JPH06104754B2 - 改良された撥水性及び撥油性を得るための多孔質基材の処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、繰り返しの洗浄または有機溶液への暴露後で
さえも撥水性及び撥油性を維持する撥水性及び撥油性の
微孔質基材に関する。詳細には、本発明は、微孔質基材
をキャリヤー溶剤中のフッ素化モノマーの溶液で含浸
し、溶剤を蒸発させ、その場でモノマーを重合させて基
材に機械的に接着されている撥水性及び撥油性の相似被
覆物を形成することを伴う。

発明の背景 水及び油をはじくが、同時に空気及びその他のガスの通
過を可能にする多孔質材料を有することが多くの状況で
所望される。これは、多くの場合に広範囲の液体の通過
を防止するとともに、特別なガスの通過を可能にするよ
うに設計される多孔質材料の場合に特に当てはまる。こ
の撥水、撥油特性は、紙、布またはポリマーの如き基材
（これらは多孔質構造を有する）を、それらを撥油性及
び／または撥水性にする或る種の薬品で処理することに
よりしばしば得られる。理想的には、その処理は、基材
の細孔を閉鎖すべきではなく、またそれ以外にその中の
ガスの流れを制限すべきではない。

撥水、撥油処理は公知である。しかしながら、従来技術
は、洗浄またはドライクリーニングによるような水また
は油への繰り返しの暴露が処理の有効性を低下し、そし
て最終的に基材がその撥水性及び撥油性を失うという欠
点をしばしば問題としている。その結果、所望の撥水、
撥油特性を維持するために、洗浄またはドライクリーニ
ング後に基材を再処理することが頻繁に必要とされる。

織物に撥水性及び撥油性を与えるためのフッ素含有ポリ
マーの使用が長年にわたって実施されていた。３−Ｍ社
により販売されるスコッチガード（Scotchguard、商
標）及びデュポン社により販売されるゾニル（Zonyl、
商標）が、このような処理の例である。この処理の有効
性はペルクロロエチレンまたはフレオン（商標）の如く
溶剤によるドライクリーニングにより低下され、その処
理の再適用がドライクリーニング後に必要とされる。

幾つかの特許出願に於いて、基材の撥水性及び撥油性の
特性が、伝えられるところによれば、繰り返しの洗浄ま
たは水及び油への暴露の後でさえも維持されるような基
材の処理方法及び処理製品が開発された。例えば、欧州
特許出願公開第193370A2号明細書は、調節された程度の
架橋を有する特別な群のフッ素化ポリアクリレート及び
ポリアクリルアミド、並びにそれらの調整法を記載して
いる。この公開公報は、モノアクリレートまたはモノア
クリルアミドのモノマーとジアクリレートまたはジアミ
ドのモノマーを使用してフッ素化ポリマーを調製するこ
とを開示している（１欄、56〜59行;2欄、１〜10行を参
照のこと）。これらのモノマーの重合及び架橋は、紫外
線または電子線の適用により行われる（６欄、40〜43行
を参照のこと）。その公開公報は、その処理が撥水性及
び撥油性を与えるためにあらゆる基材に使用し得ること
を教示している（２欄、61〜65行;3欄、１〜５行;4欄、
３〜５行;5欄、44〜50行を参照のこと）。その出願は、
重合及び架橋が基材上に機械的に接着された相似被覆物
を形成するように単一工程で基材の表面上でその場で行
われる多孔質基材に関する処理を説明していない。ま
た、本明細書に記載され、特許請求された特別な材料
は、その欧州特許出願に示されていないことが注目され
るべきである。

特開昭第60−39482号明細書は、フッ素化モノマー及び
非フッ素化モノマーのコポリマーの使用により織物を撥
土壌性（soil repllant）にする方法を開示している。
この特許出願は、一連のフッ素化モノマー（これらは本
発明のモノマーと異なる）の使用が織物を撥油性にする
ことの原因となることを教示している。また、それは洗
濯適性を与えるために非フッ素化モノマーを使用するこ
との必要性を強調している。本発明は、異なるフッ素化
モノマーを使用し、しかも非フッ素化モノマーの使用を
必要としないし、しかも大幅に増強された洗浄抵抗性を
与える。更に別の方法が米国特許第3,847,657号明細書
に開示されており、その特許は遊離基開始法によりフッ
素化モノマーをポリエステル繊維に物理的にグラフトす
る方法を教示している。この方法、及びその製品は、本
発明のものとは基本的に異なる。

二つの型の湿潤性現象が多孔質基材の撥水性及び撥油性
に関して重要である。第一の現象は、基材がその中の液
体の移動に抵抗する傾向に関する。この関係は下記の数
式により説明される。

（式中、Ｐは液体を基材中に押しやるのに必要とされる
漏出圧力（breakthroughpressure）であり、γは液体の
表面張力であり、θは液体と固体物質の平滑な表面との
間に形成される接触角であり、且つＤは基材の有効細孔
直径である）接触角（θ）は関与する特別な液体及び固
体に依存し、表面張力（γ）は液体の特性である。

基材を処理する目的は、接触角を90゜以上に増大するこ
とによりその撥水、撥油性を増大することである。その
式によれば、適用圧力の正の値はcosθの負の値に関し
てのみ可能である。こうして、接触角が90゜より大きい
唯一の場合は、液体を基材中に押しやるのに必要とされ
る正の漏出圧力である。基材を処理することにより、接
触角が変化することが理解されるべきである。何となれ
ば、それは特別な液体と特別な表面の特異な作用であ
り、しかもその表面が処理により変化させられるからで
ある。疎水性の多孔質基材では、水に関する接触角は90
゜より大きく、そして基材中の水の移動に対する基材の
抵抗に打ち勝つためには液圧を適用する必要がある。90
゜未満の接触角では、基材は本質的に湿潤性であり、通
常、液体は外部から適用される圧力の不在下で通過す
る。

