(57)【要約】  多孔質フルオロポリマー膜および熱安定なイオン基を含む濾過膜；濾過膜を含むフィルターおよびフィルター構成要素；濾過膜、フィルターおよびフィルター構成要素を作製する方法；ならびに濾過膜、フィルター構成要素またはフィルターを使用して、流体から不要物質を除去する方法が記載される。【選択図】図１Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質フルオロポリマー膜、
熱安定なイオン基、および
縁部
を含む濾過膜と；
フルオロポリマー端板と
を含むフィルター構成要素であって、
濾過膜の縁部が端板にポッティングされ、縁部に沿って流体密シールをもたらす、フィルター構成要素。
【請求項２】
濾過膜を、濾過膜の縁部が端板にポッティングされるように、フルオロポリマーの溶融加工性フルオロポリマーを軟化させるために十分な時間にわたり、少なくとも摂氏２４０度の温度に曝露した時、濾過膜が、曝露前に濾過膜に存在したイオン基の量の少なくとも５０パーセントを含有する、請求項１に記載のフィルター構成要素。
【請求項３】
濾過膜を、濾過膜の縁部が端板にポッティングされるように、フルオロポリマーの溶融加工性フルオロポリマーを軟化させるために十分な時間にわたり、少なくとも摂氏２８０度の温度に曝露した時、濾過膜が、曝露前に濾過膜に存在したイオン基の量の少なくとも５０パーセントを含有する、請求項１に記載のフィルター構成要素。
【請求項４】
溶融加工性フルオロポリマーが、濾過膜に接着した貼り合わせ用フィルム、端板の表面およびポッティング化合物から選択される、請求項２または３に記載のフィルター構成要素。
【請求項５】
イオン基が、負荷電イオン基を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のフィルター構成要素。
【請求項６】
イオン基が、イオン性硫黄含有基およびイオン性リン含有基から選択される、請求項５に記載のフィルター構成要素。
【請求項７】
イオン基が、ホスホン酸およびスルホネートから選択される、請求項６に記載のフィルター構成要素。
【請求項８】
イオン基が、正荷電イオン基を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のフィルター構成要素。
【請求項９】
イオン基がイミダゾールである、請求項８に記載のフィルター構成要素。
【請求項１０】
濾過膜が、多孔質フルオロポリマー膜、および熱安定なイオン基を含む多孔質フルオロポリマー膜の表面上のコーティングを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載のフィルター構成要素。
【請求項１１】
コーティングが、
液体コーティング溶液の反応性化合物の合計重量に対して、
２５〜９０重量部のイオン基含有反応性化合物、および
１０〜７５重量部のイオン基不含反応性化合物
を含む液体コーティング溶液から得られる、請求項１０に記載のフィルター構成要素。
【請求項１２】
イオン基含有反応性化合物が、１−ビニルイミダゾール、ビニルピリジン、ビニルスルホン酸、ビニルスルホン酸ナトリウム、ビニルホスホン酸および４−ビニルベンゼンスルホン酸ナトリウムから選択される、請求項９に記載のフィルター構成要素。
【請求項１３】
イオン基不含反応性化合物が、メチレンビスアクリルアミド、メタクリル酸２−（ジメチルアミノ）エチルおよび１，４−ブタンジオールジビニルエーテルから選択される、請求項１１または１２に記載のフィルター構成要素。
【請求項１４】
濾過膜が、多孔質フルオロポリマー膜、および多孔質フルオロポリマー膜にグラフトされた熱安定なイオン基を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のフィルター構成要素。
【請求項１５】
多孔質フルオロポリマー膜が、ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）、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）（ＦＥＰ）およびポリ（テトラフルオロエチレン−ｃｏ−ペルフルオロ（アルキルビニルエーテル））（ＦＰＡ）から選択されるペルフルオロポリマーを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のフィルター構成要素。
【請求項１６】
フルオロポリマー膜がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のフィルター構成要素。
【請求項１７】
フルオロポリマー膜が、シート、プリーツシートまたは中空糸である、請求項１から１６のいずれか一項に記載のフィルター構成要素。
【請求項１８】
端板が溶融加工性フルオロポリマーを含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載のフィルター構成要素。
【請求項１９】
膜を取り囲むフルオロポリマーハウジング、
流体がフルオロポリマーハウジングの中へ流れることを可能にする入口、
流体が膜を通過した後に、ハウジングから流れ出ることを可能にする出口
を備える、請求項１から１８のいずれか一項に記載のフィルター構成要素を含むフィルター。
