NO851607L - Kryssbindbar kjemisk sammensetning og semipermeabel membran fremstilt fra denne - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en semipermeabel

membran som har en høymolekylær transmisjonshastighet i forhold til lavmolekylære polare molekyler, samtidig som den har utmerket motstand mot en trykkdrevet væskestrøm. Den sammensatte membran kan brukes som en barriere mot væskeinntrengning samtidig som den tillater en rask molekylær diffusjon av visse polare molekyler gjennom membranen. Den sterke strøm av lavmolekylære polare molekyler som tilveiebringes ved hjelp av den semipermeable membran, er av verdi for separasjonsfor-

ltiål hvor det er ønskelig å konsentrere en væske ved å fjerne lavmolekylære polare molekyler og/eller hvor man ønsker å

fjerne og/eller oppsamle lavmolekylære molekyler eller forbindelser. Den foreliggende semipermeable membranen er spesielt godt egnet for bruk under fremstilling av regn-

tøy av forskjellig slag.

Laminerte materialer som både er vannbestandige og pustbare (dvs. som har en evne til å transportere fuktighet i form av damp fra den indre siden til den ytre siden) og som er spesielt godt egnet for fremstilling av regntøy eller telt eller lignende, er beskrevet i US-patent nr. 4.194.041,

og som her inngår som referanse. Nevnte patent tilveiebrakte en lagdelt artikkel som kunne brukes i regntøy eller telt, og som var vanntett og resistent overfor de overflateaktive midler som utskilles under svette eller transpirasjon, men som samtidig tillater en fordampning av vannet og en over-føring av dette gjennom den lagdelte artikkel.

Nevnte oppfinnelse beskrev en kombinasjon av minst

to lag: (1) et indre kontinuerlig hydrofilisk lag som meget lett lot vann diffundere gjennom laget, samtidig som det hindret en transport av overflateaktive midler og forurens-

ende stoffer av den type man finner i svette eller transpirasjon; og (2) et hydrofobt ytre lag som hindrer en gjennom-strømning av flytende vann samtidig som den tillater en transmisjon av vanndamp, og som samtidig gir en varmeisoler-

ing når den eksponeres overfor regn. Regntøy og telt fremstilt av slike materialer er permanente vannavstøtende mot vann fra yttersiden, samtidig som det tillater en fordampning av svette eller transpirasjon når partialtrykket av vanndampen

på innersiden er større enn det man finner på yttersiden.

Det hydrofiliske lag som ble brukt i nevnte US-patent nr. 4.194.041/hadde en vanndampstransmisjonshastighet målt ved hjelp av en fremgangsmåte som er angitt i nevnte patent, som lå over 1000g/m<2>. 24 timer, og fortrinnsvis over ca. 2000 g/m<2>. 24 timer. Det var ingen påvisbar transmisjon av overflateaktive midler av den type man finner i svette, og det var fortrinnsvis ingen påvisbar gjennornstrøming av flytende vann ved et hydrostatisk trykk på opptil 172 kN/m 2.

Det hydrofobe lag som ble brukt i nevnte oppfinnelse , hadde en vanndampstransmisjonshastighet når det ble målt ved den fremgangsmåte som er beskrevet i patentet, som over-steg 1000 g/m<2>. 24 timer, og fortrinnsvis over 2000 g/m<2>24 timer, og en vannkontaktvinkel som var over 90°, og den var fortrinnsvis fremstilt av en porøs hydrofob polymer, f. eks. en film av en porøs ekspandert polytetrafluoretylen

(PTFE) .

Det har imidlertid lenge vært ønskelig å kunne frem-stille semipermeable membraner som eventuelt kan brukes i regntøy eller for forskjellige separasjonsprosesser, som

har en maksimal transmisjonshastighet for de forønskede molekyler samtidig som man har en effektiv separasjonsevne for de uønskede molekyler. For enkelte separasjonsprosesser kan transmisjonshastigheten for de gjennomtrengende molekyler og derved separasjonseffekten justeres, ikke bare ved hjelp av den membran man bruker, men også ved de betingelser som brukes under separasjonen. Når det gjelder en separasjon av den type man finner i et pustbart regntøy hvor miljøet er sterkt variabelt, er det ønskelig å ha en maksimal transmisjonshastighet for vann innenfor sterkt variable betingelser. Det materiale som er beskrevet i US-patent nr. 4. 194.041, har generelt en vanndampstransmisjonshastighet som er lavere enn den man finner i det hydrofobe lag alene. Det vil være ønskelig å kunne oppnå en vanndampstransmisjonshastighet som lar seg sammenligne med det hydrofobe lag når dette brukes alene, samtidig som man oppnår den forønskede beskyttelse av det hydrofobe lag ved hjelp av det nevnte hydrofiliske lag. Jo større evne materialet har til å

overføre vanndamp, jo bedre vil materialet være egnet for fremstilling av regntøy. Det har derfor vært ønskelig å kunne oppnå maksimal komfort i det materiale som brukes ved å få en maksimal transmisjonshastighet for vanndamp under alle tenkbare betingelser.

Innenfor membranteknologien har det også vært

drevet et omfattende forskningsarbeid for å kunne utvikle tilfredsstillende membraner for kommersielle separasjonsfor-mål. Under utviklingen av nye membraner vil følgende egenskaper være viktige: strømmen av de forønskede molekyler som går gjennom membranen, membranens seleksjonsevne overfor ønskelige og uønskelige molekyler, membranens mekaniske styrke og dens brukstid. Mye av den teknologiske innsats har vært fokusert på å oppnå en tilstrekkelig strøm av de forønskede molekyler ved økonomisk egnede betingelser slik at membranen kunne brukes kommersielt. Under alle membran-separasjoner er det nødvendig å ha semipermeabiliteten justert slik at strømmen ikke bare er tilstrekkelig høy for de ønskelige molekyler, men at man også får tilstrekkelig separasjonseffekt slik at man oppnår det forønskede resultat. For et kommersielt salgbart produkt må membranen ha tilstrekkelig gjennomstrømning og selektivitet samtidig som den har tilstrekkelig styrke til at den lett kan behandles og brukes under industrielle betingelser. I tillegg til dette må man'ta hensyn til tallrike andre fysiske og kjemiske betingelser slik at man får en membran med en rimelig brukstid. På bakgrunn av de nevnte fire kriterier foregår det et stadig utviklingsarbeid for å kunne utvikle egnede kommersielle semipermeable membraner og kommersielt anvend-bare fremgangsmåter for fremstilling av disse, slik at membranene kan brukes for kommersielle separasjonsprosesser.

For å få en maksimal gjennomstrømning av de ønskelige molekyler er det ønskelig at tykkelsen på membranen holdes på et minimum uten at man gjør et kompromis med hensyn til kontinuitet. Membranen bør ha en høyest mulig diffusjonsevne for de ønskelige molekyler gjennom membranen. Hvis den ønskelige permeable væske er vann, så vil det være ønskelig å bedre oppløseligheten av vann i membranen ved å få en maksimal hydrofil karakter på det materiale som er brukt, samtidig som man ønsker maksimalt amorft innhold i polymeren. Det har imidlertid tidligere vist seg å være vanskelig å oppnå den forønskede mekaniske styrke i. en sterkt hydrofilisk polymerisk membran til at den kan brukes kommersielt. Spesielt har det vist seg at filmer av sterkt hydrofiliske polymerer har en tendens til å være for svake, og de vil enten lett rives opp eller ødelegges ved slitasje og/eller bøyning eller spenning som oppstår når de brukes kommersielt, da spesielt når filmene er svellet med vann. Det har følgelig vært et behov å kunne øke disse membraners hydrofilisitet uten at man får en samtidig svekkelse av de fysiske egenskaper.

Kravet til kjemisk stabilitet må sees i sammenheng med brukstiden i tillegg til at man må ha tilstrekkelig høy mekanisk styrke i en tynn og sterkt hydrofilisk membran. Når f.eks. vann er den ønskelige permeable væske, så må man ta hensyn til det faktum at vann er tilstede over alt, og polymeren må derfor være motstandsdyktig overfor en hydrolyse slik at membranen kan brukes for det forønskede formål. Det er velkjent at etere har meget god motstand mot hydrolyse. Foruten motstand mot de forskjellige nedbrytningskrefter som opptrer i en slik membran, så er det viktig at polymeren er ikke-oppløselig i de systemer hvor membranen brukes, ellers vil brukstiden bli for kort. Hvis polymeren er oppløselig i det system som brukes, f.eks. når sterkt hydrofilisk polymer ekspanderes overfor et vandig miljø, så kan uoppløselighet tilføres systemet ved at man tverrbinder polymeren i et uendelig tredimensjonalt nettverk. Man må selvsagt hele tiden ta hensyn til de fire kriterier som er nevnt ovenfor når man på denne måten tverrbinder en polymer. Det er f.eks. kjent at en tverrbinding av et polymerisk nettverk generelt nedsetter strømmen av de forønskede molekyler gjennom den semipermeable membran etter hvert som tverrbindingstettheten øker. På den annen side så vil selektiviteten generelt bli bedret. Videre må de funksjonelle grupper som inngår i tverrbindingen, være kjemisk stabile overfor de nedbrytningskrefter som opptrer under anvendelsen (her gjelder de samme betraktninger som for selve hovedpolymeren).

