WO2024042792A1 - 複合多孔質体、および複合多孔質体の製造方法 - Google Patents

複合多孔質体、および複合多孔質体の製造方法 Download PDF

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composite porous
coating layer
less
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和也 野々村
博香 青山
和葉 諏澤
美紀 宮永
徹 森田
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住友電気工業株式会社
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    • C08J9/00Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/36After-treatment
    • C08J9/40Impregnation
    • C08J9/42Impregnation with macromolecular compounds

Definitions

  • the present invention relates to a composite porous body and a method for manufacturing the composite porous body.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-134987, which is a Japanese patent application filed on August 26, 2022. All contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses an alumina composite separation membrane used in filters.
  • the alumina composite separation membrane includes a support made of a porous material and a porous thin film layer. Porous materials are typically composed of inorganic oxides such as alumina.
  • the porous thin film layer is constructed by laminating a plurality of fibrous alumina particles.
  • the composite porous body disclosed in the example of Patent Document 1 includes a support body containing alumina as a main component.
  • An alumina composite separation membrane comprising a support made of alumina and a porous thin film layer has excellent strength, heat resistance, and chemical resistance.
  • the alumina composite separation membrane will be referred to as a composite porous body.
  • Patent Document 2 also discloses a filtration medium used in a filter.
  • the composite porous body of the present disclosure includes: a base material having a first surface; a coating layer covering at least a portion of the first surface,
  • the base material is a porous body made of polytetrafluoroethylene,
  • the coating layer includes a laminate of a plurality of nanofibers,
  • the porous body is Multiple distributed nodes and fibrils connecting the plurality of nodes, the first surface includes the plurality of nodes;
  • the average pore diameter of the base material on the first surface is 5 nm or more and 500 nm or less,
  • the area ratio of the plurality of nodes on the first surface is 30% or more and 70% or less.
  • the method for manufacturing a composite porous body of the present disclosure includes: Step A of preparing a base material made of a porous body made of polytetrafluoroethylene; Step B of hydrophilizing the first surface of the base material; Step C of applying a dispersion containing a plurality of nanofibers to the first surface; A step D of heat-treating the base material coated with the dispersion liquid in a heating atmosphere of 80° C. or more and 200° C.
  • the porous body prepared in the step A is Multiple distributed nodes and fibrils connecting the plurality of nodes, the first surface includes the plurality of nodes;
  • the average pore diameter of the base material on the first surface is 5 nm or more and 500 nm or less,
  • the area ratio of the plurality of nodes on the first surface is 30% or more and 70% or less,
  • the average length of the plurality of nanofibers in the step C is 10 times or more the average pore diameter.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a sheet-shaped composite porous body according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing the first surface of the base material included in the composite porous body of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing the structure of the composite porous body of FIG. 1.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the surface of the coating layer of the composite porous body of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a cylindrical composite porous body according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a test device used in the liquid passage test shown in the test example.
  • FIG. 7 is a schematic explanatory diagram of the bending test shown in the test example.
  • the composite porous body may be bent.
  • the coating layer is likely to peel off from the substrate when bent. Therefore, it is desired to improve the adhesion between the base material and the coating layer.
  • a composite porous body with poor flexibility is easily damaged by bending. Therefore, improvement in flexibility is desired.
  • One of the objects of the present disclosure is to provide a composite porous body that has excellent adhesion between a base material and a coating layer and also has excellent flexibility.
  • One of the objects of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a composite porous body that has excellent adhesion between a base material and a coating layer and also has excellent flexibility.
  • the composite porous body of the present disclosure not only has excellent adhesion between the base material and the coating layer, but also has excellent flexibility.
  • the method for producing a composite porous body of the present disclosure can produce a composite porous body that not only has excellent adhesion between the base material and the coating layer but also has excellent flexibility.
  • the composite porous body of one embodiment of the present disclosure includes: a base material having a first surface; a coating layer covering at least a portion of the first surface,
  • the base material is a porous body made of polytetrafluoroethylene,
  • the coating layer includes a laminate of a plurality of nanofibers,
  • the porous body is Multiple distributed nodes and fibrils connecting the plurality of nodes, the first surface includes the plurality of nodes;
  • the average pore diameter of the base material on the first surface is 5 nm or more and 500 nm or less,
  • the area ratio of the plurality of nodes on the first surface is 30% or more and 70% or less.
  • the above composite porous body has excellent adhesion between the base material and the coating layer.
  • the reason for this is that the base material, which is a porous body, has a plurality of nodes, and the area ratio of the plurality of nodes on the first surface is 30% or more, so that the contact area between the first surface of the base material and the coating layer is This is because it is large. Therefore, even if the composite porous body is subjected to processing such as bending, the coating layer does not easily peel off from the base material.
  • the above composite porous body has excellent flexibility.
  • the first reason is that the base material is made of a flexible porous polytetrafluoroethylene material.
  • the second reason is that the coating layer is composed of a laminate of multiple nanofibers.
  • the above composite porous body can remove nano-order impurities from the fluid to be filtered.
  • a coating layer formed by stacking a plurality of nanofibers gaps between adjacent nanofibers become pores through which fluid passes. Since the gap between adjacent nanofibers is very small, the coating layer removes nano-order impurities from the fluid.
  • the fluid may be a liquid, a gas, a liquid mixed with a solid, or a gas mixed with a solid.
  • the above composite porous body has excellent liquid permeability.
  • Liquid permeability refers to the ease with which fluid can pass through.
  • the first reason is that the average pore diameter of the base material on the first surface is 5 nm or more, so the diameter of the pores through which the fluid flows is relatively large.
  • the second reason is that the area ratio of the plurality of nodes on the first surface is 70% or less, which means that the area ratio of the nodes that can obstruct the flow of fluid is relatively small.
  • a composite porous body with high liquid permeability can shorten filtration time.
  • the average pore diameter of the first surface is 500 nm or less, a coating layer is easily formed during production of the composite porous body.
  • Polytetrafluoroethylene has excellent heat resistance and chemical resistance. Therefore, the heat resistance and chemical resistance of the base material are improved.
  • the coating layer may have an average pore diameter of 1 nm or more and 50 nm or less.
  • a composite porous body comprising a coating layer with an average pore diameter of 1 nm or more has excellent liquid permeability.
  • a composite porous body including a coating layer with an average pore diameter of 50 nm or less has excellent filtration performance.
  • the average thickness of the coating layer may be 10 nm or more and 1000 nm or less.
  • a composite porous body including a coating layer with an average thickness of 10 nm has excellent filtration performance.
  • a composite porous body including a coating layer with an average thickness of 1000 nm or less has excellent liquid permeability and flexibility.
  • the coating layer may contain a polymer.
  • the coating layer containing the polymer has excellent adhesion to the base material. Due to its excellent adhesion to the base material, even a thin coating layer is difficult to peel off from the first surface of the base material. Therefore, the coating layer containing the polymer has excellent liquid permeability because the thickness of the coating layer can be reduced.
  • the polymer may be a hydrophilic polymer.
  • a coating layer containing a hydrophilic polymer has even better adhesion to the base material.
  • the coating layer containing a hydrophilic polymer has even better liquid permeability because the thickness of the coating layer can be made even thinner.
  • the hydrophilic polymer may be polyvinyl alcohol.
  • Polyvinyl alcohol easily adheres to a base material made of polytetrafluoroethylene. Therefore, the coating layer containing polyvinyl alcohol has excellent adhesion to the base material. The coating layer containing polyvinyl alcohol has even better liquid permeability because the thickness of the coating layer can be made even thinner.
  • Each of the plurality of nanofibers may be made of an inorganic material containing aluminum, oxygen, and hydrogen.
  • the nanofibers have excellent affinity with the base material, it is easy to improve the adhesion between the coating layer and the base material.
  • the nanofibers when the coating layer contains a polymer, the nanofibers have excellent affinity with the polymer in the coating layer. In that case, it is easy to further improve the adhesion between the coating layer and the base material.
  • the average short diameter of the pores on the first surface may be 4 nm or more and 400 nm or less.
  • the first surface having pores with an average minor axis of 4 nm or more improves the liquid permeability of the composite porous body. If the average short diameter of the pores on the first surface is 400 nm or less, nanofibers can be easily formed on the first surface during production of the composite porous body. Therefore, a thin coating layer is likely to be formed. A thin coating layer has excellent liquid permeability.
  • At least a portion of the first surface may include a hydrophilic material.
  • the hydrophilic material improves the adhesion between the first surface of the base material made of polytetrafluoroethylene and the coating layer. Therefore, even a thin coating layer is difficult to peel off from the first surface of the base material.
  • the hydrophilic material may be a hydrophilic polymer.
  • the surface of the base material also includes the inner peripheral surface of the pores of the base material. That is, the hydrophilic material may enter the pores of the base material and coat the inner circumferential surfaces of the pores. The hydrophilic material coated on the surface of the base material improves the adhesion between the base material and the coating layer.
  • the hydrophilic material may be polyvinyl alcohol.
  • the hydrophilic resin made of polyvinyl alcohol improves the adhesion between the base material and the coating layer.
  • the first surface containing the hydrophilic material includes a plurality of chemical structures derived from the polyvinyl alcohol and the polytetrafluoroethylene, Among the plurality of chemical structures, the content of CH 2 -O-R bonds in the chemical structure detected by the C1s spectrum obtained by XPS may be 3% or more and 15% or less.
  • XPS is an abbreviation for X-ray Photoelectron Spectroscopy.
  • a hydrophilic polymer containing a CH 2 -O-R bond in the above range improves the adhesion between the base material and the coating layer.
  • the shape of the base material may be a sheet.
  • the overall shape of the composite porous body including a sheet-like base material is a sheet shape.
  • a sheet-shaped composite porous body can be easily processed into various shapes and can be applied to various types of filtration devices. Since the composite porous body has excellent flexibility, it is not easily damaged even when subjected to processing such as bending.
  • the average thickness of the base material may be 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the sheet-like base material is 1 ⁇ m or more, the strength of the composite porous body including the base material is ensured.
  • the average thickness of the base material is 100 ⁇ m or less, the flexibility of the composite porous body including the base material is ensured, and the filtration time using the composite porous body does not become too long.
  • the shape of the base material is a tube
  • the first surface may be an outer peripheral surface of the tube.
  • the overall shape of the composite porous body including a tubular base material is a tube shape.
  • the tubular substrate also includes hollow fiber membranes.
  • a fluid containing impurities is passed to the outside of the tube-shaped composite porous body.
  • the fluid that has passed through the composite porous body is circulated inside the tube-shaped composite porous body.
  • the composite porous body itself can constitute a fluid flow path.
  • a module of a purification device can be constructed by bundling a plurality of these composite porous bodies.
  • the average thickness of the base material may be 50 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the tubular base material is 50 ⁇ m or more, the strength of the composite porous body including the base material is ensured.
  • the average thickness of the base material is 1000 ⁇ m or less, the flexibility of the composite porous body including the base material is ensured, and the filtration time using the composite porous body does not become too long.
  • the base material includes a first layer including the first surface and a second layer adjacent to the first layer,
  • the average pore size of the second layer may be larger than the average pore size of the first layer.
  • the liquid permeability of the base material ie, the liquid permeability of the composite porous body, decreases.
  • the liquid permeability of the base material a which includes the second layer with a large average pore diameter, is superior to the liquid permeability of the base material b, which has the same thickness as the base material a and is composed of only the first layer. Therefore, since the base material is composed of the first layer and the second layer, even if the base material is made thicker, the filtration time of the composite porous body is not easily increased.
  • the coating layer includes an Al-OH bond and an Al-O-Al bond
  • the ratio X/Y of the content X of the Al--OH bond to the content Y of the Al-O--Al bond may be 0.3 or more and 1.0 or less.
  • Boehmite containing Al-OH bonds is softer than alumina containing Al-O-Al bonds.
  • a coating layer with a high content of boehmite is resistant to bending stress. Therefore, the composite porous body is easy to bend.
  • the covering layer has an opening opening on the surface of the covering layer,
  • the average pore diameter of the open pores is 2 nm or more and 200 nm or less,
  • the average short diameter of the opening pores may be 1 nm or more and 100 nm or less.
  • a composite porous body provided with a coating layer in which the average pore diameter and average short diameter fall within the above ranges has excellent filtration performance and liquid permeability.
  • Step A of preparing a base material made of a porous body made of polytetrafluoroethylene; Step B of hydrophilizing the first surface of the base material; Step C of applying a dispersion containing a plurality of nanofibers to the first surface; A step D of heat-treating the base material coated with the dispersion liquid in a heating atmosphere of 80° C. or more and 200° C.
  • the porous body prepared in the step A is Multiple distributed nodes and fibrils connecting the plurality of nodes, the first surface includes the plurality of nodes;
  • the average pore diameter of the base material on the first surface is 5 nm or more and 500 nm or less,
  • the area ratio of the plurality of nodes on the first surface is 30% or more and 70% or less,
  • the average length of the plurality of nanofibers in the step C is 10 times or more the average pore diameter.
  • the above method for producing a composite porous body is suitable for producing the above composite porous body.
  • the method for producing a composite porous body described above can produce a composite porous body that has excellent adhesion between the base material and the coating layer.
  • nanofibers have difficulty adhering to a substrate made of polytetrafluoroethylene. Therefore, in order to form a coating layer containing a laminate of a plurality of nanofibers on a substrate, a large amount of a dispersion containing nanofibers must be applied onto the substrate. In that case, since the thickness of the coating layer is several tens of micrometers or more, a composite porous body with excellent flexibility cannot be obtained.
  • the first surface of the base material is subjected to a hydrophilic treatment in step B, thereby making it easier for nanofibers to adhere to the first surface in step C.
  • the average pore diameter on the first surface of the substrate prepared in Step A is 500 nm or less
  • the average length of the plurality of nanofibers in Step C is 10 times or more the average pore diameter on the first surface
  • the nanofibers are difficult to fall into the pores on the first surface. Therefore, in the method for manufacturing a composite porous body, a thin coating layer can be formed on the base material. Therefore, the method for producing a composite porous body described above can produce a composite porous body having excellent flexibility.
  • the average pore diameter of the base material on the first surface of the base material prepared in step A is 5 nm or more, and the area ratio of the plurality of nodes on the first surface is 70% or more.
  • the dispersion medium is evaporated by the heating atmosphere in step D, and a coating layer containing a nanofiber laminate is formed on the first surface.
  • the temperature of the heating atmosphere is 80° C. or higher, the evaporation time of the dispersion medium will be shortened, and the productivity of the composite porous body will be improved.
  • the temperature of the heating atmosphere is 80° C. or higher, the nanofibers are likely to bond to each other, and the nanofibers will be difficult to fall off from the composite porous body.
  • the temperature of the heating atmosphere is 200° C. or less, for example, when the nanofibers contain aluminum, the boehmite contained in the nanofibers is difficult to change into alumina. Therefore, the proportion of alumina in the coating layer does not increase too much, and the coating layer does not easily become brittle.
  • the composite porous body 1 of Embodiment 1 includes a base material 2 and a coating layer 3.
  • the composite porous body 1 has a sheet shape, as shown in FIG. 1, for example.
  • the shape of the base material 2 is a sheet.
  • the base material 2 includes a first surface 21 and a second surface 22, as shown in FIGS. 1 and 3.
  • the covering layer 3 is arranged on the first surface 21 of the base material 2 so as to cover at least a portion of the first surface 21 .
  • One of the characteristics of the composite porous body 1 of this embodiment is that the base material 2 has a specific structure.
  • the base material 2 is a porous body.
  • the base material 2, which is a porous body, has a plurality of nodes 25 and a plurality of fibrils 26, as shown in FIG.
  • FIG. 2 is a simplified plan view of the first surface 21 of the base material 2.
  • the nodes 25 and fibrils 26 in FIG. 2 are hatched.
  • the nodes 25 and fibrils 26 appear to exist only on the first surface 21 in FIG. 2, the nodes 25 and fibrils 26 also exist in the thickness direction of the base material 2.
  • the plurality of nodes 25 are distributed and arranged.
  • the plurality of nodes 25 are scattered like islands in a three-dimensional space. Each fibril 26 connects nodes 25 to each other.
  • Each fibril 26 is configured linearly.
  • the base material 2 includes a plurality of holes 2h, as shown in FIG. Since FIG. 3 is a cross-sectional view, each hole 2h of the base material 2 appears to be independent, but each hole 2h is connected to other holes 2h.