上記のように、湿潤性または接触角はまた関与する液体
の関数である。cosθと液体の表面張力の間には実験上
の殆ど線形の関係がある。表面張力が小さい程、cosθ
は大きくなる（S.Wu著“Polymer Interface and Adh
esion",Marcel Dekker1982、183頁を参照のこと）。殆
どの有機液体は、水の表面張力（72ダイン/cm）よりも
非常に小さい表面張力（18〜40ダイン/cmの範囲）を有
しており、それ故、多孔質基材を一層湿潤し、浸透し得
る。それ故、撥油性処理の有効性は、通常、基材を湿
潤、浸透しない最小表面張力の液体を特徴とする。最小
表面張力の液体及びこれらの基材に最も魅力的なものの
中に、ヘキサン（γ＝18ダイン/cm）の如き溶剤があ
る。

漏出圧力（Ｐ）はまた細孔直径（Ｄ）に反比例すること
が理解されるべきである。こうして、0.1〜１ミクロン
の細孔直径を有する微孔質の撥水、撥油性基材、例えば
膜等は、10ミクロン以上の細孔直径を有する基材、例え
ば布よりも10倍以上大きい漏出圧力を有する。

多孔質基材の撥水、撥油性に関する第二のパラメーター
は、液体が基材の表面を横切って移動する際の液体の摩
擦を含む。このパラメーターは特に微孔質の膜の場合に
重要であることがある。何となれば、液体が膜を通過し
ない場合であっても、膜中の空気またガスの透過性が最
小にされるように、液体が膜の表面に付着し、それを覆
うことがあるからである。理想的には、基材は液体への
暴露後にその表面に液体を保持すべきではない。

液体に作用して基材を横切る移動を妨げる摩擦力は、滑
り液滴試験により測定し得る。この試験では、一定の大
きさの液滴（即ち、50μｌまたは25μｌ）を、基材が水
平の位置にある間に基材の上に置く。次いで、基材を、
液滴が最初に移動し始める角度に傾ける。この角度が滑
り角度と称され、滑り角度が小さい程、表面が液体に暴
露された後に表面から流れ去る液体の傾向が大きい。滑
り角度は液滴のサイズに依存する。液滴が重くなるにつ
れて、滑り角度は小さくなる。また、表面の形態が非常
に重要である。経験によれば、表面が充分に疎水性であ
ることを条件として、開放した表面程、滑り角度は小さ
くなる。これは、例えば、微孔質のPTFE膜の場合に当て
はまることが示された。大きい公称の細孔サイズのPTFE
膜は、小さい滑り角度を示した。また、同じことが、本
発明の処理にも当てはまる。

発明の要約 本発明は、多孔質基材を処理して永久の撥水性及び撥油
性を得るとともに、その多孔度を維持する方法を含む。
その方法は、式： （CnF₂n₊₁）（CH₂）_Ｘ（CHR）OCOCH＝CH₂ （式中、ｎは整数であり、Ｘは０、１、２または３であ
り、且つＲはＨまたはCH₂OCOCH＝CH₂である）のフルオ
ロアクリレートモノマーを用意する工程を含む。その方
法は、そのモノマーをキャリヤービヒクル中に入れてこ
れらの混合物を生成する工程、基材をモノマー混合物で
含浸する工程、基材から実質的に全てのビヒクルを除去
する工程、及びモノマーの重合を開始する工程（例え
ば、紫外線照射もしくはその他のこのような照射または
電子線照射による）を含む。その方法によれば、モノマ
ーが重合されて、基材に機械的に接着されている撥油性
及び撥水性の相似被覆物を形成する。

本発明の特別な実施態様に於いて、モノマーは種々の値
のｎに相当する幾つかの同族体を含み、これらの同族体
の少なくとも５％は少なくとも８であるｎ値を有する。
更に別の実施態様に於いて、同族体の少なくとも30％は
少なくとも８であるｎ値を有する。更に別の実施態様に
於いて、同族体の少なくとも50％は少なくとも８である
ｎ値を有する。

更に別の実施態様に於いて、その方法は、モノマーの重
合を生じるように活性化できる開始剤を用意する追加の
工程及び例えば光または熱によるような開始剤を活性化
する追加の工程を含む。更に別の実施態様では、架橋剤
がモノマーと共に含まれてもよい。

また、本発明は、前記の方法により調製された撥油性及
び撥水性の基材を含む。その基材は、それが23ダイン/c
m以上の表面張力及び50μｌの水滴に対して60゜未満の
滑り角度を有する溶剤により湿潤されないことを特徴と
する。

図面の簡単な説明 図1Aはキャリヤー溶剤中にフルオロアクリレートモノマ
ーを含む溶液で含浸された多孔質基材の断面図である。

図1Bは、キャリヤー溶剤が蒸発した図1Aの基材の描写で
ある。

図1Cはモノマーの重合後の図1Bの基材の描写である。

発明の詳細な説明 本発明は、永久の撥水性及び撥油性を示す処理された多
孔質基材を提供する。一般に基材は、それをキャリヤー
溶剤中に入れられたフルオロアクリレートモノマー（こ
れは、以下に更に詳しく説明される）の混合物で被覆す
ることにより処理される。被覆は、例えば、浸漬被覆、
噴霧または当業者に公知の同様の方法により行うことが
できる。被覆後に、キャリヤー溶剤が除去され、モノマ
ーがその場で重合されて基材上に相似被覆物を形成す
る。モノマーが重合する時、それは基材に機械的に接着
し、それにより、基材の表面の微細構成を維持し、しか
も洗浄または機械摩耗により除去されない被覆物を与え
る。

本発明により調製される基材は、紙；織物、メリヤス生
地及び不織布；微孔質の合成膜、例えばゴア・コーポレ
ーション（Gore Corporation）により商品名ゴア−テ
ックス（Gore−Tex、商標）として販売される多孔質フ
ルオロカーボン膜；米国特許第4,466,931号明細書に記
載され、ゲルマン・サイエンシィズ（Gelman Science
s）社により商品名サンビーム・プロセス（Sunbeam Pr
ocess、商標）として販売されるようなアクリル／ウレ
タン微孔質膜；ゲルマン・サイエンシィズ社により商品
名バーサポー（Versapor、商標）として販売されるよう
なアクリル膜；ゲルマン・サイエンシィズ社により商品
名サンポー（Sunpor、商標）として販売されるような芳
香族ポリスルホン膜を含むことができるだけでなく、ポ
リアミド、PVDF、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
ウレタン、ビニル等からつくられるその他の微孔質膜を
含むことができる。更に、その処理は、皮革の如き天然
の微孔質材料に適用し得る。

