JPH11506045A - 真空フラッシュ蒸発されたポリマー複合材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ポリマー複合材料層を真空中で製造する方法が開示される。より詳細に言えば、塩をモノマー溶液の中に溶解させ、該溶液を真空フラッシュ蒸発させ、真空フラッシュ蒸発された溶液を液膜として凝縮させ、該凝縮した液膜を基板上でポリマー複合材料層に形成する方法が開示される。

Description

【発明の詳細な説明】 真空フラッシュ蒸発されたポリマー複合材料 発明の分野 本発明は、概略的に言えば、ポリマー複合材料層を真空中で製造する方法に関 する。 より詳細に言えば、本発明は、塩（塩類）をモノマー溶液の中に溶解させ、該 溶液をフラッシュ蒸発させ、該蒸発した溶液を基板上でポリマー複合材料層とし て形成する技術に関する。 発明の背景 少なくとも１つのポリマー層を有する積層構造は、特に限定するものではない が、回路要素及びエレクトロクロミック素子の如き電子素子、包装材料、及び、 ソーラーレフレクタを含む広範な用途において有用であることが証明されている 。また、イオン又は塩も含むポリマー層は、単純なポリマー層にはない特性を示 すことが証明されている。従って、イオン又は塩を含むポリマー層、すなわち、 複合ポリマーは、高いイオン伝導率の如き、種々の特性を示すことができ、これ らの特性は、特定の用途において、上記複合ポリマーを、イオン又は塩を含まな いポリマーよりも優れたものにする。 ポリマー及びポリマー複合材料層を真空下で大量生産するための幾つかの技術 が、当業界で知られている。例えば、ポリマー及びポリマー複合材料層は、特に 限定するものではないが、ロールコータ、グラビア・ロールコータ、巻線ロッド 、ドクターブレード、及び、溝付きダイスの如き、押し出し及びモノマー展延装 置を含む方法によって製造されており、そのような方法においては、イオン又は 塩を含む液体モノマー又は液体モノマー溶液が、基板の上に設けられて硬化され る。 モノマー流体の真空フラッシュ蒸発は、積層構造に薄いポリマー層を形成する ための有用なプロセスであることも証明されている。しかしながら、当業者は、 ポリマー複合材料層を形成するためにそのような真空フラッシュ蒸発法を用いる ことを避けてきた。一般的に言えば、塩を蒸発させるために必要とされる温度は 、フラッシュ蒸発法によってモノマーを蒸発させる際に塩を含めるようにするに は、高すぎる。例えば、本明細書に参考として組み込まれる米国特許第４，９５ ４，３７１号（発明の名称：”Flash Evaporation of Monomer Fluid”）は、重 合可能な及び／又は架橋可能な材料をその材料の分解及び重合温度よりも低い温 度で連続的に供給する方法を開示している。そのような材料は、微粒化されて、 約１から約５０ミクロンの範囲の粒子径を有する液滴になる。次に、これらの液 滴は、当該材料の沸点よりも高く且つ熱分解を生じさせる温度よりも低い温度の 加熱面に接触することにより、真空下で蒸発する。この方法は、蒸気を基板上で 液体として凝縮させることにより、上記材料を重合又は架橋させることができ、 これにより、極めて薄いポリマー層を積層構造として形成することができること を教示している。 真空フラッシュ蒸発法を用いると、ポリマー層を形成する他の方法よりも優れ たある種の利点を有するポリマー層が形成される。そのような利点としては、特 に限定するものではないが、より均一な薄いポリマー層を形成することができる こと、ポリマー層の下に捕捉されるガスを減少させることができること、ポリマ ー層の中の密度を高くすることができること、及び、仕上げ表面を滑らかにする ことができること、を挙げることができる。 従って、イオン又は塩を含むポリマー複合材料層を形成すると共に、真空フラ ッシュ蒸発法の上記利点を有している方法を得ることは、当業者にとっては大き な関心があることである。 発明の概要 本発明は、モノマー溶液の中に溶解している塩は、完全に溶媒化されると、真 空フラッシュ蒸発法に従ってモノマーと共に蒸発し、従って、ポリマー複合材料 層を真空下で形成するために用いることができるという、予期しない発見に基づ くものである。より詳細に言えば、本発明によれば、最初に、塩をモノマー溶液 の中で完全に溶媒化させる。次に、その混合液を用い、真空フラッシュ蒸発法に 従って、ポリマー複合材料層を形成する。また、フラッシュ蒸発を行う前に、溶 媒、光硬化剤、接着増進剤、又は、スリップ剤（slip agent）の組み合わせを、 モノマー／塩混合物に加えることができる。 好ましい実施例の説明 本発明の好ましい実施例においては、塩を、重合可能な及び／又は架橋可能な 材料（一般的には、少なくとも１つの液体状態のモノマーを含むモノマー溶液） の中で溶解又は溶媒化させ、重合可能な複合材料を形成する。上記塩は、特に限 定するものではないが、二成分塩及び錯塩を含む溶液の中でイオンが解離するこ とのできる、任意のイオン化合物とすることができる。本明細書で使用する「錯 塩」という用語は、３以上の元素を有する任意の塩を意味する。必要に応じて他 の成分を添加することができ、例えば、上記モノマー溶液の中における上記塩の 溶媒化を支援する溶媒、基板上における複合ポリマーの形成を支援する接着増進 剤、あるいは、複合ポリマーの重合を支援する光重合開始剤を添加することがで きる。塩が溶解又は溶媒化した後に、上記重合可能な複合材料は、真空フラッシ ュ蒸発法に従って処理され、これにより、上記重合可能な複合材料は、真空下で 実質的に均一な蒸気として、連続的に塗布される。従って、本方法は、上記重合 可能な複合材料を、真空下で基板上に堆積させて、ポリマー複合材料層を形成す る。 重合可能な複合材料は、この材料の分解及び重合温度よりも低い温度で、連続 的に供給される。上記材料は、微粒化されて、約１から５０ミクロン又はそれ以 下の範囲の粒子径を有する液滴になる。微粒化は、一般的に、超音波ホーンを用 いて行われる。微粒化は、静電的に行うこともできる。約１ｋＶから約２０ｋＶ の電圧で静電微粒化を行うことにより、より均一な液滴サイズが得られると共に 、蒸発が改善される。また、ある電荷に維持された加熱面に吸引されることにな る液滴に、反対の電荷を与えて、液滴の生産量を改善することができる。次に、 上記液滴を、上記材料の沸点よりも高く且つ熱分解を生じる温度よりも低い温度 の加熱面に接触させることによって、蒸発させる。次に、該蒸気を基板に接触さ せる。該基板において、上記材料は、液膜として凝縮し、その後、重合又は架橋 されて、真空下でポリマー複合材料層を形成する。 フラッシュ蒸発の前に、塩を上記モノマー溶液の中で、可能な限り多く溶媒化 させるのが好ましい。そのような溶媒化が完全に行われる程、より多くの塩又は 該塩のより多くのイオンをモノマー溶液と共に蒸発させて、ポリマー複合材料層 として形成することができる。また、モノマー溶液中の塩の量を変えることによ って、モノマーに対する塩の相対濃度を変えることができる。モノマーに塩を全 く添加しない状態で開始する場合には、モノマー溶液が飽和するまで、塩を所望 の濃度まで添加することができる。 ある実験を行った。この実験においては、１５０ｍｌのポリエチレングリコー ル・ジアクリレート、１５０ｍｌのポリエチレングリコール・メチルエーテル、 １５ｍｌのアクリル酸接着増進剤、３０ｍｌの市販のDarocure 4625光重合開始 剤（ニューヨーク州HawthornのCIBA/GEIGY Inc.から入手可能）、及び、２０ｇ のＬｉＣＦ₃ＳＯ₃を混合し、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃を該混合物の中で完全に溶媒化させ た。次に、本発明の真空フラッシュ蒸発法に従って、上記混合物を薄い多層積層 複合材料に形成した。この積層の複合材料は、互いにかみ合うキャパシタ構造の ２つのアルミニウム層の間に設けられたポリマー複合材料の層から構成されてお り、上記総ての層は、真空蒸着されている。次に、上記多層積層複合材料を標準 的な電圧計で検査したところ、電解材料と一致するコンダクタンスを示し、従っ て、ポリマーの中にＬｉＣＦ₃ＳＯ₃が含まれていることを示した。 本発明の好ましい実施例を上に説明したが、本発明の広義の特徴から逸脱する ことなく、多くの変形及び変更を行うことができることは、当業者には理解され よう。従って、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲に入るそのよう な総ての変形及び変更を含むことを意図している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジマーマン，ポール・ダブリュー アメリカ合衆国ワシントン州99301，パス コ，ウエスト・ジャネット・ロード 4720