  • the holes 2h are provided between the nodes 25 and fibrils 26 shown in FIG. Numerous channels are formed in the base material 2 from the first surface 21 to the second surface 22.
  • the area ratio of the plurality of nodes 25 on the first surface 21 is 30% or more and 70% or less.
  • the first surface 21 having an area ratio of 30% or more has excellent adhesion to the coating layer 3.
  • the adhesion between the base material 2 and the coating layer 3 is evaluated, for example, by a bending test shown in FIG. In the bending test shown in FIG. 7, the composite porous body 1 is placed along the curved surface of the approximately semi-cylindrical test stand 8, and it is examined whether the coating layer 3 of the composite porous body 1 is peeled off from the base material 2.
  • the bending test will be explained in detail in Test Example 2 below.
  • the first surface 21 having an area ratio of 70% or less has excellent liquid permeability.
  • the area ratio may be, for example, 35% or more and 65% or less, and further 40% or more and 60% or less.
  • the area ratio of the plurality of nodes 25 on the first surface 21 is determined as follows.
  • the base material 2 is cut using an FIB (Focused Ion Beam).
  • a cross section along the thickness direction of the base material 2 is observed using a scanning electron microscope (SEM).
  • the magnification of the SEM image is 10000x.
  • the size of the SEM image is 8 ⁇ m ⁇ 11 ⁇ m.
  • the SEM image is binarized using image processing software "ImageJ".
  • the threshold value for the binarization process is 90.
  • Each node 25 is identified by binarization processing.
  • the area ratio of the nodes 25 on the base material 2 is determined by dividing the sum of the areas of the nodes 25 of the binarized image by the area of the image. In this specification, the area ratio of the nodes 25 of the base material 2 in the above-mentioned cross section is regarded as the area ratio of the nodes 25 on the first surface 21 of the base material 2.
  • the base material 2 is made of polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Polytetrafluoroethylene has excellent heat resistance and chemical resistance. Therefore, the heat resistance and chemical resistance of the composite porous body 1 are improved. Furthermore, since polytetrafluoroethylene has excellent flexibility, the base material 2 has excellent flexibility.
  • the thickness of the base material 2 is the length between the first surface 21 and the second surface 22.
  • the average thickness of the base material 2 in this example may be, for example, 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the composite porous body 1 including the base material 2 having an average thickness of 1 ⁇ m or more has excellent strength.
  • the composite porous body 1 including the base material 2 having an average thickness of 100 ⁇ m or less has excellent flexibility.
  • the composite porous body 1 may be required to have resistance to bending.
  • the composite porous body 1 constitutes a filter of a module of a purification device when rolled into a cylindrical shape. In a cylindrical module, the covering layer 3 is arranged on the outer peripheral side of the cylinder.
  • the composite porous body 1 which has excellent adhesion between the base material 2 and the coating layer 3 and also has excellent flexibility, is suitable for a filter of a module of a purification device.
  • the flexibility of the composite porous body 1 is evaluated, for example, by a bending test shown in FIG. In the bending test shown in FIG. 7, the composite porous body 1 is placed along the curved surface of the approximately semi-cylindrical test stand 8, and it is examined whether the coating layer 3 of the composite porous body 1 cracks. Moreover, since the average thickness of the base material 2 is 100 ⁇ m or less, the filtration time using the composite porous body 1 does not become too long.
  • the average thickness may be 5 ⁇ m or more, 10 ⁇ m or more, 15 ⁇ m or more, or 20 ⁇ m or more.
  • the average thickness may be 90 ⁇ m or less, 80 ⁇ m or less, or 50 ⁇ m or less.
  • the range of the average thickness of the base material 2 may be, for example, 10 ⁇ m or more and 90 ⁇ m or less, or 20 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the base material 2 is determined by SEM-EDX (Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy).
  • the magnification of the SEM image is 10000x.
  • the size of the SEM image is 8 ⁇ m ⁇ 11 ⁇ m.
  • the boundary between the base material 2 and the coating layer 3 is determined by detecting the metal element contained in the coating layer 3. When the detection intensity of the metal element is line-analyzed in the depth direction from the surface 30 of the base material 2 by EDX, the location where the metal element is no longer detected is the boundary between the base material 2 and the coating layer 3. Alternatively, the boundary between the base material 2 and the coating layer 3 may be set as a location where the detection intensity of the metal element sharply decreases.
  • the boundary between the base material 2 and the coating layer 3 is determined by line analysis of the detected intensity of Al in the depth direction from the surface 30 of the base material 2 using EDX. This is what is required. Boundaries at five different locations are determined by analyzing five lines at different positions. In the SEM image, the location where the detection intensity of Al sharply decreases is the boundary between the base material 2 and the coating layer 3. The distance from the boundary to the second surface 22 of the base material 2 is the thickness of the base material 2. The average thickness of the base material 2 is, for example, the average of the thicknesses at five different points on the base material 2.
  • the average pore diameter on the first surface 21 of the base material 2 is 5 nm or more and 500 nm or less.
  • the composite porous body 1 including the base material 2 having an average pore diameter of 5 nm or more has excellent liquid permeability.
  • the composite porous body 1 with high liquid permeability can shorten the filtration time.
  • the base material 2 having an average pore diameter of 500 nm or less has excellent strength.
  • the average pore diameter may be 50 nm or more, 100 nm or more, or 200 nm or more.
  • the average pore size may be 450 nm or less, 400 nm or less, or 350 nm or less.
  • the range of the average pore diameter of the base material 2 may be, for example, 50 nm or more and 450 nm or less, or 200 nm or more and 350 nm or less.
  • a plurality of holes 2h are formed in the first surface 21.
  • the average pore diameter of the first surface 21 in this specification is determined from an SEM image of a cross section of the base material 2 along the thickness direction.
  • the magnification of the SEM image is 5000x.
  • the size of the SEM image is 8 ⁇ m ⁇ 11 ⁇ m.
  • a SEM image of a cross section along the thickness direction of the base material 2 is subjected to a binarization process, and each hole 2h in the SEM image is extracted.
  • the equivalent circle diameter of each hole 2h is determined, and the average of the equivalent circle diameters of all the holes 2h is determined.
  • the equivalent circle diameter is the diameter of a perfect circle having the same size as the area of the hole 2h. In this specification, this average equivalent circle diameter is regarded as the average pore diameter of the first surface 21. In this specification, "the average pore diameter of the first surface of the base material” and “the average pore diameter of the pores on the first surface of the base material” have the same meaning.
  • the average short diameter of the pores 2h on the first surface 21 may be, for example, 4 nm or more and 400 nm or less.
  • the average short diameter of the pores 2h is determined from an SEM image of a cross section of the base material 2 along the thickness direction. The magnification and size of the SEM image are the same as when determining the average pore diameter of the first surface 21. The smallest rectangle circumscribing each hole 2h in the SEM image is determined. The average of the short axes of all rectangles in the SEM image is the average short axis of the holes 2h.
  • the first surface 21 having the pores 2h having an average minor axis of 4 nm or more improves the liquid permeability of the composite porous body 1.
  • the average short diameter of the pores 2h on the first surface 21 is 400 nm or less, the nanofibers 4 are easily formed on the first surface 21 during production of the composite porous body 1. Therefore, a thin coating layer 3 is easily formed.
  • the average short diameter of the holes 2h on the first surface 21 may be, for example, 10 nm or more and 300 nm or less.
  • the base material 2 may include multiple layers, as shown in FIG. 3.
  • the base material 2 includes, for example, a first layer 2A and a second layer 2B.
  • the boundary between the first layer 2A and the second layer 2B is schematically shown by a two-dot chain line.
  • the first layer 2A includes a first surface 21.
  • the second layer 2B is adjacent to the first layer 2A.
  • the second layer 2B includes a second surface 22.
  • the average pore size of the second layer 2B may be larger than the average pore size of the first layer 2A.
  • the liquid permeability of the base material 2 including the second layer 2B having a large average pore diameter is superior to the liquid permeability of the base material 2 having the same thickness as the base material 2 and consisting only of the first layer 2A. Therefore, since the base material 2 is composed of the first layer 2A and the second layer 2B, even if the base material 2 is made thicker, the filtration time of the composite porous body 1 is not easily increased.
  • the average pore diameter of the second layer 2B may be, for example, 2 times or more and 2000 times or less, and further 10 times or more and 1000 times or less, the average pore diameter of the first layer 2A.
  • the base material 2 may be composed only of the first layer 2A.
  • the first layer 2A includes a first surface 21 and a second surface 22.
  • the average pore diameters of the first layer 2A and the second layer 2B are determined from the SEM image of the cross section of the base material 2 along the thickness direction.
  • the magnification and size of the SEM image are the same as when determining the average pore diameter of the first surface 21.
  • the first layer 2A and the second layer 2B are thermally fused together when the base material 2 is produced. Therefore, the boundary between the first layer 2A and the second layer 2B can be confirmed in the SEM image.
  • the average of the circular equivalent diameters of the pores 2h existing in the region including the first surface 21 across the boundary is the average pore diameter of the first layer 2A.
  • the average of the equivalent circular diameters of the holes 2h existing in the region including the second surface 22 across the boundary is the average pore diameter of the second layer 2B.
  • At least a portion of the first surface 21 of the base material 2 may contain the hydrophilic material 5.
  • the hydrophilic material 5 may be present on at least a portion of the surface of the porous body.
  • the hydrophilic material 5 in FIG. 3 is shown exaggerated.
  • the hydrophilic material 5 improves the adhesion between the first surface 21 of the base material 2 and the nanofibers 4 in the method for manufacturing the composite porous body 1 described later. It is difficult to confirm the hydrophilic material 5 in the SEM image.
  • the presence of the hydrophilic material 5 can be confirmed by, for example, XPS.
  • the hydrophilic material 5 may disappear due to heat treatment during the manufacturing process of the composite porous body 1. Therefore, the hydrophilic material 5 may not be detected by XPS.
  • the hydrophilic material 5 may be, for example, a hydrophilic polymer coated on at least a portion of the surface of the base material 2 including the first surface 21.
  • the hydrophilic polymer is a layered body formed on the surface of the base material 2.
  • the surface of the base material 2 also includes the inner peripheral surface of the pores 2h of the base material 2.
  • the hydrophilic polymer has entered the pores 2h of the base material 2. That is, the hydrophilic polymer covers not only the first surface 21 but also at least a portion of the inner peripheral surface of the hole 2h. Since the hydrophilic polymer layer is extremely thin, the pore size of the base material 2 hardly changes depending on the presence or absence of the hydrophilic polymer.
  • Hydrophilic polymers include, for example, polyvinyl alcohol (PVA), ethylene vinyl alcohol copolymer, polyvinylpyrrolidone, polyethyleneimine, or carboxylic acid. It may also be polyacrylic acid containing a group. In particular, PVA improves the adhesion between the base material 2 and the coating layer 3.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • ethylene vinyl alcohol copolymer polyvinylpyrrolidone
  • polyethyleneimine polyethyleneimine
  • carboxylic acid may also be polyacrylic acid containing a group.
  • PVA improves the adhesion between the base material 2 and the coating layer 3.
  • the base material 2 is PTFE
  • the hydrophilic polymer is PVA
  • the first surface 21 containing the hydrophilic polymer includes a plurality of chemical structures derived from PVA and PTFE.
  • the CH 2 -O-R bond which is a type of chemical structure, improves the adhesion between the base material 2 and the coating layer 3.
  • the content of CH 2 -O-R bonds in the chemical structure detected by the C1s spectrum obtained by XPS may be, for example, 3% or more and 15% or less.
  • the content of CH 2 -O-R bonds is determined by XPS. Details of the XPS conditions are shown in Test Example 2 described below.
  • the covering layer 3 is a layer facing the fluid filtered by the composite porous body 1.
  • the covering layer 3 includes a laminate of a plurality of nanofibers 4, as shown in FIG. In FIG. 3, some nanofibers 4 are illustrated. These nanofibers 4 are arranged generally along the planar direction of the covering layer 3. When this coating layer 3 is bent, each nanofiber 4 deforms minutely and absorbs the stress acting on the coating layer 3. Therefore, the coating layer 3 of this example has a predetermined flexibility.
  • the composite porous body 1, which includes the highly flexible base material 2 and the coating layer 3, has excellent flexibility and is difficult to break when bent.
  • Each nanofiber 4 may be made of an inorganic material containing, for example, aluminum (Al), oxygen (O), and hydrogen (H). This nanofiber 4 is difficult to be denatured by heat and chemicals. That is, the nanofibers 4 have excellent heat resistance and chemical resistance.
  • the composite porous body 1 including the base material 2 and the coating layer 3 having excellent heat resistance and chemical resistance has excellent heat resistance and chemical resistance.
  • the nanofibers 4 may be mainly composed of boehmite and alumina. Boehmite is softer than alumina. Therefore, when the proportion of boehmite in the nanofibers 4, that is, the proportion of boehmite in the coating layer 3 is high, the coating layer 3 is less likely to crack or chip.
  • Boehmite contains Al-OH bonds. Boehmite, which contains Al--OH bonds, is softer than alumina, which contains Al--O--Al bonds.
  • the presence of boehmite in the coating layer 3 can be confirmed by detecting Al--OH bonds on the surface 30 of the coating layer 3 using XPS.
  • the presence of alumina in the coating layer 3 can be confirmed by detecting Al-O-Al bonds on the surface 30 of the coating layer 3 by XPS.
  • the ratio X/Y of content X of Al-OH bonds to content Y of Al-O-Al bonds may be, for example, 0.3 or more and 1.0 or less.
  • the coating layer 3 with a high content of boehmite has resistance to bending stress.
  • the composite porous body 1 is easy to bend.
  • the integrated intensity of the Al(OH) 3 peak in the spectrum obtained by XPS is regarded as the Al--OH bond content X.
  • the integrated intensity of the Al 2 O 3 peak in the above spectrum is regarded as the content Y of Al--O--Al bonds. Details of the XPS conditions are shown in Test Example 2 described below.
  • the average thickness of the coating layer 3 may be, for example, 10 nm or more and 1000 nm or less. If the average thickness of the coating layer 3 is 10 nm or more, the coating layer 3 can easily separate impurities efficiently. When the average thickness of the coating layer 3 is 1000 nm or less, the flexibility of the coating layer 3 is easily ensured. Moreover, the filtration time using the composite porous body 1 does not become too long.
  • the average thickness may be 15 nm or more, 50 nm or more, 100 nm or more, or 200 nm or more.
  • the average thickness may be 900 nm or less, 800 nm or less, or 500 nm or less.
  • the range of the average thickness of the coating layer 3 may be, for example, 15 nm or more and 900 nm or less, or 200 nm or more and 500 nm or less.
  • the average thickness of the coating layer 3 is determined in the same manner as the average thickness of the base material 2. That is, the distance from the boundary between the base material 2 and the coating layer 3 to the surface 30 of the coating layer 3 determined by SEM-EDX is the thickness of the coating layer 3.
  • the magnification of the SEM image is 10000x.
  • the size of the SEM image is 8 ⁇ m ⁇ 11 ⁇ m.
  • the average thickness of the coating layer 3 is, for example, the average of the thicknesses at five different points in the coating layer 3.
  • the covering layer 3 formed by laminating a plurality of nanofibers 4 is a porous body.
  • gaps between adjacent nanofibers 4 become pores through which fluid passes.
  • the average pore diameter of the coating layer 3 is smaller than the average pore diameter of the base material 2.
  • the average pore diameter of the coating layer 3 may be, for example, 1 nm or more and 50 nm or less. When the average pore diameter of the coating layer 3 is 1 nm or more, the flexibility of the coating layer 3 is ensured. Moreover, the filtration time using the composite porous body 1 does not become too long. When the average pore diameter of the coating layer 3 is 50 nm or less, impurities can be efficiently separated by the coating layer 3.
  • the average pore diameter may be 2 nm or more, 5 nm or more, 10 nm or more, or 20 nm or more.
  • the average pore size may be 45 nm or less, 40 nm or less, or 30 nm or less.
  • the range of the average pore diameter of the coating layer 3 may be, for example, 2 nm or more and 45 nm or less, or 20 nm or more and 30 nm or less.
  • FIG. 6 shows the test device 7 used for the liquid passage test.