図1A〜1Cは、本発明の典型的な多孔質基材の被覆物を若
干略図形態で示す。図1Aは基材10を描写し、これは典型
的には布、皮革、紙、微孔質膜またはあらゆるその他の
このような基材である。示されるように、基材10は、そ
の中を通過する幾つかの細孔12を含む。これらの細孔12
は繊維のストランド間の開口部、または膜シート中の実
際の通路に相当し、そして示されるように、細孔12の壁
部は若干不規則な形状であり、通路が典型的に包旋状で
あることを示す。更に図1Aに示されるように、基材10
は、不活性キャリヤー溶剤中に少なくともフッ素化モノ
マーを含む液体溶液14で飽和されている。以下に更に詳
しく説明されるように、溶剤は基材10及びモノマー不活
性な幾つかの物質のいずれか一種を含んでもよく、そし
てその溶液は幾つかの公知の被覆技術により適用し得
る。

その後の工程に於いて、図1Bに示されるように、溶剤は
基材10から実質的に蒸発されられ、モノマーを含む相似
被覆物16を基材上に後に残す。この出願の明細書に使用
される。“相似被覆物”は、基材の一般の微細構成に追
随する被覆物であるが、その被覆物は厚さが若干変化し
てもよく、しかもその下の基材の形状寸法を正確に再現
する必要はないことが理解されるべきである。図示され
るように、相似被覆物16は基材10の表面だけでなく、細
孔12の壁部の両方を覆う。被覆物は細孔12を或る程度狭
くするが、本発明によれば、細孔は被覆物により密閉さ
れないことが注目される。本発明のこの特徴は気密（即
ち、0.2ミクロン以下の細孔サイズ）の多孔質膜の処理
に関して特に重要である。何となれば、細孔を狭くする
ものは膜の流れ特性のかなりの増大に影響するからであ
る。

また、図1Bには、相似被覆物16は基材10の両方の表面上
にあることが示されていることが注目されるべきであ
る。或る場合には、溶液は膜の一つの表面のみ、または
その他の或る部分を被覆するように適用し得ることが理
解されるべきであるが、その中の細孔が、被覆されたそ
れらの内表面を有することが典型的には最も好ましい。

その後の工程に於いて、モノマーの相似被覆物が重合さ
れ、図1Cは膜10がその上に相似重合層16′を有すること
を示す。モノマー層の重合は、その上での放射線、例え
ば、紫外線、可視光または電子線の衝突により誘導し得
る。また、重合は、或る場合には、遊離基開始重合の如
き化学法により行われてもよい。重合を行う正確な方式
はモノマーに依存するだけでなく、それと共に含まれる
その他の補助反応体に依存する。図1Cの被覆基材10につ
いて注目されることは、その上のポリマー被覆物16′が
基材の微細構成に相似するという事実である。この相似
被覆物は、基材の細孔構造12を維持するとともに、その
内部を依然として被覆する。被覆物は実質的に連続であ
り、しかもそれが基材の細孔の少なくとも一部中に延び
ることから、こうしてそれは基材に機械的に定着され
る。この特徴は、本発明の重要な特徴に相当する。機械
的に定着された被覆物は、こうして基材上に強く保持さ
れ、それ故、クリーニングプロセスに使用される水また
は溶剤、または機械摩耗、衝撃またはその他の力により
除去されない。

基材はポリマー被覆物中に有効に“おおい隠される（cl
oaked）”ので、その表面の性質は非常に著しく変化し
得る。例えば、以下の実施例に示されるように、基材
は、基礎材料の物理的性質及びトポロジー特性を依然と
して保持しつつ、非常に高度に疎水性、疎油性に得る。
これは従来技術の方法との重要な相違であり、これらの
従来技術の方法は、材料の光沢表面特性を改良するのに
効果があるが、その細孔を頻繁に塞ぎ、また、それ以外
にそれらの微細構成を破壊する。

典型的な従来技術の方法では、多孔質基材が重合材料の
溶液で処理される。溶剤の蒸発は基材上に残留被覆物を
残す。しかしながら、蒸発中の細孔中の溶剤の移行から
得られる蒸発効果は、細孔の開口部で重合材料を輸送
し、濃縮する傾向があり、それによりこれらの開口部を
ひどく狭くすることがわかった。このような方法により
被覆された多孔質材料は、破壊され、または大幅に減少
されたそれらの細孔構造を有する。更に、このような従
来技術の溶剤系の方法により基材上に置かれたポリマー
材料は、同様の溶剤により同等の容易さでもって基材か
ら除去される。対照的に、本発明の被覆物は多種の溶剤
により洗い流されることに対して非常に抵抗性である。

本発明を、その実施に使用される種々の材料に関して、
また下記の実験結果により更に詳しく説明する。

モノマー 溶液中に使用されるフルオロアクリレートモノマーは、
一般構造式： （CnF₂n₊₁）（CH₂）_Ｘ（CHR）OCOCH＝CH₂ （式中、ｎは整数であり、Ｘは０、１、２または３であ
り、且つＲはＨまたはCH₂OCOCH＝CH₂である） を有する。好ましい実施態様に於いて、ｎは少なくとも
８の値を有し、８、10または12であることが最も好ま
し。多くの場合、フルオロアクリレートモノマーはｎの
種々の値に相当する同族体の混合物を含む。優れた結果
のためには、同族体の少なくとも５％は８以上であるｎ
の値を有するべきであり、同族体の少なくとも30％が８
以上であるｎの値を有することが最も好ましいことがわ
かった。理想的には、同族体混合物の50％が８以上のｎ
の値を有するべきである。

この種のモノマーは、化学分野の当業者により公知の技
術を適用することにより容易に合成し得る。更に、これ
らの物質の多くは市販されている。デュポン社は商品名
ゾニル（Zonyl、商標）としてフルオロアクリレートモ
ノマーの群を販売している。これらの物質は同族体の種
々の分布でもって入手できる。以下に更に詳しく説明さ
れるように、商品名“TA−N"として販売されるゾニル物
質は本発明の実施に特別な使用効果を有する。