Tilsetningen av tioler til olefiner for fremstilling av tioetere er en velkjent reaksjon i plastindustrien. Tioeterfunksjonaliteten gir kjemisk stabilitet og hydrofilisitet som på mange måter ligner den man finner for de tilsvarende oksygenforbindelser. Denne homolytiske tilsetning av tiyl-radikaler til karbonumettethet foregår ved hjelp av en fri-radikal kjedeoverføringsmekanisme og det er kjent at denne kan induseres fotokjemisk. Denne kjemiske reaksjon brukes nå kommersielt. Tidligere kjente fremgangsmåter og patenter beskriver hvorledes man kan anvende tiolsk ene-kjemi for å herde polymeriske nettverk ved hjelp av en kommersielt bruk-bar teknikk hvor man anvender ultrafiolett bestråling.

Kommersielt tilgjengelige polytioler og polyener og/eller deres blandinger oppfyller ikke de krav som er nevnt ovenfor med hensyn til kjemisk sammensetning av den endelige ønskelige hydrofiliske film ifølge foreliggende oppfinnelse. Spesielt er de ikke tilstrekkelig hydrofiliske og de er

heller ikke hydrolytisk stabile. Kommersielt tilgjengelige tioler har innført tiolfunksjonsgruppene i den forønskede polymerkjeden ved hjelp av kjente hydrolytisk følsomme og funksjonelle grupper som estere, uretaner og ureagrupper.

På lignende måte brukes mange av de kommersielle tiol/ene-systemer sammen med akrylatsystemer som også har den hydrolytisk ustabile esterfunksjonelle gruppe.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer forbedrede semipermeable membraner for bruk i vanntette eller vannav-støtende materialer og i andre membranseparasjonsprosesser. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et materiale med sterkt forbedret innhold av lavmolekylære polare molekyler og som gir hydrolytisk stabilitet, akseptable fysiske egenskaper og forbedrede ikke-gulnende egenskaper.

Den sammensatte semipermeable membran ifølge foreliggende oppfinnelse består av: (a) en bøyelig film av et mikroporøst hydrofobt materiale med en vanndampsgjennomgangshastighet på over 10.000 g/m<2>24 timer, fortrinnsvis over 100.000 g/m 2. 24 timer, og en såkalt møtende vannkontaktvinkel som overstiger 9 0°, og (b) et kontinuerlig, tverrbundet amorft hydrofilisk lag som til en viss grad trenger inn i overflaten av det hydrofobe laget. Det hydrofile laget, når dette er passende plassert i strukturen av det mikroporøse hydrofobe materialet, gir en sammensatt membran med en vanndampsgjennomgangshastighet på den sammensatte membran som lar seg sammenligne med eller endog er bedre enn den man finner for det hydrofobe materialet alene, og med en glassovergangstemperatur som ligger langt under de forventede brukstemperaturer, og hvor det ikke inngår noen hydrolytisk følsomme funksjonelle grupper langs den tverrbundne polymerkjeden.

Den sammensatte membran har tilstrekkelig styrke samtidig som man får maksimal hydrofiljsitet på den hydrofiliske del av membranen. Når det hydrofiliske lag er sterkt impregnert i det porøse hydrofobe lag, så vil den sammensatte membrans fysiske egenskaper så som rivstyrke, bøyelighet og slitemotstand, i alt vesentlig være tilveiebrakt av den porøse hydrofobe matrisen. Skjønt de fysiske egenskaper i den totale membran i alt vesentlig tilveiebringes av det hydrofobe filmlaget, så er de kjemiske krav som stilles til det semipermeable hydrofiliske lag tilveiebrakt uten det kompromis man normalt må gjøre ut fra betraktninger med hensyn til membranens fysiske egenskaper.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en

i alt vesentlig luktløs fast polyeterpolytioeter som kan brukes som det nevnte hydrofiliske lag, og som består av et fritt radikal-kjedeforlenget reaksjonsprodukt bestående av:

(a) en terminalt umettet polyen med følgende formel:

hvor m=0 eller 1, og x>2; (b) en polytiolkomponent med følgende formel:

hvor n=0 eller 1, R = H eller OH og y > 2;

(c) en fri radikal initiator; og

(d) en egnet energikilde,

hvor x og y ikke begge = 2, og hvor minst en av R-gruppene er en polyoksyetylen med en molekylvekt som fortrinnsvis ligger i området fra 600 til 1500, mens den andre R-

gruppen er en polyoksyetylen eller en annen polyvalent organisk gruppe som er fri for hydrolytisk følsomme funksjonelle grupper og andre karbon-til-karbon umettede tiolfunksjonelle grupper.

Spesifikke eksempler på alternative R'-grupper innbefatter en isocyanuratring, polyoksypropylen, poly(tetra-metylenoksyd), pentaerytritol, silikat, dietyleter og glycerol.

En ialt vesentlig luktløs, fast polyeterpolytioeter som spesifikt kan brukes som det hydrofiliske lag i foreliggende membran, består av et fritt radikal kjedeforlenget reaksjonsprodukt

(a) en terminalt umettet polyeterpolyen med en molekylvekt fortrinnsvis i området fra 600 til ca. 1500, og med følgende formel:

hvor m = 0 eller 1 , R = polyoksyetylen og x >^2 ; (b) en polyeterpolytiolkomponent med en molekylvekt som fortrinnsvis ligger i området fra 600 til 1500, og som har følgende formel:

hvor R = polyoksyetylen og m, x og y er som definert ovenfor;

(c) en fri radikalinitiator; og

(d) en egnet energikilde.

Nevnte fri rakialaddering av polyetiolen til polyenet resulterer i en kjedeforlengelse via hydrolytisk stabile polytioeterfunksjonelle grupper:

FR er en kilde for frie radikale, slik som et aromatisk keton, som når dette blir eksitert, FR<*>, abstraherer et hydrogenradikal fra tiolen, noe som starter kjedeoverfør-ingsadheringen av polytiolen til polyenet. Forbindelsen merket I er polytiolen, mens forbindelsen merket II er polyenen.

Forbindelsen merket III er en forønskede faste polyeterpolytioeteren som kan brukes i det hydrofiliske lag ifølge foreliggende oppfinnelse. Denne polyeterpolytioeteren er sterkt hydrofilisk, er et i alt vesentlig totalt amorft polymersystem, er hydrolytisk stabil, uoppløselig og gir lav gulning.

Begge de nevnte R-gruppene er fortrinnsvis polyoksyetylen, men man kan også få fremstilt en tilfredstillende polytioeter ved en reaksjon som nevnt ovenfor, hvor polyen eller polytioeterkomponenten, (men ikke begge), ikke inneholder en polyoksyetylenkjede eller en annen tilsvarende hydrofilisk funksjonalitet, så lenge som den andre komponen-ten har tilstrekkelig hydrofilisk evne til at det hydrofiliske lag får tilstrekkelig hydrofilisitet til at det kan brukes i foreliggende oppfinnelse. Man har f.eks. funnet at den hydrofilistet som tilveiebringes ved hjelp av nevnte polyoksyetylen til den totale polymer, er tilfredstillende når polyoksyetylenen ligger over ca. 4 0-4 3 vekt-% av polymeren, fortrinnsvis over ca. 60-66 % og mest foretrukket over 80-83%.

Egnede ikke-hydrofiliske polyener vil være de som i ikke svekker andre ønskede egenskaper i den endelige membran, f.eks. triallylisocyanurat, pentaerytritoltriallyleter, butadien og -en avsluttet polyoksypro<p>ylen og poly(tetra-metylenoksyd).

Egnede ikke-hydrofiliske polytioler vil på

lignende måte være de som ikke svekker andre ønskelige egenskaper i den endelige membranen, f.eks. tiol-avsluttet polyoksypropylen og poly(tetramyetylenoksyd), pentaerytritol-tris (y-merkaptopropyl)eter, 2,2'-dimerkaptodietyleter, glycerol bis (y-merkaptopropyl)eter, tris (2-merkaptoetoksy-etyl) isocyanurat og tris (2-merkaptoetyl)isocyanurat.

Det er velkent at merkaptaner generelt har en karakteristisk lukt som gjør at de lavmolekylære forbind-elsene ikke er særlig godt egnet i kommersiell produksjon.

Man kan i foreliggende oppfinnelse bruke ethvert polymerisk nettverk eller matrise hvor polyoksyetylenen utgjør mer enn 43 vekt-% av det endelige hydrofiliske lag, fortrinnsvis mer enn ca. 66 % og mest foretrukket mer enn 83 %. Man kan f.eks. bruke et nettverk eller matrise dannet ved en reaksjon av en polyoksyetylenpolytiol og et poloksyetylenpolyepoksyd, eller en fotoinitiert kationisk polymerisering av et tilsvarende polyoksyetylenpolyepoksyd alene.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en tverrbindbar kjemisk sammensetning som kan brukes for fremstilling av en i alt vesentlig luktløs fast polyeterpolytioeter. Denne polyeterpolytioeter er sterkt hydrofilisk, består i alt vesentlig av et totalt amorft polymersystem, er hydrolytisk stabil, er uoppløselig og har lav gulning. Sammensetningen består av følgende: (a) en terminalt umettet polyen med følgende formel:

hvor m = 0 eller 1 og x > 2; (b) en polytiolkomponent med følgende formel:

hvor n = 0 eller 1, R<1>= H eller OH og Y > 2; og

(c) en fri-radikalinitiator; hvor x og y ikke begge er 2 og hvor minst en av R-gruppene er et polyoksyetylen med en molekylvekt som fortrinnsvis ligger i området fra ca. 600 til ca. 1500, og hvor den andre R-gruppen kan være en polyvalent gruppe som er fri for hydrolytisk følsomme funksjonelle grupper eller en annen karbon-til-karbon umettet eller tiofunksjonelle grupper. Alternative egnede R-grupper er som beskrevet ovenfor.

