(57)【要約】グラフトコポリマー膜を調製する方法が提供され、この方法は、ポリマー基材フィルムをある線量の電離線放射に曝露する工程と、ならびに、次いで、照射された基材フィルムを、フルオロスチレン性モノマーを含むエマルジョンと接触させる工程とを包含する。別の実施形態において、グラフトコポリマー膜を調製するための本発明の方法は、ポリマー基材フィルムを、ある線量の電離線放射に対して曝露させる工程、および、この照射された基材フィルムを、少なくとも１つの置換されたα，β，β−トリフルオロスチレンモノマーを含むエマルジョンと接触させる工程、を包含する。
2005500433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラフトコポリマー膜を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）ポリマー基材フィルムを、ある線量の電離線放射に曝露する工程；および
（ｂ）該照射された基材フィルムを、少なくとも１つのフルオロスチレン性モノマーを含むエマルジョンと接触させる工程、
を包含し、
ここで、該エマルジョン中のモノマー量は、３０体積％より低いか、またはそれに等しい、方法。
【請求項２】
工程（ａ）および（ｂ）の少なくとも１つが、不活性雰囲気中で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基材フィルムが、フッ素化ポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記基材フィルムが、ポリフッ化ビニリデン、ポリ（テトラフルオロエチレン−ｃｏ−パーフルオロビニルエーテル）、ポリ（テトラフルオロエチレン−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）、ポリ（エチレン−ｃｏ−クロロトリフルオロエチレン）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（エチレン−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）、ポリ（フッ化ビニリデン−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）、ポリ（フッ化ビニリデン−ｃｏ−クロロトリフルオロエチレン）、およびポリテトラフルオロエチレンからなる群より選択されるポリマーを含む、方法。
【請求項５】
前記基材フィルムがポリフッ化ビニリデンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基材フィルムが、ポリ（エチレン−ｃｏ−クロロトリフルオロエチレン）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記基材フィルムが、超高分子量ポリエチレンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ある線量の電離線放射が、約１Ｍｒａｄ〜約１００Ｍｒａｄの範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ある線量の電離線放射が、約２０Ｍｒａｄ〜約６０Ｍｒａｄの範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記エマルジョンが、水性エマルジョンである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記エマルジョンが、前記基材フィルムの膨潤を補助する溶媒をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのフルオロスチレン性モノマーが、置換されたα，β，β−トリフルオロスチレンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、前記少なくとも１つのフルオロスチレン性モノマーが、メチル−α，β，β−トリフルオロスチレン、メトキシ−α，β，β−トリフルオロスチレン、チオメチル−α，β，β−トリフルオロスチレン、フェニル−α，β，β−トリフルオロスチレン、およびそれらの混合物からなる群より選択される、方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのフルオロスチレン性モノマーが、ｐ−メチル−α，β，β−トリフルオロスチレンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、前記少なくとも１つのフルオロスチレン性モノマーが、置換および非置換のα−フルオロスチレン、α，β−ジフルオロスチレン、およびα，β，β−トリフルオロスチレン、ならびにそれらの混合物からなる群より選択される、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、前記エマルジョンが、スチレン、α−メチルスチレンおよびホスホン酸ビニルからなる群より選択される少なくとも１つのモノマーをさらに含む、方法。
