ウムはくをマンドレルへ巻き付け、次いでF8×8ファブリツタを1回巻き付け
、次いでEPTFE−1を1回巻き付け、クランピングし、そして370℃の塩
bstの中に40秒間浸漬し、そして冷却することによって調製した。アルミニ
ウムはくは中間のラミネートのマンドレルからの取す出しを促進し、次いではく
は中間のラミネートからストリッピングすることができた。■ミルの1500当
量のパーフルオロスルホネートのポリマーのフィルムを有する3ブライのラミネ
ートを、複合体AおよびBについて使用したのと同様な手順により調製した。こ
の複合体をここで複合体りと表示する。
3ブライの複合体Eは、ファブリックF8×8およびEPTPE−1を使用して
、複合体りについてと同一の手順により調製したが、積層時間は370℃の塩浴
においてわずかに20秒であった。次いで、2.4ミルのフッ化スルホニル型の
パーフルオロスルホネート(XR)ポリマーに隣接する0、8ミルのカルボキシ
ルエステル型のパーフルオロカルボキシレート(CR)ポリマーから成る3、2
ミルの同時押出した2フイルムを、中間のラミネートのEl’TFE側に、23
0t’における真空積層により溶融ラミネートした:2フィルムのパーフルオロ
スルホネート側はEPTFHに向かって配向し、そしてそれに対してラミネート
された。工程の残部は複合体Aについてと同一であった。
2ブライの複合体Fは、米国特許第4.604.170号に記載されているアプ
ローチを反復し、150当量のフッ化スルホニル型のパーフルオロスルホン酸の
ポリマーの1ミルの層をEPTFE−1に真空ラミネーターで230℃において
溶融ラミネートすることによって調製した。この複合体のBPTFB側を、前の
ように、2%の620当量の加水分解したパーフルオロスルホン酸のポリマーの
液状組成物で噴霧し、そして工程の残部は複合体Aについてと同一であった。
同一方法において、2ブライの複合体Gは、BPTFE−2および1500当量
のパーフルオロスルホン酸のポリマーの1ミルのフィルムを使用して調製した。
また、支持されない加水分解したパーフルオロスルホン酸のポリマー、ナフィオ
ン(NafionR)324パーフルオロ膜、およびナフィオン(Nafion
″)90209パーフルオロ膜の1ミルのフィルムを評価した。ナフィオン(N
afion” )324 (以後N324)は、商業的に入手可能な6ミルのパ
ーフルオロスルホン酸のポリマーの構造体であり、ヒドロキシルイオンのバリヤ
ーとして1500当量のパーフルオロスルホネートのポリマーの1ミルの層およ
び24X24本のストランド/インチのPTPEの強化膜が埋め込まれている、
1100当量のパーフルオロスルホネートのポリマーの5mlの支持層から成る
。ナフィオン(Nafion” )90209は、32%の苛性ソーダの製造に
おける有限のギャップ作業のための商業的膜である。それはパーフルオロスルホ
ネートのポリマーおよびパーフルオロカルボキシレートのポリマーの2膜である
、ここで15X15本のストランド/インチの平織の200デニールのボアーテ
ックス(GORB−TEX” )繊維が埋め込まれている。これらの膜はデュポ
ン社(E、1.du Pant deNemours & Co、)プラウエア
州つィルミントン、から入手可能であり、そしてボアーテックス(GORE−T
EX” )繊維は、W。
L、ボア・アンド・アソシエーツ・インコーホレーテッド(Gore & As
5ociates、Inc、)プラウエア州ニューワーク・から入手可能である
EPTFE繊維である。
次いで、これらの複合体の引き裂き強さを、エッペンドルフ引き裂きテスター(
ASTM D−1424)で評価した。各構造体について、引き裂きの測定は2