En spesifikt tverrbindbar kjemisk sammensetning som kan brukes for fremstilling av en i alt vesentlig lukt-løs, fast polyeterpolytioeter ifølge foreliggende oppfinnelse er en hvor polyenkomponenten er en terminalt umettet polyeter, fortrinnsvis med en molekylvekt fra ca. 600 til ca. 1500, og med følgende formel: og hvor polytiolkomponenten er en polyeter, fortrinnsvis med en molekylvekt fra ca. 600 til ca. 1500, og med følgende formel:

hvor R i ovennevnte formler = polyoksyetylen og m, x og y er som definert ovenfor.

Ved herding, f.eks. ved aktinisk bestråling, vil nevnte sammensetning omdannes til et herdet fast polyeterpolytioeter-hydrofilisk lag når summen av x og y er større enn 4. Jo høyere summen av x og y er, jo sterkere vil tverrbindingstettheten bli på den hydrofiliske polyeterpolytioeteren.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en fremgangsmåte for fremstilling av en bøyelig sammensatt semipermeabel membran, som innbefatter følgende trinn: (a) man danner eller fremstiller et bøyelig lag av et mikroporøst hydrofobt materiale med en vanndampgjennom-gangshastighet som overstiger 10.000 g/m 224 timer, for-

o

trinnsvis over 100.000 g/m 24 timer, og en såkalt møtende vannkontaktvinkel på over 90°. (b) støper den tverrbindbare kjemiske sammensetning som beskrevet ovenfor til et tynt, men kontinuerlig lag direkte på det mikroporøse hydrofobe lag, og hvor sammensetningens reologi er slik at når man påsetter passende hydraulisk trykk, så vil man få en kontrollerbar inntrengning av den flytende sammensetning i det mikroporøse hydrofobe lag, (c) fulgt av en rask in situ herding av det hydrofiliske lag som derved danner et kontinuerlig tverrbundet

hydrofilisk lag som til en viss grad er impregnert i porene i nevnte mikroporøse filmstruktur, og som danner et kontinuerlig belegg i det minste på en overflate av det hydrofobe lag, og hvor den endelige hydrofiliske film herdes, (f.eks. ved aktinisk bestråling) gjennom den hydrofiliske, men dog hydrolytisk ufølsomme tioeterfunksjonaliteten, og hvor det hydrofiliske lag i den sammensatte membranen har en vanndampsgjennomgangshastighet som nærmer seg eller er bedre enn den man finner i det hydrofobe lag alene, og hvor det herdede hydrofiliske lag er tilstede i det minste på en overfalte av porestrukturen i det hydrofobe laget, slik at man mekanisk fester det hydrofiliske lag i det hydrofobe lag.

Figur 1 viser et prøveapparat for å bestemme vanndampsgjennomgangshastigheten (MVTR) på en prøve av en sammensatt membran, hvor prøven 2 står i direkte kontakt med flytende vann 16,

figur 2 viser et tilsvarende apparat for å vise MVTR på en membranprøve, hvor prøven 2 er skilt fra det flytende vann 16 ved hjelp av en mikroporøs ekspandert PTFE-membran 8,

figur 3 viser et prøveapparat for å bestemme

MVTR på en membranprøve 2 slik denne er beskrevet i ASTM-E96-80B,

figur 4 viser et prøveapparat for å bestemme

MVTR på en membranprøve 2 slik dette er beskrevet i ASTM-E96-80BW,

figur 5 er et tverrsnitt av en sammensatt membran 2 ifølge foreliggende oppfinnelse,

figur 6 viser en fremgangsmåte for fremstilling av en sammensatt membran 2 ifølge foreliggende oppfinnelse,

figur 6A viser en fremgangsmåte for fremstilling av en sammensatt membran hvor den ferdige membran vaskes i et bad av hydrogenperoksyd.

I overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en bøyelig, sammensatt semipermeabel membran bestående av et bøyelig lag av et mikroporøst hydofobt materiale og et kontinuerlig hydrofilisk lag som til en viss grad er trengt inn i minst en overflate av den porøse strukturen i det hydrofobe lag. Når membranen brukes i regntøy, sammen med et ytre tekstillag som brukes av estetiske grunner eller som gir andre fysiske egenskaper, så vil det hydrofiliske lag vanligvis være et indre lag mens det hydrofobe lag er orientert utover i forhold til det hydrofiliske lag.

Av hensiktsmessige grunner vil den etterfølgende beskrivelse referere seg til bruken av den semipermeable^ membran ifølge foreliggende oppfinnelse for å skille vanndamp fra en vandig oppløsning som f.eks. i forbindelse med regntøy. Den semipermeable membran ifølge foreliggende oppfinnelse kan selvsagt også brukes for andre formål, f.eks.

for selektivt å skille lavmolekylære polare molekyler fra oppløsninger, f.eks. slik det vil være ved destillasjon, ved konsentrasjon av avfallstoffer, ved konsentrasjon av sitrus-safter eller biologiske systemer eller for dialyseformål, eller når det er ønskelig å konsentrere en væske ved å fjerne lavmolekylære polare molekyler og/eller for å fjerne og/eller å oppsamle lavmolekylære molekyler.

Det mikroporøse hydrofobe materiale har en vanndampsgjennomgangshastighet som overstiger 10.000 g/m 224 timer, fortrinnsvis mer enn 100.000 g/m 224 timer, og en såkalt møtende vannkontaktvinkel som overstiger 90°. Det hydrofobe lag vil lett tillate en gjennomstrømning av gasser. Det mikroporøse hydrofobe lag er bøyelig og har tilstrekkelig fysisk styrke i sin struktur til at hele strukturen får den forønskede mekaniske styrke. Tykkelsen på det mikro-porøse lag må minst være så tykt som den totalt ønskede tykkelse på den endelige sammensatte membran. For å få maksimal utnyttelsesevne bør det^mikroporøse materiale være tykkere enn det forønskede kontinuerlig hydrofiliske lag, og det mikroporøse lag har generelt en tykkelse fra ca. 10 mikron til ca. 125 mikron, fortrinnsvis fra 25 til ca. 75 mikron.

Med hydrofob slik det brukes her, forstås at vann ikke vil spre seg på materialet og arbeide seg inn i mater-ialets porøse struktur. En vanndråpe som plasseres på overflaten av et sterkt hydrofobt lag, vil holde seg der i form av en nesten fullkommen kule med en møtende vannkontaktvinkel som er større enn 90°.iVanndamp som fordamper eller desorberes fra det indre hydrofiliske lag, kan fritt strømme eller diffundere som en gass gjennom porene i det hydrofobe lag og ut til det ytre miljø.

Når den ytre relative fuktighet er 100%, noe som ofte er tilfelle når det regner, så vil man få en damptrykks-forskjell når temperaturen innenfor regntøyet er høyere enn på yttersiden, og hvor det høyeste trykk er på innersiden.

På grunn av dette er det ønskelig å ha et isolerende lag på yttersiden av det hydrofiliske lag. Dette vil gjøre varme-gradienten som frembringes på grunn av kroppsvarmen brattere, noe som øker damptrykksforskjellen og derved øker vanndampsgjennomgangshastigheten. Hvis den indre overflate av regn-tøyet er for kaldt, så vil vanndampen fra kroppen kondensere på den kalde overflaten og fukte både klærne og personen. Hvis det ytre lag på et regntøy ikke er hydrofobt, så vil dette bli fuktet av regnet og således avkjøle det hydrofiliske lag, noe som vil resultere i en kondensasjon av vanndampen fra kroppen og derved en fukting av klærne og personen som bærer regntøyet.

Det er uønsket at det ytre lag mister mesteparten av sin varmeisolerende egenskap når det fuktes av vann. Det ytre lag er derfor fortrinnsvis både hydrofobt og vannav-støtende. Det er foretrukket at dette lag er vannavstøtende ved vanntrykk som overstiger 172 kN/m 2, samtidig som det beholder sine varmeisolerende egenskaper og ikke blir fuktig eller vått når det utsettes for regn og sterk vind samtidig, og/eller mekanisk bøying eller gniing.

For anvendelse i regntøy vil vanligvis den indre overflate av den sammensatte semipermeable membran være det kontinuerlige hydrofiliske lag. Dette lag vil ifølge foreliggende oppfinnelse når det er passende plassert inne i porene på det mikroporøse hydrofobe materiale, gi den sammensatte semipermeable membran en vanndampsgjennomgangshastighet i hele membranen som lar seg sammenligne med eller som er

bedre enn i det mikroporøse hydrofobe materialet alene.

Denne høye gjennomgangen av vannmolekyler som tilveiebringes av den sammensatte membran er meget overraskende og uventet. Det er videre signifikant og meget verdifullt at en ytterligere separasjonsteknologi tilveiebringes av det sammensatte membranmaterialet i forhold til det mikroporøse hydrofobe materiale alene, uten at det er en medfølgende nedsettelse av vanndampsgjennomgangshastigheten til tross for at man har føyet til et hydrofilisk lag. For regntøy vil det hydrofiliske lag danne en barriere for gjennomgang av forbindelser eller midler som nedsetter overflatespenningen, f.eks.

oljer eller andre utskilte forbindelser fra kroppen, som hvis de var tilstede i det hydrofobe lag, vil ha en tendens til å redusere dettes vannavstøtningsevne.

