(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質ＰＴＦＥ膜の寸法の安定性を改良する方法であって、
ａ）予め設定された露出時間、多孔質ＰＴＦＥ膜を前記多孔質ＰＴＦＥ膜の融点より上に上昇した温度に晒す工程と、
ｂ）予め設定された露出時間、前記多孔質ＰＴＦＥ膜を上昇した圧力に晒す工程と、を有し、
前記多孔質ＰＴＦＥ膜は、前記上昇した温度と前記上昇した圧力とに同時に晒され、
前記多孔質ＰＴＦＥ膜の寸法の安定性の影響は、少なくとも一部が前記温度と前記圧力と前記露出時間との組み合わせによって決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記多孔質ＰＴＦＥ膜が３２７℃より上の温度まで上昇されることを特徴とする請求項１に記載の多孔質ＰＴＦＥ膜の寸法の安定性を改良する方法。
【請求項３】
前記多孔質ＰＴＦＥ膜が３２５℃より上で４００℃未満の温度まで上昇されることを特徴とする請求項１に記載の多孔質ＰＴＦＥ膜の寸法の安定性を改良する方法。
【請求項４】
前記多孔質ＰＴＦＥ膜が３２７℃より上の温度まで加熱され、同時に、少なくとも６８９５Ｐａの圧力の下で圧縮されることを特徴とする請求項１に記載の多孔質ＰＴＦＥ膜の寸法の安定性を改良する方法。
【請求項５】
前記多孔質ＰＴＦＥ膜が３２７℃より上の温度まで加熱され、同時に、少なくとも３４４８０Ｐａの圧力の下で圧縮されることを特徴とする請求項１に記載の多孔質ＰＴＦＥ膜の寸法の安定性を改良する方法。
【請求項６】
前記予め設定された露出時間が０．１〜１秒であることを特徴とする請求項１に記載の多孔質ＰＴＦＥ膜の寸法の安定性を改良する方法。
【請求項７】
前記予め設定された露出時間が０．０５〜０．５秒であることを特徴とする請求項１に記載の多孔質ＰＴＦＥ膜の寸法を改良する方法。
【請求項８】
前記多孔質ＰＴＦＥ膜は、少なくとも一方向に配向されており、前記多孔質ＰＴＦＥ膜は、１秒未満の期間、少なくとも３４０℃の温度と、少なくとも６８９５Ｐａの圧力とに、同時に晒されること特徴とする請求項１に記載の多孔質ＰＴＦＥ膜の寸法の安定性を改良する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は改良された通気性の膜に関し、特に、改善された熱安定性の特性を有するポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、米国以外の全ての国を指定国とする出願人である米国国内企業のドナルドソン社、ならびに、米国のみを指定国とする出願人であり全て米国国民であるKirit Patelの名におけるＰＣＴ国際特許出願として２００５年１１月２３日に出願され、その全体が参照として本明細書に合体される、２００４年１１月２４日に出願された米国仮特許出願第６０/６３１,０８７号の優先権を主張する。
【０００３】
ＰＴＦＥ膜、特に、伸ばされた（expanded）ＰＴＦＥ膜は、通気性の防水織物を作るために広く使用されている。しかしながら、米国特許第３,３１５,０２０号(以下、第’０２０号特許と略す）で記載されたＰＴＦＥ膜を含む多くのＰＴＦＥ膜は、製造プロセスに関連する圧力に依存して寸法的に不安定なものである。第’０２０号特許は、一方向および２軸方向に引張ってＰＴＦＥ膜を伸ばし、その結果、消防用衣類および多くの工業用ろ過用途において経験されるような特に上昇された温度で、かなりの寸法の不安定を有する膜をもたらす工程を記載している。
【０００４】