つのファブリツタの方向の各において実施し、次いで平均した。結果を表■に示
す。
表I
複合体A G20X20/EPTFE−1/1−1500XR5120複合体B
G20x20/EPTFE−2/1−1500XR4030複合体D F8X
8/EPTFE−1/1−1500XR3710複合体F EPTFB−1/
1−1500XR30複合体G IEPTPB−2/ 1−1500XR30こ
うして、BPTFEの中間層を通して、1ミルのノ望−フルオロスルホン酸のポ
リマーの膜はファブリ・yり強化して1桁を越えて引き裂き強さを増強すること
ができる。これらの複合体の引き裂き強さは、また、米国特許第4.604.1
70号の複合体Fおよび複合体Gによりここで表示される。膜/ EPTPE複
合体のより1桁高く、そしてファブリ・ツクが膜の中に埋め込まれている、厚い
商業的複合体と同程度の大きさである。
実施例■
非強化のパーフルオロスルホン酸のポリマーと比較した本発明の複合体の相対的
引っ掻き抵抗は、次のようにして実証された:実施例Iからの複合体Aをファブ
リツタ側を硬い平らな表面へ上に向けて配置し、そして適度の圧力で1−778
インチX5/16インチの紙クリップの丸い端で100回こすった。ファブリツ
タの方向の各において25回こすり、そしてバイアス方向の各において25回こ
すった。逆の連続の層側において可視の穴は認められず、またガーレイのデンソ
メータ−において空気の流れは検出されなかった。対照的に、1500当量のパ
ーフルオロスルホン酸のポリマーの1ミルのフィルムを1回こすり、そし引っ掻
きおよび可視の穴が生成した。
この引っ掻いた試料のガーレイのデンソメータ−の測定は、Loom Iの空気
の流れについて6秒であった。
こうして、脆くて薄いイオン交換膜を引っ掻きまたは摩擦に対して強化するため
の本発明の複合体の実用性は実証される。実施例Iの複合体Cは、膜の両側の保
護を提供するであ複合体A1複合体りおよび複合体Fを実施例Iに記載するよう
にして調製した。これらの複合体を水中の2%のアンモニウムパーフルオロオク
タノエートの溶液の中に0.5時間浸漬した。ナフィオン(NafionR)N
324(商業的に入手可能な膜)を水中の2%の水酸化すl−IJウム溶液の中
に室温において一夜ソーキングした。
各層を45Ci(3’の直径)の活性面積をもつ電気化学的槽内に配置した。ア
ノード室はガラスから作られており、そしてエルタフ・システムス・コーポレー
ション(Bltech SystemsCorp、)オハイオ州チャートンから
入手した、平坦なりSAγノードを装備していた。カソード室はポリメチルメタ
クリレートから作られており、そして軟鋼の発泡金属のカソードを装備していた
。各膜において、アノードを膜と接触させて配置し、そして3Mのギャップを膜
とカソードとの間に維持した。各場合において、15001EW層は接触に向け
て配置した。
槽は次の条件下に作動させた:槽温度は85〜90℃であった。
合計の電流は3.1キロアンペア/ m2の電流密度について14アンペアであ
った。塩化ナトリウムの供給溶液の濃度は23.5〜24重量%であり、そして
それは3〜3.5ml/分で供給した。
生成した水酸化ナトリウムの濃度はカソード液への一定した水の添加により15
〜18重量%にコントロールした。カソード室に1フイートのヘッドを維持した
。
定常状態に到達した後、作動の結果を表■にエルメンドルフ引き裂き強さの値と
一緒に記載する。電流効率(C,E、 )は、生成した水酸化ナトリウムの量を
使用したクーロン数に関係づけることによって得た。
表■
複合体A 15.9 810 3.29 2564 5120複合体D 15.