溶剤 種々の溶剤がモノマー溶解し、基材上の薄層としてのそ
の付着を助けるのに使用し得る。溶剤はモノマーまたは
基材と反応すべきではなく、しかも容易な除去を可能に
するためにかなり揮発性であるべきである。幾つかのフ
ルオロカーボン溶剤がデュポン社によりフレオン（商
標）の商品名で販売されており、フレオン113と称され
る物質が一つの好ましい物質であることがわかった。そ
の他の溶剤、例えばクロロホルム、塩化メチレン、ペル
クロロエチレン及びその他のこのようなハロゲン化溶剤
が同様に使用でき、またアセトンまたはメチルエチルケ
トンの如きケトンだけでなく、エステル、エーテル、炭
化水素等が同様に使用し得る。下記の実験部分に於いて
注目されるように、水系エマルションが本発明の被覆基
材を調製するのに有利に使用し得る。

重合開始剤 当業者に知られているように、アクリレートモノマーの
重合は種々の機構により開始し得る。多くの場合、紫外
エネルギーの形態の輻射エネルギーが重合プロセスを開
始るのに充分である。また、重合はモノマー溶液中への
光増感剤及び／または光重合開始剤の混入により開始し
得る。幾つかの好ましい光重合開始剤の中に、サートマ
ー・コーポレーション（Sartom Corporation）によりK
BIの商品名で販売され、一般にベンジルジメチルケター
ル（BDKと称する）を含む製品がある。放射線硬化性配
合中に普通に使用され、種々のベンゾフェノン誘導体及
びその他のケト芳香族化合物を含むその他の光重合開始
剤は、それらキャリヤー溶剤中及びキャリヤー溶剤の除
去後のモノマー混合物中に充分な量で溶解することを条
件として、同様の使用効果を有する。二三のこのような
化合物が商品名イルガキュアー（Irgacure）184（チバ
ガイギー社）及びダロキュアー（Darocur）1173（メル
ク社）として販売されている。

当業者に知られているように、酸素は多くの重合プロセ
スを妨害することがある。本発明によれば、重合は200p
pm未満の酸素を含む雰囲気中で行われることが好ましい
ことがわかった。200ppmより多い酸素量はポリマーの表
面エネルギーを上げることがわかった。この効果はペル
オキシラジカル（これらは最終的に表面抑制効果を生
じ、表面で極性の酸素化基の形成を生じる）の形成によ
るものと考えられる。

また、フルオロアクリレートモノマーの重合は、モノマ
ーに電子線を衝突させることにより開始でき、この場合
には、開始剤化合物が混合物中に存在する必要はない。
その他の場合には、重合は熱開始経路によるものであっ
てもよい。遊離基重合が使用される場合、ベンゾイルペ
ルオキシドの如き開始剤が混合物に添加される。典型的
には、開始剤は、重合プロセスを開始する遊離基を放出
するように加熱することにより活性化される。

架橋剤 或る場合には、モノマー溶液中に架橋剤を含むことがま
た望ましい。架橋剤は、当業者に公知であるように、更
に反応して種々の位置でポリマー鎖を架橋し、それによ
りポリマーの溶剤溶解性を更に低下し、且つ基剤に対す
るポリマーの機械的な接着を強化する。多種のアクリレ
ート型ポリマー用の架橋剤が当業者に知られている。架
橋剤の一つの特に好ましい群は、アクリレート、特にモ
ノ−、ジ−、トリ−及びポリ−アクリレート（これらは
特別なキャリヤー溶剤溶液中のフルオロアクリレートモ
ノマーと相溶性（即ち、少なくとも部分可溶性）であ
る）を含む。また、ポリアクリルアミドが架橋剤として
かなりの使用効果を有する。架橋剤はキャリヤー溶剤の
蒸発後にフルオロモノマーに可溶性であることが好まし
い。例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート
（TMPTAと称する）またはヘキサンジオールジアクリレ
ート（HDDAと称する）が架橋剤として有利に使用し得
る。架橋剤は典型的にはモノマー混合物に対して０〜80
％の範囲、最も好ましくはフルオロアクリレートモノマ
ーに対して５〜30％の範囲で溶液中に含まれる。

以上、モノマーの溶液並びに適当な開示剤及び架橋剤等
について説明しが、これらの試薬の厳密な溶液が得られ
る必要はないことが理解されるべきである。或る場合に
は、これらの物質のエルマションまたは部分溶液が多孔
質基材を処理するのに有利に使用し得る。

基材 あらゆる多孔質基材が本発明の処理と組み合わせて使用
し得る。微孔質の膜が基材の一つの特に好ましい群を代
表する。一般に、微孔質の膜は、サイズが0.01〜10ミク
ロンの範囲の種々のサイズの細孔を含む構造を有するこ
とを特徴とする。一つの特に好ましい材料はゲルマン・
サイエンシィズ社のサンビーム・プロセス（商標）材料
であり、これは米国特許第4,466,931号明細書に開示さ
れており、その開示が参考として本明細書に含まれる。
その他の膜は、商標名“バーサポー”としてゲルマン・
サイエンシィズ社により販売されるアクリレート微孔質
膜である。更に別の型の微孔質基材はW.L.ゴア・アンド
・アソシエーツ（Gore and Associates）により製造
される多孔質ポリテトラフルオロエチレン膜である。こ
れらの特別な膜の細孔サイズは典型的には0.02〜3.0ミ
クロンの範囲である。本発明に関して使用し得るその他
の膜は、ポリアミド、PVDF、ポリオレフィン及びポリウ
レタン製の微孔質膜、例えばミリポリ（Millipore）
社、パル（Pall）社、F.M.クノ（Cuno）社、3M社その他
から販売される微孔質膜である。その他の基材は、織
物、不織布、紙、皮革またはあらゆるその他のこのよう
な材料を含む。更に、本発明の被覆物は厳密な多孔質材
料に於ける使用に限定されるものではなく、むしろ、そ
れらは非湿潤性にされるあらゆる表面に適用し得ること
が注目されるべきである。例えば、これらの被覆物はガ
ラス、プラスチック、木材、セラミック等に適用し得
る。