【請求項２０】
入口と出口の間を流れる流体が接触する表面によって画定される流路をさらに備え、流路のすべての表面がフルオロポリマー材料で作製されている、請求項１９に記載のフィルター。
【請求項２１】
請求項１から１８のいずれか一項に記載のフィルター構成要素、または請求項１９もしくは２０に記載のフィルターを使用する方法であって、流体に濾過膜を通過させることを含む方法。
【請求項２２】
流体が、酢酸ｎ−ブチル（ｎＢＡ）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、酢酸２−エトキシエチル（２ＥＥＡ）、キシレン、シクロヘキサノン、乳酸エチル、メチルイソブチルカルビノール（ＭＩＢＣ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、酢酸イソアミル、ウンデカン、プロピレングリコールメチルエーテル（ＰＧＭＥ）およびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）から選択される溶媒を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
溶融加工性フルオロポリマーと接触している濾過膜を含むフィルター構成要素を調製する方法であって、
濾過膜が、
多孔質フルオロポリマー膜、
熱安定なイオン基、および
縁部
を含み；
方法が、
濾過膜および溶融加工性フルオロポリマーを加熱して、溶融加工性フルオロポリマーを軟化させることを含む、方法。
【請求項２４】
濾過膜が、加熱後に、加熱する工程の前に濾過膜に存在したイオン基の量の少なくとも５０パーセントを含有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
溶融加工性フルオロポリマーが、濾過膜に接着した貼り合わせ用フィルム、端板およびポッティング化合物から選択される、請求項２３または２４に記載の方法。
【請求項２６】
濾過膜の縁部を端板にポッティングすることを含む、請求項２３から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
多孔質フルオロポリマー膜、および
多孔質フルオロポリマー膜の表面のコーティングであって、熱安定なイオン基を含むコーティング
を備える濾過膜。
【請求項２８】
濾過膜の一部としての熱安定なイオン基が、摂氏２４０度の温度に５分間加熱可能であり、イオン基の５０モルパーセント以下が化学的に劣化する、請求項２７に記載の濾過膜。
【請求項２９】
イオン基が、負荷電イオン基を含む、請求項２７または２８に記載の濾過膜。
【請求項３０】
イオン基が、イオン性硫黄含有基およびイオン性リン含有基から選択される、請求項２７から２９のいずれか一項に記載の濾過膜。
【請求項３１】
イオン基が、ホスホン酸およびスルホネートから選択される、請求項２７から２９のいずれか一項に記載の濾過膜。
【請求項３２】
イオン基が、正荷電イオン基を含む、請求項２７または２８に記載の濾過膜。
【請求項３３】
イオン基がイミダゾールである、請求項３２に記載の濾過膜。
【請求項３４】
コーティングが、
液体コーティング溶液の反応性化合物の合計重量に対して、
２５〜９０重量部のイオン基含有反応性化合物、および
１０〜７５重量部のイオン基不含反応性化合物
を含む液体コーティング溶液から得られる、請求項２７から３３のいずれか一項に記載の濾過膜。
【請求項３５】
イオン基含有反応性化合物が、１−ビニルイミダゾール、ビニルピリジン、ビニルスルホン酸、ビニルホスホン酸および４−ビニルベンゼンスルホン酸ナトリウムから選択される、請求項３４に記載の濾過膜。
【請求項３６】
イオン基不含反応性化合物が、メチレンビスアクリルアミド、メタクリル酸２−（ジメチルアミノ）エチルおよび１，４−ブタンジオールジビニルエーテルから選択される、請求項３４または３５に記載の濾過膜。
【請求項３７】
多孔質フルオロポリマー膜が、ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）、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）（ＦＥＰ）およびポリ（テトラフルオロエチレン−ｃｏ−ペルフルオロ（アルキルビニルエーテル））（ＦＰＡ）から選択されるペルフルオロポリマーを含む、請求項２７から３６のいずれか一項に記載の濾過膜。
【請求項３８】
フルオロポリマー膜がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む、請求項２７から３７のいずれか一項に記載の濾過膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下の説明は、多孔質フルオロポリマー膜および熱安定なイオン基を含む濾過膜；濾過膜を含むフィルターおよびフィルター構成要素（すなわち、フィルターの任意の部分、部品、補助構成要素または構造体）；濾過膜、フィルター構成要素およびフィルターを作製する方法；ならびに濾過膜、フィルター構成要素またはフィルターを使用して液体溶媒などの流体を濾過し、流体から不要物質を除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体物質から不要物質を有用な物質と分けるために使用される濾過膜およびフィルター製品は、近代産業の必須ツールである。不要物質には、粒子、微生物および溶解化学種などの不純物および夾雑物が含まれ、これらは、水などの有用な流体；液体工業用溶媒、原料もしくは加工流体；または医療もしくは医薬価値がある液体溶液から除去することができる。例示的フィルターは、製薬業界においてバッファーおよび治療薬含有溶液などの溶液から粒子および細菌を除去するために、マイクロエレクトロニクスおよび半導体加工に使用される超高純度水溶液および有機溶媒溶液を処理するために、および水の精製プロセスに使用される。