6 87 3.56 2740 32700水酸化ナトリウムの1メ一トルトン
当たりのキロワ・ノド時こうして、本発明の複合体は、この使用(こつG)で商
業的膜を越えた約7〜14%のエネルギー消費の改良、および弓1き裂き強さの
25〜95%の改良を提供する。
実施例■
複合体Bを実施例1に記載するようにして調製した。ナフィオン(Nafion
R)N324(商業的に入手可能な膜)を、室温1こおいて水中の2%の水酸化
ナトリウム溶液中でソーキングした。
各層を45CI+!(3’の直径)の活性面積をもつ電気イヒ学的槽内に配置し
た。アノード室は力゛ラスカ)らイ乍られており、そしてエルタフ・システムス
・コーポレーション(Eltech Systems(:arp、)オハイオ州
チャートンから入手した、平坦なりSAアノードを装備していた。カソード室は
ポIJメチルメタクIJレートから作られており、そして軟鋼の発泡金属のカソ
ードを装備しC(また。各膜において、アノードを膜と接触させて配置し、そし
て3mI[lのギヤ・ツブを膜とカソードとの間1こ維持した。各場合において
、1500EW層は接触(こ向(すて配置した。
槽は次の条件下に作動させた:槽温度は85〜90℃であった。
合計の電流は3.1キロアンペア/ miの電流密度について14アンペアであ
った。塩化カリウムの供給溶液の濃度は23.5〜24重量%であり、そしてそ
れは3.5〜4ml/分で供給した。生成した水酸化カリウムの濃度はカソード
液への一定した水の添加により16〜19重量%にコントロールした。カソード
室に1フイートのヘッドを維持した。
定常状態に到達した後、作動の結果を表■にエルメンドルフ引き裂き強さの値と
一緒に記載する。電流効率(C,B、 )は、生成した水酸化カリウムの量を使
用したクーロン数に関係づけることによって得た。
N324 18.8 82.0 4.82 2810 2620複合体B 18
.8 81,0 4.62 2726 40300水酸化カリウムの1メ一トル
トン当たりのキロワット時こうして、本発明の複合体Bは、この使用について商
業的膜を越えた約3%のエネルギー消費の改良、および引き裂き強さの50%の
改良を提供する。
実施例■
複合体Eを実施例1に記載するようにして調製した。これらの複合体を室温にお
いて水中の0.2%のアンモニウムツク−フルオロオクタノエートの溶液中で0
.5時間ソーキングした。
ナフィオン(Nafion″)N90209.32%の苛性ソーダ製造のだめの
有限ギャップ操業のための標準の商業的膜を、室温において水中の2%の水酸化
ナトリウム溶液中でソーキングj7た。
各層を45(充(3′の直径)の活性面積をもつ電気化学的槽内に配置し、た。
rノード室はガラスから作られており、そしてエルタフ・システムス・コーポレ
ーション(Hltech 5yst、emsCorp、 )オハ・イオ州チャー
トンから人心しまた、平坦なりSAアノ−・−ドを装備して7いた。カッ・−ド
室(τLポリメチルメククリレ・−1・から作られでおり、そして軟鋼の発泡金
属のカソードを装備j7でいニア;: 、各膜におい−C1T′ノー ドをv2
二接触させて配置し7、そしC3o+lI+のギ十ツブを膜とカッ・−・ドとの
間に維持し。
た。各場合において、1500E席層は接触に向けて配置した。
槽は次の条件下に作動させた:槽温度は85へ・90℃であった。
合計の電流alll: 3.1キロアンペア/m゛の電流密度についで14アン
ペアであった。塩化ナトリウムの供給溶液の濃度は23,5〜24重量%であり
、そしてそれは3.1〜3.3T111/分で供給した。
生成し、た水酸化ナトリウムの濃度はカソード液への一定した水の添加により3
0〜35重量%にコントロールした1、カソード室に1フイートのヘッドを維持
した。
定常状態に到達しまた後、作動の結果を表■に1ルメンドルフ引き裂き強さの値
と一緒に記載する。電流効率(C,B、 )は、生成した水酸化−) ) ji
ウムの量を使用したクーロン数に関係づけることによって得た。
表■
N90209 32 95.8 3.46 2420 6080複合体E 31