被覆技術 前記のように、種々の被覆技術がモノマー混合物を多孔
質基材に付着するのに使用し得る。浸漬被覆が使用で
き、この場合、基材（ウェブ形態の基材であることが好
ましい）が一連のロールによりモノマー混合物の浴中に
進められる。次いで、含浸された膜は乾燥ロールにより
引っ張られるか、または乾燥トンネル（これはキャリヤ
ー溶剤を蒸発させる）、好ましくは回収用の乾燥トンネ
ル中に運ばれる。その他の場合には、ビード被覆の技術
が使用され、この場合、溶液の浴中に配置されたロール
がフィルムを上に運んで基材と接触させ、続いて基材が
乾燥ロールまたは乾燥トンネルに運ばれる。ビード被覆
は、基材に適用される被覆混合物の量の慎重な制御を可
能にし、それにより廃棄物を排除し、被覆物の厚さの正
確な制御を可能にするという利点を有する。その他の方
法、例えば噴霧等が同様に使用し得る。

最良の結果を得ようとする場合には、乾燥が非常に重要
であことがわかった。重合が開始される時に被覆基材が
溶剤により未だ濡らされている場合には、製品の最終の
性質は、おそらく異常なポリマー形態の形成により、及
び／または基材に対する重合物質の不十分な接着の結果
として、悪影響される。また、過剰乾燥は不十分な結果
（これらはまたモノマー溶液の或る成分の部分蒸発によ
るものである）をもたらすことがあることがわかった。
特別な乾燥条件は、溶剤の性質、基材の性質並びに基材
の厚さ及び多孔度に依存する。

実験結果 疎水性及び疎油性である被覆膜には多種の用途がある。
一般に、このような膜は、三つの特性、即ち、（１）良
好な空気透過性、（２）長期間にわたって液圧に耐える
能力及び（３）空気透過性を維持するように表面から液
体を迅速に流し去ること、を有する必要がある。

このような膜の用途の一例は、静脈内の管に使用するた
めの微孔質ベントである。そのベントは典型的には0.02
ミクロンの疎水性の微孔質膜からつくられ、これは使用
中に長期間にわたって低表面張力の多ビタミン水溶液に
暴露される。このような条件下で使用される殆どの疎水
性の膜は、上記の三つの特性を維持しない。例えば、
式:C₈F₁₇SO₂N（C₂H₅）C₂H₄OCOCH＝CH₂のUV硬化のフルオ
ロアクリレートモノマー９〜17％を含む欧州特許第216,
622号明細書に記載された型のUV硬化された膜は、水漏
出圧力に関して試験された場合に高度に疎水性であるこ
とがわかった。しかしながら、多ビタミン溶液により数
時間濡らされた場合に、それは完全には流れ去らず、多
孔性表面上に薄い水層を残した。この薄い水層は、膜が
空気を移動させることを妨げた。膜の細孔の表面にある
フルオロカーボン基は、可撓性のポリウレタン構造（こ
れには、ポリマー構造が水溶液に長期間暴露される場合
に、それらの基がポリマー構造内に埋込まれるように結
合されている）のために充分に移動性であることが考え
られる。その結果、水は、水とポリマーの物理的な接触
がある位置でポリマーに“粘着する”。水と直接には接
触しない内部の細孔表面は疎水性のままである。それ
故、膜の表面からの水溶液の排出は、膜の水漏出圧力が
影響されない場合であっても損なわれる。シリコーン化
合物または商品名スコッチガード（商標）326として販
売されるフッ素化ポリマーによるこの同じ膜の処理は、
膜の特性を改良した。しかし、この改良は、おそらく、
その処理を流し去ることから、またはフルオロ基をその
溶液から離して埋込む同様のゼクメント移動により、多
ビタミン溶液に続いて暴露されると、経時に減少した。
この特別な静脈内の適用に於ける高度に疎水性のPTFEフ
ルオロポリマー膜の置換は、その溶液に対する充分な撥
水、撥油性を与えるために、膜の細孔サイズが0.02ミク
ロンまで減少されることを必要とした。しかしながら、
この膜の小さい細孔サイズは低い空気透過性を生じた。

特別に処理された膜の湿潤性は、膜の細孔のサイズ、膜
の表面の性質及び膜を濡らすのに使用される液体の性質
の関数である。漏出圧力の式により示されるように、液
滴と非多孔性の表面との接触角は、非湿潤性を与えるた
めに90゜以上である必要がある。

湿潤性、表１、表1A及び表1B 種々のフルオロアクリレートモノマーで処理された膜の
湿潤性を、公称の細孔サイズ0.1ミクロンを有する疎水
性の膜（ゲルマン・サイエンシィズ社のサンビーム・プ
ロセス（商標）膜）の幾つかの試料を種々のフルオロア
クリレートモノマーで被覆し、続いて最終製品の湿潤
性、滑り角度及び空気の流れを評価することにより評価
した。一連の実験からのデータを表１に纏める。

湿潤性は、膜に付着された液体が数秒以内に膜中に吸収
されるか、または表面に保たれるかを観察することによ
り目視で測定した。＋の記号は、その材料が所定の溶剤
により濡らされることを示し、一方、−の記号は、それ
が濡らされないことを示す。一連の実験を表に示された
溶剤を用いて行った。また、その表は種々の溶剤の表面
張力の値（ダイン/cm）を列記する。また、試料15をイ
ソプロピルアルコール（21.7ダイン/cm）とメタノール
（22.6ダイン/cm）で試験した。滑り角度は、この表の
範囲内で、50μｌの水滴が膜表面を横切って滑り始める
角度として定義される。空気の流量は、膜の５平行cmの
部分に対する80cmの水頭圧に相当する圧力を加えること
により測定し、そしてその中を流れる空気の量（ml/
分）を測定した。

表1Aは、表1Aの種々の膜試料を被覆するのに使用したモ
ノマーを示す。表１の被覆膜中に表された全ての溶液
は、試料13及び14（これらは架橋剤を含まない）以外
は、4:1の比でフルオロモノマーをHDDA架橋剤と一緒に
使用した。また、試料１〜16は5pph（配合物のモノマー
含量を基準とする）のベンジルジメチルケタール光重合
開始剤を含む。試料16は未処理の膜であり、試料17は0.
2ミクロンの細孔サイズを有する微孔質PTFE膜であっ
た。全ての場合、モノマーをフレオン（商標）113中の
１％または２％の溶液として適用した。