現在の伸ばされたＰＴＦＥ膜の寸法の不安定性は、ＰＴＦＥ膜が異なった材料の層を含む複合材料構造物に使用されるような適用において重大な問題を引き起こす場合がある。これらの異なった材料のそれぞれは、多くの従来のＰＴＦＥ膜の寸法変化に比べてはるかに少ない程度の寸法変化を示す。そのような場合において、複合材料構造物のコンポーネントとしてＰＴＦＥ膜を組み込む製品は、伸張と収縮とが異なる速度のため、上昇した周囲温度条件のもとで、種々の層の層間剪断力を引き起こす場合がある。上記記載された条件の結果としての影響は、しばしば、もろい、および/または、魅力的でない製品となることである。さらに、製品の欠陥は、種々の層が剥離することによって通常より早まって起こる場合がある。
【特許文献１】米国特許第３,３１５,０２０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、ＰＴＦＥ膜の寸法の安定性を改良する必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
本発明は、ＰＴＦＥ膜の寸法の安定性を改良する方法および本発明の方法を使用して作られる寸法的に安定したＰＴＦＥ膜に方向づけらる。本明細書で記載されたプロセスは、従来の既存の方法を使用して作られたＰＴＦＥ膜に通常、関連している緩和応力（relaxation stress）を減少する、および/または、除去する。
【０００７】
本発明はＰＴＦＥ膜の寸法の安定性を改良する方法に一部方向づけられている。ある例では、本方法は、予め設定された露出時間、ＰＴＦＥ膜を上昇した温度に晒す工程と、同時に、予め設定された露出時間、ＰＴＦＥ膜を上昇した圧力に晒す工程とを含んでおり、寸法の安定性への影響は、少なくとも一部が、温度と、圧力と、露出時間との組み合わせによって決定される。
【０００８】
特に、本発明は、予め設定された露出時間、上昇した温度にＰＴＦＥ膜をさらし、かつ予め設定された露出時間、ＰＴＦＥ膜を高圧に晒すことによって、ＰＴＦＥ膜の寸法の安定性に影響を及ぼす方法に、一部方向づけらている。このプロセスの間、ＰＴＦＥ膜は、同時に上昇した温度と上昇した圧力にさらされ、寸法の安定性への影響が、温度と、圧力と、露出時間との組み合わせによって少なくとも一部が決定される。
【０００９】
本発明のいくつかの例では、膜が約３２５℃以上の温度まで昇温され、または他の例では、約３４０℃以上の温度まで昇温される。通常、温度は、約３２５℃以上で約４００℃未満の温度にまで昇温され、しばしば、約３５０℃以上で約３６０℃未満の温度にまで、ときどき、約３６０℃以上で約３８０℃未満の温度にまで昇温される。
【００１０】
約３３５℃を超える、または、約３５０℃を超える温度を有するローラーなどの装置を使用して膜は上昇した温度にまで加熱され得るが、他の加熱方法を使用することもできる。通常、ローラーあるいは他の装置の温度は、処理の間、ＰＴＦＥ膜の所望のピーク温度より少なくとも１０℃、より一般的には少なくとも約２０℃高い。したがって、いくつかの例では、膜は、約３６０℃を超える温度を有するローラーを使用して上昇した温度まで加熱される。
【００１１】
上記記載したように、ＰＴＦＥ膜は、加熱されると同時に、上昇した圧力下で同時に圧縮されるべきである。本発明のほとんどの例において、膜は約３２５℃以上の上昇した温度まで加熱され、同時に少なくとも６８９５Ｐａの圧力で圧縮される。いくつかの例では、膜は少なくとも約３２５℃の上昇した温度まで加熱され、同時に３４４８０Ｐａの圧力で圧縮される。また他の例では、膜は少なくとも約３２５℃の上昇した温度まで加熱され、同時に少なくとも１３７９００Ｐａの圧力で圧縮される。
【００１２】
膜が上昇した温度まで昇温される時間は、例によって変更可能であるが、一般に、１秒未満、例えば、０.１〜１.０秒である。いくつかの例では、上昇した温度の時間は、０.０５〜０.５秒である。膜が上昇した圧力に晒される時間は、また、例によって変更可能であるが、一般に、１秒未満、例えば、０.１〜１.０秒未満である。いくつかの例では、上昇した圧力の時間は０.０５〜０.５秒である。上昇した温度の時間が上昇した圧の時間と同じであることは、必要ではない。