  • the test device 7 includes a flask 70 that can be evacuated and a cylindrical chamber 71 with both ends open.
  • the composite porous body 1 is sandwiched between the lower end opening 71D of the chamber 71 and the upper end opening 70U of the flask 70.
  • the coating layer 3 of the composite porous body 1 faces the chamber 71 .
  • test solution containing a plurality of particles having a known average particle size is prepared.
  • the average particle size means the mode of the particle number distribution.
  • concentration of particles in the test solution (g/cm 3 ) is known.
  • Multiple test solutions with different average particle sizes are prepared. For example, when the average particle size is between 1 nm and 20 nm, test solutions are prepared at intervals of 5 nm. When the average particle size is between 20 nm and 60 nm, test solutions are prepared at intervals of 10 nm. When the average particle size is between 60 nm and 100 nm, test solutions are prepared at intervals of 20 nm.
  • the plurality of particles contained in each test solution are "gold nanoparticles" manufactured by Aldrich. )
  • a test liquid is put into the chamber 71.
  • the filtrate that has passed through the composite porous body 1 is stored in the flask 70.
  • the degree of vacuum is 80 Pa or less.
  • the concentration (g/cm 3 ) of particles contained in the filtrate is measured.
  • the concentration of the particles is calculated from the measured volume of the filtrate and the mass of the particles remaining after the filtrate is evaporated.
  • the average particle diameter of the smallest particle is regarded as the average pore diameter of the coating layer 3.
  • the concentration of particles in the filtrate is 90% of the concentration of particles in the test liquid
  • the concentration of particles in the filtrate is 90% of the concentration of particles in the test liquid
  • the concentration of particles in the filtrate is 90% of the concentration of particles in the test liquid.
  • the coating layer 3 The average pore size is 15 nm.
  • the average pore diameter of the base material 2 determined by the liquid passage test can be made larger than the average pore diameter of the coating layer 3 determined by the liquid passage test.
  • the lower end opening 71D of the chamber 71 and the upper end opening 70U of the flask 70 are used in the liquid passage test for determining the average pore diameter of the base material 2.
  • the procedure is the same as the liquid passage test for determining the average pore diameter of the coating layer 3 described above, except that only the base material 2 is sandwiched between the porous composite body 1 and the porous composite body 1.
  • FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing a SEM image of the surface 30.
  • the average pore diameter of the open pores 3h may be, for example, 2 nm or more and 200 nm or less.
  • the average pore diameter of the open holes 3h may be 5 nm or more and 100 nm or less.
  • the average short diameter of the opening hole 3h may be, for example, 1 nm or more and 100 nm or less.
  • the average short diameter of the opening hole 3h may be 2 nm or more and 50 nm or less.
  • the composite porous body 1 including the coating layer 3 in which the average pore diameter and the average minor axis of the opening pores 3h fall within the above ranges has excellent filtration performance and liquid permeability.
  • the average pore diameter and average minor axis of the opening holes 3h are determined by image analysis, similarly to the average pore diameter or the average minor axis of the first surface 21.
  • a SEM image of the surface 30 is acquired, and the opening holes 3h are identified by binarization processing.
  • the magnification of the SEM image is 10000x.
  • the size of the SEM image is 8 ⁇ m ⁇ 11 ⁇ m.
  • the average circular equivalent diameter of the opening hole 3h is the average hole diameter of the opening hole 3h.
  • the average minor axis of the smallest rectangle circumscribing the opening hole 3h is the average minor axis of the opening hole 3h.
  • the coating layer 3 may contain a polymer.
  • the coating layer 3 containing a polymer has excellent adhesion to the base material 2. Since the coating layer 3 has excellent adhesion to the base material 2, it is difficult to peel off from the first surface 21 of the base material 2 even if the coating layer 3 is thin.
  • the coating layer 3 containing a polymer has excellent liquid permeability because the thickness of the coating layer 3 can be reduced.
  • the polymer contained in the coating layer 3 may be a hydrophilic polymer.
  • the coating layer 3 containing a hydrophilic polymer has even better adhesion to the base material 2. Moreover, since the thickness of the coating layer 3 can be further reduced, the coating layer 3 containing the hydrophilic polymer has even better liquid permeability.
  • the hydrophilic polymer contained in the coating layer 3 may be, for example, PVA, ethylene vinyl alcohol copolymer, polyvinylpyrrolidone, polyethyleneimine, or polyacrylic acid containing carboxyl groups. As mentioned above, PVA easily adheres to the base material 2. Therefore, when the coating layer 3 also contains PVA, the adhesion between the base material 2 and the coating layer 3 is excellent.
  • the method for manufacturing a composite porous body of Embodiment 1 includes the following steps.
  • the method for manufacturing the composite porous body of Embodiment 1 can manufacture the composite porous body 1 of Embodiment 1.
  • Step A A base material 2 made of a porous body made of polytetrafluoroethylene is prepared.
  • Step B The first surface 21 of the base material 2 is subjected to a hydrophilic treatment.
  • Step C A dispersion containing a plurality of nanofibers 4 is applied to the first surface 21.
  • Step D The base material 2 coated with the dispersion liquid is heat-treated in an atmosphere of 80° C. or higher and 200° C. or lower.
  • One of the features of the method for manufacturing a composite porous body of Embodiment 1 is that in step A, a base material 2 made of a porous body having a specific structure is prepared.
  • the base material 2 is the same as the base material 2 provided in the composite porous body 1 described above. That is, the base material 2 includes a plurality of nodes 25 and a plurality of fibrils 26.
  • the area ratio of the plurality of nodes 25 on the first surface 21 is 30% or more and 70% or less.
  • the average pore diameter of the first surface 21 of the base material 2 is 50 nm or more and 500 nm or less.
  • the area ratio of the plurality of nodes 25 on the first surface 21 and the average pore diameter of the first surface 21 are determined as described above.
  • the base material 2 is obtained, for example, by stretching a rolled material made of PTFE.
  • the rolled material can be produced by rolling an extruded material.
  • the extruded material can be produced by extrusion molding a resin paste.
  • the resin paste can be prepared by mixing PTFE powder and an auxiliary agent.
  • Auxiliary agents are, for example, lubricants.
  • the stretching process may include, for example, a first stretching process and a second stretching process. In the first stretching process, a rolled material is stretched along the rolling direction to produce a first stretched material. In the second stretching process, the first stretched material is stretched in a direction orthogonal to the rolling direction to produce a second stretched material.
  • the area ratio and average pore diameter of the plurality of nodes 25 on the first surface 21 of the base material 2 can be changed.
  • each of the first stretching ratio, which is the stretching ratio in the first stretching process, and the second stretching ratio, which is the stretching ratio in the second stretching process may be changed.
  • the first stretching ratio is, for example, 1.5 times or more and 10 times or less.
  • the second stretching ratio is, for example, 2 times or more and 40 times or less.
  • step B at least the first surface 21 of the base material 2 is subjected to a hydrophilic treatment.
  • the first surface 21 of the porous base material 2 is composited with a hydrophilic polymer.
  • the hydrophilic polymer may be one that undergoes dehydration condensation or hydrogen bonding with the hydroxyl group of alumina.
  • Hydrophilic polymers include, for example, PVA and ethylene vinyl alcohol copolymers having many hydroxyl groups.
  • the hydrophilic polymer may be polyvinylpyrrolidone containing an amide group, polyethyleneimine containing an imino group, polyacrylic acid containing a carboxyl group, or the like.
  • PVA has a hydrophobic group, and the hydrophobic group tends to adhere to the surface of the porous PTFE body. Therefore, PVA is easily combined with the constituent material of the base material 2.
  • the surface of the porous PTFE body can be made hydrophilic, for example, by the following procedure. First, a porous PTFE body is immersed in isopropyl alcohol (IPA) and then immersed in a PVA aqueous solution adjusted to an appropriate concentration. The PVA is then gelled by chemical crosslinking or electron beam crosslinking. In chemical crosslinking, a crosslinking agent is added to the PVA aqueous solution. An acid catalyst may be added to the PVA aqueous solution if necessary. After crosslinking the PVA, the porous body is washed with pure water and dried. The PVA concentration in the PVA aqueous solution changes depending on the porosity of the base material 2 and the like.
  • IPA isopropyl alcohol
  • PVA aqueous solution adjusted to an appropriate concentration.
  • the PVA is then gelled by chemical crosslinking or electron beam crosslinking.
  • a crosslinking agent is added to the PVA aqueous solution.
  • An acid catalyst may be
  • the PVA concentration in the PVA aqueous solution may be 0.8% by mass or more and 10% by mass or less.
  • the immersion time of the porous body in the PVA aqueous solution varies depending on the porosity of the base material 2 and the like.
  • the immersion time of the porous body in the PVA aqueous solution may be 2 minutes or more and 24 hours or less.
  • Crosslinking agents are, for example, glutaraldehyde or terephthaldehyde, which form acetal bonds.
  • the dose of the electron beam is, for example, about 6 megarad.
  • the dispersion liquid is a liquid in which a plurality of nanofibers 4 are dispersed in a dispersion medium.
  • the dispersion medium is mainly water.
  • the dispersion medium may contain IPA in addition to water, and may further contain a surfactant. IPA improves the wettability of the dispersion medium to the surface of the base material 2.
  • the concentration of IPA may be 5% by mass or less when the mass of the dispersion is 100.
  • the concentration of nanofibers 4 in the dispersion medium may be 0.1% by mass or more and 5% by mass or less. If the concentration of the nanofibers 4 is 0.1% by mass or more, the concentration of the nanofibers 4 in the dispersion medium is sufficient, so that the nanofibers 4 are easily stacked on the first surface 21. If the concentration of nanofibers 4 is 5% by mass or less, the concentration of the dispersion liquid will not become too high. If the concentration of the dispersion liquid is too high, it is difficult to apply the dispersion liquid thinly and uniformly onto the first surface 21.
  • the average length of the nanofibers 4 is 10 times or more the average pore diameter of the first surface 21 of the base material 2.
  • the average length is, for example, 100 nm or more and 10,000 nm or less.
  • the average length may be 500 nm or more, and even 1000 nm or more.
  • the average length may be 7000 nm or less, or even 5000 nm or less.
  • the range of the average length may be, for example, 500 nm or more and 7000 nm or less, or 1000 nm or more and 5000 nm or less.
  • the average width of the nanofibers 4 is, for example, 1 nm or more and 10 nm or less.
  • the width and length of the nanofibers 4 are orthogonal to each other.
  • the average width may be 2 nm or more, and further 3 nm or more.
  • the average width may be 7 nm or less, or even 5 nm or less.
  • the range of the average width may be, for example, 2 nm or more and 7 nm or less.
  • the average length and average width of the nanofibers 4 are the manufacturer's catalog values.
  • the average aspect ratio which is the average length divided by the average width, is, for example, 30 or more and 5000 or less.
  • the average aspect ratio may be, for example, 100 or more and 500 or less, or 100 or more and 300 or less.
  • the size of the nanofibers 4 does not change even in the coating layer 3 of the composite porous body 1.
  • the method of applying the dispersion onto the first surface 21 is not particularly limited.
  • the coating method is, for example, spin coating, bar coating, dip coating, or die coating.
  • the tube-shaped or sheet-shaped base material 2 may be fixed to a rotating shaft, and the dispersion liquid may be applied by spraying or the like while rotating the base material 2.
  • spin coating is preferable.
  • Spin coating in which the dispersion liquid is dropped onto the base material 2 while rotating the base material 2, allows the thickness of the dispersion liquid to be thin and uniform.
  • the peripheral speed of spin coating may be, for example, 5000 mm/min or more and 20000 mm/min or less, or 7000 mm/min or more and 15000 mm/min or less.
  • the temperature of the heating atmosphere is 80°C or more and 200°C or less.
  • the heating atmosphere is not particularly limited.
  • the heating atmosphere is, for example, an air atmosphere, an inert gas atmosphere, a steam atmosphere, or a reduced pressure atmosphere.
  • the dispersion medium is evaporated by the heating atmosphere, and a stack of nanofibers 4 is formed on the first surface 21.
  • the evaporation time of the dispersion medium becomes shorter, and the productivity of the composite porous body 1 improves. Further, as the temperature of the heating atmosphere increases, the nanofibers 4 are more likely to bond with each other, and the nanofibers 4 are less likely to fall off from the composite porous body 1.
  • the boehmite contained in the nanofibers 4 tends to change to alumina. If the proportion of alumina in the coating layer 3 increases, the coating layer 3 may become brittle. For example, if the temperature of the heating atmosphere is less than 130° C., the proportion of alumina will not become too large.
  • the film forming cycle consisting of Step C and Step D is repeated multiple times. It is preferable that the repeat number k of the film forming cycle is 2 or more and 5 or less. In this case, in the k-th step C, the dispersion liquid is applied onto the laminate formed in the k-1-th step D. By performing the film formation cycle twice or more, it is possible to suppress the formation of a region on the first surface 21 where the coating layer 3 is not formed.
  • the composite porous body 1 of the second embodiment differs from the composite porous body 1 of the first embodiment in that the base material 2 has a tube shape.
  • the first surface 21 of the tube-shaped base material 2 constitutes the outer peripheral surface of the base material 2 .
  • the coating layer 3 formed on the first surface 21 constitutes the outer peripheral surface of the tube-shaped composite porous body 1.
  • the second surface 22 constitutes the inner peripheral surface of the tube-shaped composite porous body 1 .
  • the mixed fluid When filtering a mixed fluid in which a solid is mixed with a liquid or gas using the composite porous body 1 , the mixed fluid is introduced to the outer circumferential side of the composite porous body 1 .
  • the mixed fluid flows into the internal space of the composite porous body 1 through the coating layer 3 and the base material 2.
  • the mixed fluid that has flowed into the internal space is discharged to the outside of the composite porous body 1 along the longitudinal direction of the composite porous body 1 .
  • the tube-shaped composite porous body 1 may be placed in a bent state, for example, in a module of a purification device. Therefore, the tube-shaped composite porous body 1 may also be required to have resistance to bending.
  • the bending resistance of the tube-shaped composite porous body 1 can be evaluated, for example, by wrapping the composite porous body 1 around the outer peripheral surface of a cylinder having a predetermined radius.
  • the average thickness of the tube-shaped base material 2 may be, for example, 50 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less. If the average thickness of the tubular base material 2 is 50 ⁇ m or more, the strength of the composite porous body 1 including the base material 2 is ensured. If the average thickness of the base material 2 is 1000 ⁇ m or less, the flexibility of the composite porous body 1 including the base material 2 is ensured, and the filtration time by the composite porous body 1 does not become too long.
  • the average thickness of the tube-shaped base material 2 may be, for example, 100 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • Test Example 1 In Test Example 1, the influence of the relationship between the average pore diameter of the first surface 21 of the base material 2, the area ratio of the nodes 25, and the average length of the nanofibers 4 on the formation of the coating layer 3 was investigated. Specifically, the following composite porous bodies T of Sample 1-1, Sample 1-2, and Sample 1-3 were produced.
  • a base material made of PTFE was prepared.
  • the base material was produced by performing a process of producing an extruded material by extrusion molding a resin paste, a process of producing a rolled material by rolling the extruded material, and a process of stretching the rolled material.
  • the resin paste was prepared by mixing PTFE fine powder and liquid lubricant.
  • PTFE fine powder Polyflon Fine Powder F-106 manufactured by Daikin Industries, Ltd. was used.
  • As the liquid lubricant Supersol FP-25 manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd. was used. The proportion of the liquid lubricant in the resin paste was 16% by mass.
  • a plate-shaped extruded material was produced by extrusion molding the resin paste.
  • a commercially available ram type extrusion device was used for extrusion molding.
  • the extruded material had a width of 153 mm and a thickness of 1.8 mm.
  • a rolled material was produced by rolling the extruded material.
  • a commercially available rolling machine was used for rolling.
  • the thickness of the rolled material was 300 ⁇ m.
  • the stretching process includes a first stretching process and a second stretching process. In the first stretching process, a first stretched material was produced by stretching the rolled material along the rolling direction using a longitudinal stretching device.
  • the roll temperature of the longitudinal stretching device was 250°C.
  • the first stretching ratio was 6 times.
  • the first stretched material was stretched in a direction perpendicular to the rolling direction using a lateral stretching device to produce a second stretched material.
  • the second stretching ratio was 11 times.