.8 95.5 3.36 2358 26206水酸化ナトリウムの1メ一ト
ルトン当たりのキロワット時こう1.て、本発明の複合体Bは、この使用につい
て商業的膜を越えた約2.5%の1ネルギー消費の改良、j9よび許容されうる
引き裂き強ざを提供する。
実施例■
複合体Aおよび複合体りを実施例Iに記載するように調製した。複合体りの場合
において、2ミルのカプトン(Kapton”)ポリイミドのフィルム(デュポ
ン社から入手した)の1インチの幅のストリップをファブリックとεPTPB−
1との間に挿入して、その区域における結合を防止し、こうして剥離強さの試験
を実施するだめの手段を得た。
複合体11は、日本国特許出願公開62−280231号(1987年12月5
日)に記載されているものに類似するようにして調製した。シート構造体EPT
FB−1をエチルアルコール中の920当量のパーフルオロスルホン酸のポリマ
ーの3%の液状組成物で含浸した。ファブリックG 20 X 20を水および
低級脂肪族アルコールの混合物中の1100当量パーフルオロスルホン酸のポリ
マーの5%の液状組成物で含浸した。この溶液はツルージョン0テクノロジー(
Solution Technology、ペンシルベニア州メンデンハール)
から入手した。含浸したファブリックを25℃において乾怪し、た。次いで、含
浸したG 20 X 20フアブリツクを含浸したl:PTFE−1の2層の間
にサンドイッチにし、そして150〜160″C″、において15分間時間ラミ
ネートした。この中間のラミネートのブライをパーフルオロイオン交換樹脂の含
浸剤により一緒に保持した。次いで、1500当量のフッ化スルホ2ル型のパー
フルオロスルホン酸のポリマーの1ミルの連続の膜を、230℃において真空積
層によりこの中間のラミネートに溶融ラミネー トシた。次いで、構造体全体を
80℃の水中の14%の水酸化カリウド、30%のジメチルスルホキシド溶液に
1時間暴露して、連続の膜をカリウムイオンの形態に加水分解した。
また、日本国特許出願公開62−280231号に記載されているものに類似す
るようにして、複合体Hに似た複合体Jを調製したが、ただしEPTFR−2を
使用し、そして水および脂肪族アルコールの混合物中の1100当量のパーフル
オロスルホン酸のポリマーの2%の液状組成物で含浸した。この複合体を210
〜220℃において15分間加熱ラミネートした。工程の残部は複合体Hについ
てそれらと同様であった。
これらの複合体の剥離強さの比較を次のようにして実施した22インチの幅のス
トリップを複合体から切断した。連続のイオン交換フィルムと反対に位置する複
合体の外側層を、約1インチについて複合体から分離した。
膜を含有する複合体の部分を吊したクランプにかけ、このクランプは全体で2イ
ンチの幅をつかんだ。取り付けられたバスケットをもつ他のクランプを、外側層
の長さ1′X幅2′の分離した部分の上にクランプして、幅全体をつかんだ。外
側層は複合体AおよびDの場合においてファブリック層であった。日本国特許出
願公開62−280231号に開示されている型の構造体を代表する複合体Hお
よびJの場合において、記録した剥離値はファブリックを外側のEPTFR層に
沿っ−C複合体加して、剥離を開始し、そして完結まで続けた。剥離試験は調製
したばかりの複合体および90〜100℃の水中で22時間ソーキングした直後
の複合体について室温において実施した。
5gに最も近くに丸めた結果を表■に記載する。2つの剥離値を各条件について
記録する。より低い値は、剥離が観察されない最大の荷重または剥離が進行する
が、次いで中止した最小の荷重を示す。より高い値は、剥離がストリップの長さ
の2.5インチを通して進行したレベルである。
表■
剥離強さくg/幅2′)
複合体[■およびJ (日本国特許出願公開62−280231号に開示されて
いる型の複合体)のイオノマー〇含浸により実施した結合は非常に弱い。熱水の
器露後、結合強さはほぼゼロに低下する。対照的に、複合体Aの結合はより強く
そして延長1−だ熱水の暴露により比較的影雪を受けない。複合体りの溶融結合
は、調製したばかりの試料および90〜1.00℃の水中で22肋間暴露後の試