【００１３】
本発明に従って作られたＰＴＦＥ膜は、一方向にあるいは二方向に伸ばされた未処置のＰＴＦＥ積層体に対して改良された寸法の安定性を示す。いくつかの実施例では、収縮は、機械方向に１０パーセント未満であり、しばしば機械方向へ５パーセント未満である。また、得られたＰＴＦＥ膜は、通常、好ましい通気性、気孔率、および通気性の織物を作るのに適切な他の特性を有する。例えば、ある実施例では、ＰＴＦＥ膜は０.７バールで少なくとも４リットル／分・平方センチメートルの空気透過率を有する。
【００１４】
本発明の上記の要約は、本発明のそれぞれの議論された実施例を記載することを意図するものではない。このことは、以下に示す図と詳細な説明の目的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、添付の図面と以下に示す関連する本発明の様々な実施例の詳細な記載を考慮してより完全に理解され得る。
【００１６】
本発明は、ＰＴＦＥ膜の寸法の安定性を改良するための方法および本発明の方法を使用して作られた寸法的に安定したＰＴＦＥ膜に方向づけられる。本明細書に記載されたプロセスは、従来の既存の方法を使用して作られたＰＴＦＥ膜に通常関連する緩和応力を減少する、および/または、除去する。
【００１７】
特に、本発明は、上昇した温度と圧力にＰＴＦＥ膜を晒すことによってＰＴＦＥ膜の寸法の安定性に一部影響を与える方法に方向づけられる。本発明に基づいて熱で処理される膜は、本明細書に参照として合体される例えば、米国特許第３，９５３，５６６号公報、米国特許第４，１８７，３９０号公報、米国特許第４，１９４，０４１号号公報の技術に基づいて作り得る。本発明のプロセスの間、ＰＴＦＥ膜は、同時に上昇した温度と上昇した圧力に晒され、寸法の安定性への影響は、少なくとも一部が、温度と圧力と露出時間との組み合わせによって決定される。
【００１８】
ＰＴＦＥが重合される場合、ＰＴＦＥは約３４４℃の融点と通常９５％オーダーの結晶化度を有する、鎖が伸びた結晶形態（chain-extended crystalline）に規定される。溶融後、ＰＴＦＥは低い配向形態で再結晶化されるが、元の高い結晶化度は回復されない。融点は約３３２℃に低下し、融解熱は約２/３まで低下する。最初の溶融後のこの不可逆的なシフトの再現性は、熱で安定化された膜の寸法の安定性を可能とするものである。
【００１９】
上記着目されたように、結晶融点、通常は大気圧で約３２７℃（６２１°Ｆ）より上の温度までＰＴＦＥの一方向および／また２軸方向に繊維形成された膜を晒すことによって、内蔵された応力はかなり減少され、ＰＴＦＥ膜は改善された寸法の安定性を有する。いくつかの例において、条件に依存するが、３２５℃より上の上昇した温度が適切であり、他の例では、３２７℃より上の温度が使用され、他の例では、３４０℃より上の温度まで昇温される。通常、温度は少なくとも約３２０℃で約４５０℃より下の温度まで昇温され、しばしば、少なくとも約３３０℃の温度まで、時々、少なくとも約３６０℃の温度まで昇温される。ＰＴＦＥ膜は、また、加熱されながら同時に圧縮されるべきである。本発明の大抵の例では、膜は、約３２７℃より上の温度まで加熱され、同時に、少なくとも６８９５Ｐａの圧力下で圧縮される。いくつかの例では、膜は、約３２７℃より上の温度まで加熱され、同時に、少なくとも３４４８０Ｐａの圧力下で圧縮される。また他の例では、膜は３２７℃より上の温度まで加熱され、同時に少なくとも１３７９００Ｐａの圧力下で圧縮される。
【００２０】
膜が上昇した温度まで上げられる時間は、例に依存して変えられ得るが、一般に、０.１〜１.０秒など、約１秒未満である。いくつかの例では、上昇した温度の時間は、約０.０５〜０.５秒である。ある例では、時間は、０.５秒未満、０.１秒未満、または０.０１秒未満でさえあり得る。