  • a sheet-like base material was produced by sintering the second stretched material.
  • the sintering time was 5 seconds.
  • the average pore diameter on the first surface of the obtained base material was 130 nm, and the area ratio of nodes on the first surface was 50%.
  • the average pore diameter was determined as follows.
  • the base material was cut by FIB, and the cross section along the thickness direction of the base material was observed by SEM.
  • the magnification of the SEM image was 5000x.
  • the size of the SEM image was 8 ⁇ m ⁇ 11 ⁇ m.
  • the SEM images were binarized using image processing software "ImageJ".
  • the threshold value for the binarization process was 127.
  • the average pore diameter of the base material was determined by averaging the equivalent circle diameters of each pore in the binarized image.
  • the average pore size of the substrate was taken as the average pore size of the first side of the substrate.
  • the area ratio of the nodes was determined as follows. The above cross section of the base material was observed by SEM. The magnification of the SEM image was 10,000 times. The size of the SEM image was 8 ⁇ m ⁇ 11 ⁇ m. The SEM images were binarized using image processing software "ImageJ". The threshold value for the binarization process was 90. The area ratio of the nodes of the base material was determined by dividing the sum of the areas of each node of the binarized image by the area of the image. The area ratio of nodes on the base material was regarded as the area ratio of nodes on the first surface of the base material.
  • the base material was immersed in IPA for 90 minutes and then in PVA solution for 150 minutes.
  • the PVA concentration in the PVA solution was 0.6% by mass.
  • the base material was immersed in pure water for 1 minute, and then the PVA was crosslinked by electron beam irradiation. Finally, the base material was dried in an atmosphere at 25°C to make the surface of the base material hydrophilic.
  • a dispersion containing nanofibers was prepared.
  • the dispersion medium was water containing 4% by weight IPA.
  • the concentration of nanofibers in the dispersion was 5% by mass.
  • the average length of the nanofibers was 1400 nm, the average width was 4 nm, and the average aspect ratio was 350.
  • the average length and average width of the nanofibers 4 are the manufacturer's catalog values.
  • the average length of the nanofibers was more than 10 times the average pore diameter of the first surface of the substrate.
  • the dispersion liquid was dropped onto the first surface of the substrate by spin coating.
  • the peripheral speed of spin coating was 10,000 mm/min.
  • the substrate coated with the dispersion was left in a heated atmosphere at 100° C. for 30 minutes. The dropping of this dispersion liquid and heating were repeated once again to complete the composite porous body T of Sample 1.
  • Sample 1-2 was produced in the same manner as Sample 1-1 except that the average length of the nanofibers was 3000 nm. The average width of the nanofibers was 4 nm, and the average aspect ratio of the nanofibers was 750. The average length of the nanofibers was about 23 times the average pore size on the first side of the substrate.
  • the average pore diameter of the coating layer of Sample 1-2 was measured by the same liquid passage test as Sample 1-1. As a result, the average pore diameter of the coating layer of Sample 1-2 was 20 nm.
  • Sample 1-3 was produced in the same manner as Sample 1-1 except that the average pore diameter of the base material was 260 nm.
  • the average pore diameter of the base material of 260 nm was varied by changing the stretching ratio.
  • the average length of the nanofibers was 1400 nm, which was about 5.4 times the average pore diameter on the first side of the substrate.
  • Base material (Material) The material of the base material was PTFE or ceramics. All PTFE has been treated to make it hydrophilic. "PTFE*" shown in Table 1 is PTFE in which only a portion, specifically 50% of the surface of PTFE, has been made hydrophilic.
  • the shape of the substrate is a round bar, sheet, or tube.
  • the outer circumferential surface of the base material is the first surface, and the coating layer is provided on the outer circumferential surface.
  • the average thickness of the sheet-shaped base material was determined from an SEM image of a cross section of the sheet-shaped composite porous body T cut in the thickness direction of the sheet-shaped composite porous body T.
  • the average thickness of the tube-shaped base material was determined from an SEM image taken of a cross section of the composite porous body T cut in the stretching direction of the tube-shaped composite porous body T, that is, in a direction perpendicular to the axial direction of the tube. .
  • the magnification of both SEM images was 10,000 times.
  • the size of both SEM images was 8 ⁇ m ⁇ 11 ⁇ m.
  • the average thickness was the average of 5 points.
  • the average thickness of the round bar-shaped base material is the diameter of the round bar-shaped base material.
  • the average pore diameter and average short diameter of the first surface were determined by image analysis of a SEM image of a cross section of the composite porous body T along the thickness direction. The conditions for image analysis are the same as in Test Example 1.
  • the average minor axis of the smallest rectangle circumscribing each hole in the image data is the average minor axis of the first surface.
  • a sample described as "none" in Table 1 means that the base material does not include the second layer 2B shown in FIG. 2 and is composed only of the first layer 2A.
  • the samples whose numerical values are listed in Table 1 are provided with the second layer 2B.
  • the average pore diameter of the second layer 2B was determined from an SEM image of a cross section of the composite porous body T along the thickness direction. The conditions for image analysis are the same as in Test Example 1.
  • the covering layer includes a laminate of multiple nanofibers.
  • the material of the nanofiber is an inorganic material containing aluminum, oxygen, and hydrogen, or potassium titanate.
  • the coating layer contains a polymer.
  • the polymer is hydrophilic PEI, hydrophilic PVA, or hydrophobic silicone.
  • the average thickness of the coating layer was measured from an SEM image of a cross section of the composite porous body T along the thickness direction. The magnification of the SEM image was 10,000 times. The size of the SEM image was 8 ⁇ m ⁇ 11 ⁇ m. The average thickness was the average of 5 points.
  • the average pore diameter of the coating layer was determined by the liquid passage test shown in Test Example 1.
  • the average pore diameter and average short diameter of the open pores of the coating layer were measured from a SEM image taken of the surface of the coating layer. The magnification of the SEM image was 100,000 times. The size of the SEM image was 8 ⁇ m ⁇ 11 ⁇ m.
  • the average pore diameter is the average value of the equivalent circular diameters of the open pores.
  • the average minor axis is the average minor axis of the smallest rectangle circumscribing the aperture.
  • Al-OH ratio is the ratio X/Y between the content X of Al-OH bonds and the content Y of Al-O-Al bonds. Content X and content Y were determined by XPS.
  • the measuring instrument was a QuanteraSXM manufactured by ULVAC PHI. The measurement conditions were as follows. ⁇ X-ray source: MONO Al K ⁇ ⁇ Beam conditions: 100 ⁇ m ⁇ , 100W, 25kV HP ⁇ Transmission energy: 55eV (narrow), 280eV (wide) ⁇ Analysis elements: C, O, F, Al, Si, S ⁇ Charge correction: All element charge correction with F1s as 689.67eV
  • Al2O3 and Al(OH) 3 were present in the Al2p3 peak of the spectrum obtained by XPS.
  • the difference between the binding energy of Al 2 O 3 and that of Al(OH) 3 is defined as 0.6 eV, and the above peak is separated into the peak of Al 2 O 3 and the peak of Al(OH) 3 . did.
  • the integrated intensity of the Al 2 O 3 peak is the Al-OH bond content X
  • the integrated intensity of the Al(OH) 3 peak is the Al-O-Al bond content Y.
  • hydrophilic material is a layer of hydrophilic polymer covering at least a portion of the first side of the substrate.
  • CH 2 -O-R content is the content of CH 2 -O-R bonds in the plurality of chemical structures derived from PVA and PTFE included in the first surface, expressed as a percentage.
  • the CH 2 -O-R bond is a type of chemical structure derived from PVA and PTFE.
  • the CH 2 -O-R content was determined by XPS.
  • the measuring instrument was a QuanteraSXM manufactured by ULVAC PHI. The measurement conditions were as follows.
  • ⁇ X-ray source MONO Al K ⁇ ⁇ Beam conditions: 100 ⁇ m ⁇ , 100W, 20kV HP ⁇ Transmission energy: 55eV (narrow), 280eV (wide) ⁇ Analysis elements: C, O, F ⁇ Photoelectron extraction angle: 45°
  • the binding energies of the 12 components are 284.0eV, 285.0eV, 285.8eV, 286.6eV, 287.5eV, 288.4eV, 289.1eV, 289.9eV, 290.7eV, 291.8eV, 292. 6eV, and 293.6eV.
  • the chemical structure containing the CH 2 -O-R bond is assigned to the peak at 286.6 eV.
  • the above peak was separated into 12 component peaks, and the integrated intensity of each component peak was determined.
  • the CH 2 -O-R content is ⁇ (integrated intensity of peak with binding energy of 286.6 eV)/(sum of integrated intensities of peaks of 12 components) ⁇ 100.
  • a test stand 8 having a substantially semi-cylindrical shape was prepared.
  • the radius of curvature of the curved surface of test stand 8 was 5 cm.
  • the composite porous body T of each sample was placed along the curved surface of the test stand 8 and fixed with tape 80, and left for a predetermined period of time.
  • the coating layer of the composite porous body T was arranged radially outward of the test stand 8.
  • the round bar-shaped sample and the tube-shaped sample were placed along the curved surface of the test stand 8.
  • a rating of A in the adhesion column and flexibility column in Table 2 means that the coating layer did not crack.
  • Evaluation B in the adhesion column and flexibility column in Table 2 means that the coating layer was cracked.
  • the flow rate ratio is the flow rate of each sample when the flow rate of sample 2-1 is set to 1.
  • the flow rate is the flow rate of the filtrate passing through the sample.
  • the stock solution flow rate is the same for all samples.
  • the filtrate flows from the surface of the coating layer toward the second surface of the base material.
  • the filtrate flows from the outer peripheral surface of the tube toward the inner space of the tube.
  • the filtrate that has flowed into the internal space is discharged to the outside of the tube along the extending direction of the tube, that is, along the axial direction of the tube.
  • the filtrate flows from the outer peripheral surface of the round rod toward the inside.
  • the filtrate that has flowed into the inside of the round bar moves along the extending direction of the round bar, that is, the axial direction of the round bar, and is discharged from the end face of the round bar to the outside of the round bar.
  • the separation rate of 20 nm particles indicates the ability to separate particles contained in the stock solution.
  • the dispersion medium was water, and the average particle size of the particles was 20 nm.
  • the particle concentration X (mass %) in the stock solution and the particle concentration Y (mass %) in the filtrate are measured.
  • the separation rate of 20 nm particles was determined by (1-Y/X) ⁇ 100. Evaluation A means that the separation rate is 10% or more, and evaluation B means that the separation rate is less than 10%.
  • the separation rate of PEG1000 indicates the ability to separate PEG1000 particles contained in the stock solution.
  • PEG1000 is polyethylene glycol with an average molecular weight of around 1000.
  • the dispersion medium is ethanol.
  • the concentration X (mass%) of PEG1000 in the stock solution and the concentration Y (mass%) of PEG1000 in the filtrate are measured.
  • the separation rate of PEG1000 was determined by (1-Y/X) ⁇ 100. Evaluation A means that the separation rate is 10% or more, and evaluation B means that the separation rate is less than 10%.
  • the IPA separation rate indicates the ability to separate IPA from a stock solution that is a mixed solution of water and IPA.
  • concentration X mass % of IPA in the stock solution
  • concentration Y mass % of IPA in the filtrate are measured.
  • the separation rate of IPA was determined by (1-Y/X) ⁇ 100. Evaluation A means that the separation rate is 10% or more, and evaluation B means that the separation rate is less than 10%.
  • the NaCl separation rate indicates the ability to separate NaCl from a stock solution of NaCl dissolved in water.
  • concentration X mass % of NaCl in the stock solution and the concentration Y (mass %) of NaCl in the filtrate are measured.
  • the separation rate of NaCl was determined by (1-Y/X) ⁇ 100. Evaluation A means that the separation rate is 10% or more, and evaluation B means that the separation rate is less than 10%.
  • the composite porous bodies T of Samples 2-1 to 2-19 have superior adhesion between the base material and the coating layer compared to Samples 2-20 and 2-21, and It was found to have excellent flexibility. It was found that the composite porous bodies T of Samples 2-1 to 2-19 had higher flow velocity ratios than Samples 2-20 and 2-21.
  • the composite porous bodies T of Samples 2-1 to 2-19 have a higher ability to separate 20 nm particles, a higher ability to separate PEG1000, and a higher ability to separate IPA than Samples 2-20 and 2-21. It turned out to be excellent.
  • the composite porous bodies T of Samples 2-16 to 2-19 have superior performance in separating NaCl compared to Samples 2-1 to 2-15, Samples 2-20, and Samples 2-21. I understand.
  • T composite porous body 2 base material, 2h pores, 2A first layer, 2B second layer, 21 first surface, 22 second surface, 25 nodes, 26 fibrils, 3 coating layer, 3h open pores, 30 surface, 4 nanofiber, 5 hydrophilic material, 7 test device, 70 flask, 70U top opening, 71 chamber, 71D bottom opening, 8 test stand, 80 tape.