料の両者において、非常に強い。事実、複合体りでは、膜からのファブリックの
剥離はEPTFE−1の中間層の側層により起こり、フ了ブリック/EPTFE
結合の破壊によらない。
さらに、複合体Hお、11.びJにより代表される日本国特許出願公開62−2
80231号の、比較的厚い、高度に含浸された構造体についζなされた1、低
い電圧の請求の範囲は1、実施例m+=記載されている条件上で評価することが
できなか、た。電圧は非常に高かったので、電解槽は作動することかで゛きかっ
た5゜実施例I旧、二おいで決定された、複合体Aおよび■)についで要求され
る低い電圧のレベルは、ここで再?F、日本国特許出願公開62−28023i
号(J記載されているI■、および、J型の複合体と対照して記録する。
害濃烹W
いく゛つかの)Tブリック強化された複合体膜の構成を、ASTM B96−8
0 (倒立カップ)を使用して水に対する透過性に゛ついて評価して、それらの
湿気蒸気輸送速度<MVTR>を測定した。2つの試料を実施例Iの複合体Aま
たi、tBについてのそれらに類似する方法で調製しそしてこれら:)層からな
っていた: 1080BWのパーフルオロスルホン酸のポリ°7−の薄いlミル
の膜; EPTFE−1またはEPTFE−2のシート層;お′よびG 20
X 201Jli維の77ブリツク強化材のファブリツタ1.構成体のファブリ
ックおよびBPTFBシート側を!15%のエタノール中の2%の9908Wの
パーフルオロスルホン酸のポリ”7−の液状組成物で噴霧し、で1、微細なフィ
ブリルおよび節の構造体の内部および外部の表面を二】−ティングj7た。最終
の処理として、構成体のBPTl’E膜側を15%のイソプロピルノールコール
、85%の水中のアンモニウムバーフルオV】オクタノ11.・−1−の2.3
%の溶液で含浸1〜で、この構造体の初期の湿潤を促進した。これらの2つの試
料を試料7A:jiよび試料7B、!=表示する。
さらに2つの試料を調製し、これらは試料7Aおよび7Bに類似するが、ただし
7各構成体のEPTFE膜側は920EWの液状組成物で噴霧せず、そしてアン
モニウムパーフルオロオクタノエート溶液で処理しなかった。これらの2つの試
料は米国特許! 4.194.041号に開示されている実施例の複合体であり
、そして試料7Cおよび7Dと表示する。
さらに、1080EWのパーフルオロスルホン酸のポリマーの非支持の1ミルの
膜を評価した。
すべてのパーフルオロスルホン酸の膜および複合体をカリウj・イオン型で試験
した。
試験はASTM E96−80に記載されているようなコントロールした環境に
おいて実施した。試料7A、7B、7Cおよび7 Dを試験カップに入れ、こう
して水が構成体のrEPTFE側と接触し、そしてパーフルオロスルホン酸のポ
リマー層が空気の流れに暴露されるようにした5、試験条件は次の通りであった
:室温は22゜9″C,であった。相対湿度は50%であった。そして膜の試料
を横切って通過する空気の流れの速度は550フィート/分であ−っだ。すべて
の場合において、試験は2時間実施した。この試験の結果は表■において見るこ
とができる。
表■
試料7CG20x20/EPTFE−1/1−H180XR,7236試料7D
G20X20/EPTFIE−2/l−1080XR5671表■にお()る
アークが示すように、実施例fにおけるように、920EWのパーフルオロスル
ホン酸のポリマ・−の2%の液状組成物で噴霧し−C,rEPTFEを親水性と
し、た、試料7Aお゛よび7Bは、同様な条件であるが、920EWのパーフル
オロスルホン酸のポリマーの液状組成物で噴霧しなかった、試料7Cおよび7N
)より、有意に高いMVTR値を有した、2試料7Aおよび7Bは】ミルの10
80EWの非支持の膜に匹敵するか、あるいはそれより高いMVTR値を有した
が、70おJび7D試料は1ミルの1080εWの非支持の膜より有意に低いM
VTR値を有しまた。にれが実証するように、1ミルの1080EWの膜の湿気
蒸気輸送性質は、EPTFE膜およびファブリックの強化材を本発明に従い取り
付けたとき、減少しない。しかしながら、1ミルの10808Wの膜の湿気蒸気