主として、８、10または12（およその平均ｎ値）に等し
いｎ値を有する同族体を含むモノマーに相当する試料１
及び試料２は優れた結果を生じたことが注目される。そ
の膜は一般に溶剤により濡らさず、そして試料16の未処
理の膜に関して90゜より大きい滑り角度と較べて、約50
゜の滑り角度（水に関する）を示した。更に、膜中の空
気の流れは、許容される速度で維持される。試料３及び
試料４（これらは、殆ど純粋なC8同族体を有するフルオ
ロアクリレートモノマーに相当する）は、非湿潤性及び
滑り角度に関して、試料１及び試料２に使用された材料
と殆ど位良好であった。試料５及び試料６は、殆ど完全
にC6同族体からなるモノマーを使用し、そして性能はか
なり低下される。これらの膜は非常に疎油性ではなく、
それらは大きい滑り角度を示す。試料７及び試料８は、
約45％のC6物質及び55％の高級同族体を有するモノマー
混合物から誘導される。性能は若干改良される。これら
の試料はヘプタン及びケロシンにより濡らされないが、
滑り角度は依然としてかなり大きいままである。試料９
及び試料10はC7のフルオロカーボン鎖長を有する若干異
なるモノマーで処理され、一般に不十分な性能を示し
た。

試料11〜14は、ジアクリレート型のその他のC6フルオロ
アクリレート物質に関するものあり、注目されるよう
に、それらの性能はC6ペルフルオロ基を有するモノアク
リレートと同様であった。試料15は、フルオロアクリレ
ートモノマーを使用することから得られた結果を示す。
また、この膜はイソプロピルアルコールにより濡らさ
れ、そしてメタノールにより濡らされない。空気の流れ
がかなり大きいが、滑り角度は測定されなかった。

表1Bは、本発明の典型的な被覆材料、即ち表１の試料２
に関する湿潤性データを更に示す。表1Bは、種々の主面
張力を有する広範囲の溶剤に関する実験データを纏め
る。本発明は基材を18以上の表面張力を有する溶剤に対
し非湿潤性にすることが明らかである。

表１、表1A及び表1Bのデータからの結論は、18ダイン/c
m程度に低い表面張力を有する溶剤による優れた非湿潤
性が膜を上記の型のフルオロアクリレートモノマーで被
覆することにより得られることである。

強化された洗濯適性−表２ 本発明に関する最も重要な知見の一つは、その方法が、
おそらく多孔基材への被覆物の機械的定着により、大幅
に強化された洗濯適性を与えるという事実である。本発
明により被覆された基材は、それらの撥水性及び撥油性
の特性を損失しないで、ドライクリーニングでき、洗剤
で洗浄でき、また油またはグリースに暴露し得る。これ
は従来技術の被覆物及び被覆方法（これらの方法では、
モノマーが予備重合され、続いて基材に適用される）と
はかなり相違している。

種々の基材を現場重合により被覆し、また予備重合され
た材料の溶液被覆により被覆する一連の実験を行った。
そのデータを表２に纏める。被覆基材の性質を溶剤洗浄
の前及び後の両方で測定した。二つの異なる基材を、こ
の一連の実験に使用した。第一の基材は0.1ミクロンの
細孔を有するサンビーム・プロセス（商標）疎水性膜で
あり、表中“S"と称される。第二の膜はゲルマン・サイ
エンシィズ社により商品名バーサボー200として販売さ
れる0.2ミクロンの細孔を有するアクリル膜であり、表
中“V"と称される。両方の膜を、表1A中で“A"と称され
るフルオロアクリレートモノマーから誘導されたポリマ
ーで被覆した。

現場重合の場合には、そのモノマーを約２％でフレオン
（商標）113溶液に溶解した。光重合開始剤（BDK）を5P
PH（モノマーを基準とする）の量で添加した。その溶液
を使用して膜を含浸した。これらの膜を乾燥させ、それ
らを窒素雰囲気（10〜100ppmの酸素を有する）中で、単
一の200ワット／インチの中間圧力の水銀ランプ（ハノ
ビア（Hanovia）社）の下で10m/分のベルト速度で２回
通すことにより硬化させた。そのU.V.ランプは放物面反
射装置を備えており、試料は放射線のほぼ焦点領域で移
動した。

予備重合材料の場合には、ポリマー溶液を0.3PPHの光重
合開始剤（“BDK"）の存在下でのフレオン113中の30％
のモノマーの照射により調製した。その溶液を窒素でパ
ージした後にガラスバイアル中にシールし、重合を200
ワット／インチの水銀ランプの焦点領域から17〜25cm離
れた焦点ずれ（off focus）の位置でバイアルをランプ
暴露することにより行った。照射を12〜30分間行い、非
常に粘稠な溶液を生じた。転化率をガスクロマトグラフ
ィーにより測定したところ、97〜98％であった。予備重
合材料を約１％または２％の示された濃度でフレオン11
3に溶解した。こうして調製された試料の空気の流量及
び溶剤湿潤性を溶剤フレオン（商標）113洗浄の前及び
後に測定した。

表２を参照して、予備重合された材料（例えば、試料２
〜４、７〜９）は、現場重合された材料（試料５、10〜
17）よりも非常に不十分な湿潤特性及び空気の流れ特性
を有する膜を生じたことがわかる。また、予備重合され
た材料による処理は永久ではない。表から注目されるよ
うに、被覆膜をフレオン（商標）による被覆後の洗浄に
かけることは、重合材料の溶液で被覆された膜の性質を
かなり低下するが、現場重合された材料で被覆された膜
の性質を低下しない。この知見は特に驚くべきことであ
り、フレオン（商標）が重合材料の良好な溶剤であると
いう事実に鑑みて非直観点である。膜の多孔質構造への
現場重合された材料の機械的な定着は、それを溶剤によ
る除去から保護することが考えられる。現場重合される
モノマーは溶液中の同ポリマーよりも非常に良好に機能
するという事実は、予測されないことであり、非常に有
益である。