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Abstract

第一面を有する基材と、前記第一面の少なくとも一部を覆う被覆層と、を備え、前記基材は、ポリテトラフルオロエチレンによって構成された多孔質体であり、前記被覆層は、複数のナノファイバーの積層体を含み、前記多孔質体は、分散して配置された複数のノードと、前記複数のノード同士をつないでいるフィブリルと、を有し、前記第一面が前記複数のノードを含み、前記第一面における前記基材の平均孔径が5nm以上500nm以下であり、前記第一面における前記複数のノードの面積率が30%以上70%以下である、複合多孔質体。

Description

複合多孔質体、および複合多孔質体の製造方法
 本発明は、複合多孔質体、および複合多孔質体の製造方法に関するものである。本出願は、2022年8月26日に出願した日本特許出願である特願2022-134987号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
 特許文献1には、フィルターに利用されるアルミナ複合分離膜が開示されている。アルミナ複合分離膜は、多孔質材料からなる支持体と多孔質薄膜層とを含む。多孔質材料は代表的にはアルミナなどの無機酸化物によって構成されている。多孔質薄膜層は、複数の繊維状アルミナ粒子を積層することによって構成されている。特許文献1の実施例に開示される複合多孔質体は、アルミナを主成分とする支持体を備える。アルミナによって構成される支持体および多孔質薄膜層を備えるアルミナ複合分離膜は、強度、耐熱性、および耐薬品性に優れる。以下、アルミナ複合分離膜を複合多孔質体と呼ぶ。特許文献2にも、特許文献1と同様、フィルターに利用されるろ過媒体が開示されている。
特開2011-255303号公報 特開2011-183389号公報
 本開示の複合多孔質体は、
 第一面を有する基材と、
 前記第一面の少なくとも一部を覆う被覆層と、を備え、
 前記基材は、ポリテトラフルオロエチレンによって構成された多孔質体であり、
 前記被覆層は、複数のナノファイバーの積層体を含み、
 前記多孔質体は、
  分散して配置された複数のノードと、
  前記複数のノード同士をつないでいるフィブリルと、を有し、
 前記第一面が前記複数のノードを含み、
 前記第一面における前記基材の平均孔径が5nm以上500nm以下であり、
 前記第一面における前記複数のノードの面積率が30%以上70%以下である。
 本開示の複合多孔質体の製造方法は、
 ポリテトラフルオロエチレンによって構成された多孔質体からなる基材を用意する工程Aと、
 前記基材の第一面を親水化処理する工程Bと、
 複数のナノファイバーを含む分散液を前記第一面に塗布する工程Cと、
 前記分散液が塗布された前記基材を80℃以上200℃以下の加熱雰囲気下で熱処理する工程Dと、を備え、
 前記工程Aで用意された前記多孔質体は、
  分散して配置された複数のノードと、
  前記複数のノード同士をつないでいるフィブリルと、を有し、
 前記第一面が前記複数のノードを含み、
 前記第一面における前記基材の平均孔径が5nm以上500nm以下であり、
 前記第一面における前記複数のノードの面積率が30%以上70%以下であり、
 前記工程Cにおける前記複数のナノファイバーの平均長さは、前記平均孔径の10倍以上である。
図1は、実施形態1に係るシート形状の複合多孔質体の概略構成図である。 図2は、図1の複合多孔質体に備わる基材の第一面を模式的に示す平面図である。 図3は、図1の複合多孔質体の構造を模式的に示す説明図である。 図4は、図2の複合多孔質体の被覆層の表面を模式的に示す説明図である。 図5は、実施形態2に係る筒形状の複合多孔質体の概略構成図である。 図6は、試験例に示される通液試験に用いられる試験装置の概略図である。 図7は、試験例に示される曲げ試験の概略説明図である。
[本開示が解決しようとする課題]
 複合多孔質体の使用態様によっては、複合多孔質体が曲げられることがある。支持体である基材と多孔質薄膜層である被覆層との密着性に乏しい複合多孔質体は、曲げによって被覆層が基材から剥がれ易い。そのため、基材と被覆層との密着性の向上が望まれている。また、可とう性に乏しい複合多孔質体は、曲げによって損傷し易い。そのため、可とう性の向上が望まれている。
 本開示は、基材と被覆層との密着性に優れる上に、可とう性に優れる複合多孔質体を提供することを目的の一つとする。本開示は、基材と被覆層との密着性に優れる上に、可とう性に優れる複合多孔質体の製造方法を提供することを目的の一つとする。
[本開示の効果]
 本開示の複合多孔質体は、基材と被覆層との密着性に優れる上に、可とう性に優れる。
 本開示の複合多孔質体の製造方法は、基材と被覆層との密着性に優れる上に、可とう性に優れる複合多孔質体を製造できる。
 《本開示の実施形態の説明》
 最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
 (1)本開示の一態様の複合多孔質体は、
 第一面を有する基材と、
 前記第一面の少なくとも一部を覆う被覆層と、を備え、
 前記基材は、ポリテトラフルオロエチレンによって構成された多孔質体であり、
 前記被覆層は、複数のナノファイバーの積層体を含み、
 前記多孔質体は、
  分散して配置された複数のノードと、
  前記複数のノード同士をつないでいるフィブリルと、を有し、
 前記第一面が前記複数のノードを含み、
 前記第一面における前記基材の平均孔径が5nm以上500nm以下であり、
 前記第一面における前記複数のノードの面積率が30%以上70%以下である。
 上記複合多孔質体は、基材と被覆層との密着性に優れる。その理由は、多孔質体である基材が複数のノードを備え、第一面における複数のノードの面積率が30%以上であることで、基材の第一面と被覆層との接触面積が大きいからである。そのため、上記複合多孔質体は、曲げなどの加工に供されても被覆層が基材から剥がれ難い。
 上記複合多孔質体は、可とう性に優れる。第一の理由は、基材が可とう性を有するポリテトラフルオロエチレンの多孔質体によって構成されていることである。第二の理由は、被覆層が複数のナノファイバーの積層体によって構成されていることである。
 上記複合多孔質体は、ナノオーダーの不純物をろ過対象の流体から除去できる。複数のナノファイバーが積層することによって構成された被覆層では、隣接するナノファイバーの隙間が、流体が通過する空孔となる。隣接するナノファイバーの隙間は非常に小さいため、被覆層によってナノオーダーの不純物が流体から除去される。流体は液体でも良いし、気体でも良いし、固体が混合された液体または固体が混合された気体でもよい。
 上記複合多孔質体は、通液性に優れる。通液性とは、流体の通し易さのことである。第一の理由は、第一面における基材の平均孔径が5nm以上であることで、流体が流れる孔の径が比較的大きいからである。第二の理由は、第一面における複数のノードの面積率が70%以下であることで、流体の流れを阻害し得るノードの面積率が比較的小さいからである。通液性が高い複合多孔質体は、ろ過時間を短縮できる。
 第一面の平均孔径が500nm以下であれば、上記複合多孔質体の製造時に被覆層が形成され易い。
 ポリテトラフルオロエチレンは耐熱性および耐薬品性に優れる。従って、基材の耐熱性および耐薬品性が向上する。
 (2)上記(1)の複合多孔質体において、
 前記被覆層の平均孔径が1nm以上50nm以下であってもよい。
 平均孔径が1nm以上の被覆層を備える複合多孔質体は、優れた通液性を有する。平均孔径が50nm以下の被覆層を備える複合多孔質体は、優れたろ過性能を有する。
 (3)上記(1)または上記(2)の複合多孔質体において、
 前記被覆層の平均厚さが10nm以上1000nm以下であってもよい。
 平均厚さが10nmの被覆層を備える複合多孔質体は、優れたろ過性能を有する。平均厚さが1000nm以下の被覆層を備える複合多孔質体は、優れた通液性と可とう性を有する。
 (4)上記(1)から上記(3)のいずれかの複合多孔質体において、
 前記被覆層はポリマーを含んでいてもよい。
 ポリマーを含む被覆層は基材との密着性に優れる。基材との密着性に優れることで薄い被覆層であっても基材の第一面から剥がれ難い。そのため、ポリマーを含む被覆層は、被覆層の厚さを薄くすることができるため通液性に優れる。
 (5)上記(4)の複合多孔質体において、
 前記ポリマーが親水性ポリマーであってもよい。
 親水性ポリマーを含む被覆層は基材との密着性に更に優れる。また、親水性ポリマーを含む被覆層は、被覆層の厚さを更に薄くすることができるため通液性に更に優れる。
 (6)上記(5)の複合多孔質体において、
 前記親水性ポリマーがポリビニルアルコールであってもよい。
 ポリビニルアルコールはポリテトラフルオロエチレンからなる基材に密着し易い。そのため、ポリビニルアルコールを含む被覆層は基材との密着性に優れる。ポリビニルアルコールを含む被覆層は、被覆層の厚さを更に薄くすることができるため通液性に更に優れる。
 (7)上記(1)から上記(6)のいずれかの複合多孔質体において、
 前記複数のナノファイバーのそれぞれは、アルミニウムと酸素と水素とを含む無機材料からなっていてもよい。
 上記ナノファイバーは基材との親和性に優れるため、被覆層と基材との密着性を高め易い。特に、被覆層がポリマーを含む場合、上記ナノファイバーは被覆層のポリマーとの親和性にも優れる。その場合、被覆層と基材との密着性を更に高め易い。
 (8)上記(1)から上記(7)のいずれかの複合多孔質体において、
 前記第一面における空孔の平均短径が4nm以上400nm以下であってもよい。
 平均短径が4nm以上の空孔を有する第一面は、複合多孔質体の通液性を向上させる。第一面の空孔の平均短径が400nm以下であれば、複合多孔質体の製造時にナノファイバーが第一面に成膜され易い。そのため、薄い被覆層が形成され易い。薄い被覆層は、通液性に優れる。
 (9)上記(1)から上記(8)のいずれかの複合多孔質体において、
 前記第一面の少なくとも一部は親水性素材を含んでいてもよい。
 親水性素材は、ポリテトラフルオロエチレンによって構成される基材の第一面と被覆層との密着性を向上させる。従って、薄い被覆層であっても基材の第一面から剥がれ難い。
 (10)上記(9)の複合多孔質体において、
 前記親水性素材が親水性ポリマーであってもよい。
 基材の表面には、基材の空孔の内周面も含まれる。つまり、親水性素材は、基材の空孔に入り込み、空孔の内周面に被覆されていても良い。基材の表面に被覆された親水性素材によって、基材と被覆層との密着性が向上する。
 (11)上記(10)の複合多孔質体において、
 前記親水性素材はポリビニルアルコールであってもよい。
 ポリビニルアルコールからなる親水性樹脂は、基材と被覆層との密着性を向上する。
 (12)上記(11)の複合多孔質体において、
 前記親水性素材を含む前記第一面は、前記ポリビニルアルコールおよび前記ポリテトラフルオロエチレンに由来する複数の化学構造を含み、
 前記複数の化学構造のうち、XPSによって得られたC1sスペクトルによって検出される化学構造におけるCH-O-R結合の含有量が3%以上15%以下であってもよい。
 XPSは、X-ray Photoelectron Spectroscopyの略称である。
 上記範囲のCH-O-R結合を含む親水性ポリマーは、基材と被覆層との密着性を向上させる。
 (13)上記(1)から上記(12)のいずれかの複合多孔質体において、
 前記基材の形状はシートであってもよい。
 シート状の基材を備える複合多孔質体の全体形状はシート形状である。シート形状の複合多孔質体は、様々な形状に加工し易く、種々の形態のろ過装置に適用可能である。複合多孔質体は可とう性に優れるため、曲げなどの加工に供されても損傷し難い。
 (14)上記(13)の複合多孔質体において、
 前記基材の平均厚さが1μm以上100μm以下であってもよい。
 シート状の基材の平均厚さが1μm以上であれば、基材を含む複合多孔質体の強度が確保される。基材の平均厚さが100μm以下であれば、基材を含む複合多孔質体の可とう性が確保される共に、複合多孔質体によるろ過時間が長くなり過ぎない。
 (15)上記(1)から上記(12)のいずれかの複合多孔質体において、
 前記基材の形状はチューブであり、
 前記第一面は、前記チューブの外周面であってもよい。
 チューブ状の基材を備える複合多孔質体の全体形状はチューブ形状である。チューブ状の基材には中空糸膜も含まれる。チューブ形状の複合多孔質体では、不純物を含む流体はチューブ形状の複合多孔質体の外部に流通される。複合多孔質体を透過した流体はチューブ形状の複合多孔質体の内部に流通される。上記複合多孔質体は、複合多孔質体自体で流体の流路を構成できる。この複合多孔質体を複数本束ねることで浄化装置のモジュールを構成することができる。
 (16)上記(15)の複合多孔質体において、
 前記基材の平均厚さが50μm以上1000μm以下であってもよい。
 チューブ状の基材の平均厚さが50μm以上であれば、基材を含む複合多孔質体の強度が確保される。基材の平均厚さが1000μm以下であれば、基材を含む複合多孔質体の可とう性が確保される共に、複合多孔質体によるろ過時間が長くなり過ぎない。
 (17)上記(1)から上記(16)のいずれかの複合多孔質体において、
 前記基材は、前記第一面を含む第一層と、前記第一層に隣接する第二層と、を備え、
 前記第二層の平均孔径は、前記第一層の平均孔径よりも大きくてもよい。
 基材の厚さが厚くなるほど、基材の強度、即ち複合多孔質体の強度が高くなる。反面、基材の通液性、即ち複合多孔質体の通液性は低下する。平均孔径が大きい第二層を備える基材aの通液性は、基材aと同じ厚さを有し、かつ第一層のみからなる基材bの通液性よりも優れる。従って、基材が第一層と第二層とで構成されることで、基材を厚くしても複合多孔質体のろ過時間が長くなり難い。
 (18)上記(1)から上記(17)のいずれかの複合多孔質体において、
 前記被覆層は、Al-OH結合、およびAl-O-Al結合を含み、
 前記Al-OH結合の含有量Xと前記Al-O-Al結合の含有量Yとの比X/Yが0.3以上1.0以下であってもよい。
 Al-OH結合を含むベーマイトは、Al-O-Al結合を含むアルミナよりも柔らかい。ベーマイトの含有量が多い被覆層は曲げ応力に耐性を持つ。従って、上記複合多孔質体は曲げ易い。
 (19)上記(1)から上記(18)のいずれかの複合多孔質体において、
 前記被覆層は、前記被覆層の表面に開口する開口孔を備え、
 前記開口孔の平均孔径が2nm以上200nm以下であり、
 前記開口孔の平均短径が1nm以上100nm以下であってもよい。
 平均孔径と平均短径が上記範囲に収まる被覆層を備える複合多孔質体は、ろ過性能と通液性に優れる。
 (20)本開示の一態様の複合多孔質体の製造方法は、
 ポリテトラフルオロエチレンによって構成された多孔質体からなる基材を用意する工程Aと、
 前記基材の第一面を親水化処理する工程Bと、
 複数のナノファイバーを含む分散液を前記第一面に塗布する工程Cと、
 前記分散液が塗布された前記基材を80℃以上200℃以下の加熱雰囲気下で熱処理する工程Dと、を備え、
 前記工程Aで用意された前記多孔質体は、
  分散して配置された複数のノードと、
  前記複数のノード同士をつないでいるフィブリルと、を有し、
 前記第一面が前記複数のノードを含み、
 前記第一面における前記基材の平均孔径が5nm以上500nm以下であり、
 前記第一面における前記複数のノードの面積率が30%以上70%以下であり、
 前記工程Cにおける前記複数のナノファイバーの平均長さは、前記平均孔径の10倍以上である。
 上記複合多孔質体の製造方法は、上記複合多孔質体の製造に好適である。
 工程Aで複数のノードの面積率が30%以上の基材を用意し、その基材を用いて工程Bおよび工程Dを行うことによって、基材に被覆層を密着させ易い。そのため、上記複合多孔質体の製造方法は、基材と被覆層との密着性に優れる複合多孔質体を製造できる。
 一般的に、ナノファイバーは、ポリテトラフルオロエチレンによって構成された基材に付着し難い。従って、複数のナノファイバーの積層体を含む被覆層を基材上に形成するには、基材上に大量のナノファイバーを含む分散液を塗布しなければならない。その場合、被覆層の厚さが数十μm以上となるため、可とう性に優れる複合多孔質体が得られない。
 このような問題に対して、上記複合多孔質体の製造方法では、工程Bにおいて基材の第一面を親水化処理することで、工程Cにおいて第一面にナノファイバーが付着し易くなる。また、工程Aで用意する基材の第一面における平均孔径が500nm以下であり、かつ工程Cにおける複数のナノファイバーの平均長さが第一面の平均孔径の10倍以上であるため、工程Cにおいてナノファイバーが第一面の孔に落ち難い。そのため、上記複合多孔質体の製造方法は、厚さの薄い被覆層を基材上に形成できる。従って、上記複合多孔質体の製造方法は、可とう性に優れる複合多孔質体を製造できる。
 上記複合多孔質体の製造方法は、工程Aで用意する基材の第一面における基材の平均孔径が5nm以上であり、かつ第一面における複数のノードの面積率が70%以上であることで、通液性に優れる複合多孔質体を製造できる。