【請求項１７】
前記エマルジョンが、乳化剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記乳化剤が、ドデシルアミン塩酸塩またはラウリル硫酸ナトリウムを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記エマルジョンが、防止剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記照射された基材フィルムが、約２０℃〜約１００℃の温度で前記エマルジョンと接触される、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記照射された基材フィルムが、約５０℃〜約８０℃の温度で前記エマルジョンと接触される、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記照射された基材フィルムが、前記エマルジョンを吹き付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記エマルジョン中のモノマー量が、１０体積％より低いか、またはそれに等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
請求項１に記載の方法であって、前記グラフトコポリマー膜にイオン交換機能を導入する工程をさらに包含する、方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法であって、ハロメチル化、スルホン化、ホスホン化、アミノ化、カルボキシル化、ヒドロキシル化ならびにニトロ化からなる群より選択される反応によって、前記グラフトコポリマー膜を処理する工程をさらに包含する、方法。
【請求項２６】
請求項１に記載の方法であって、前記グラフトコポリマー膜をスルホン化またはホスホン化する工程をさらに包含する、方法。
【請求項２７】
請求項１に記載の方法であって、ハロゲン化溶媒中で前記グラフトコポリマー膜を膨潤させて、三酸化硫黄の蒸気に対して該膨潤した膜を曝すことによって該グラフトコポリマー膜をスルホン化する工程をさらに包含する、方法。
【請求項２８】
グラフトコポリマー膜を調製する方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）ポリマー基材フィルムを、ある線量の電離線放射に曝露する工程；および
（ｂ）該照射された基材フィルムを、少なくとも１置換のα，β，β−トリフルオロスチレンモノマーを含むエマルジョンと接触させる工程、
を包含する、方法。
【請求項２９】
工程（ａ）および（ｂ）の少なくとも１つが、不活性雰囲気中で実施される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記基材フィルムが、フッ素化ポリマーを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記基材フィルムが、ポリフッ化ビニリデンを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記基材フィルムが、ポリ（エチレン−ｃｏ−クロロトリフルオロエチレン）を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記基材フィルムが、超高分子量ポリエチレンを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記ある線量の電離線放射が、約１Ｍｒａｄ〜約１００Ｍｒａｄの範囲である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
前記エマルジョンが、水性エマルジョンである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
請求項２８に記載の方法であって、前記少なくとも１置換のα，β，β−トリフルオロスチレンモノマーが、メチル−α，β，β−トリフルオロスチレン、メトキシ−α，β，β−トリフルオロスチレン、チオメチル−α，β，β−トリフルオロスチレン、フェニル−α，β，β−トリフルオロスチレン、およびそれらの混合物からなる群より選択される、方法。
【請求項３７】