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 重合可能な複合材料の均一な蒸気を真空中に供給するための方法であっ て、 （ａ） 塩をモノマーの中に溶解させて前記複合材料を形成する工程と、 （ｂ） 前記複合材料の液体流を、前記複合材料の分解温度及び重合温度より も低い温度の真空環境に供給する工程と、 （ｃ） 前記液体流を微粒化して液滴の流れにする微粒化工程と、 （ｄ） 前記複合材料の沸点あるいはそれ以上の温度で且つ前記液滴が蒸発の 前に分解する温度よりも低い温度に維持された加熱面に、前記液滴を接触させる ことにより、前記液滴を蒸発させる工程とを備えることを特徴とする方法。 ２． 重合可能な複合材料の層を真空環境にある基板の上に堆積させるために 使用される請求項１の方法において、更に、 （ｅ） 前記基板の少なくとも一部を、前記複合材料の沸点よりも低い温度に 維持し、前記蒸発した複合材料よりも低い圧力にある領域において、蒸発した複 合材料の前記基板に向かう積極的な流れを形成する工程と、 （ｆ） 前記蒸発した複合材料の流れを前記基板上に導く工程とを備えること を特徴とする方法。 ３． 請求項２の方法において、前記材料は、その沸点あるいはそれ以下の温 度において、化学的に不安定であることを特徴とする方法。 ４． 請求項１の方法において、 前記微粒化工程は、 装置を超音波で振動させ、前記装置に液滴として供給される前記複合材料を分 散させる分散工程を含むことを特徴とする方法。 ５． 請求項４の方法において、 前記分散工程は、 前記装置の先端にある端面を前記複合材料で被覆する工程と、 前記端面を超音波で振動させて、前記液滴を前記端面の周囲から分散させる工 程とを含むことを特徴とする方法。 ６． 請求項１の方法において、 前記微粒化工程は、 前記複合材料を静電的に噴霧する工程を含むことを特徴とする方法。