輸送性質は、EPTFE膜およびファブリツタの強化材を米国特許第4.1.9
4.04]号に記載されているように取り付けたとき、有意に減少する。
実施例■
膜の2つの試料を、ASTM H96−80に記載されでいる乾燥剤の方法の修
正法を使用し7°こ、水1仁対する透過性に゛ついで評価し、ブ、二1.第1の
試料(8Aと表示する)(jlまずG20X20 El”TFIIE繊維のソー
ブリックをEP1’FR−1膜に実施例■に記載゛iるようにラミネー l−す
ることによって調製した。この中間の゛ンミネートを拘束し、ぞしてEPTFE
膜の上において60%の水、40%の1−メトキシ−2−プロ、べ、ノール中の
l100BWのパーフル(”ロスルホン酸のポリマーの1.3%の液状組成物で
コーディングした+1.7′の液状組成物の溶媒の組成は、HPTFE膜に付着
4゛るがそれに実質的にj・ψ透1.ない液体の均一な層を提供することを意図
り、た1、液状態イ成物を2.3℃においで乾燥させた。さらに2つの液状組成
物の”−7−デイ〕/グをこの手順により適用1、た6、生ずるコーティングは
光学的方法により決定して0.2ミルの厚さであった。
次いで、ラミネートのファブリック/EPTFE側を、84%の水:14%のエ
タノール;および2.0%のアンモニウムパーフルオロオクタノエートからなる
溶液中の92013Wのパーフルオロスルホン酸のポリマーの0.5%の液状組
成物で処理し1、そして23tにおいて乾燥させた。この液状組成物はラミネー
トのファブリック/BPTFE側を完全に湿潤すると同時に反対側の連続のl1
00EIJの膜を混乱しないように設計した。
第2の試料(8Bと表示する)は、ナフィオン(Nafion” )417、デ
ュポン社から入手した商業的に入手可能なファブリック強化の7ミルの厚さのパ
ーフルオロスルホン酸のポリマーの膜であった。
両各の試料を酸型のパーフルオロスルホン酸のポリマーで試験 し7ブこ3、
水の透過試験において、8’ X8’の標本を支持リング中に配置し、そしてコ
ン)u−ルされた温度の蒸留水の浴中で23℃±062℃において浮かし7た(
ファブリツタ側を下にし、−C)。
蒸留水中の酢酸カリウムのスラリーの70m lのアリコート(1対5の比)を
いくつかの乾燥剤のカップ(4,5オンスの客用、内j:J:6.5 rsの開
[])の各々に添加した。EPTFE膜で谷乾燥剤ドパfソシエーツ・インコー
ホレーテッド(Gore & AOsocトates、 Inc)から入手した
。乾燥剤のカップを−eo、ooiの精度に秤量し、ぞして直ちにそれらのそれ
ぞれの試料の一ヒに配置した。乾燥剤のカップを試料を通し、7て湿気を正確に
1膜分間吸収さ−;士だ。10分が経過した後、カップを試料から除去し、ぞし
て再秤量した。湿気蒸気透過速度は乾燥剤カップの重量増加、試料の表面積およ
び試験の経過時間から直接計算した。
この試験の結果は表■において見ることができる。
試料8 A G20x20/EPTFE −1,0,2ミル、 132.054
流延1100IE%II膜、920EW/APFO表■のデータが示すように、
試料8Aは、商業的に入手可能なパーフルオロスルホン酸の膜である試料8Bよ
り′?倍高い湿気蒸気透過速度を有した。この差は次の事実に起因する。
吏なわち、埋め込まれた強化ファブリックをもつ商業的膜は連続性を保持1″る
ために5〜】0ミルの厚さを必要とするが、本発明に3¥る複合体はその中に非
常に薄い、連続のバー・−フルオロスルホン酸のポリマーの層の製作を可能とげ
る。
本発明をある種の実施態様および詳細な説明に関してここに開示l、2だが、当
業者にと−、で明らかなように、このような細部の変更および変化は本発明の要
点から逸脱しないでなすことができ、そし、てこのような変更および変化は下の
請求の範囲の範囲内に入ると考えられる。
手続補正書
平成3年8月21日