前記少なくとも１置換のα，β，β−トリフルオロスチレンモノマーが、ｐ−メチル−α，β，β−トリフルオロスチレンを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
請求項２８に記載の方法であって、前記エマルジョンが、スチレン、α−フルオロスチレン、α，β−ジフルオロスチレン、α−メチルスチレン、ホスホン酸ビニル、およびそれらの混合物からなる群より選択される少なくとも１つのモノマーをさらに含む、方法。
【請求項３９】
前記エマルジョンが、乳化剤をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項４０】
前記エマルジョンが、防止剤をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項４１】
前記照射された基材フィルムが、約２０℃〜約１００℃の温度で前記エマルジョンと接触される、請求項２８に記載の方法。
【請求項４２】
前記エマルジョン中のモノマー量が、３０体積％より低いか、またはそれに等しい、請求項２８に記載の方法。
【請求項４３】
請求項２８に記載の方法であって、ハロメチル化、スルホン化、ホスホン化、アミノ化、カルボキシル化、ヒドロキシル化およびニトロ化からなる群より選択される反応によって、前記グラフトコポリマー膜を処理する工程をさらに包含する、方法。
【請求項４４】
請求項２８に記載の方法であって、前記グラフトコポリマー膜をスルホン化またはホスホン化する工程をさらに包含する、方法。
【請求項４５】
請求項２８に記載の方法であって、三酸化硫黄の蒸気に対して前記グラフトコポリマー膜を曝し、該グラフトコポリマー膜をスルホン化する工程をさらに包含する、方法。
【請求項４６】
グラフトコポリマー膜を調製する方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）ポリマー基材フィルムを、ある線量の電離線放射に曝露する工程；および
（ｂ）該ポリマー基材フィルムを、トリフルオロナフチルモノマーを含むエマルジョンと接触させる工程、
を包含する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、モノマーエマルジョンを使用する、フルオロスチレン性モノマーの放射により引き起こされたグラフト重合によって、グラフトコポリマー膜を調製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
ポリマー基材フィルムに対する、モノマーの放射により引き起こされたグラフト重合によるグラフトポリマー膜の調製は、種々のモノマーおよび基材フィルムの組み合わせについて示されている。ポリマー基材フィルムに対するスチレンのグラフト化、ならびに次のグラフトされたポリスチレン鎖のスルホン化は、イオン交換膜を調製するために使用されている。
【０００３】
米国特許第４，０１２，３０３号は、ガンマ線同時照射を使用する、ポリマー基材フィルムに対する、α，β，β−トリフルオロスチレン（ＴＦＳ）の放射により引き起こされたグラフト重合を報告する。グラフト重合手順は、バルク中または溶液中のＴＦＳを使用し得る。’３０３号特許は、芳香族化合物またはハロゲン化化合物が、適切な溶媒であると報告する。
【０００４】
米国特許第４，６０５，６８５号は、予め照射されたポリマー基材フィルムに対する、ＴＦＳのグラフト重合を報告する。固体または多孔性ポリマー基材フィルム（例えば、ポリエチレンおよびポリテトラフルオロエチレン）は、予め照射され、次いでニートのＴＦＳと接触されるか、または溶媒中に溶解される。
【０００５】
米国特許第６，２２５，３６８号は、モノマー、ならびに乳化剤および水を含むエマルジョンを使用する、予め照射されたポリマー基材フイルムに対する、不飽和モノマーのグラフト重合を報告する。’３６８号特許の方法において、基材ポリマーは、照射によって活性化され、ポリマーの架橋に作用するようにクエンチされ、次いで、照射によって再び活性化される。活性化された架橋ポリマーは、次いで、エマルジョンと接触される。上記’３６８号特許はまた、開示された方法の使用が、モノマーの照射により引き起こされる単独重合を排除すること、ならびに、これにより、エマルジョン中で高濃度のモノマーの使用が可能となることを記述する。
【０００６】
グラフトポリマー膜を調製するこれらの方法は、幾つかの不利な点を有する。
【０００７】
同時照射においては、ＴＦＳモノマーが、同時に照射されるので、所望でないプロセス（例えば、モノマーの二量化および／またはモノマーの独立した単独重合）が、所望のグラフト重合反応と競合して生じ得る。
【０００８】