 工程Dにおける加熱雰囲気によって分散媒が蒸発し、第一面上にナノファイバーの積層体を含む被覆層が形成される。加熱雰囲気の温度が80℃以上であれば、分散媒の蒸発時間が短くなり、複合多孔質体の生産性が向上する。また、加熱雰囲気の温度が80℃以上であれば、ナノファイバー同士が結合し易く、複合多孔質体からナノファイバーが脱落し難くなる。加熱雰囲気の温度が200℃以下であれば、例えばナノファイバーがアルミニウムを含む場合、ナノファイバーに含まれるベーマイトがアルミナに変化し難い。そのため、被覆層におけるアルミナの割合が多くなりすぎず、被覆層がもろくなり難い。
 《本開示の実施形態の詳細》
 以下、本開示の複合多孔質体、および複合多孔質体の製造方法の具体例を図面に基づいて説明する。以下、図中の同一符号は同一または相当部分を示す。各図面が示す部材の大きさは、説明を明確にする目的で表現されており、必ずしも実際の寸法を表すものではない。
 《実施形態1》
 〔複合多孔質体〕
 図1から図3を参照して、実施形態1の複合多孔質体1を説明する。実施形態1の複合多孔質体1は、基材2と被覆層3とを備える。複合多孔質体1は、例えば図1に示されるようにシート形状を備える。基材2の形状はシートである。基材2は、図1、図3に示されるように、第一面21と第二面22とを備える。被覆層3は、基材2の第一面21の少なくとも一部を覆うように第一面21に配置されている。本実施形態の複合多孔質体1の特徴の一つは、基材2が特定の構造を有する点にある。
  [基材]
 基材2は多孔質体である。多孔質体である基材2は、図2に示されるように、複数のノード25と複数のフィブリル26とを有している。図2は、基材2の第一面21を簡略化して示した平面図である。説明の便宜上、図2のノード25とフィブリル26とにはハッチングが付されている。図2では第一面21にのみノード25とフィブリル26とが存在するように見えるが、ノード25とフィブリル26とは基材2の厚さ方向にも存在する。複数のノード25は、分散して配置されている。複数のノード25は、三次元空間に島状に点在されている。各フィブリル26は、ノード25同士をつないでいる。各フィブリル26は、線状に構成されている。基材2は、図3に示されるように、複数の空孔2hを備える。図3は断面図であるため、基材2の各空孔2hは独立しているように見えるが、各空孔2hは他の空孔2hにつながっている。空孔2hは、図2に示されるノード25とフィブリル26との間に設けられている。基材2には、第一面21から第二面22に至る無数の流路が形成されている。
 第一面21における複数のノード25の面積率は、30%以上70%以下である。上記面積率が30%以上の第一面21は、被覆層3との密着性に優れる。基材2と被覆層3との密着性は、例えば、図7に示される曲げ試験によって評価される。図7の曲げ試験では、略半円筒状の試験台8の湾曲面に複合多孔質体1を沿わせて、複合多孔質体1の被覆層3が基材2から剥がれるか否かを調べる。曲げ試験については後述する試験例2にて詳しく説明する。上記面積率が70%以下の第一面21は、通液性に優れる。上記面積率は、例えば35%以上65%以下、更に40%以上60%以下であってもよい。
 第一面21における複数のノード25の面積率は、次のようにして求められる。基材2をFIB(Focused Ion Beam)によって切断する。基材2の厚さ方向に沿った断面をSEM(Scanning Electron Microscope)によって観察する。SEM画像の倍率は10000倍である。SEM画像のサイズは、8μm×11μmである。画像処理ソフトウェア『ImageJ』を用いて、SEM画像を二値化処理する。二値化処理の閾値は90である。二値化処理によって各ノード25を特定する。二値化処理された画像の各ノード25の面積を合計した値を画像の面積で除することで、基材2のノード25の面積率を求める。本明細書では、上記断面における基材2のノード25の面積率を、基材2の第一面21におけるノード25の面積率とみなす。
 基材2はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)によって構成されている。ポリテトラフルオロエチレンは、耐熱性および耐薬品性に優れる。従って、複合多孔質体1の耐熱性および耐薬品性が向上する。また、ポリテトラフルオロエチレンは可とう性に優れるため、基材2は可とう性に優れる。
 基材2の厚さは、第一面21と第二面22との間の長さである。本例の基材2の平均厚さは、例えば1μm以上100μm以下であってもよい。平均厚さが1μm以上の基材2を備える複合多孔質体1は優れた強度を有する。平均厚さが100μm以下の基材2を備える複合多孔質体1は可とう性に優れる。複合多孔質体1には曲げに対する耐性が求められる場合がある。例えば複合多孔質体1は、円筒状に丸められた状態で浄化装置のモジュールのフィルターを構成する。円筒状のモジュールにおいて被覆層3は円筒の外周側に配置される。基材2と被覆層3との密着性に優れる上に可とう性に優れる複合多孔質体1は、浄化装置のモジュールのフィルターに好適である。複合多孔質体1の可とう性は、例えば、図7に示される曲げ試験によって評価される。図7の曲げ試験では、略半円筒状の試験台8の湾曲面に複合多孔質体1を沿わせて、複合多孔質体1の被覆層3が割れるか否かを調べる。また、基材2の平均厚さが100μm以下であることで、複合多孔質体1によるろ過時間が長くなり過ぎない。平均厚さは5μm以上、10μm以上、15μm以上、あるいは20μm以上であってもよい。平均厚さは90μm以下、80μm以下、あるいは50μm以下であってもよい。基材2の平均厚さの範囲は、例えば10μm以上90μm以下でもよいし、20μm以上50μm以下でもよい。
 基材2の平均厚さはSEM-EDX(Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)によって求められる。SEM画像の倍率は10000倍である。SEM画像のサイズは、8μm×11μmである。基材2と被覆層3との境界は、被覆層3に含まれる金属元素の検出によって求められる。EDXによって基材2の表面30から深さ方向に金属元素の検出強度をライン分析した際、金属元素が検出されなくなる箇所が、基材2と被覆層3との境界である。または、金属元素の検出強度が急激に低下する箇所を基材2と被覆層3との境界としてもよい。例えば被覆層3が後述するようにアルミニウム(Al)を含む場合、基材2と被覆層3との境界は、EDXによって基材2の表面30から深さ方向にAlの検出強度をライン分析することで求められる。位置の異なる5本のライン分析が行われることで、異なる5箇所の境界が求められる。SEM画像においてAlの検出強度が急激に低下する箇所が、基材2と被覆層3との境界である。上記境界から基材2の第二面22までの距離が基材2の厚さである。基材2の平均厚さは、例えば基材2における異なる5点の厚さを平均したものである。
 基材2の第一面21における平均孔径は5nm以上500nm以下である。平均孔径が5nm以上の基材2を備える複合多孔質体1は、優れた通液性を有する。通液性が高い複合多孔質体1は、ろ過時間を短縮できる。平均孔径が500nm以下の基材2は、強度に優れる。平均孔径は50nm以上、100nm以上、あるいは200nm以上であってもよい。平均孔径は450nm以下、400nm以下、あるいは350nm以下であってもよい。基材2の平均孔径の範囲は、例えば50nm以上450nm以下でもよいし、200nm以上350nm以下でもよい。
 第一面21には複数の空孔2hが形成されている。第一面21の上に被覆層3が形成されていると、第一面21の空孔2hの平均孔径を測定することは難しい。本明細書における第一面21の平均孔径は、基材2の厚さ方向に沿った断面のSEM画像から求められる。SEM画像の倍率は5000倍である。SEM画像のサイズは、8μm×11μmである。基材2の厚さ方向に沿った断面のSEM画像を二値化処理し、SEM画像における各空孔2hを抽出する。各空孔2hの円相当径を求め、全ての空孔2hの円相当径の平均を求める。円相当径は、空孔2hの面積と同じ大きさの真円の直径のことである。本明細書では、この平均円相当径を第一面21の平均孔径とみなす。本明細書において、「基材の第一面の平均孔径」と、「基材の第一面の空孔の平均孔径」とは同義である。
 第一面21における空孔2hの平均短径は、例えば4nm以上400nm以下であってもよい。空孔2hの平均短径は、基材2の厚さ方向に沿った断面のSEM画像から求められる。SEM画像の倍率およびサイズは、第一面21の平均孔径を求める場合と同じである。SEM画像における各空孔2hに外接する最小の長方形を求める。SEM画像における全ての長方形の短径の平均が空孔2hの平均短径である。平均短径が4nm以上の空孔2hを有する第一面21は、複合多孔質体1の通液性を向上させる。第一面21の空孔2hの平均短径が400nm以下であれば、複合多孔質体1の製造時にナノファイバー4が第一面21に成膜され易い。そのため、薄い被覆層3が形成され易い。第一面21における空孔2hの平均短径は、例えば10nm以上300nm以下でもよい。
 基材2は、図3に示されるように、複数の層を備えていてもよい。基材2は、例えば第一層2Aと第二層2Bとを備える。図3では、第一層2Aと第二層2Bとの境界が二点鎖線で模式的に示されている。第一層2Aは、第一面21を含む。第二層2Bは、第一層2Aに隣接する。第二層2Bは、第二面22を含む。第二層2Bの平均孔径は、第一層2Aの平均孔径よりも大きくてもよい。平均孔径が大きい第二層2Bを備える基材2の通液性は、基材2と同じ厚さを有し、かつ第一層2Aのみからなる基材2の通液性よりも優れる。従って、基材2が第一層2Aと第二層2Bとで構成されることで、基材2を厚くしても複合多孔質体1のろ過時間が長くなり難い。第二層2Bの平均孔径は、例えば第一層2Aの平均孔径の2倍以上2000倍以下、更には10倍以上1000倍以下であってもよい。基材2が3層以上の層からなる場合、第一面21から遠い層ほど平均孔径が大きくてもよい。本例とは異なり、基材2は、第一層2Aのみから構成されていてもよい。この場合、第一層2Aは第一面21と第二面22とを含む。
 第一層2Aおよび第二層2Bの平均孔径は、基材2の厚さ方向に沿った断面のSEM画像から求められる。SEM画像の倍率およびサイズは、第一面21の平均孔径を求める場合と同じである。第一層2Aと第二層2Bとは、基材2の作製時に熱融着される。そのため、第一層2Aと第二層2Bとの境界はSEM画像において確認することができる。SEM画像において、境界を挟んで第一面21を含む領域に存在する各空孔2hの円相当径の平均が、第一層2Aの平均孔径である。同様に、SEM画像において、境界を挟んで第二面22を含む領域に存在する各空孔2hの円相当径の平均が、第二層2Bの平均孔径である。
 基材2の第一面21の少なくとも一部は親水性素材5を含んでいてもよい。言い換えれば、多孔質体の表面の少なくとも一部に親水性素材5が存在してもよい。図3における親水性素材5は誇張して示されている。親水性素材5は、後述する複合多孔質体1の製造方法において、基材2の第一面21とナノファイバー4との密着性を向上させる。SEM画像において親水性素材5を確認することは難しい。親水性素材5の存在は、例えばXPSによって確認可能である。親水性素材5は、複合多孔質体1の作製過程における熱処理によって消失する可能性がある。従って、親水性素材5はXPSによって検出されないこともあり得る。
 親水性素材5は、例えば第一面21を含む基材2の表面の少なくとも一部に被覆された親水性ポリマーであってもよい。親水性ポリマーは、基材2の表面に形成された層状体である。基材2の表面には、基材2の空孔2hの内周面も含まれる。本例では、親水性ポリマーは基材2の空孔2hに入り込んでいる。即ち、親水性ポリマーは、第一面21だけでなく、空孔2hの内周面の少なくとも一部を覆う。親水性ポリマーの層は極めて薄いため、親水性ポリマーの有無によって基材2の孔径はほとんど変化しない。
 親水性ポリマーは、例えばポリビニルアルコール(PVA)、エチレンビニルアルコール共重合体(ethylene vinylalcohol copolymer)、ポリビニルピロリドン(Polyvinylpyrrolidone)、ポリエチレンイミン(Polyethylenimine)、またはカルボキシル基を含むポリアクリル酸であってもよい。特に、PVAは、基材2と被覆層3との密着性を向上させる。
 基材2がPTFEであるので、親水性ポリマーがPVAである場合、親水性ポリマーを含む第一面21はPVAおよびPTFEに由来する複数の化学構造を含む。化学構造の一種であるCH-O-R結合は、基材2と被覆層3との密着性を向上させる。上記複数の化学構造のうち、XPSによって得られたC1sスペクトルによって検出される化学構造におけるCH-O-R結合の含有量は、例えば3%以上15%以下であってもよい。CH-O-R結合の含有量はXPSによって求められる。XPSの条件の詳細は、後述する試験例2に示す。
  [被覆層]
 被覆層3は、複合多孔質体1によってろ過される流体に面する層である。被覆層3は、図3に示すように、複数のナノファイバー4の積層体を含む。図3では一部のナノファイバー4が図示されている。これらのナノファイバー4はおおむね被覆層3の平面方向に沿って配置されている。この被覆層3が曲げられたときに、各ナノファイバー4が微小に変形し、被覆層3に作用する応力を吸収する。そのため、本例の被覆層3は所定の可とう性を有している。可とう性に優れる基材2および被覆層3を備える複合多孔質体1は、可とう性に優れ、曲げられたときに割れたりし難い。
 各ナノファイバー4は、例えばアルミニウム(Al)と酸素(O)と水素(H)とを含む無機材料からなっていてもよい。このナノファイバー4は、熱および薬品によって変性し難い。即ち、ナノファイバー4は耐熱性および耐薬品性に優れる。耐熱性および耐薬品性に優れる基材2および被覆層3を備える複合多孔質体1は、耐熱性および耐薬品性に優れる。ナノファイバー4は、主にベーマイトとアルミナとで構成されていてもよい。ベーマイトはアルミナに比べて柔らかい。従って、ナノファイバー4に占めるベーマイトの割合、即ち被覆層3に占めるベーマイトの割合が高いと、被覆層3が割れたり欠けたりし難い。
 ベーマイトはAl-OH結合を含む。Al-OH結合を含むベーマイトは、Al-O-Al結合を含むアルミナよりも柔らかい。被覆層3におけるベーマイトの存在は、XPSによって被覆層3の表面30におけるAl-OH結合を検知することで確認できる。被覆層3におけるアルミナの存在は、XPSによって被覆層3の表面30におけるAl-O-Al結合を検出することで確認できる。Al-OH結合の含有量XとAl-O-Al結合の含有量Yとの比X/Yは、例えば0.3以上1.0以下であってもよい。ベーマイトの含有量が多い被覆層3は曲げ応力に耐性を持つ。従って、複合多孔質体1は曲げ易い。本明細書において、XPSによって得られたスペクトルにおけるAl(OH)のピークの積分強度を、Al-OH結合の含有量Xとみなす。また、上記スペクトルにおけるAlのピークの積分強度を、Al-O-Al結合の含有量Yとみなす。XPSの条件の詳細は、後述する試験例2に示す。
 被覆層3の平均厚さは、例えば10nm以上1000nm以下であってもよい。被覆層3の平均厚さが10nm以上であれば、被覆層3によって効率的に不純物を分離し易い。被覆層3の平均厚さが1000nm以下であれば、被覆層3の可とう性が確保され易い。また、複合多孔質体1によるろ過時間が長くなり過ぎない。平均厚さは15nm以上、50nm以上、100nm以上、あるいは200nm以上であってもよい。平均厚さは900nm以下、800nm以下、あるいは500nm以下であってもよい。被覆層3の平均厚さの範囲は、例えば15nm以上900nm以下でもよいし、200nm以上500nm以下でもよい。
 被覆層3の平均厚さは、基材2の平均厚さと同様の求め方で求められる。即ち、SEM-EDXによって求めた基材2と被覆層3との境界から被覆層3の表面30までの距離が被覆層3の厚さである。SEM画像の倍率は10000倍である。SEM画像のサイズは、8μm×11μmである。被覆層3の平均厚さは、例えば被覆層3における異なる5点の厚さを平均したものである。
 複数のナノファイバー4が積層することによって構成された被覆層3は多孔質体である。この被覆層3では、隣接するナノファイバー4の隙間が、流体が通過する空孔となる。被覆層3の平均孔径は基材2の平均孔径よりも小さい。被覆層3の平均孔径は例えば1nm以上50nm以下であってもよい。被覆層3の平均孔径が1nm以上であれば、被覆層3の可とう性が確保される。また、複合多孔質体1によるろ過時間が長くなり過ぎない。被覆層3の平均孔径が50nm以下であれば、被覆層3によって効率的に不純物を分離できる。平均孔径は2nm以上、5nm以上、10nm以上、あるいは20nm以上であってもよい。平均孔径は45nm以下、40nm以下、あるいは30nm以下であってもよい。被覆層3の平均孔径の範囲は、例えば2nm以上45nm以下でもよいし、20nm以上30nm以下でもよい。
 被覆層3の平均孔径は非常に小さいため、被覆層3の断面のSEM画像から求めることが難しい。本例における被覆層3の平均孔径は、通液試験によって求められる。図6は通液試験に使用される試験装置7である。試験装置7は、真空引き可能なフラスコ70と、両端が開口した筒状のチャンバー71とを備える。チャンバー71の下端開口部71Dとフラスコ70の上端開口部70Uとの間に複合多孔質体1が挟まれている。複合多孔質体1の被覆層3は、チャンバー71を向いている。