Begrepet "hydrofilisk" er et relativt begrep og som er brukt av andre med henvisning til flere forskjellige materialegenskaper, f.eks. de følgende: (1) materialer som absorberer vesentlige vannmengder når materialet nedsenkes i vann; (2) materialer som absorberer fuktighet fra atmosfæren;

(3) porøse materialer som lett fuktes når de kommer

i kontakt med vann; (4) porøse materialer som absorberer vann i sin struktur når det kommer i kontakt med vann;

(5) materialer som har lett fuktbare overflater

ved kontakt med vann;

(6) materialer som er permeable for vanndamp.

Slik det brukes i foreliggende oppfinnelse betegner "hydrofilisk" et materiale som lett kommer i likevekt med vanndampstrykket som det eksponeres overfor og som har oppløslighet av vann.

Begrepet hydrofilisk lag slik det brukes i foreliggende oppfinnelse, er begrenset til tette kontinuerlige lag av en amorf polymer, og hvor anvendelsesemperaturene er over glassovergangstemperaturen for polymeren. Med begrepet "tett" slik det brukes her, innbefattes at det ikke er noen forønskede porer av mikroskopiske dimensjoner i det hydrofiliske lag, og at alt uoppfylt volum ganske enkelt er fritt rom mellom segmentene i de makromolekylære kjedene.

Det hydrofiliske lag overfører store mengder vann gjennom filmen ved en diffusjonsmekanisme som drives av forskjellen i partialtrykket for vanndampen over laget. Hvis et kontinuerlig lag av dette hydrofiliske materiale eksponeres overfor luft som inneholder vesentlige mengder vanndamp på den ene side av laget (innsiden) og luft inneholdende mindre vanndamp på den andre side (utsiden), så vil den siden av laget som eksponeres overfor den høyeste vanndamp skonsentrasjonen, absorbere eller oppløseliggjøre vannmolekylene som så vil bli transportert via diffusjon gjennom laget og så bli fordampet eller frigjort på den side som er eksponert overfor den laveste vanndampskonsentrasjon. Vanndampen blir således effektivt overført gjennom den

tette hydrofiliske film på en molekyl-til-molekyl-basis.

Det hydrofiliske materiale ifølge foreliggende oppfinnelse er selektivt med hensyn til absorbsjon og transport av vann og andre lavmolekylære polare molekyler,

og generelt ikke overflateaktive midler og andre ikke-polare eller høymolekylære polare organiske forbindelser. Materialet vil heller ikke lett la gasser slik som oksygen, luft og nitrogen strømme igjennom laget under hydrostatisk trykk. Videre er materialet resistent overfor en hydraulisk strøm av væsker, f.eks. vann. Det eller de kontinuerlig hydrofiliske lagene er enestående ved sin transportevne av vann ved oppløsnings/diffusjonsmekanismen. De overfører ikke vann ved kapillær virkning eller ved oppsugning. Man antar at vannmolekylene ikke overføres sammen med andre vannmolekyler, men snarere som individuelle molekyler. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer fordelaktig et sammensatt hydrofilisk filmlag og et hydrofobt filmlag som gir en membran med en vanndampsgjennomgangshastighet på

hele membranen som lar seg sammenligne med den man finner i det porøse hydrofobe materialet alene. Den sammensatte semipermeable membran vil i kombinasjon med ethvert annet stoff som måtte brukes som et underlag, danne et meget fordelaktig vanntett materiale som har en vanndampsgjennomgangs-

hastighet som generelt ikke er lavere enn vanndampsgjennomgangshastigheten for det stoff som brukes som underlag.

Et effektivt hydrofilisk lag er blitt fremstilt ved dannelsen av et underlig tredimensjonalt polyoksyetylen-polytioeternettverk eller matrise. Hydrofilisitet er tilveiebrakt ved å inkorporere hydrofiliske funksjonelle grupper langs nettverkets kjede, da spesielt: eller

Et polytioeternettverk gir en mekanisme hvor de forønskede hydrofiliske funksjonelle gruppene i kjeden kan herdes, noe som resulterer i hydrolytisk stabile og hydrofiliske funksjonelle grupper.

Det foretrukne polyoksyetylenpolytioeter-nettverk er et fri radikalkjedeforlenget reaksjonsprodukt av en polyoksyetylenpolyen og en polyoksyetylenpolytiol, og hvor reaksjonen er startet ved et nærvær av ultrafiolett lys via en fotoinitiator.

Egnet terminalt umettede polyenkomponenter kan fremstilles fra enhver av en rekke kommersielt tilgjengelige polyoksyetylener og allylhalogenider eller allylalkohol via den velkjente Williamson-etersyntesen eller en annen organiske syntese som gir en allyleterstruktur med følgende formel: hvor x > 2 og R = polyoksyetylen, og hvor ytterligere egnet terminalt umettede polyener kan være de som er tilveiebrakt ved en vinyletersyntese som gir en struktur med følgende formel:

hvor x > 2 og R = polyoksyetylen.

En foretrukket polyenkomponent er allyleteren av en trifunksjonell polyoksyetylen med en molekylvekt på ca. 1000.

Egnede polytiolkomponenter kan fremstilles slik det er beskrevet i US-patent nr. 3.258.495 og US-patent nr. 3.278.496. Ønsklige polytioler som brukes i foreliggende oppfinnelse har følgende formel:

hvor y > 2 og R= polyoksyetylen.

En foretrukken polytiolkomponent er den tiolav-sluttede struktur som er vist ovenfor eller en trifunksjonell polyoksyetylen med en molekylvekt på ca. 1000.

Egnede fotoinitiatorer er velkjente fra plastindustrien og innbefatter enten enkeltvis eller i kombinasjon f.eks. benzofenon, acetofenon(er), dibenzosuberon, 1-hydroksycykloheksylfenylketon, benzoinisopropyleter og lignende.

Foretrukne fotoinitiatorer i denne oppfinnelse

er benzofenon og 1-hydroksycykloheksylfenylketon.

En foretrukken energikilde kan f.eks. være kommersielt tilgjengelige ultrafiolette lamper. For å oppnå det forønskede uendelige tredimensjonale polyoksyetylen-polytioeternettverket, så må: polyoksyetylenpolyenet og polyoksyetylenpolytiolen ha funksjonaliteter som tilsammen er større enn 4. Generelt er det også foretrukket å anvende et forhold mellom polytiol og polyen som er ca. 1 til 1 på ekvivalensbasis.

Den mengde av fotoinitiatoren som brukes, er basert på den totale vekt av den samlede polytiol og polyen, fra ca. 0,01 til ca. 10%, fortrinnsvis fra 0,5 til 2%.

Det er selvsagt innlysende slik det er kjent fra plastindustrien generelt, at mengden av fotoinitiator kan varieres for derved å variere reaksjonshastigheten, og dessuten for

å påvirke de endelige egenskaper.

En mikroporøs ekspandert polytetrafluoretylen (PTFE) film har vist seg å være en utmerket overflate

for påstøpning av et meget tynt lag, dvs. ca. 3 mikron eller tykkere, av en sterkt kontinuerlig type. Inntrengning i den porøse matrisen kan oppnås på en kontrollerbar industriell måte, hvorved man gir den semipermeable membran den bøyelighet som er nødvendig for å oppnå den forønskede gjennomgang av vannmolekyler og den forønskede separasjonseffekt, og hvor PTFE-filmen gir tilstrekkelig styrke og andre fysiske egenskaper som er ønskelige i den sammensatte membran.

I overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse er det hydrofiliske lag fortrinnsvis sterkt inntrengt i den porøse strukturen på det ekspanderte PTFE-hydrofobe laget på en side, noe som resulterer i en mekanisk tilfesting av det hydrofiliske lag på det hydrofobe lag ved herding. Ved således å feste det hydrofiliske lag til det hydrofobe lag og plassere det inne i den porøse strukturen i det hydrofobe laget, har man funnet at hydrofilisiteten på det hydrofiliske lag blir maksimal ved å justere lagets kjemi uten at man derved svekker de fysiske egenskaper som er ønskelige i membranen med hensyn til dens anvendelsesom-råder .

Tilfestningen oppnås som vist på figur 6 ved

å spre ut eller måle ut 38 en kjent mengde av den hydrofiliske sammensetning i en flytende form 45 direkte på det fleksible mikroporøse hydrofobe lag 4. Ved hjelp av tilstrekkelig hydraulisk trykk som tilveiebringes av valsene 40 og 42, vil så den hydrofiliske sammensetning trenge inn i den porøse struktur på det hydrofobe lag, hvoretter den hydrofiliske sammensetning vil impregnere en av overflatene på det hydrofobe laget.

Viskositeten på den reaktive flytende sammensetning 45 bestående av polyen, polytiol og fotoinitiator på det punkt hvor man påsetter det hydrauliske trykk, er fra 100 cP til 4000 cP, fotrinnsvis fra 200 cP til 1500 cP. Det er foretrukket, men ikke nødvendig, at sammensetningen er

flytende ved romtemperatur.