ニートのＴＦＳが、グラフト重合反応において使用される場合、大容量の生産に適するモノマーと照射される基材フィルムとの間の接触時間を達成することが困難であり得る。代表的には、ニートのモノマーは、基材フィルムの表面を、あまり効果的に濡らさず、そしてこのことは、接触時間を延長しない限り、低いグラフト重合度という所望でない結果となり得る。さらに、ニートのＴＦＳの使用は、逆に、過剰のモノマーが必要であるため、グラフト重合プロセスのコストを増加させ得る。
【０００９】
ＴＦＳ溶液を使用して実行されたグラフト重合反応の不利な点は、溶液中のモノマー濃度が低くなるにつれて、グラフト重合のレベルがかなり低下することである。実に、上記’３０３号特許は、ＴＦＳ濃度の減少にともなう、グラフト割合のかなりの減少を報告する。グラフト割合の低下は、放射線量および／またはグラフト化反応温度の増加によって軽減されるが、このことは、グラフト重合プロセスのエネルギーの必要性を必然的に増加させる。全体では、溶液中のＴＦＳの使用は、グラフト重合プロセスのコストの所望でない増加となる傾向にある。
【００１０】
グラフト化前に、基材ポリマーを照射およびクエンチすることによる、基材ポリマーの架橋は、２つの別個の照射工程を必要とする。クエンチは、照射されたポリマーの加熱および／または架橋剤の添加をさらに包含する。このプロセスに対する明白な不利な点は、これらの工程がプロセスに対して時間および費用を追加し、グラフトポリマー膜の全体的な調製を複雑にするということである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（発明の要旨）
ある線量の電離線放射に対して、ポリマー基材フィルムを曝露させる工程、ならびに、次いで、この照射された基材フィルムを、フルオロスチレン性モノマーを含むエマルジョンと接触させる工程、を包含するグラフトコポリマー膜を調製する方法が、提供される。
【００１２】
１実施形態において、グラフトコポリマー膜を調製するための本発明の方法は、以下の工程：
（ａ）ポリマー基材フィルムを、ある線量の電離線放射に対して曝露させる工程；ならびに
（ｂ）この照射された基材フィルムを、少なくとも１つのフルオロスチレン性モノマーを含むエマルジョンと接触させる工程、
を包含し、
ここで、このエマルジョン中のモノマー量は、３０容量％以下である。
【００１３】
別の実施形態において、グラフトコポリマー膜を調製するための本発明の方法は、ポリマー基材フィルムを、ある線量の電離線放射に対して曝露させる工程、および、この照射された基材フィルムを、少なくとも１つの置換されたα，β，β−トリフルオロスチレンモノマーを含むエマルジョンと接触させる工程、を包含する。
【００１４】
別の実施形態において、グラフトコポリマー膜を調製するための本発明の方法は、ポリマー基材フィルムを、ある線量の電離線放射に対して曝露させる工程、および、このポリマー基材フィルムを、トリフルオロナフチルモノマーを含むエマルジョンと接触させる工程、を包含する。
【００１５】
（発明の詳細な説明）
本発明の方法において、グラフトコポリマー膜は、ある線量の電離線放射に対して、ポリマー基材フィルムを曝露させること、次いで、この照射された基材フィルムを、フルオロスチレン性モノマーを含むエマルジョンと接触させること、によって調製される。
【００１６】
ポリマー基材フィルムの上およびポリマー基材フィルム中の十分な濃度の遊離ラジカル部位を導入することが可能な任意の放射は、本明細書に記載されるグラフトコポリマー膜の調製において使用され得る。例えば、照射は、ガンマ線、Ｘ線、電子線、または高エネルギーＵＶ放射であり得る。基材フィルムは、不活性雰囲気中で照射され得る。基材フィルムが曝露される放射線量は、１Ｍｒａｄ〜１００Ｍｒａｄで変化し得る。代表的には、線量の範囲は、２０Ｍｒａｄ〜６０Ｍｒａｄの間である。
【００１７】
ポリマー基材フィルムは、密または多孔性であり得る。代表的には、基材フィルムは、膜に機械的強度を与え、そして照射およびグラフトコポリマー膜の最終消費適用において曝される条件に対して、物理的にも化学的にも安定であるべきである。適切な基材フィルムとしては、非フッ素化ビニルモノマー、フッ素化ビニルモノマー、および過フッ素化ビニルモノマーのホモポリマーまたはコポリマーが挙げられる。フッ素化ポリマーおよび過フッ素化ポリマーは、それらの高められた酸化安定性および熱安定性に起因して、特定の適用に対して望まれ得る。適切な基材フィルムとしては、以下が挙げられるが、これらに限定されない：ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ（エチレン−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）、ポリ（テトラフルオロエチレン−ｃｏ−ペルフルオロビニルエーテル）、ポリ（テトラフルオロエチレン−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）、ポリ（フッ化ビニリデン−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）、ポリ（フッ化ビニリデン−ｃｏ−クロロトリフルオロエチレン）、およびポリ（エチレン−ｃｏ−クロロトリフルオロエチレン）。