【００２１】
他の加熱法を使用することもできるが、３４０℃を越える温度を有するローラーを使用して膜を上昇した温度にまで加熱することができる。ローラーの温度は、処理の間、ＰＴＦＥ膜の所望のピーク温度より通常、少なくとも１０℃、より一般的には少なくとも２０℃高い。
【００２２】
熱と圧力に晒した後で、得られたＰＴＦＥ膜は、好ましい通気性、気孔率、および他の通気性の織物、例えば、通気性の多層の織物を作るのに適した特性を有する。例えば、ある実施例では、処理されたＰＴＦＥ膜は、０.７バールで少なくとも４リットル／分・平方センチメートルの空気透過率を有する。また、いくつかの例では、ＰＴＦＥ膜は、少なくとも０．１０ＭＦＰのコールタ・ポロメータ（Coulter Porometer）を有し、より好ましくは、少なくとも０.２０ＭＦＰ、更により好ましくでは、少なくとも０.２５ＭＦＰを有する。
【００２３】
得られたＰＴＦＥ膜は、積層体を含み、例えば、衣服に使用される、多くの適切な用途を有する。上着と消防衣類は、寸法的安定したＰＴＦＥから作られる積層体を利用することができる衣服の例である。得られるＰＴＦＥは、また、空気またはガスのろ過、液体のろ過、化学的な塊のろ過などのろ過にも適合している。
【００２４】
本発明に基づいて処理されたＰＴＦＥ膜は、一方向または二方向に伸ばされた、未処理のＰＴＦＥ積層体に対して改善された寸法の安定性を示す。いくつかの実施例では、収縮は、機械方向へ１０パーセント未満、しばしば機械方向へ５パーセント未満である。
【００２５】
ＰＴＦＥ膜をこの上昇した温度まで加熱するときの１つの問題は、膜の収縮が起こり、寸法的な欠損をもたすことである。以下に、靱性を加えながら、寸法の不安定さを最小にするプロセスを記載する。加熱の温度、圧力、および時間は、所望の寸法的安定したＰＴＦＥ膜を供給するために調整される。本発明のある実施例では、プロセスは、駆動される加熱されたスチール製ロール、ゴム製ニップ・ロール、およびゴム製ニップに沿ったアイドル・ロールを使用することを含む。
【００２６】
以下のプロセス範囲は、この一般的な実施例において、各処理プロセスの変数に対して最適なセッティングを確立する。最初に、温度に関して推奨される加熱温度は、一般に約３４０℃以上でありかつ一般に４００℃未満である。しかしながら、有効範囲は、これらの値の外に広がる場合がある。大抵の例において、温度範囲は、約３５０℃から３９０℃であり、しばしば、約３６０℃から３８０℃までである。上記説明したように、ＰＴＦＥ膜の温度を約３２７℃の結晶融点に、またはその結晶融点以上に昇温する上げることは好ましく、昇温は、３２７℃にまたはそれ以上に加熱されたロールを使用してなされ得る。ＰＴＦＥ膜が加熱されたロールに接触する時間が長ければ長いほど、(一般に)加熱されたロールの所望温度は低くなる。
【００２７】
通常、膜が上昇した温度下で保たれる持続時間は、加熱されたスチール製ロールの温度に依存するが、通常はかなり短く、典型的には、ほんの１０分の１秒あるいは千分の１秒以下である。より長い持続時間およびより短い持続時間が、ある環境下において十分である場合もありえるが、０.１０〜１.０秒の持続時間は、いくつかの例において満足するものであり、ほとんどの例では、０.０５〜０.５０秒の持続時間は適切なものである。
【００２８】
ＰＴＦＥ膜が維持される圧力は、一般に、少なくとも６８９５Ｐａであり、より典型的的には３４４８０Ｐａより大きく、さらに典型的には１３７９００Ｐａより大きい。膜が上昇した圧力の下で保たれる持続時間は、通常、上昇した温度での持続時間と同じである。
【００２９】