 被覆層3の平均孔径を求めるための通液試験の手順は以下のとおりである。既知の平均粒径を有する複数の粒子を含む試験液を作製する。ここで、平均粒径とは、粒子の個数分布の最頻値を意味する。試験液における粒子の濃度(g/cm)は既知である。試験液は、異なる平均粒径のものを複数作製する。例えば、平均粒径が1nm~20nmの間は、5nm間隔で試験液を作製する。平均粒径が20nm~60nmの間は、10nm間隔で試験液を作製する。平均粒径が60nm~100nmの間は、20nm間隔で試験液を作製する。各試験液に含まれる複数の粒子は、アルドリッチ社製の「金ナノ粒子」を用いる。)
 試験液をチャンバー71に入れる。フラスコ70内を真空引きすることで、複合多孔質体1を透過したろ液がフラスコ70に貯まる。真空度は80Pa以下である。ろ液に含まれる粒子の濃度(g/cm)を測定する。粒子の濃度は、測定したろ液の体積と、ろ液を蒸発させた後に残る粒子の質量とから計算によって求められる。粒子の平均粒径の小さい試験液から順に、上記の手順で通液試験を行う。ろ液における粒子の濃度が、試験液における粒子の濃度の10%以下になる試験液の粒子の平均粒径のうち、最小の粒子の平均粒径を被覆層3の平均孔径とみなす。例えば、粒子の平均粒径が10nmの試験液では、ろ液における粒子の濃度が試験液における粒子の濃度の90%であり、粒子の平均粒径が15nmの試験液では、ろ液における粒子の濃度が試験液における粒子の濃度の5%であり、粒子の平均粒径が25nmの試験液では、ろ液における粒子の濃度が試験液における粒子の濃度の5%である場合、被覆層3の平均孔径は15nmである。
 通液試験で求められる基材2の平均孔径は、通液試験で求められる被覆層3の平均孔径よりも大きくすることができる。ここで、基材2の平均孔径を求めるための通液試験は、上記の被覆層3の平均孔径を求めるための通液試験において、チャンバー71の下端開口部71Dとフラスコ70の上端開口部70Uとの間に、複合多孔質体1に代えて、基材2のみを挟むこと以外は、上記の被覆層3の平均孔径を求めるための通液試験と同様の手順で行われる。
 被覆層3全体の空孔の平均孔径を被覆層3の断面のSEM画像から測定することは難しいが、被覆層3の表面30に開口した開口孔3hの大きさを測定することはできる。開口孔3hは隣接するナノファイバー4の隙間によって構成されており、比較的大きい。図4は、表面30のSEM画像を模式的に示す模式図である。開口孔3hの平均孔径は、例えば2nm以上200nm以下であってもよい。開口孔3hの平均孔径は5nm以上100nm以下でもよい。開口孔3hの平均短径は、例えば1nm以上100nm以下であってもよい。開口孔3hの平均短径は2nm以上50nm以下でもよい。開口孔3hの平均孔径と平均短径が上記範囲に収まる被覆層3を備える複合多孔質体1は、ろ過性能と通液性に優れる。開口孔3hの平均孔径と平均短径は、第一面21の平均孔径または平均短径と同様に、画像解析によって求められる。表面30のSEM画像を取得し、二値化処理によって開口孔3hを特定する。SEM画像の倍率は10000倍である。SEM画像のサイズは、8μm×11μmである。開口孔3hの平均円相当径が、開口孔3hの平均孔径である。開口孔3hに外接する最小の長方形の平均短径が、開口孔3hの平均短径である。
 被覆層3はポリマーを含んでいてもよい。ポリマーを含む被覆層3は基材2との密着性に優れる。基材2との密着性に優れることで薄い被覆層3であっても基材2の第一面21から剥がれ難い。ポリマーを含む被覆層3は、被覆層3の厚さを薄くすることができるため通液性に優れる。被覆層3に含まれるポリマーは親水性ポリマーであってもよい。親水性ポリマーを含む被覆層3は基材2との密着性に更に優れる。また、被覆層3の厚さを更に薄くすることができるため、親水性ポリマーを含む被覆層3は通液性に更に優れる。被覆層3に含まれる親水性ポリマーは、例えば、PVA、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、またはカルボキシル基を含むポリアクリル酸であってもよい。上述したように、PVAは、基材2に密着し易い。そのため、被覆層3にもPVAが含まれていると、基材2と被覆層3との密着性に優れる。
 〔複合多孔質体の製造方法〕
 実施形態1の複合多孔質体の製造方法は、以下の工程を備える。実施形態1の複合多孔質体の製造方法は、実施形態1の複合多孔質体1を製造できる。
 工程A…ポリテトラフルオロエチレンによって構成された多孔質体からなる基材2を用意する。
 工程B…基材2の第一面21を親水化処理する。
 工程C…複数のナノファイバー4を含む分散液を第一面21に塗布する。
 工程D…分散液が塗布された基材2を80℃以上200℃以下の雰囲気下で熱処理する。
 実施形態1の複合多孔質体の製造方法の特徴の一つは、工程Aで特定の構造を有する多孔質体からなる基材2を用意する点にある。
 [工程A]
 基材2は、上述した複合多孔質体1に備わる基材2と同じである。即ち、基材2は複数のノード25と複数のフィブリル26とを備える。第一面21における複数のノード25の面積率は、30%以上70%以下である。基材2の第一面21の平均孔径は50nm以上500nm以下である。第一面21における複数のノード25の面積率および第一面21の平均孔径の求め方は上述の通りである。
 基材2は、例えば、PTFEからなる圧延材を延伸加工することで得られる。圧延材は、押出材を圧延加工することで作製できる。押出材は、樹脂ペーストを押出成形することで作製できる。樹脂ペーストは、PTFEパウダーと助剤とを混合して作製できる。助剤は例えば潤滑剤である。延伸加工は、例えば第一延伸加工と第二延伸加工とを含んでいてもよい。第一延伸加工は、圧延材を圧延方向に沿って延伸して第一延伸材を作製する。第二延伸加工は、第一延伸材を圧延方向と直交する方向に延伸して第二延伸材を作製する。樹脂ペーストの配合比および延伸加工での延伸倍率の少なくとも一方を変更することで、基材2の第一面21における複数のノード25の面積率および平均孔径を変えることができる。例えば、第一延伸加工での延伸倍率である第一延伸倍率と第二延伸加工での延伸倍率である第二延伸倍率の各々を変更してもよい。第一延伸倍率は、例えば1.5倍以上10倍以下である。第二延伸倍率は、例えば2倍以上40倍以下である。
 [工程B]
 工程Bでは、基材2の少なくとも第一面21を親水化処理する。具体的には、多孔質の基材2の第一面21に親水性ポリマーを複合化させる。親水性ポリマーは、アルミナに備わる水酸基と脱水縮合するもの、あるいは水素結合するものでもよい。親水性ポリマーは例えば、多くの水酸基を有するPVA、エチレンビニルアルコール共重合体である。親水性ポリマーは、アミド基を含むポリビニルピロリドン、イミノ基を含むポリエチレンイミン、カルボキシル基を含むポリアクリル酸等でもよい。特に、PVAは疎水基を有し、その疎水基がPTFEの多孔質体の表面に付着し易い。そのため、PVAは、基材2の構成材料と組み合わされ易い。
 PTFEの多孔質体の表面の親水化は例えば次の手順で行うことができる。まず、PTFEの多孔質体をイソプロピルアルコール(IPA)に浸漬した後、適切な濃度に調整されたPVA水溶液に浸漬する。次いで、化学架橋または電子線架橋によってPVAをゲル化させる。化学架橋では、PVA水溶液に架橋剤が添加される。必要に応じてPVA水溶液に酸触媒が添加されてもよい。PVAの架橋後、多孔質体を純水で洗浄し、乾燥させる。PVA水溶液におけるPVA濃度は、基材2の気孔率などによって変化する。例えば、PVA水溶液におけるPVA濃度は0.8質量%以上10質量%以下でもよい。PVA水溶液への多孔質体の浸漬時間は、基材2の気孔率などによって変化する。例えば、PVA水溶液への多孔質体の浸漬時間は2分以上24時間以下でもよい。架橋剤は、例えばアセタール結合を生成するグルタルアルデヒドあるいはテレフタルアルデヒドである。電子線の線量は、例えば6メガrad程度である。
 [工程C]
 分散液は、分散媒中に複数のナノファイバー4が分散した液体である。分散媒は主に水である。分散媒は、水の他にIPAを含んでいてもよいし、更に界面活性剤を含んでいてもよい。IPAは、基材2の表面に対する分散媒の濡れ性を向上させる。IPAの濃度は、分散液の質量を100としたとき、5質量%以下でもよい。
 分散媒におけるナノファイバー4の濃度は、0.1質量%以上5質量%以下であってもよい。ナノファイバー4の濃度が0.1質量%以上であれば、分散媒におけるナノファイバー4の濃度が十分であるため、第一面21にナノファイバー4が積層され易い。ナノファイバー4の濃度が5質量%以下であれば、分散液の濃度が高くなり過ぎない。濃度が高過ぎる分散液は、第一面21上に薄く均一に塗布することが難しい。
 ナノファイバー4の平均長さは、基材2の第一面21の平均孔径の10倍以上である。平均長さは、例えば100nm以上10000nm以下である。平均長さは500nm以上、更には1000nm以上でもよい。平均長さは7000nm以下、更には5000nm以下でもよい。平均長さの範囲は、例えば500nm以上7000nm以下でもよいし、1000nm以上5000nm以下でもよい。ナノファイバー4の平均幅は、例えば1nm以上10nm以下である。ナノファイバー4の幅と長さは互いに直交する。平均幅は2nm以上、更に3nm以上であってもよい。平均幅は7nm以下、更には5nm以下であってもよい。平均幅の範囲は、例えば2nm以上7nm以下でもよい。ナノファイバー4の平均長さおよび平均幅は、メーカのカタログ値である。平均長さを平均幅で割った平均アスペクト比は、例えば30以上5000以下である。平均アスペクト比は、例えば100以上500以下でもよいし、100以上300以下でもよい。ナノファイバー4のサイズは、複合多孔質体1の被覆層3においても変化しない。
 第一面21上に分散液を塗布する方法は特に限定されない。塗布方法は、例えばスピンコート、バーコート、ディップコート、またはダイコートである。また、チューブ状やシート状の基材2を回転軸に固定し、基材2を回転させながら分散液をスプレー等で塗布してもよい。薄い被覆層3を成膜するためには、スピンコートが好ましい。基材2を回転させながら、基材2上に分散液を滴下するスピンコートは、分散液の厚みを薄く、均一にできる。スピンコートの周速は、例えば5000mm/分以上20000mm/分以下、7000mm/分以上15000mm/分以下であってもよい。
 [工程D]
 加熱雰囲気の温度は80℃以上200℃以下である。加熱雰囲気は特に限定されない。加熱雰囲気は、例えば、大気雰囲気、不活性ガス雰囲気、水蒸気雰囲気、または減圧雰囲気である。加熱雰囲気によって分散媒が蒸発し、第一面21上にナノファイバー4の積層体が形成される。加熱雰囲気の温度が高くなるほど、分散媒の蒸発時間が短くなり、複合多孔質体1の生産性が向上する。また、加熱雰囲気の温度が高くなるほど、ナノファイバー4同士が結合し易く、複合多孔質体1からナノファイバー4が脱落し難くなる。しかし、加熱雰囲気の温度が高すぎると、ナノファイバー4に含まれるベーマイトがアルミナに変化し易い。被覆層3におけるアルミナの割合が多くなると、被覆層3がもろくなる恐れがある。例えば、加熱雰囲気の温度が130℃未満であれば、アルミナの割合が多くなり過ぎない。
 [その他]
 工程Cと工程Dとからなる成膜サイクルは複数回繰り返すことが好ましい。成膜サイクルのリピート数kは2以上5以下であることが好ましい。この場合、k回目の工程Cでは、k-1回目の工程Dによって形成された積層体の上に分散液を塗布する。成膜サイクルを2回以上とすることで、第一面21に被覆層3が成膜されない領域が形成されることを抑制できる。
 《実施形態2》
 〔複合多孔質体〕
 図4を参照して、実施形態2の複合多孔質体1を説明する。実施形態2の複合多孔質体1は、基材2の形状がチューブである点が実施形態1の複合多孔質体1と相違する。チューブ形状の基材2の第一面21は基材2の外周面を構成する。第一面21上に形成される被覆層3は、チューブ形状の複合多孔質体1の外周面を構成する。第二面22は、チューブ形状の複合多孔質体1の内周面を構成する。この複合多孔質体1によって例えば液体または気体に固体が混ざっている混合流体をろ過する場合、混合流体は複合多孔質体1の外周側に導入される。混合流体は被覆層3と基材2とを通って複合多孔質体1の内部空間に流入する。内部空間に流入した混合流体は、複合多孔質体1の長手方向に沿って複合多孔質体1の外部に排出される。
 チューブ形状の複合多孔質体1は、例えば浄化装置のモジュールにおいて曲げられた状態で配置される場合がある。従って、チューブ形状の複合多孔質体1においても曲げに対する耐性が求められる場合がある。チューブ形状の複合多孔質体1の曲げ耐性は、例えば所定の半径を有する円柱の外周面に複合多孔質体1を巻き付けることによって評価できる。
 チューブ形状の基材2の平均厚さは、例えば50μm以上1000μm以下であってもよい。チューブ状の基材2の平均厚さが50μm以上であれば、基材2を含む複合多孔質体1の強度が確保される。基材2の平均厚さが1000μm以下であれば、基材2を含む複合多孔質体1の可とう性が確保される共に、複合多孔質体1によるろ過時間が長くなり過ぎない。チューブ形状の基材2の平均厚さは、例えば100μm以上500μm以下であってもよい。
 《試験例1》
 試験例1では、基材2の第一面21の平均孔径およびノード25の面積率と、ナノファイバー4の平均長さとの関係が、被覆層3の形成に及ぼす影響を調べた。具体的には、以下の試料1-1、試料1-2、および試料1-3の複合多孔質体Tを作製した。
 〔試料1〕
 PTFEからなる基材を用意した。基材は、樹脂ペーストを押出成形することで押出材を作製する工程と、押出材を圧延加工することで圧延材を作製する工程と、圧延材を延伸加工する工程とを行うことで作製した。樹脂ペーストは、PTFEファインパウダーと液体潤滑剤とを混合して作製した。PTFEファインパウダーは、ダイキン工業社製、ポリフロンファインパウダーF-106を用いた。液体潤滑剤は、出光興産社製、スーパーゾル FP-25を用いた。樹脂ペーストに占める液体潤滑剤の割合は16質量%とした。樹脂ペーストを押出成形することで板状の押出材を作製した。押出成形は市販のラム式押出装置を用いた。押出材の幅は153mm、厚さは1.8mmとした。押出材を圧延加工することで圧延材を作製した。圧延加工は市販の圧延装置を用いた。圧延材の厚さは300μmとした。延伸加工は、第一延伸加工と第二延伸加工とを含む。第一延伸加工では、縦延伸装置を用いて圧延材を圧延方向に沿って延伸して第一延伸材を作製した。縦延伸装置のロール温度は250℃とした。第一延伸倍率は6倍とした。第二延伸加工では、横延伸装置を用いて第一延伸材を圧延方向と直交する方向に延伸して第二延伸材を作製した。第二延伸倍率は11倍とした。第二延伸材を焼結することでシート状の基材を作製した。焼結時間は5秒とした。
 得られた基材の第一面の平均孔径は130nm、第一面のノードの面積率は50%であった。平均孔径は次のようにして求めた。基材をFIBによって切断し、基材の厚さ方向に沿った断面をSEMによって観察した。SEM画像の倍率は5000倍とした。SEM画像のサイズは、8μm×11μmであった。画像処理ソフト『ImageJ』を用いてSEM画像を二値化処理した。二値化処理の閾値は127であった。二値化処理された画像の各空孔の円相当径を平均することで、基材の平均孔径を求めた。基材の平均孔径を、基材の第一面の平均孔径とみなした。ノードの面積率は次のようにして求めた。基材の上記断面をSEMによって観察した。SEM画像の倍率は10000倍とした。SEM画像のサイズは、8μm×11μmであった。画像処理ソフトウェア『ImageJ』を用いて、SEM画像を二値化処理した。二値化処理の閾値は90であった。二値化処理された画像の各ノードの面積を合計した値を画像の面積で除することで、基材のノードの面積率を求めた。基材のノードの面積率を、基材の第一面におけるノードの面積率とみなした。
 基材をIPAに90分浸漬した後、PVA溶液に150分浸漬した。PVA溶液におけるPVA濃度は0.6質量%であった。次いで、基材を純水に1分浸漬した後、電子線の照射によってPVAを架橋した。最後に、基材を25℃の雰囲気下で乾燥し、基材の表面を親水化させた。
 ナノファイバーを含む分散液を用意した。分散媒は、4質量%のIPAを含む水であった。分散液におけるナノファイバーの濃度は、5質量%であった。ナノファイバーの平均長さは1400nm、平均幅は4nm、平均アスペクト比は350であった。ナノファイバー4の平均長さおよび平均幅は、メーカのカタログ値である。ナノファイバーの平均長さは、基材の第一面の平均孔径の10倍以上であった。
 スピンコートによって基材の第一面に分散液を滴下した。スピンコートの周速は10000mm/分であった。分散液が塗布された基材を100℃の加熱雰囲気に30分、放置した。この分散液の滴下と加熱とをもう一度繰り返し、試料1の複合多孔質体Tを完成させた。
 試料1-1の表面をSEMによって観察したところ、SEM画像の図示は省略するものの、基材の第一面には複数のナノファイバーの積層体からなる被覆層が形成されていた。
 試料1-1の被覆層の平均孔径を測定するために、図6の試験装置7を用いた通液試験を実施した。通液試験では、複数の試験液を用意した。各試験液に含まれる粒子の平均粒径は既知である。通液試験の結果、試料1-1の被覆層の平均孔径は20nmであった。
 〔試料1-2〕