【００１８】
次いで、照射された基材フィルムは、エマルジョンと接触され、そしてモノマーは、次いで、グラフトコポリマーを形成するために、基材フィルムへ取り込まれる。照射された基材フィルムは、所望であれば、不活性雰囲気中において、エマルジョンと接触され得る。エマルジョンは、照射された基材フィルムをモノマーによって濡らすことを補助し得る。
【００１９】
適切なフルオロスチレン性モノマーとしては、α−フルオロスチレン、α，β−ジフルオロスチレン、α，β，β−トリフルオロスチレン、ならびに対応するフルオロナフチレンがあげられる。非置換および置換モノマー（特に、ｐ−置換モノマー）が使用され得る。フルオロスチレン性モノマーの混合物はまた、所望であれば、エマルジョン中で使用され得る。
【００２０】
本明細書および添付の特許請求の範囲において使用される場合に、置換フルオロスチレン性モノマーは、芳香環上に置換基を有するモノマーをいう。適切な置換α，β，β−トリフルオロスチレンおよび置換α，β，β−トリフルオロナフチレンは、ＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＣＡ９８／０１０４１およびＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＣＡ００／００３３７において記載される。このようなα，β，β−トリフルオロスチレンの例としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない：メチル−α，β，β−トリフルオロスチレン、メトキシ−α，β，β−トリフルオロスチレン、チオメチル−α，β，β−トリフルオロスチレン、およびフェニル−α，β，β−トリフルオロスチレン。
【００２１】
エマルジョンは、他の適切な非フッ素化モノマー（例えば、スチレン、α−メチルスチレン、およびビニルホスホン酸など）をさらに含み得る。グラフトコポリマー膜の最終消費適用に依存して、このようなある割合の非フッ素化モノマーの取り込みは、過度に性能に影響をおよぼすことなく、膜のコストを軽減し得る。
【００２２】
エマルジョンは、水系（すなわち、モノマーおよび水を含むエマルジョン）であり得る。あるいは、モノマーおよび非混和性の溶媒を含む非水性エマルジョンが、使用され得る。溶媒は、基材フィルムの膨潤を容易にするように選択され得る。さらなる代替として、基材フィルムの膨潤を容易にする溶媒をも含む水性エマルジョンが、使用され得る。
【００２３】
エマルジョンは、乳化剤をさらに含み得る。イオン性および非イオン性乳化剤が、使用され得る。適切な乳化剤の非限定的な例としては、ラウリル硫酸ナトリウムおよびドデシルアミン塩酸塩が挙げられる。エマルジョン中で使用されるモノマーの種類および濃度に依存して、乳化剤は、エマルジョンの安定性を増加し得る。特定の乳化剤は、使用されるならば、それは必須ではなく、そして当業者は、所定の適用に対して適切な乳化剤を容易に選択し得る。
【００２４】
所望であれば、エマルジョンはまた、グラフト重合の間、エマルジョン中で生じ得るモノマーの二量化および／または単独重合の量を制限するための、防止剤を含み得る。ここでもまた、防止剤の選択は、本発明のプロセスに対して本質的ではなく、適切な防止剤は、当業者にとって明白である。
【００２５】
グラフト重合反応は、任意の適切な温度で実行され得る。より高い温度は、より高いグラフト重合度を生じ得るが、モノマーの二量化度／単独重合度もまた増加させ得る。適切な温度範囲は、以下のような因子に依存する：基材フィルムのグラフト化の所望のレベル、使用されるモノマーについての温度の関数としてのグラフト重合度および温度の関数としての、モノマーの二量化度／単独重合度。例えば、２０〜１００℃の範囲の温度が適切であり、そして、α，β，β−トリフルオロスチレン性モノマーを使用する場合は、５０〜８０℃の範囲が代表的である。当業者は、本発明のプロセスの所定の適用に対して、適切な温度範囲を容易に決定し得る。
【００２６】
照射された基材フィルムが、エマルジョンと接触される方法は、本発明のプロセスに対して本質的ではない。例えば、照射された基材フィルムは、エマルジョン浴中に浸漬もしくはくぐらされ得、または、エマルジョンは、照射された基材フィルム上に層として被覆され得る。あるいは、エマルジョンは、エマルジョンか、またはインサイチュでエマルジョンを形成する成分のいずれかとして、吹き付けられ得る。さらなる例として、エマルジョンは、照射された基材フィルムと霧として接触され得る。前記の方法のいずれかの組み合わせも、使用され得る。