Den prosentvise inntrengningsdybden (dp) på

figur 5 av det hydrofiliske lag 6 i det hydrofobe lag 4, beregnes ut fra forholdet mellom inntrengningstykkelsen (tp) op det hydrofiliske lag i det hydrofobe lag i forhold til den totale tykkelse (T) på det hydrofiliske lag 6, multipli-sert med 100, dvs.

Den forønskede inntrengningsdybde bør være over 75%, og hvor 100% er optimum.

Tilsetningen sikres ved å herde det kontinuerlig impregnerte hydrofiliske lag etter støpingen, figur 6, fortrinnsvis ved å bruke ultrafiolett bestråling 44, f.eks. fra en kvikksølvlampe med middels trykk på vanlig kjent måte. Man kan også bruke andre fremgangsmåter for frembringelse av aktinisk bestråling, eller fremgangsmåter som brukes for å utvikle frie radikaler, bortsett fra en bestråling som vil frembringe en svekkelse av det hydrofobe lag.

Festingen av det hydrofiliske lag i matrisen

av det det hydrofobe lag gjør at man får en membran med fysiske egenskaper av den type som er nødvendig for for-målet, f.eks. sterk fysisk styrke, fleksibilitet, slitasje-styrke og motstand mot riving. Denne tilfestningsmetode gjør at man har store muligheter for å justere kjemien på disse tette amorfe polymerene slik at man får en maksimal gjennomstrøming uten å svekke de fysiske egenskapene på

den endelige filmen.

Hvis det hydrofiliske lag og det hydrofobe lag ifølge foreliggende oppfinnelse ikke funksjonerer som et sammensatt produkt, men snarere som et "laminat" av to lag, så vil man ikke oppnå de resultater man vil finne i den sammensatte struktur. Et ikke-inntrengt lag av det sterkt hydrofiliske materiale, vil når det svelles ved vann være utsatt for påkjenninger, hvoretter det sprekker opp og brytes ned under vanlige bruksbetingelser, og i de ekstreme tilfellene ved en enkel kontakt med vann. Et hydrofilisk materiale med tilfredstillende fysisk styrke for sluttformålet eller et "laminat" av de to lagene vil resultere i en betydelig nedsettelse av vanndampsgjennomgangshastigheten i den totale membranen i forhold til den man finner i det mikroporøse hydrofobe lag som nevnt ovenfor.

Den sammensatte semipermeable membran fremstilt i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse, har en rekke ønskelige egenskaper. Den mest fremtredende er den høye vanndampsgjennomgangshastigheten gjennom en kontinuerlig tett film som skyldes en maksimering av de hydrofiliske funksjonelle grupper i det foretrukne hydrodfiliske lag,

da spesielt:

men også i den foretrukne polytioeter:

Funksjonaliteten i de foretrukne utførelser av den hydrofiliske del av den semipermeable membran, resulterer i et materiale som har en polyeter eller polytioeter-natur og som er ekstremt stabil kjemisk, da spesielt overfor hydrolyse. Videre vil de foretrukne semipermeable membraner være ikke-gulnende og er ikke-oppløselige. Den maksimale hydrofilisitet på det endelige herdede hydrofiliske lag oppnås ved en polymer som er låst i en totalt amorft struktur ved et uendelig tredimensjonalt nettverk som dannes under den herdende reaksjon, og ved at den basis-polymer som brukes har en glassovergangstemperatur som ligger godt under brukstemperaturen for den endelige sammensatte kjemipermeable membran. Ved begrepet amorft innhold forstås her makromolekyler som er av en ikke-krystallinsk natur og som hverken har en definitiv form eller struktur.

Den sammensatte semipermeable membran ifølge foreliggende oppfinnelse kan justeres med hensyn til hydrofilisk kjemi og det mikroporøse hydrofobe lag slik at man får den forønskede gjennomgang og den forønskede separasjonseffekt. Det er velkjent i plastindustrien at tverrbindingstettheten

i et kontinuerlig tett amorft polymert nettverk vil påvirke disse egenskapene. Jo høyere tverrbindingstettheten er, jo lavere vil vanndampsgjennomgangshastigheten være, og desto større vil separasjonsevnen være. Innenfor den foreliggende oppfinnelse antar man at disse parametre ikke bare reguleres ved tverrbindingen på et molekylert nivå, men også på et mikroskopisk nivå ved hjelp av den porøse struktur på det hydrofobe lag. Jo tettere og jo mindre porestrukturen er, jo mindre svelling ville man få av det hydrofiliske lag, noe som eventuelt vil svekke vanndampsgjennomgangshastigheten og øke separasjonsevnen.

Av hensiktsmessighetsgrunner har beskrivelsen referert til separasjon av vanndamp fra en vandig oppløsning f.eks. av den type man finner i regntøy. Det skal imidlertid nevnes at det hydrofiliske lag raskt vil transportere molekyler som er tilstrekkelig lavmolekylære og som gir en hydrogen til hydrogenbinding, f.eks. alkoholer , hydrogensul-fid, merkaptaner, karboksylsyre, uorganiske syrer, kloro-form og aldehyder. I tillegg til dette vil den sammensatte membran gi to separasjonsmekanismer: den som er tilveiebrakt av det mikroporøse lag, og den som er tilveiebrakt ved det kontinuerlige tette amorfe polymerlag, noe som gjør at membranen er i stand til å utføre en rekke separasjonsoperasjoner. Gjennomgang kan oppnås i begge retninger gjennom den sammensatte membran, slik at man eventuelt kan snu separasjonstrømmen skulle dette være ønskelig.

Man kan i foreliggende oppfinnelse også bruke

andre typer mikroporøse hydrofobe strukturer, f.eks. de som er fremstilt ved koagulering, strekking, skumdannelse, etsing, eller faseseparasjon av poly(vinylklorid), polyuretan, polypropylen, polykarbonat, polystyren, polyetylen, polyamid eller andre fremsgangsmåter og polymerer som gir de hydrofobe egenskaper som er nevnt ovenfor. Ekspandert mikro-

porøs polytetrafluoretylen er foretrukket.

Videre kan man i foreliggende oppfinnelse også bruke andre hydrofiliske forbindelser enn de som er nevnt ovenfor, f.eks. poly(vinylalkohol), homopolymer.og kopoly-merer av metakryl-og akrylsyre, polyakrylamider, poly(vinyl-pyridon), poly(N-vinylpyrrolidoner), poly(maleinsyreanhydrid).

De følgende eksempler illustrerer foreliggende oppfinnelse og inkluderer de beste fremgangsmåter som hittil er kjent for gjennomføring av oppfinnelsen i praksis. Det skal imidlertid understrekes at de angitte eksempler kun er for å illustrere oppfinnelsen, og at oppfinnelsen som sådan ikke er begrenset til de detaljer som er angitt i eksemplene.

Man kan lett utføre variasjoner og modifikasjoner uten at man derved forlater oppfinnelsens prinsipper slik. disse fremgår av de etterfølgende krav.

Det vil nå bli gitt en beskrivelse av de prøver som ble brukt for å måle vanndampsgjennomgangshastigheten (MVTR). Man har her brukt fire basismetoder for å måle MVTR. To ASTM-metoder og to andre fremgangsmåter som er beskrevet nedenfor. Variasjonene i prøvemetodene simulerer forskjellige bruksbetingelser og gir en bredere basis for å forstå fordelene ved de sammensatte semipermeable membraner ifølge foreliggende oppfinnelse. Det er selvsagt underforstått at de forskjellige fremgangsmåter ikke alltid vil gi de samme resultater.

1. Våt- modifisert tørkemiddelmetode ( MDM)

Prøveapparatet for å bestemme MVTR ifølge den fremgangsmåte som her er beskrevet, som våt MDM-metoden er vist på figur 1. Denne fremgangsmåte er passende for vannavstøtende materialer som skal være i kontakt med flytende vann. De MVTR-verdier som er angitt i de etterfølgende krav, er alle verdier bestemt ved hjelp av denne fremgangsmåten.

I denne fremgangsmåten blir ca. 7 0 ml av en

mettet saltoppløsning av kaliumacetat og destillert vann 12, plassert i en 120 ml polypropylenkopp 10, som har en indre diameter på 6,5 cm i åpningen. En ekspandert PTFE-

membran 8, med et Gurley-tall på 5,5 sek., et boblepunkt på 185 kN/m 2, tykkelse på 25 mikrometer og en vekt på 12 g/m 2, og som er tilgjengelig fra W.L. Gore & Associates, Incorporated, Elkton, Maryland, USA, produktbetegnelse PN 10300NA, ble ved hjelp av varme festet til kanten av koppen for dermed å skape en stram, helt tett, mikroporøs barriere som holdt saltoppløsningen. Membranen 2 som skulle prøves, ble plassert stramt over enAbroderiring 14 med en diameter på 15 cm, og som ble lagt på overflaten av vannet 16 hvor den hydrofiliske overflate 6 sto i direkte kontakt med vannet. Vannbadet var utstyrt med en varme-kappe for regulering av temperaturen, og dessuten anordninger for bevegelse av prøvevannet ved hjelp av forsiktig røring.

Et kontrollert miljø for hele apparatet oppnås ved hjelp

av en kappe over vannet i badet. Apparattemperaturen reguleres på 23 + 0,1°C idet man bruker et temperaturregulert rom og et vannsirkulerende bad. Etter at membranen er kommet : i, likevekt med vannet i 15 minutter, så blir koppen med membranen veiet til nærmeste 0,001 g og plassert opp ned i midten av prøven som vist på figur 1.