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.多孔質の延伸ポリテトラフルオロエチレン(EPTFE)の層の1つの表面 への接触点において結合した合成ファブリックからなり、前記即EPTFE層は 前記1つの表面と反対の表面でそれにラミネートした連続のパーフルオロイオン 交換ポリマーのフィルムを有し、前記ファブリックおよび多孔質EPTFEはそ の内部および外部の表面の少なくとも一部分の上にパーフルオロイオン交換樹脂 のコーティングを有する、多層複合体膜。 2.連続のパーフルオロイオン交換ポリマーのフィルムからなり、前記イオン交 換ポリマーのフィルムは合成ファブリックの層を有し、前記合成ファブリックの 層は前記パーフルオロイオン交換ポリマーのフィルムの両方の表面への接触点に おいてサンドイッチ様の立体配置で前記イオン交換ポリマーのフイルムと各前記 合成ファブリックの層との間に介在するEPTFEの中間層により結合されてお り、前記ファブリックおよび多孔質EPTFEはその内部および外部の表面の少 なくとも一部分の上にパーフルオロイオン交換樹脂のコーティングを有する、多 層複合体膜。 3.前記ファブリックはハロゲン含有合成繊維から作られている、請求の範囲第 1または2項記載の複合体。 4.前記ファブリックは、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレ ンのパーフルオロコポリマーまたはテトラフルオロエチレンのバーフルオロコポ リマーでコーティングされたポリテトラフルオロエチレンの繊維から成る群より 選択される合成繊維から作られている、請求の範囲第1項記載の複合体。 5.前記ファブリックは、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレ ンのパーフルオロコポリマーまたはテトラフルオロエチレンのパーフルオロコポ リマーでコーティングされたポリテトラフルオロエチレンの繊維から成る群より 選択される合成繊維から作られている、請求の範囲2項記載の複合体。 6.前記ファアブリックは織布である、請求の範囲第1または2項記載の複合体 。 7.前記ファブリックは不織布である、請求の範囲第1または2項記載の複合体 。 8.前記ファブリックの繊維の外部表面は非イオノマーである、請求の範囲第1 または2項記載の複合体。 9.前記連続のパーフルオロイオン交換ポリマーのフィルムはパーフルオロスル ホネートである、請求の範囲第1,2,3または4項記載の複合体。 10.前記連続のパーフルオロイオン交換ポリマーのフィルムはパーフルオロカ ルボキシレートである、請求の範囲第1,2,3または4項記載の複合体。 11.前記バーフルオロイオン交換ポリマーのフィルムはバーフルオロカルボキ シレートの層へ結合したパーフルオロスルホネートの層からなる2層であり、こ こで前記バーフルオロスルホネートは前記EPTFE層に隣接する、請求の範囲 第1項記載の複合体。 12.EPTFEの内部および外部の表面および前記ファブリックは100Gよ り小さい当量のパーフルオロスルホン酸のポリマーでコーティングされている、 請求の範囲第1または2項記載の複合体。 13.EPTFEの内部および外部の表面および前記ファブリックは1000よ り′外さい用量のパーフルオロカルボン酸のポリマーでコーティングされている 、請求の範囲第1または2項記載の複合体。 14.前記ファブリックおよびEPTFEはイオン性界面活性剤で含浸されてい る、請求の範囲第1または2項記載の複合体。 15.前記ファブリックおよびEPTFEはイオン性パーフルオロ界面活性剤で 含浸されている、請求の範囲第1または2項記載の複合体。 16。前記EPTFE層は0.2〜5ミルの厚さである、請求の範囲第1または 2項記載の複合体。 17.前記ファブリックおよび多孔質EPTFEはその実質的にすべての内部お よび外部の表面の上にパーフルオロイオン交換樹脂のコーティングを有する、請 求の範囲第1項記載の複合体。 18.前記ファブリックおよび多孔質EPTFEはその実質的にすべての内部お よび外部の表面の上にパーフルオロイオン交換樹脂のコーティングを有する、請 求の範囲第2項記載の複合体。 19.前記ファブリックおよびEPTFE層の間の剥離強さは30g/(幅1イ ンチ)を越える、請求の範囲第1または2項記載の複合体。 20.