【００２７】
グラフト重合後、グラフトコポリマー膜は、適切な溶媒で洗浄され得る。溶媒の選択は、本発明のプロセスに対して本質的ではない。一般的に、溶媒は、モノマーのための溶媒であるべきであって、基材フィルムのためのものではない。当業者は、特定の適用に対する適切な溶媒を容易に決定し得る。
【００２８】
次いで、イオン交換機能は、例えば、種々の適用に対して適切なイオン交換膜を生成するために、続く反応（例えば、ハロメチル化、スルホン化、ホスホン化、アミノ化、カルボキシル化、ヒドロキシル化（続くリン酸化と任意に組み合わせられる）ならびにニトロ化）によって、グラフトコポリマー膜へ（直接的または間接的に）導入され得る。１より多くのイオン交換部分が、グラフトコポリマー膜へ導入され得る。グラフトコポリマー膜が、燃料電池への適用における使用ためのイオン交換膜として意図される場合に、特に、スルホン化またはホスホン化が使用され得る。
【００２９】
グラフトされたフィルムへ、イオン交換機能を導入する特定の方法は、本発明のプロセスに対して本質的ではなく、特別な試薬の選択でもない。例えば、スルホン化されたグラフトコポリマー膜が所望である場合、スルホン化試薬（例えば、三酸化硫黄、クロロスルホン酸（原液または溶液）、および発煙硫酸）を用いる液相または蒸気相スルホン化が、使用され得る（クロロスルホン酸については、次の加水分解が必要とされ得る）。
【００３０】
図１は、本発明のプロセスの実施形態の概略図である。説明のために、密なポリマー基材フィルムのグラフト重合およびスルホン化が記載される。ポリマー基材フィルムは２は、ローラー部４から照射チャンバー６へ送られ、そこで、不活性雰囲気中で、ある線量の電離線放射に曝露される。次いで、照射された基材フィルムは、グラフト化チャンバー８へ移動し、そこで、フルオロスチレン性モノマーを含むエマルジョンに曝される。次いで、モノマーは、グラフトコポリマーを形成するために、基材フィルムへ組み込まれる。
【００３１】
エマルジョンは、供給１０において形成され、そしてグラフト化チャンバー８へ供給される。次いで、示されるように、過剰のエマルジョンは、グラフト化チャンバー８へ再利用され得る。以前に言及されるように、モノマーは、照射された基材フィルムとともにグラフトコポリマーを形成する代わりに、二量化し得る。エマルジョン中の二量体の濃度が増加すると、過剰のエマルジョンは、分離器１２へ向けられ得、そこで、エマルジョン中に存在するモノマーおよび二量体を分離する。次いで、再利用されたモノマーは、エマルジョンでの再使用のために、供給１０へと向けられ得る。二量体は、貯蔵器１４へ向けられる。一旦、十分な量の二量体が貯蔵器１４に存在すると、次いで、二量体は、反応器１６へ向けられ、そこで、モノマーを形成するように分割され、モノマーは、エマルジョンでの再使用のために、供給１０へと向けられ得る。このようなモノマー回収および再利用システムは、本発明のプロセスにとって必要とされないが、モノマー利用の効率を増加し得、コスト削減に有用であり得る。
【００３２】
以前に言及されるように、照射された基材フィルム２は、公知の方法によってエマルジョンに曝され得る。例えば、グラフト化チャンバー８は、エマルジョン浴または吹き付けブースを含み得る。多孔性基材フィルムが使用される場合、内部へエマルジョンを吸収するために、エマルジョン浴に浸漬され得、次いで、さらにエマルジョンを吹き付けられる。
【００３３】
エマルジョン浴が使用される場合、所望であるならば、エマルジョンを撹拌する手段が使用され得る。エマルジョンをかき混ぜるための従来の手段としては、撹拌、散布ならびに超音波処理が挙げられる。かき混ぜは、エマルジョンの均一性を維持することを補助し得る。
【００３４】
次いで、グラフトコポリマー膜２は、洗浄区域１８へ供給され、そこで、適切な溶媒で洗浄される。溶媒は、溶媒供給２０から洗浄区域１８へ提供される。示されるように、廃棄物質は、分離器２２において溶媒から分離され得、溶媒は再利用される。グラフトコポリマー膜２は、次いで、スルホン化チャンバー２４へと供給され、そこでスルホン化される。
【００３５】
上記で議論したモノマー回収および再利用システムのように、図１において示された溶媒再利用システムは、本発明のプロセスには必要とされないが、グラフト重合プロセスにおける溶媒利用の効率を増加し得、コスト削減に有用であり、そして／またはプロセス廃棄流の環境への影響を軽減する。
【００３６】