 試料1-2は、ナノファイバーの平均長さが3000nmである点を除き、試料1-1と同様にして作製した。ナノファイバーの平均幅は4nmであり、ナノファイバーの平均アスペクト比は750であった。ナノファイバーの平均長さは、基材の第一面の平均孔径の約23倍であった。
 試料1-2の表面をSEMによって観察したところ、SEM画像の図示は省略するものの、試料1-2の表面には複数のナノファイバーの積層体からなる被覆層が形成されていた。
 試料1-2の被覆層の平均孔径を、試料1-1と同様の通液試験によって測定した。その結果、試料1-2の被覆層の平均孔径は20nmであった。
 〔試料1-3〕
 試料1-3は、基材の平均孔径が260nmである点を除き、試料1-1と同様にして作製した。基材の平均孔径が260nmは、延伸倍率を変更することで異ならせた。ナノファイバーの平均長さは1400nmであり、基材の第一面の平均孔径の約5.4倍であった。
 試料1-3の表面をSEMによって観察したところ、SEM画像の図示は省略するものの、ナノファイバーは多孔質の基材の表面に付着しており、基材の第一面の空孔をふさぐことはできなかった。空孔がふさがれなかったのは、ナノファイバーの平均長さが短かったためと推察される。
 《試験例2》
 試験例2では、上述の試料1-1と同様にして試料2-1から試料2-21の複合多孔質体Tを作製した。各試料の物理特性のデータを表1に示す。各試料の性能のデータを表2に示す。物理特性のデータ、および性能のデータは以下の通りである。基材の第一面の平均孔径およびノードの面積率は、延伸倍率を変更することで異ならせた。具体的には、試料2-1から試料2-19では、第一延伸倍率を1.5倍以上10倍以下の範囲内とし、第二延伸倍率を2倍以上40倍以下の範囲内とした。試料2-20および試料2-21では、第一延伸倍率および第二延伸倍率のそれぞれを上記範囲外とした。いずれの試料においても、分散液に含まれるナノファイバーの平均長さは基材の第一面の平均孔径の10倍以上とした。
  [基材]
   (材質)
 基材の材質はPTFEまたはセラミックスであった。PTFEは全て、親水化処理されている。表1に示される『PTFE※』は、PTFEの一部、具体的にはPTFEにおける表面の50%のみが親水化されたものである。
   (形状)
 基材の形状は、丸棒、シート、またはチューブである。丸棒形状およびチューブ形状の基材では、基材の外周面が第一面であり、その外周面に被覆層が設けられている。
   (平均厚さ)
 シート形状の基材の平均厚さは、シート形状の複合多孔質体Tの厚み方向に複合多孔質体Tを切断した断面を撮影したSEM画像から求めた。チューブ形状の基材の平均厚さは、チューブ形状の複合多孔質体Tの延伸方向、即ちチューブの軸方向に直交する方向に複合多孔質体Tを切断した断面を撮影したSEM画像から求めた。いずれのSEM画像の倍率も10000倍とした。いずれのSEM画像のサイズも、8μm×11μmであった。平均厚さは5点平均であった。丸棒形状の基材の平均厚さは、丸棒形状の基材の直径である。
   (第一面の平均孔径・平均短径)
 第一面の平均孔径および平均短径は、複合多孔質体Tの厚さ方向に沿った断面のSEM画像を画像解析することによって求めた。画像解析の条件は試験例1と同じである。画像データにおける各空孔に外接する最小の長方形の平均短径が、第一面の平均短径である。
   (第二層の平均孔径)
 表1において『なし』と記載されている試料は、基材が図2に示される第二層2Bを備えておらず、第一層2Aのみで構成されていることを意味する。表1において数値が記載されている試料は、第二層2Bを備える。第二層2Bの平均孔径は、複合多孔質体Tの厚さ方向に沿った断面のSEM画像から求めた。画像解析の条件は試験例1と同じである。
  [被覆層]
   (材質)
 被覆層は、複数のナノファイバーの積層体を含む。ナノファイバーの材質は、アルミニウムと酸素と水素とを含む無機材料、またはチタン酸カリウムである。被覆層はポリマーを含む試料もある。ポリマーは、親水性のPEI、親水性のPVA、または疎水性シリコーンである。
   (平均厚さ)
 被覆層の平均厚さは、複合多孔質体Tの厚さ方向に沿った断面のSEM画像から測定した。SEM画像の倍率は10000倍とした。SEM画像のサイズは、8μm×11μmであった。平均厚さは5点平均であった。
   (平均孔径)
 被覆層の平均孔径は、試験例1に示す通液試験によって求めた。
   (開口孔の平均孔径・平均短径)
 被覆層の開口孔の平均孔径および平均短径は、被覆層の表面を撮影したSEM画像から測定した。SEM画像の倍率は10万倍であった。SEM画像のサイズは、8μm×11μmであった。平均孔径は、開口孔の円相当径の平均値である。平均短径は、開口孔に外接する最小の長方形の平均短径である。
   (Al-OH比率)
 『Al-OH比率』は、Al-OH結合の含有量Xと、Al-O-Al結合の含有量Yとの比X/Yである。含有量Xと含有量Yとは、XPSによって求めた。測定機器は、ULVAC PHI製のQuanteraSXMであった。測定の条件は以下の通りであった。
・X線源:MONO Al Kα
・ビーム条件:100μmφ,100W,25kV HP
・透過エネルギー:55eV(ナロー)、280eV(ワイド)
・分析元素:C,O,F,Al,Si,S
・帯電補正:F1sを689.67eVとして全元素帯電補正
 XPSによって得られたスペクトルのAl2p3のピークに、AlとAl(OH)の2成分が存在すると仮定した。Alの結合エネルギーと、Al(OH)の結合エネルギーとの差を0.6eVと規定し、上記ピークを、Alのピークと、Al(OH)のピークとに分離した。Alのピークの積分強度がAl-OH結合の含有量X、Al(OH)のピークの積分強度がAl-O-Al結合の含有量Yである。
  [親水性素材]
   (材質)
 親水性素材はいずれも、基材の第一面の少なくとも一部を覆う親水性ポリマーの層である。
   (CH-O-R含有量)
 『CH-O-R含有量』は、第一面に含まれるPVAおよびPTFEに由来する複数の化学構造におけるCH-O-R結合の含有量をパーセンテージで表したものである。CH-O-R結合は、PVAおよびPTFEに由来する化学構造の一種である。CH-O-R含有量はXPSによって求めた。測定機器は、ULVAC PHI製のQuanteraSXMであった。測定の条件は以下の通りであった。
・X線源:MONO Al Kα
・ビーム条件:100μmφ,100W,20kV HP
・透過エネルギー:55eV(ナロー)、280eV(ワイド)
・分析元素:C,O,F
・光電子取り出し角:45°
 XPSによって得られたC1sスペクトルのピークに、12成分が存在すると仮定してピーク分離し、各成分のピークの積分強度を求めた。12成分の結合エネルギーはそれぞれ、284.0eV、285.0eV、285.8eV、286.6eV、287.5eV、288.4eV、289.1eV、289.9eV、290.7eV、291.8eV、292.6eV、および293.6eVである。CH-O-R結合を含む化学構造は、286.6eVのピークに帰属される。上記ピークを12成分のピークに分離し、各成分のピークの積分強度を求めた。CH-O-R含有量は、{(286.6eVの結合エネルギーのピークの積分強度)/(12成分のピークの積分強度の合計)}×100である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 次に、表2に示される各試料の性能を説明する。
 [密着性・可とう性]
 各試料の密着性および可とう性は、曲げ試験によって調べた。図7を参照して曲げ試験の概要を説明する。略半円筒状の試験台8を用意した。試験台8の湾曲面の曲率半径は5cmであった。試験台8の湾曲面に各試料の複合多孔質体Tを沿わせてテープ80で固定し、所定時間放置した。複合多孔質体Tの被覆層は、試験台8の径方向の外方に向けて配置されていた。丸棒形状の試料、およびチューブ形状の試料は、試験台8の湾曲面に沿わせた。表2の密着性の欄および可とう性の欄の評価Aは、被覆層が割れなかったことを意味する。表2の密着性の欄および可とう性の欄の評価Bは、被覆層が割れたことを意味する。
 [流速比]
 流速比は、試料2-1の流速を1としたときの各試料の流速である。流速は、試料を透過したろ液の流速である。全ての試料において、原液の流速は同じである。シート形状の複合多孔質体Tでは、被覆層の表面から基材の第二面に向かって、ろ液が流れる。チューブ形状の複合多孔質体Tでは、チューブの外周面からチューブの内部空間に向かって、ろ液が流れる。内部空間に流れ込んだろ液は、チューブの延伸方向、即ちチューブの軸方向に沿ってチューブの外部に排出される。丸棒形状の複合多孔質体Tでは、丸棒の外周面から内部に向かってろ液が流れる。丸棒の内部に流れ込んだろ液は、丸棒の延伸方向、即ち丸棒の軸方向に沿って移動し、丸棒の端面から丸棒の外部に排出される。流速比が高いほど、複合多孔質体Tの通液性が高い。
 [20nm粒子の分離率]
 20nm粒子の分離率は、原液に含まれる粒子を分離する性能を示す。分散媒は水、粒子の平均粒径は20nmである。原液における粒子の濃度X(質量%)と、ろ液における粒子の濃度Y(質量%)とを測定する。20nm粒子の分離率は(1-Y/X)×100によって求めた。評価Aは、上記分離率が10%以上であることを意味し、評価Bは、上記分離率が10%未満であることを意味する。
 [PEG1000の分離率]
 PEG1000の分離率は、原液に含まれるPEG1000粒子を分離する性能を示す。PEG1000は、平均分子量が1000前後のポリエチレングリコールである。分散媒はエタノールである。原液におけるPEG1000の濃度X(質量%)と、ろ液におけるPEG1000の濃度Y(質量%)とを測定する。PEG1000の分離率は(1-Y/X)×100によって求めた。評価Aは、上記分離率が10%以上であることを意味し、評価Bは、上記分離率が10%未満であることを意味する。
 [IPAの分離率]
 IPAの分離率は、水とIPAとの混合液である原液からIPAを分離する性能を示す。原液におけるIPAの濃度X(質量%)と、ろ液におけるIPAの濃度Y(質量%)とを測定する。IPAの分離率は(1-Y/X)×100によって求めた。評価Aは、上記分離率が10%以上であることを意味し、評価Bは、上記分離率が10%未満であることを意味する。
 [NaClの分離率]
 NaClの分離率は、水にNaClを溶かした原液からNaClを分離する性能を示す。原液におけるNaClの濃度X(質量%)と、ろ液におけるNaClの濃度Y(質量%)とを測定する。NaClの分離率は(1-Y/X)×100によって求めた。評価Aは、上記分離率が10%以上であることを意味し、評価Bは、上記分離率が10%未満であることを意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2の結果から、試料2-1から試料2-19の複合多孔質体Tは、試料2-20、試料2-21に比較して、基材と被覆層との密着性に優れると共に、可とう性に優れることが分かった。試料2-1から試料2-19の複合多孔質体Tは、試料2-20、試料2-21に比較して、流速比が高いことが分かった。試料2-1から試料2-19の複合多孔質体Tは、試料2-20、試料2-21に比較して、20nm粒子を分離する性能、PEG1000を分離する性能、およびIPAを分離する性能に優れていることが分かった。試料2-16から試料2-19の複合多孔質体Tは、試料2-1から試料2-15および試料2-20、試料2-21に比較して、NaClを分離する性能に優れていることがわかった。
 本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 1、T 複合多孔質体、2 基材、2h 空孔、2A 第一層、2B 第二層、21 第一面、22 第二面、25 ノード、26 フィブリル、3 被覆層、3h 開口孔、30 表面、4 ナノファイバー、5 親水性素材、7 試験装置、70 フラスコ、70U 上端開口部、71 チャンバー、71D 下端開口部、8 試験台、80 テープ。

Claims (20)

  1.  第一面を有する基材と、
     前記第一面の少なくとも一部を覆う被覆層と、を備え、
     前記基材は、ポリテトラフルオロエチレンによって構成された多孔質体であり、
     前記被覆層は、複数のナノファイバーの積層体を含み、
     前記多孔質体は、
      分散して配置された複数のノードと、
      前記複数のノード同士をつないでいるフィブリルと、を有し、
     前記第一面が前記複数のノードを含み、
     前記第一面における前記基材の平均孔径が5nm以上500nm以下であり、
     前記第一面における前記複数のノードの面積率が30%以上70%以下である、
    複合多孔質体。
  2.  前記被覆層の平均孔径が1nm以上50nm以下である、請求項1に記載の複合多孔質体。
  3.  前記被覆層の平均厚さが10nm以上1000nm以下である、請求項1または請求項2に記載の複合多孔質体。
  4.  前記被覆層はポリマーを含む、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の複合多孔質体。
  5.  前記ポリマーが親水性ポリマーである、請求項4に記載の複合多孔質体。
  6.  前記親水性ポリマーがポリビニルアルコールである、請求項5に記載の複合多孔質体。
  7.  前記複数のナノファイバーのそれぞれは、アルミニウムと酸素と水素とを含む無機材料からなる、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の複合多孔質体。
  8.  前記第一面における空孔の平均短径が4nm以上400nm以下である、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の複合多孔質体。
  9.  前記第一面の少なくとも一部は親水性素材を含む、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の複合多孔質体。
  10.  前記親水性素材が親水性ポリマーである、請求項9に記載の複合多孔質体。
  11.  前記親水性素材はポリビニルアルコールである、請求項10に記載の複合多孔質体。
  12.  前記親水性素材を含む前記第一面は、前記ポリビニルアルコールおよび前記ポリテトラフルオロエチレンに由来する複数の化学構造を含み、
     前記複数の化学構造のうち、XPSによって得られたC1sスペクトルによって検出される化学構造におけるCH-O-R結合の含有量が3%以上15%以下である、請求項11に記載の複合多孔質体。
  13.  前記基材の形状はシートである、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の複合多孔質体。
  14.  前記基材の平均厚さが1μm以上100μm以下である、請求項13に記載の複合多孔質体。
  15.  前記基材の形状はチューブであり、
     前記第一面は、前記チューブの外周面である、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の複合多孔質体。
  16.  前記基材の平均厚さが50μm以上1000μm以下である、請求項15に記載の複合多孔質体。
  17.  前記基材は、前記第一面を含む第一層と、前記第一層に隣接する第二層と、を備え、
     前記第二層の平均孔径は、前記第一層の平均孔径よりも大きい、請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の複合多孔質体。
  18.  前記被覆層は、Al-OH結合、およびAl-O-Al結合を含み、
     前記Al-OH結合の含有量Xと前記Al-O-Al結合の含有量Yとの比X/Yが0.3以上1.0以下である、請求項1から請求項17のいずれか1項に記載の複合多孔質体。
  19.  前記被覆層は、前記被覆層の表面に開口する開口孔を備え、
     前記開口孔の平均孔径が2nm以上200nm以下であり、
     前記開口孔の平均短径が1nm以上100nm以下である、請求項1から請求項18のいずれか1項に記載の複合多孔質体。
  20.  ポリテトラフルオロエチレンによって構成された多孔質体からなる基材を用意する工程Aと、
     前記基材の第一面を親水化処理する工程Bと、
     複数のナノファイバーを含む分散液を前記第一面に塗布する工程Cと、
     前記分散液が塗布された前記基材を80℃以上200℃以下の加熱雰囲気下で熱処理する工程Dと、を備え、
     前記工程Aで用意された前記多孔質体は、
      分散して配置された複数のノードと、
      前記複数のノード同士をつないでいるフィブリルと、を有し、
     前記第一面が前記複数のノードを含み、
     前記第一面における前記基材の平均孔径が5nm以上500nm以下であり、
     前記第一面における前記複数のノードの面積率が30%以上70%以下であり、
     前記工程Cにおける前記複数のナノファイバーの平均長さは、前記平均孔径の10倍以上である、
    複合多孔質体の製造方法。
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