電子線硬化 上記のように、モノマーは、先に説明され、記載された
ような紫外線硬化及び遊離基開始硬化の如き種々の技術
により基材上に重合し得る。また、硬化は電子線衝撃に
より行われてもよい。この実施例では、0.1ミクロンの
細孔サイズの疎水性のサンビーム・プロセス（商標）膜
を、80:20の重量比で表1AのモノマーＤの２％混合物を
トリメチロールプロパントリアクリレート（TMPTA）と
一緒に含むフレオン（商標）溶液中に浸漬した。被覆膜
を乾燥し、500ppm未満の酸素を含む窒素雰囲気下で2Mラ
ドの電子線照射（電子カーテン、エネルギー・サイエン
シィズ（Energy Sciences）、ウォバーン（Woburn）、M
ass.）にかけた。

こうして被覆された膜の5cm²のディスクは、80cmの静水
圧で400ml/分の空気流量を有していた。これは、未処理
の場合の同膜に関する850ml/分の流量に匹敵する。未処
理の膜は、多ビタミン溶液または淡水に数秒間暴露した
後に空気の流れを示さなかった。処理された膜は、20時
間までの期間にわたって両溶液に暴露された後に空気流
量の低下を示さなかった。湿潤膜の空気流量を、平滑な
表面が溶液と接触して保たれた膜を取り出し、膜を数秒
間垂直にして排液し、80cmの水に等しい圧力（その圧力
は水平の湿潤表面に加えられる）のもとに空気流量を測
定することにより測定した。

架橋剤の効果−表３、表４ 架橋剤はフルオロアクリレートモノマーと一緒に含まれ
てもよいことがわかった。架橋剤は、モノマーの重合と
同時に、または後重合工程でモノマーを架橋し得るコモ
ノマーを含む。架橋剤の一つの特に好ましい群は、ジア
クリレート、トリアクリレートまたはポリアクリレート
である。

表３は、種々の量の架橋剤を、膜の上で現場で重合され
るモノマーに添加した一連の実験の結果を纏める。表３
の一連の実験の膜は0.1ミクロンの細孔サイズのサンビ
ーム・プロセス（商標）膜であり、それをフレオン（商
標）113溶剤中の示された固形分の２％混合物で処理し
た。硬化は先の実施例と同様であった。被覆し、硬化さ
せた後、夫々の試料をフレオン（商標）洗浄にかけ、空
気流量及び溶剤湿潤性を上記のようにして測定した。表
３及び表４中、記号“C₆〜C₁₂"は、ヘキサンからドデカ
ンまでの相当する炭化水素を示す。記号“IPA"はイソプ
ロピルアルコールを表し、“K"はケロシンを意味する。

この場合に使用された架橋剤はヘキサンジオールアクリ
レート（HDDAと称する）であった。その表から、50％ま
でのジアクリレート架橋剤の混入は、被覆膜の撥溶剤特
性に殆ど影響しないで被覆膜の空気の流れ特性を改良し
たことが注目される。一般に、０〜50％の範囲のHDDA架
橋剤が最適であることがわかった。その架橋剤を含むこ
とが特に有益である。何となれば、それは、空気の流れ
特性を改良することの他に、その架橋剤そのものがフル
オロアクリレートモノマーよりも非常に安価であること
から被覆のコストを低減するからである。一般に、80％
までのモノマーが架橋剤により置換し得ることがわかっ
た。また、その他のジアクリレート、トリアクリレート
及びポリアクリレートが同様に使用し得ることがわかっ
た。

また、その他の反応性コモノマーが同様にその系中に混
入し得る。例えば、フルオロモノマーと相溶性であるモ
ノアクリルエステルまたはアクリルアミドが使用し得
る。商品名SR257としてサートマー・コーポレーション
により販売されるオクタデシルアクリレートは、商品名
ケムリンク（Chemlink）2000としてサートマー・コーポ
レーションにより販売される長鎖C₁₄〜C₁₅ジアクリレー
トと同様に本発明に使用効果を有するその他のモノマー
である。表４は、これらの化合物に関するデータを纏め
る。一般に、使用される架橋剤はフルオロモノマーと可
溶性であることが望ましい。しかしながら、完全な相溶
性は必須ではない。TMPTAはモノマーＡと充分に相溶性
ではないが、膜に良好な撥溶剤性を与えることがわかっ
た。

溶剤 以下の結果の殆どが、反応体の透明なフレオン（商標）
溶液に基く被覆物から得られたが、溶剤が反応体を溶媒
和でき、しかも容易に蒸発させることを条件として、種
々の溶剤が使用し得ることがわかった。

更に、真の溶液は、この技術を使用するための必要条件
ではない。或る場合には、無公害の水性被覆溶液が使用
し得る。エマルションが使用し得ることがわかった。例
えば、被覆物を、以下の工程により水性エマルションか
ら調製した。90/10/5/26.25重量比のモノマーＡ、HDD
A、BDK光重合開始剤及びフレオン（商標）113の混合物4
0部を、ヒドロキシプロピルセルロース（クルセル（KLU
CEL）EF）3.15部、表面活性剤（テトロニック（Tetroni
c）707、BASF社）2.2部及び水59.85部の混合物中で撹拌
することにより、濃厚なエマルションをつくった。その
エマルションを、更に水を添加して２％の活性モノマー
まで希釈し、浸漬によりサンビーム・プロセス（商標）
膜に適用した。放射線硬化の前に、膜を室温で30分間乾
燥させた。硬化を、上記のようにして行い、そしてフレ
オン（商標）で洗浄した後の膜は、5cm²の試料に関し
て、80cmの水で560ml/分の空気流量を有することがわか
った。これは初期の膜に関する1110ml/分の空気流量と
匹敵する。被覆膜はキシレン及びケロシンにより濡らさ
れなかった。

基材−表５ 前記のように、本発明は種々に基材と組み合わせて実施
し得る。表５は、本発明の被覆物の一つを基材材料の群
に適用し、得られる被覆材料の性質を測定した一連の実
験を詳細に示す。基材は、一般に微孔質の膜、紙、織物
及び不織布を含む。