示された実施形態において、グラフトコポリマー膜２は、三酸化硫黄の蒸気によってスルホン化される。所望であれば、グラフトコポリマー膜２は、スルホン化速度を高めるために昇圧および／または昇温下でスルホン化され得る。三酸化硫黄は、さらに、その活性を減少させるために、不活性雰囲気（例えば、窒素）によって希釈され得る。所望であれば、グラフトコポリマー膜２は、膨潤させるために溶媒中に予め浸漬され得、それによって、膜の内部のスルホン化を容易にする。適切な溶媒としてハロゲン化溶媒（例えば、１，２−ジクロロエタンおよび１，１，２，２−テトラクロロエタン）が挙げられる。しかし、上記で議論されたように、他のスルホン化試薬および／または条件が、本発明のプロセスにおいて使用され得る。
【００３７】
もちろん、上記で議論されたように、他のイオン交換機能が、グラフトコポリマー膜２へ導入され得る。
【００３８】
次いで、スルホン化された膜２は、水洗区域２６へ向けられる。洗浄水は回収および再利用され、そして示されるように、廃棄物は、処分のための容器２８へ収集される。
【００３９】
次いで、スルホン化された膜２は、ローラー区域３２で収集される前に、区域３０で乾燥される。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
（ポリフッ化ビニリデン（ＴＥＤＬＡＲ（登録商標）ＳＰ）フィルムに対する、パラ−メチル−α，β，β−トリフルオロスチレン（ｐ−Ｍｅ−ＴＦＳ）のエマルジョングラフト重合）
ドライアイス冷却した不活性雰囲気中で、２５μｍ厚のポリフッ化ビニリデン（Ｔｅｄｌａｒ（登録商標）ＳＰ）フィルム（７ｃｍ×７ｃｍ）の４つのサンプルに、１０ＭｅＶ電離線放射源を使用して、２０Ｍｒａｄの線量で照射した。原液の脱気したｐ−Ｍｅ−ＴＦＳおよび塩酸ドデシルアミンを、水（ＤＤＡ．ＨＣｌ；０．０５０ｇ／ｍｌ水）へ加えることによって、３０％（ｖ／ｖ）のエマルジョンを調製した。次いで、２つの照射された基材フィルムサンプルを、不活性雰囲気中、８０℃で２〜３時間、エマルジョン中に浸漬した。他の２つのサンプルを、同じ反応条件下で、原液の脱気したｐ−Ｍｅ−ＴＦＳに曝した。次いで、４５℃の減圧下（３．９ｋＰａ）で３時間乾燥する前に、ｐ−Ｍｅ−ＴＦＳグラフト化フィルムを、アセトンで２回ならびにトルエンで１回洗浄した。次いで、各サンプルについてのグラフト重合％を、基材フィルムの質量に対するグラフト化されたフィルムの質量における増加の％を計算することによって決定した。
【００４１】
各サンプルについての反応条件およびグラフト重合％を、表１にまとめる。
【００４２】
（表１）
（ポリフッ化ビニリデンフィルムに対する、ｐ−Ｍｅ−ＴＦＳのエマルジョングラフト重合）
【００４３】
【表１】
2005500433.tif 000003
（実施例２）
（ポリ（エチレン−ｃｏ−クロロトリフルオロエチレン）（ＨＡＬＡＲ（登録商標））フィルムに対する、ｐ−Ｍｅ−ＴＦＳのエマルジョングラフト重合）
ポリ（エチレン−ｃｏ−クロロトリフルオロエチレン）（Ｈａｌａｒ（登録商標））フィルムの７ｃｍ×７ｃｍのサンプルを、２５μｍ厚および５０μｍ厚のＨａｌａｒ（登録商標）３００ＬＣならびにＨａｌａｒ（登録商標）ＭＢＦ（多孔性フィルム；６３０μｍ厚、２０４ｇ／ｍ２）から調製した。このサンプルに、１０ＭｅＶ電離線放射源を使用して、１０〜４０Ｍｒａｄの線量で照射した。サンプル５〜２０に、ドライアイス冷却した不活性雰囲気中で照射した。エマルジョンを、実施例１に記載のように調製した。次いで、サンプルの半分を、不活性雰囲気中、６０〜８０℃で２４時間、エマルジョン中に浸漬した。サンプルの残りの半分を、同じ反応条件下で、原液の脱気したｐ−Ｍｅ−ＴＦＳに曝した。次いで、４５℃の減圧下（３．９ｋＰａ）で３時間乾燥する前に、ｐ−Ｍｅ−ＴＦＳグラフト化フィルムを、アセトンで２回ならびにトルエンで１回洗浄した。次いで、各サンプルについてのグラフト重合％を、実施例１に記載のように決定した。
【００４４】
各サンプルについての反応条件およびグラフト重合％を、表２にまとめる。
【００４５】
（表２）
（ポリ（エチレン−ｃｏ−クロロトリフルオロエチレン）フィルムに対する、ｐ−Ｍｅ−ＴＦＳのエマルジョングラフト重合）
【００４６】
【表２−１】
2005500433.tif 000004
【００４７】
【表２−２】
2005500433.tif 000005
（実施例３）
（ポリ（エチレン−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）（ＴＥＦＺＥＬ（登録商標））フィルムに対する、ｐ−Ｍｅ−ＴＦＳのエマルジョングラフト重合）