前記ファブリックおよびEPTFE層の間の剥離強さは90〜100℃に 維持した水中に前記複合体を22時間以上の間の浸漬後、30g/(幅1インチ )を越える、請求の範囲第1または2項記載の複合体。 21.化学的分離において強化された薄い選択バリヤーとして請求の範囲第1ま たは2項記載の複合体を使用する方法。 22.電解装置におけるアノード室およびカソード室の間の電解セパレーターと して請求の範囲第1または2項記載の複合体を使用する方法。 23.透過分離操作において薄い連続のバリヤーとして請求の範囲第1または2 項記載の複合体を使用する方法。 24.促進された輸送操作において薄い連続のバリヤーとして請求の範囲第1ま たは2項記載の複合体を使用する方法。 25.工程: (a)ファブリックをEPTFEのシートにラミネートして中間のラミネートを 形成し、 (b)パーフルオロイオノマーの前駆体のポリマーのフィルムを押出し、 (c)前記中間のラミネートのEPTFEのシートの側を前記前駆体フィルムへ ラミネートし、 (d)前記中間のラミネートを低い当量のイオノマーの液状組成物で含浸し、次 いで乾燥し、そして(e)前記前駆体フィルムをパーフルオロイオノマーの形態 に加水分解し、次いで乾燥する、 からなる、多層複合体膜を製造する方法。 26.工程: (a)ファブリックをEPTFEのシートにラミネートして中間のラミネートを 形成し、 (b)前記中間のラミネートのEPTFEのシートの側の上にバーフルオロイオ ノマーの前駆体の薄いポリマーのフィルムを形成し、 (c)前記中間のラミネートを低い当量のイオノマーの液状組成物で含浸し、次 いで乾燥し、そして(e)前記前駆体フィルムをバーフルオロイオノマーの形態 に加水分解し、次いで乾燥する、 からなる、多層複合体膜を製造する方法。 27.前記加水分解および乾燥の工程に引き続いて、中間のラミネートのイオン 性界面活性剤で含浸し、次いで乾燥する、請求の範囲第25または26記載の方 法。 28.前記前駆体フィルムはフッ化スルホニルのポリマーである、請求の範囲第 25または26記載の方法。 29.前記前駆体フィルムはカルボキシルエステルのポリマーである、請求の範 囲第25または26記載の方法。 30.前記前駆体フィルムはフッ化スルホニルのポリマーおよびカルボキシルエ ステルのポリマーの2層フィルムである、請求の範囲第25または26記載の方 法。 31.前記ファブリックはハロゲンを含有する合成繊維から作られている、請求 の範囲第25または26記載の方法。 32.前記ファブリックは、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチ レンのパーフルオロコポリマーまたはテトラフルオロエチレンのバーフルオロコ ポリマーでコーティングされたポリテトラフルオロエチレンの繊維から成る群よ り選択される合成繊維から作られている、請求の範囲第25または26記載の方 法。 33.工程: (a)ファブリックをEPTFEのシートにラミネートして中間のラミネートを 形成し、 (b)前記中間のラミネートを1000用量より大きいパーフルオロイオノマー の液状組成物で処理することによって、前記中間のラミネートのBPTFEの表 面の上に、パーフルオロイオノマーの薄い連続のポリマーのフィルムを堆積し、 前記液状組成物はそれがEPTFEの孔の中に浸透ずることを排除するために十 分に高い表面張力を有し、そして(c)前記中間のラミネートを低い当量のイオ ノマーの液状組成物で含浸し、次いで乾燥する、 からなる、多層複合体膜を製造する方法。 34.EPTFEおよび前記ファブリック内部および外部の表面は、塩の形態の 1000より小さい当量のパーフルオロスルホネートのポリマーでコーティング されている、請求の範囲第1または2項記載の複合体。 35.EPTFEおよび前記ファブリック内部および外部の表面は、塩の形態の 100より小さい当量のバーフルオロカルボキシレートのポリマーでコーティン グされている、請求の範囲第1または2項記載の複合体。
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