試料１は、アクリレート化ポリウレタン樹脂とアクリル
モノマーのコポリマーを含む親水性のサンビーム・プロ
セス（商標）膜を含み、一方、試料11は、ゲルマン・サ
イエンシィズ社から入手でき、IVVB200と称される疎水
性のサンビーム・プロセス（商標）膜（これは、先の実
施例に使用した膜と同様である）を含んでいた。膜試料
２は、商品名TF200としてゲルマン・サイエンシィズ社
から入手できるポリテトラフルオロエチレン膜であっ
た。試料３及び試料４はポリフッ化ビニリデン膜であっ
た。試料５、試料６及び試料７は、商品名スポー（Supo
r）としてゲルマン・サイエンシィズ社から販売される
ポリ（エーテルスルホン）であった。試料５の材料は銘
柄C200と称され、試料６の材料は450であり、試料７の
材料は50であった。膜８は商品名ニリフロ（Nylyflo）
としてゲルマン・サイエンシィズ社から販売される商用
銘柄のポリアミド（ナイロン）膜であった。試料９及び
試料10は、夫々、商品名バーサポー200及び300としてゲ
ルマン・サイエンシィズ社から販売される型のアクリル
膜であった。試料12の材料は複写銘柄の紙を含んでい
た。試料13の材料はナイロンタフェッタ（taffeta）織
物を含み、試料14の材料はイートン−ダイクマン・コー
ポーレーション（Eaton−Dikeman Corporation）により
商品名ホリテックス（Hollytex）として販売される2.0
オンス／平方ヤードの不織スパンボンドポリエステル材
料を含んでいた。

表５の試料を、夫々、表２の型ＡモノマーとHDDA架橋剤
とベンジルジメチルケタール（BDK）光硬化剤の80/20/5
の重量比の混合物で被覆した。その混合物を、示される
濃度でフレオン（商標）113に溶解した。被覆及び硬化
は、先の実施例と同様であった。

膜の多孔度をフレオン（商標）バブルポイント法により
測定した。この方法では、膜の一面を所定容量のフレオ
ン（商標）113に暴露し、一方、その他の面を空気で加
圧した。気泡を膜及びフレオン（商標）中に押しやるの
に必要とされる圧力（バール）を測定した。一般に、本
発明の処理は、たとえあったとしても、バブルポイント
にごくわずかの効果を有していたことが注目される。空
気流量を、先の実施例と同様にして測定した。種々の被
覆膜に関する水漏出値は、水を被覆膜中に押しやるのに
必要とされる圧力（バール）を観察することにより測定
した。

被覆膜及びその他の被覆基材の湿潤特性を前記のように
して測定し、本発明の処理が種々の形態の材料（多孔質
材料、編み物、織物、不織布、等）の全て、及び種々の
組成のポリマーの全てを多種の溶剤に対して非湿潤性に
するのに非常に有効であったことが注目される。全ての
試験材料は、23ダイン/cm程度に低い表面張力を有する
溶剤により濡らされず、そして処理された材料の殆ど
が、18〜20ダイン/cm程度に低い表面張力を有する溶剤
により濡らされなかった。

こうして、本発明の原理に従って、多孔質基材の被覆に
於ける重要な利点が基材をフルオロアクリレートモノマ
ーで被覆し、続いてこれをその上で現場で重合すること
により得られることがわかった。このような重合は仕上
げ被覆物を基材に機械的に接着させて撥水性及び撥油性
の相似被覆物を与える。この被覆物は溶剤侵食に対して
非常に抵抗性であり、ガスの流れに対する高い透過性並
びに水及び油の両方に対するかなりの撥水、撥油性を有
する被覆材料を与える。

以上の説明及び実施例は本発明の特別な特徴を詳しく述
べることを意味することが理解されるべきである。本発
明は、種々のフッ素化モノマーで実施することができ、
そして本明細書に記載された組成物は更に種々のその他
の架橋剤、コモノマー、硬化剤等と組み合わせて使用し
得ることが理解されるべきである。これらの被覆物は種
々の天然基材及び合成基材に適用でき、そして或る場合
に、またこのような材料の撥水性及び撥油性を高めるこ
とが所望される場合に、非多孔質基材にかなりの利点を
与えることができる。このような場合には、基材それ自
体の微細組織がかなりの機械的な接着及びその上の被覆
物の結合を与える。また、非多孔質基材は、エッチン
グ、研磨または或る種のこのような表面組織形成（text
urizing）法により調製し得る。

以上に鑑みて、前記の説明、記載及び実施例は本発明の
特別な実施態様を単に例示するためのものであり、その
実施に関する制限ではないことが理解される。本発明の
範囲を特定するものは、全ての均等物を含む下記の請求
の範囲である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−99285（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−197374（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−39482（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ａ）式：（CnF₂n₊₁）（CH₂）_Ｘ（CHR）OCO
   CH＝CH₂ （式中、ｎは整数であり、ｘは０、１、２又は３であ
   り、ＲはＨ又はCH₂OCOCH＝CH₂である）のフルオロアク
   リレートモノマー（16）を用意する工程； Ｂ）モノマー（16）をキャリヤービヒクル中に入れて混
   合物（14）を形成する工程； Ｃ）多孔質基材（10）をモノマー混合物（14）で含浸す
   る工程； Ｄ）このように含浸した多孔質基材（10）から実質的に
   すべてのビヒクルを除去する工程；及び Ｅ）モノマー（16）の重合を開始し、それによりモノマ
   ー（16）を重合して、基材に機械的に装着されている撥
   油性及び撥水性の相似被覆物（16′）を形成する工程 を含むことを特徴とする多孔質基材（10）を処理して、
   その多孔度を維持するとともに永久的な撥水性及び撥油
   性を得る方法。
2. 【請求項２】多孔質膜（10）； 該膜の上に配置されたフルオロアクリレートポリマーの
   相似被覆物（16′）を含み、前記ポリマーが、式：（Cn
   F₂n₊₁）（CH₂）_Ｘ（CHR）OCOCH＝CH₂ （式中、ｎは整数であり、ｘは０、１、２又は３であ
   り、ＲはＨ又はCH₂OCOCH＝CH₂である）のモノマー（1
   6）から誘導されたものであることを特徴とする撥油性
   及び撥水性の多孔質膜。