Vanntransport blir tilveiebrakt ved den drivende kraften mellom vannet 16 og den mettede oppløsning, noe som gir en vannstrøm ved diffusjon i den retning som er angitt med pilene på figir 1. Prøvetiden er 15 minutter, hvoretter koppen og membranen igjen blir tatt ut og veiet til nærmeste 0,001 g.

MVTR for membranen blir beregnet ut fra den vekt-økning man fant på koppen og membranen og denne ble uttrykt i gram vann pr. m 2..av prøvens overflateareal pr. 24 timer.

2. Tørr- modifisert tørkemiddelmetode ( MDM)

Prøveapparatet for å bestemme MVTR ifølge denne fremgangsmåte som beskrevet her som MDM-metoden, er vist på figur 2. Denne fremgangsmåte gir høy relativ fuktighet i kontakt med prøven uten direkte væskekontakt med den sammensatte membran.

Fremgangsmåten tilsvarer den våte MDM-metoden og bruker samme type kopp som beskrevet tidligere. En ekspandert PTFE-memb ran 8 med produktbetegnelse PN 10300NA somkarakterisertovenfor, plasseres stramt over en broderiring 14 med en diameter på 15 cm, som så plasseres på overfalten

av vannet 16. Den sammensatte membran 2 festes stramt over en broderiring 18 med en diameter på 8 cm, og hvor den hydro-5 filiske overflaten 6 er plassert ned mot overflaten av den flytende PTFE-membranen.

Prøven blir gjennomført, hvoretter MVTR blir beregnet ifølge den vektøkning man finner i koppen slik det er beskrevet i den våte MDM-metoden.

10

3. ASTM EW 96- 80BW omvendt vannmetode

Figur 3 viser det prøveapparat man brukte for å bestemme MVTR ifølge den fremgangsmåte som heretter er betegnet som den omvendte vannmetoden, og som detaljert er beskrevet under ASTM under vanngjennomgang i materialer,

15

ASTM EW 9 6-80BW.

Prøven blir festet ved hjelp av en bøyle 26 på

en Thwing-Albert Vapometer-kopp 10 som er fremstilt for denne prøvemetoden, og som på forhånd er fylt til en høyde på

2,5 cm med destillert vann 30, og hvor den hydrofiliske over-

20

flate 6 er plassert innover mot innsiden av koppen. Koppen med prøven blir så veiet til nærmeste 0,01 g, snudd opp ned og plassert på leppen 22 av den åpning som er tilveiebrakt for koppen i et kontrollert luftstrøm-vanndampsprøvekammer 20 som er tilgjengelig fra W.L. Gore&Associates, Inc., med

25

adresse som angitt ovenfor.

Kammeret 20 gir en fri strøm av luft 24 med en hastighet på 2,8 + 0,25 m/sek. målt 5 cm fra prøven og minst 5 cm fra enhver annen overflate i kanalen. Hele kammeret er plassert i et rom som er kontrollert til 23 + 1 C og 50 + 2% relativ fuktighet, idet man da får en drivende

kraft i den retning som er angitt med pilene. Prøvetiden er

2 timer, hvoretter koppen med prøven blir tatt ut og veiet til nærmeste 0,01 g.

MVTR for prøven blir beregnet ut fra det vekttap

35 . 2

man har i koppen og uttrykt i g vann/m av prøvens overflateareal pr, 24 timer.

4. ASTM EW 96- 8OB oppoverrettet vannmetode

Figur 4 viser et prøveapparat for å bestemme MVTR ifølge den fremgangsmåte som her er betegnet som den oppover-rettede vannmetode, og som detaljert er beskrevet under

5ASTM for vanngjennomgang i materialer, ASTM EW 96-8OB.

Prøven 2 blir plassert på samme måte som i den omvendte vannmetoden hvor koppen 10 på forhånd er fylt med destillert vann 30, slik at man får et luftgap 28 på 1,9 cm mellom overflaten på vannet 30 og prøven 3. Koppen med10prøven blir veiet til nærmeste 0,01 g og plassert oppoverrettet på leppen av det kontrollerte luftstrømsprøvekammeret 20 av samme type som beskrevet ovenfor. Overføring av vanndamp gjennom prøven i den retning som er angitt på figur 4, og i dette apparatet, er begrenset av det stillestående luftgapet1528, til en bregnet MVTR øvre grense på 1000 g/m 224 timer. Prøvetiden er 24 timer, hvoretter koppen med prøven blir tatt ut og igjen veiet til nærmeste 0,01 g. MVTR blir så

beregnet ut fra vekttapet på vannet i koppen og uttrykt som gram vann/m 2av prøvens overflateareal pr. 24 timer.

20En fremgangsmåte for fremstilling av en sammensatt membran ifølge foreliggende oppfinnelse er generelt vist på figur 6 hvor den flytende sammensetning 45, som vil danne det hydrofiliske lag på membranen, og som består av den tidligere angitte polyen og polytiol sammen med fotoinitiato-25ren, utmåles fra spredningsanordningen 38 (som kan være en graveringsvalse) på overflaten av gummivalsen 4 0 og deretter ført over på overflaten av det hydrofobe porøse faste laget 4 som beveger seg i den retning som vist med pilene, hvorved man får dannet et flytende lag i den forønskede tykkelse.30Hydraulisk trykk utviklet mellom valsene 40 og 42 presser denne væsken inn i porene på det hydrofobe laget 4. Den hydrofobe membran 4 med væskesammensetningen 4 5 delvis trengt inn i overflaten blir så ført gjennom huset 44 hvor overflaten med den flytende sammensetning blir eksponert over-35for bestråling ved hjelp av lampene 50, hvorved man får en herding av det flytende lag til et fast kontinuerlig hydrofilisk lag. Den sammensatte membran 2 som derved blir fremstilt, erkarakterisert vedet fast hydrofilisk lag 6 med tykkelse (T) og trengt inn i det hydrobe lag 4 til en inntrengningsdybde (tp) som vist detaljert på figur 5. Figur 6A viser den ferdige sammensatte membranen 2 som deretter føres gjennom 54 bestående av 3% R 2® 2 i vann for i alt vesentlig å fjerne visse gjenværende lukter, hvoretter membranen blir tørket på vanlig måte (ikke vist).

Eksempel 1

Syntese av en polyen ble utført ved hjelp av en Williamson-etermetode. Reaksjonen ble utført i en 1-liters, fire-halset reaksjonskjeie med vannkappe, utstyrt med en rører, nitrogentilførselsrør, kjøler, tilsetningstrakt og termokuppel. 46,8 g (1,17 ekvivalenter) av NaOH i flak og av teknisk kvalitet ble tilsatt reaksjonskjelen fulgt av 300 g (0,90 ekvivalenter) av et polyoksyetylen med en midlere funksjonalitet på 3 og med en molekylvekt på ca. 1000.

Reaksjonssystemet ble renset ved hjelp av nitrogen, hvoretter reagensene ble rørt og omsatt i 1 time ved ca. romtemperatur. Det således fremstilte natriumalkoksyd ble via tilsetningstrakten tilsatt 89,5 g (1,17 ekvivalenter) allylklorid, mens man hold reaksjonstemperaturen på under 28°C ved å kontrollere tilsetningshastigheten av allylkloridet og å avkjøle innholdet ved hjelp av vannkappen. Etter tilsetningen ble reaksjonsblandingen rørt i 17

timer, mens temperaturen ble holdt under 28°C og under nitrogen.

Rensing ble utført ved vakuumdestillasjon av allylkloridet fra reaksjonskjelen, idet man helte polyenproduktet av de sedimenterte faste stoffer og deretter utførte en filtrering for å fjerne faste partikler. Polyenproduktet ble analysert ved C 1 3 NMR, og man fant en 96% omdannelse av polyhydroksyfunksjonaliteten til allyl-eter og en viskositet på ca. 85 cP ved 25°C.

Denne fremstilte polyen vil i det etterfølgende bli betegnet polyen A- og er den foretrukne polyen.

Eksempel 2

Det ble utført en reaksjon av samme type som i eksempel 1 idet man brukte en polyoksyetylen med en mole- vekt på ca. 600 og en funksjonalitet på 2, noe som ga 97% omdannet polyen med en viskositet på ca. 4 9 cP ved 2 5°C, og denne polyen er i det etterfølgende betegnet som polyen B.

Eksempel 3

En polyoksyetylenpolytiol ble kjøpt fra Diamond Shamrock Corporation og var fremstilt som beskrevet i US-patentene nr. 3.258.495 og 3.278.496 fra samme polyoksyetylen som i eksempel 1. Polytiolen ble analysert ved C1 3 NMR og man fant 86% omdannelse av polyolhydroksyfunksjonal-iteten til merkaptanfunksjonalitet. Den fremstilte polytiolen hadde en viskositet på 1034 cP ved 25°C og er i det etterfølgende betegnet polytiol C og er her den foretrukne polytiol.

Eksempel 4

En polytiol ble fremstilt fra samme polyoksyetylen som i eksempel 2 ved hjelp av den fremgangsmåte som er beskrevet i eksempel 3. Polytiolen var 70% omdannet, hadde en viskositet på ca 6450 cP ved 25°C, og er i det etter-følgende betegnet polytiol D.