一般的な方法に基づいて、調整され拡張されたＰＴＦＥ膜の長さは、例えば、ロール形態では、２つの表面の間に挟まれ、少なくともその表面の１つは、上昇した温度まで加熱される。ＰＴＦＥ膜は、周知のように、しばしば、２個のシリンダまたはロール間に挟まれる。ロールの１つまたは両方は加熱され得る。
【００３０】
ここで、図１を参照すると、図１は、コア１５上に巻かれたＰＴＦＥ膜１０の長さを示している。処理装置は、アイドル・ロール２０、ロール３０とロール４０の間に形成されたニップ、第２のアイドル・ロール５０を含んでいる。また、図１は、コア６５に巻かれた寸法的に安定したＰＴＦＥ膜６０の長さを示している。
【００３１】
最初の実施例において、二軸方向に伸ばされたＰＴＦＥ膜の拡張された長さ、例えば、コア１５上のＰＴＦＥ膜１０は、ニップ・ロール、例えば、ロール３０の一方の側面の上に配置され、アイドル・ロール、例えば２０と、ニップロール、例えば３０との上に載っている。ＰＴＦＥ膜１０は、ニップロール、例えば、３０に対して、膜ロール１０/１５が配置されているちょうど正反対の位置の近くまで移動する。巻取りロール、例えば、コア６５は、ニップロール３０とアイドル・ロール、例えば第２のアイドル・ロール５０の間に、その側で配置される。膜１０がニップ・ロール３０の周りに配置されると、ニップ・ロール３０は、ニップ・ロール３０が第２のロール、例えば、回転する加熱されたスチール製のロールである、ロール４０に接触するまで下ろされる。いったん接触すると、ニップロール３０はＰＴＦＥ膜１０を加熱されたスチール製ロールの上に運び、ＰＴＦＥ膜１０を熱に晒し、圧縮される間その動きを限定する。膜１０がニップロール３０とスチール製のロール４０との間で圧縮されると、結晶温度を超える温度に晒され、その結果、セットされたまたは安定化されたＰＴＦＥ膜を得る。
【００３２】
以下の例は、標準の伸ばされたＰＴＦＥ膜(商業的にドナルドソン社からTetratex TX2230の名称で入手可能である)の試験結果を、本発明に基づいて熱処理された後の同じ膜と比較して示している。
【００３３】
標準の伸ばされたＰＴＦＥ膜は、図１に示すセットアップされた装置を使用することで３２７℃を越える温度まで加熱され、同時に、少なくとも１３７９００Ｐａの圧力で圧縮される。
【００３４】
【表１】
0005592056.tif 000002
【００３５】
表１に示されたように、熱および圧力処理された膜は、本発明に基づいて処理された後で、機械方向と横断方向の両方の方向に極めてわずかしか収縮しない。さらに、空気透過率においていくらかの減少があるが、熱と圧力で処理された膜は、透過率と細孔分布に対して比較的高い値をまだ有している。
【００３６】
図２は、本発明に基づいて作られたＰＴＦＥ膜の２つの走査電子顕微鏡写真を示しており、２つの顕微鏡写真は、異なった照明条件のもとで取られたものである。
【００３７】
下記に示す表２は、上記と同じ方法で処理された、熱と圧力で処理された膜の追加例の試験結果を示している。
【００３８】
本発明は上記に記載された特別の例に限定されて考慮されるべきものではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲中に公正に設定されたものとして、本発明の全ての態様を含むことが理解されるべきである。本発明が適用できる多数の構造とともに様々な変更、同等のプロセスは、本発明が本明細書のレビューに基づいて方向付けられる当業者にとって容易に理解されるであろう。
【００３９】
【表２】
0005592056.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に従って安定したＰＴＦＥ膜を形成するために使用する装置の概略を示す図である。
【図２】本発明に従って作られたＰＴＦＥ膜の２つの電子顕微鏡写真を示す図である。
【図１】
0005592056.tif 000004
【図２】
0005592056.tif 000005