ドライアイス冷却した不活性雰囲気中で、２ミル（約５０μｍ）厚のポリ（エチレン−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）（Ｔｅｆｚｅｌ（登録商標））フィルム（７ｃｍ×７ｃｍ）のサンプルに、１０ＭｅＶ電離線放射源を使用して、２０Ｍｒａｄの線量で照射した。原液の脱気したｐ−Ｍｅ−ＴＦＳおよび塩酸ドデシルアミン（ＤＤＡ．ＨＣｌ）を水へ濃度を変化させて加えることによって、エマルジョンを調製した。次いで、２つの照射された基材フィルムサンプルを、不活性雰囲気中、８０℃で２時間、与えられたエマルジョン中に浸漬した。さらに、サンプル５３を、同じ反応条件下で、原液の脱気したｐ−Ｍｅ−ＴＦＳに曝した。次いで、４５℃の減圧下（３．９ｋＰａ）で３時間乾燥する前に、ｐ−Ｍｅ−ＴＦＳグラフト化フィルムを、アセトンで２回ならびにトルエンで１回洗浄した。次いで、各サンプルについてのグラフト重合％を、実施例１に記載のように決定した。
【００４８】
試験した各サンプルについての反応条件、エマルジョン組成ならびにグラフト重合％を、表３にまとめる。
【００４９】
（表３）
（ポリ（エチレン−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）フィルムに対する、ｐ−Ｍｅ−ＴＦＳのエマルジョングラフト重合）
【００５０】
【表３−１】
2005500433.tif 000006
【００５１】
【表３−２】
2005500433.tif 000007
表１〜３に示されるように、サンプル２１および２２を除いては、エマルジョングラフト重合されたサンプルは、他は同一の条件下でモノマー原液を使用する比較例に対して、より高いグラフト重合度を示した。従って、本発明のプロセスは、類似の反応条件下でモノマー原液を使用する場合に達成され得るグラフト重合度よりも、少ないモノマーを使用して、より高いグラフト重合度を達成し得る。
【００５２】
また、サンプル２１〜２８を除いて、エマルジョン中のより低いモノマー濃度において、グラフト重合％を増加させる傾向があるということに注意する（表４を参照のこと）。実に、サンプル２９〜５２のうち最も高いグラフト物は、１０％のモノマーを有するエマルジョンを使用して達成された。溶液中においてＴＦＳを使用するグラフト重合が、モノマー濃度を減少させるとより低いグラフト％となることからすると、エマルジョングラフト重合プロセスについてのこの結果は、驚くべきことである。
【００５３】
（実施例４）
（ポリ（エチレン−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）−ｇ−ｐ−Ｍｅ−ＴＦＳのスルホン化）
実施例３のサンプル２９および３０を、以下のようにスルホン化した。各サンプルを、スルホン化溶液（ジクロロエタン中に３０％ＳＯ３、および５％ｗ／ｗの酢酸）中に、５０℃で２時間浸漬した。スルホン化したサンプルのＥＷを、サンプルにおける水の存在量として決定した。このデータから、サンプルのスルホン化％を決定した。１部位あたり１つのスルホン基と仮定して、スルホン化されるグラフトコポリマー上の反応可能な部位の％として、スルホン化％を測定した。スルホン化の結果を、表４にまとめる。
【００５４】
（表４）
（ポリ（エチレン−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）−ｇ−ｐ−Ｍｅ−ＴＦＳのスルホン化）
【００５５】
【表４】
2005500433.tif 000008
本発明のプロセスは、フルオロスチレン性モノマーからのグラフトコポリマー膜の容易な、そしてモノマーの使用を有効にする調製方法を提供する。フルオロスチレン性モノマーの溶液グラフト重合またはエマルジョングラフト重合において、現在使用されているよりも、より低いモノマー濃度で使用でき、また一方で、現在のものに匹敵するか、またはより優れたグラフト重合度を達成できたため、膜生成、特に大容量の連続生成において、かなりのコスト節約が可能となる。
【００５６】
上記全ての米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願ならびに非特許文献が、本明細書で参照され、そして／または出願データシートに記載されており、その全体を本明細書中で参考として援用される。
【００５７】
本発明の特定の要素、実施形態および適用が、示され、記載される一方、特に前述の教示を考慮し、改変が当業者によってなされ得るので、それらに対して本発明が制限されないということが、当然理解される。従って、それは、本発明の範囲にある特徴を組み込むような改変を包含することが、添付の特許請求の範囲によって意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、本発明のプロセスの実施形態の概略図である。
【図１】
2005500433.tif 000009
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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