Eksempel 5

6,1 g 2% benzofenon ble oppvarmet til 50°C og

så tilsatt 152 g polyen A og 151 g polytiol C ved romtemperatur. Oppløsningen ble rørt og hadde da en viskositet på ca. 258 cP ved 25°C, og denne oppløsningen vil i det etterfølgende bli betegnet sammensetning E.

Eksempel 6

Like mengder av benzofenon og 1-hydroksycykloheksylfenylketon ble tilsatt et glassbeger, oppvarmet og rørt for å få en oppløsning. 11,4 g av denne blanding ble så tilsatt 285 g polyen A og 284 g polytiol C. Oppløsningen ble rørt sammen og man fant at den hadde en viskositet på 269 cP ved 25°C, og den er i det etterfølgende betegnet sammensetning F og er den foretrukne herdbare sammensetning. Eksempel 7

11,0 g av en 50%-ig blanding av benzofenon og 1-hydroksycykloheksylfenylketon ble tilsatt 285 g polyen A og 26 4 g polytiol D på samme måte som i eksempel 6. Blandingen hadde en viskositet på 343 cP ved 25°C, og den

er i det etterfølgende betegnet sammensetning G.

Eksempel 8

10,1 g av en 50%-ig blanding av benzofenon og 1-cykloheksylfenylketon ble tilsatt 83 g triallylisocyanurat og 420 g polytiol C. Denne blanding hadde en viskositet på ca. 677 cP ved 25°C, og er i det ettefølgende betegnet sammensetning H. Polyenen i sammensetning H er ikke hydrofilisk.

Eksempel 9

8,7 g av en 50%-ig blanding av benzofenon og 1 - cykloheksylfenylketon ble tilsatt 83 g triallylisocyanurat og 352 g polytiol D. Denne blanding hadde en viskositet på 415 cP ved 25°C, og er i det etterfølgende betegnet som sammensetning I.

Eksempel 1 OA

10,8 g av en 50%-ig blanding av benzofenon og 1 - hydroksycykloheksylfenylketon ble tilsatt 255 g polyen B og 284 g polytiol C. Denne blanding hadde en viskositet på 213 cP ved 25°C og er i det etterfølgende betegnet som sammensetning J.

Eksempel 1 OB

8,7 g av en 50%-ig blanding av benzofenon og 1-hydroksycykloheksylfenylketon ble tilsatt 255 g polyen B og 264 g polytiol D. Denne blanding hadde en viskositet på ca. 222 cP ved 25°C, og er i det etterfølgende betegnet sammensetning K.

Eksempel 11

Sammensetning F ble utmålt på en Thiokol-gummi-valse ved hjelp av en graveringsvalse for derved å få et kontinuerlig væskelag av den forønskede mengde. Hydraulisk trykk utviklet mellom gummivalsen og en tilsvarende bærende valse ble justert slik at man drev sammensetningen inn i matrisen av en ekspandert PTFE-membran som var kommsersielt tilgjengelig fra W.L. Gore & Associates, Inc., produktbetegnelse PN 11124NA, med et Gurley-tall på 4,8 sekunder, et boblepunkt på 162 kN/m 2, en tykkelse på 37,5 mikrometer, en bredde på 1,67 m og en vekt på115,8 g/m 2. Membranen hvor sammensetningen var trengt inn i strukturen ble så ført med en hastighet på 0,15 m/sek. gjennom to rekker av buelamper bestående av kvikksølvdamplamper med middels trykk og 118 W pr. lineær cm, for derved å få en herding av den flytende sammensetning til en fast, kontinuerlig hydrofilisk lag. Den fremstilte membran blekarakterisert vedScanning Electron Microscopy (SEM), og hadde da et hydrofilisk lag med en tykkelse på 9,5 mikrometer (T) og en inntrengningsdybde (tp) på 9,5 mikrometer slik det er vist på figur 5.

Eksempel 12

Membranen fra eksempel 11 ble prøvet for MVTR ved de fire fremsgangsmåter som tidligere er beskrevet, og sammenlignet med det hydrofobe lag alene og en laminert artikkel fremstilt som beskrevet i US-patent nr. 4.194.041.

Eksempel 13

Sammensetningene E, G, H, I, J og K ble bearbeidet på samme måte som i eksempel 11 med den ekspanderte PTFE-membranen, PN 11124NA med et Gurley-tall på 4,8 sekunder, et boblepunkt på 145 kN/m 2, en tykkelse på 50 mikrometer og en vekt på 18,9 g/m<2>og en 122.975 g/m<2>• 24 timer våt MDM MVTR. Disse sammensatte semipermeable membraner kan karak- teriseres på følgende møte:

. Eksempel 14

Sammensetning F ble bearbeidet på samme måte som i eksempel 11 med en eskspandert PTFE-membran med produktbetegnelse CH224-211, med et Gurley-tall på 4,4 sekunder, et boblepunkt på 169 kN/m 2, en tykkelse på 4 7,5 mikrometer, en bredde på 1,67 m, en vekt på 18,9 g/m 2 og en våt MDM på 199.832 g/m 2 24 timer. Den sammensatte membran blekarakterisert vedhjelp av SEM og hadde da et hydrofilisk lag på 17,3 mikrometers tykkelse (T) og en inntrengningsdybe (tp) på 17,3 mikrometer og en våt MDM på 173.622 g/m<2>24 timer.

Eksempel 15

Sammensetning F ble opparbeidet på samme måte

som i eksempel 11 med en ekspandert usintret PTFE-membran, PN 11316NA med et Gurley-tall på 350 sekunder, et boblepunkt på 324 kN/m 2 , en tykkelse på 1,0 x 10 5 mikrometer,

en bredde på 0,44 meter, en vekt på 77,7 g/m 2 og en våt MBD på 26.993 g/m 224 timer. Den sammensatte membran blekarakterisert vedhjelp av SEM, og hadde da et hydrofilisk lag med en tykkelse på 25,0 mikrometer (T) og inntrengningsdybde (tp) på 22,7 mikrometer og en våt MDM på o 30.479 g/m<2>24 timer.

Eksempel 16

Sammensetning F ble opparbeidet som beskrevet i eksempel 11 med ekspandert PTFE-membran PN 10300NA med et Gurley-tall på 4,6 sekunder, et boblepunkt på 174 kN/m 2, en tykkelse på 23,8 mikrometer, en bredde på 1,67 m og en vekt på 12,0 g/m<2>og en våt MDM på 152.351 g/m<2>• 24 timer. Den sammensatte membran ble undersøkt ved hjelp av SEM, og hadde da et hydrofilisk lag på 14,5 mikrometers tykkelse (T) og en inntrengningsdybde (tp) på 14,5 mikrometer og en våt MDM på 19 3.708 g/m 2 24 timer.

Eksempel 17

Et trelags laminat ble fremstilt bestående av

en sammensatt membran fremstilt som beskrevet i eksempel 16. Den sammensatte membran-blekarakterisert vedhjelp av SEM og hadde da et hydrofilisk lag med en tykkelse på ca. 13 mikrometer (T) og en inntrengningsdybde på ca. 13 mikrometer og en våt MDM på 113.323 g/m 224 timer. Den sammensatte membran ble lagt mellom et ytre vevet stoff bestående av ca. 95 g/m 2 av nylon Taslite og et indre knyttet trikot-stoff med en vekt på ca. 51 g/m 2. Lagene ble festet til hverandre ved hjelp av et lim som ble påsatt i et punkt-mønster slik at man ikke lukket mer enn halvparten av membranens overflateareal på hver side. Yttersiden av nylonstoffet ble så behandlet med et vannavstøtende middel.

En kvadratisk prøve på 15 cm av dette laminat

ble så sydd inn i ryggen av to T-skjorter. Hver T-

skjorte ble så brukt over en periode på 5 døgn hvorav en time hver dag ble brukt til joggig slik at det var sterk svetting på ryggen. T-skjortene ble brukt av to personer som tidligere hadde opplevd et tap av vannavstøt-ende evne på grunn av en forurensning etter $-1 times jogging når de brukte et laminat som inneholdt et lag av en mikroporøs PTFE alene.

Etter 1 times eksponering overfor svetting, ble prøvene undersøkt for lekkasje ved hjelp av et hydrostatisk vanntrykk på 76 cm i tre minutter som angitt i FED-STD-191, metode 5516. Begge prøvene som ble undersøkt i denne testen viste seg ikke å lekke, noe som viser at det hydrofobe lag ikke var forurenset. Det hydrofobe lag viste på lignende måte å være hvitt og ugjennomskinnelig, mens det ved en eventuell forurensning ville vært langt klarere. Prøven ble avbrudt etter 5 timers eksponering.

Eksempel 18

I et forsøk på å prøve MVTR på det hydrofiliske lag uavhengig av den sammensatte struktur ifølge foreliggende oppfinnelse, ble en film av sammensetning F med en tykkelse på ca. 250 mikrometer håndstøpt på en polyester-film. Sammensetningen ble så herdet ved eksponering overfor en ikke-fokusert UV-liskilde på 100 W i ca. 2 minutter. I et forsøk på å fjerne det svakt tilfestede herdede hydrofiliske lag fra polyesteren, ble det hydrofiliske lag fuktet med vann. Ettersom det hydrofiliske lag svellet umiddelbart, så fikk man en rekke spenninger som gjorde at filmen sprakk og falt fra hverandre umiddelbart i utallige stykker.

Eksempel 19

Det ble fremstilt seks laminater samtidig som beskrevet i eksempel 17, uten at man imidlertid brukte et vannavstøtende middel.

De forskjellige laminatene var både tolags (dvs. uten knytestoff) og trelags (dvs. med knytestoff) Antron-laminater av det hydrofobe lag alene, og hvor den laminerte artikkel ble fremstilt som beskrevet i US-patent nr. 4.194.041 og sammensatte membraner ifølge foreliggende oppfinnelse. Den sistnevnte blekarakterisert vedhjelp av SEM og man fant at det hydrofiliske lag hadde en tykkelse

på 12,7 mikrometer (T) mens inntrengningsdybden (tp) var 8,2 mikrometer og den hadde en våt MDM på 108.057. Disse laminatene er angitt i tabellen. De ble undersøkt for MVTR ved hjelp av de fire fremgangsmåter som er beskrevet tidligere.

Claims (29)

1. Tverrbindbar kjemisk sammensétning, karakterisert ved å bestå av5 (a) en terminalt umettet polyenkomponent med følgende formel:

^ ghvor m = 0 eller 1 og x > 2;(b) en polytiolkomponent med følgende formel:

15 hvor n = 0 eller 1, R' = H eller OH og y > 2; og (c) en fri-radikalinitiator; hvor x og y ikke begge = 2 og hvor minst en av R-gruppene er polyoksyetylen mens den andre R-gruppen kan.være polyoksyetylen eller en poly- <20> valent gruppe som mangler hydrolytisk følsomme funksjonelle grupper og annen karbon-til-karbon umettethet eller tiofunksjonelle grupper.

2. Tverrbindbar kjemisk sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved å inneholde minst 254 0 vekt-% polyoksyetylen.

3. Tverrbindbar kjemisk sammensetning ifølge krav 2, karakterisert ved å inneholde minst 60 vekt-% polyoksyetylen.

4. Tverrbindbar kjemisk sammensetning ifølge krav <3> ^3, karakterisert ved å. inneholde minst 80 vekt-% polyoksyetylen.

5. Tverrbindbar kjemisk sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at begge R-gruppene er polyoksyetylen.

<35>

6. Tverrbindbar kjemisk sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at en av R-gruppene er polyoksyetylen mens den andre er et isocyanurat, polyoksypropylen, poly(tetrametylenoksyd), pentaerytritol, silikat, dietyleter eller glycerol.

7. Tverrbindbar kjemisk sammensetning ifølge krav 5, karakterisert ved at polyenkomponenten er en terminalt umettet polyeter med formelen:

og polytiolkomponenten er'en polyeter med formelen:

hvor R = polyoksyetylen og m, x og y er som definert i krav 1 .

8. Tverrbindbar kjemisk sammensetning ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at polyoksyetylenen har en molekylvekt i området fra ca. 600 til.ca. 1500.

9. Tverrbindbar kjemisk sammensetning ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved å være fotoherdbar og inneholde en eller flere fotoinitiatorer valgt fra gruppen bestående av benzofenon, acetofenon(er), dibenzosuberon, 1-hydroksycykloheksylfenylketon og benzoinisopropyleter.

10. Fotoherdbar kjemisk sammensetning ifølge krav 9, karakterisert ved at fotoinitiatoren er en kombinasjon av benzofenon og 1-hydroksycykloheksylfenylketon.

11. Fremgangsmåte for fremstilling av en bøyelig, lagdelt sammensatt semipermeabel membran, karakterisert ved at man: (a) danner et fleksibelt lag av et mikroporøst hydrofobt materiale med en vanndampsgjennomgangshastighet 2 som overstiger 10.000 g/m * 24 timer og som har en møtende polar væskekontaktvinkel på over 9 0°, (b) støper en tverrbindbar sammensetning ifølge ethvert av de foregående krav til et kontinuerlig lag direkte på det mirkoporøse hydrofobe lag, og hvor den tverrbindbare sammensetningens reologi er slik at når det påsettes tilstrekkelig hydraulisk trykk så vil man få en kontrollert inntrengning av sammensetningen i det mikroporøse hydrofobe lag, (c) påsetter nevnte hydrauliske trykk og (d) herder den tverrbindbare sammensetningen slik at det dannes et kontinuerlig fast polymerisk hydrofilisk lag som til en viss grad er impregnert i porene på nevnte mikroporøse hydrfobe lag, og hvor nevnte sammensatte membran har en vanddampsgjennomgangshastighet som overstiger 80% av det man finner i det hydrofobe lag alene.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at det hydrofobe mikroporøse materiale tr polytetrafluoretylen, polypropylen, poly(vinylklorid), olyuretan, polykarbonat, polystyren, polyetylen eller polyamid.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at det hydrofobe mikroporøse materiale er ekspandert mikroporøst polytetrafluoretylen.

14. Bøyelig lagdelt sammensatt semipermeabel membran, karakterisert ved å bestå av: (a) En bøyelig film av et mikroporøst hydrofobt materiale med en vanndampsgjennomgangshastighet på over 10.0 00 g/m 2 24 timer og en møtende vannkontaktvinkel på over 9 0° og (b) et kontinuerlig hydrofilisk lag som til en viss grad har trengt inn i overflaten på det hydrofobe lag og festet til dette, og hvor den sammensatte membran har en gjennomgangshastighet for vanndamp som er mer enn 80% av den man finner for det hydrofobe materiale alene.

15. Sammensatt semipermeabel membran ifølge krav 14, karakterisert ved å ha en vann-dampsg jennomgangshastighet som er større enn den man finner for nevnte hydrofobe materiale alene.

16. Sammensatt semipermeabel membran ifølge krav 15, karakterisert ved å ha en vann-dampsg jennomgangshastighet som er mer enn 130% av den man har i det hydrofobe materiale alene.

17. Sammensatt semipermeabel membran ifølge ethvert av kravene 14-16, karakterisert ved at det mikroporøse hydrofobe materiale er polytetrafluoretylen, polypropylen, poly(vinyl)klorid, polyuretan, polykarbonat, polystyren, polyetylen eller polyamid.

18. Sammensatt semipermeabel membran ifølge krav 17, karakterisert ved at det hydrofobe materiale er ekspandert, mikroporøs polytetrafluoretylen.

19. Sammensatt semipermeabel membran ifølge ethvert av kravene 14-18, karakterisert ved at det hydrofiliske lag er en i alt vesentlig luktløs fast polyeterpolytioeter bestående av et fritt radikal kjedeforlenget reaksjonsprodukt av en tverrbindbar kjemisk sammensetning ifølge ethvert av kravene 1-7 og en egnet energikilde.

20. Sammensatt semipermeabel membran ifølge ethvert av kravene 14-19, karakterisert ved at det hydrofiliske lag er impermeabelt overfor luft.

21. Sammensatt semipermeabel membran ifølge ethvert av kravene 14-20, karakterisert ved at det er festet minst et ytterligere tekstillag til minst en overflate.av membranen og at dette er skjedd i form av en laminattilfestning.

22. Fremgangsmåte for å skille molekyler med lav molekylvekt og som er i stand til å gi en hydrogen-for-hydrogen binding, karakterisert ved at slike molekyler transporteres gjennom en sammensatt semipermeabel membran ifølge ethvert av kravene 14-21.

23. Syntetisk polymer, karakterisert ved å bestå av en i alt vensetlig luktløs fast polyeterpolytioeter inneholdende et fritt radikalkjedeforlenget reaksjonsprodukt av:(a) en terminalt umettet polyen med følgende formel:

hvor m.= 0 eller 1 og x > 2;(b) en polytiolkomponent med følgende formel:

hvor n = 0 eller 1, R <1> = H eller OH og y i 2; (c) en fri-radikal initiator; og (d) en egnet energikilde, hvor minst en av R-gruppene er polyoksyetylen mens den andre R-gruppen kan være polyoksyetylen eller en polyvalent organisk gruppe uten hydrolytisk følsomme funksjonelle grupper og annen karbon-til-karbon umettethet eller tiofunksjonelle grupper.

24. Syntetisk polymer ifølge krav 23, karakterisert ved at begge R-gruppene er polyoksyetylen.

25. Syntetisk polymer ifølge krav 24, karakterisert ved at polyenkomponenten er en terminalt umettet polyeter med følgende formel:

og polytiolkomponenten er en polyeter med følgende formel:

hvor R er polyoksyetylen og m, x og y er som definert i krav 23.

26. Polymer ifølge krav 23, karakterisert ved at nevnte polyoksyetylen har en molekylvekt i området fra 600 til 1500.

27. Polymer ifølge krav 23, karakterisert ved at en av R-gruppene er polyoksyetylen mens en annen R-gruppe er valgt fra gruppen bestående av isocyanurat, polyoksypropylen, poly(tetrametylenoksyd), pentaerytritol, silikat, dietyleter eller glycerol.

28. Polymer ifølge krav 23, karakterisert ved å være fotoherdbar og inneholde en eller flere fotoinitiatorer valgt fra gruppen bestående av benzofenon, acetofenon(er), dibenzosuberon, 1-hydroksycykloheksylfenylketon og benzoinisopropyleter.

29. Polymer ifølge krav 28, karakterisert ved at fotoinitiatoren er en kombinasjon av benzofenon og 1-hydroksycykloheksylfenylketon.