【０００３】
有効な濾過膜の例としては、フィルターの使用、すなわち、フィルターによって行われる濾過の種類に基づいて選択され得る平均孔径を有する、ポリマーの多孔質構造体が挙げられる。典型的な孔径は、約０．００１ミクロン〜約１０ミクロンなどのミクロンまたはサブミクロン範囲である。平均孔径が約０．００１〜約０．０５ミクロンである膜は、一般的に、限外濾過膜と分類される。孔径が約０．０５〜１０ミクロンである膜は、一般的に、微多孔質膜と分類される。
【０００４】
濾過機能を実行するために、フィルター製品は、不要物質の除去を担う濾過膜を含む。濾過膜は、必要に応じて、数ある構成の中でも、巻回された（例えば、螺旋状に）、プリーツ加工された平坦シートの形態であってもよく、中空糸の形態であってもよい。濾過膜は、濾過されている流体が入口から入り、出口を通過する前に濾過膜を通過する必要があるように、ハウジング内に収容することができる。または、代替構成では、入る流体の一部分が濃縮ストリームとして第二の出口から除去される。
【０００５】
流体に、シート（例えば、プリーツ加工された）であっても中空糸膜であってもよい濾過膜を通過させるために、フィルターには、濾過膜の端部または縁部と、フィルターの別の構造体の表面である「支持面」との間に液密シールが形成されなければならない。例えば、中空糸濾過膜の端部の周囲をフィルターの支持面と接着して、その周囲に液密シールを形成することができる。シートタイプの濾過膜を含むフィルターの例では、濾過膜を、プリーツが軸方向に配置されたプリーツ円筒状膜の中へ形成してもよい。流体密シールでは、プリーツ円筒の対向する２つの端部における濾過膜の縁部の各々が、フィルターの端板に熱接着される。
【０００６】
濾過膜とフィルターの支持面との間の流体密シールは典型的に、濾過膜の端部（例えば、縁部）をフィルターの表面に熱接着する方法である「ポッティング」と称される方法によって生成される。流体密シールは多くの場合、濾過膜の縁部とフィルターの支持面との間に位置する熱可塑性材料（例えば、溶融加工性ポリマー）によって形成される。熱可塑性材料は濾過膜の縁部および支持面と接触し、溶融または軟化され、濾過膜と支持面との間およびそれらの中の介在空間を流れ、取り囲み、満たす。冷却すると、ポリマー材料は、濾過膜とフィルター表面との間に液密シールを形成する。
【発明の概要】
【０００７】
マイクロエレクトロニクスデバイス加工の分野では多種多様な液体材料が使用され、それらの多くは非常に高レベルの純度で使用される。例として、マイクロエレクトロニクスデバイスのフォトリソグラフィー加工用溶媒は非常に高純度でなくてはならず、したがって、これらの材料の有用な供給源を提供するための安定で清潔な濾過膜が必要である。
【０００８】
マイクロエレクトロニクス加工で使用される液体材料は、高度に酸性または腐食性である場合があり、通常は昇温で使用される。これらの液体は、特に昇温で、ポリオレフィンおよびナイロンなどの、フィルターに使用される多くの一般的なポリマー材料を溶解するまたは弱める傾向がある。このため、高レベルの化学的不活性および熱安定性を示すとみなされるポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）などのフッ素化ポリマーが、マイクロエレクトロニクスデバイス加工で使用される加工液体材料用フィルターに使用されることが多い。
【０００９】
向上した濾過レベルを実現するために、濾過膜の一部として、イオン性官能基（「イオン交換官能基」または単に「イオン基」）を含んでもよい。イオン性官能基は、流体から溶解金属物質または粒子を除去するのに有効である場合がある。フルオロポリマーの欠点の１つは、高度に不活性であるため、イオン性官能基をこれらの材料にイオン性官能基を配置することが困難であるということである。さらに、フィルターに組み込まれた濾過膜において有効であるためには、イオン性官能基は、濾過膜をフィルターに組み込むために典型的に使用されるポッティング工程を含む、濾過膜を基本的な膜の形態から完成フィルター製品の構成要素へと変換するために通常使用されるプロセス条件に耐えなければならない。フルオロポリマーから作製される濾過膜を含むフィルターを調製するために、ポッティング工程は、比較的高温、例えば、少なくとも摂氏２００度で行われる。しかし、多くのイオン性官能基は熱安定でなく、この範囲の温度に曝露されると急速に劣化することがある。
【００１０】
一態様では、本発明はフィルター構成要素に関する。フィルター構成要素は濾過膜を含む。濾過膜は、多孔質フルオロポリマー膜、熱安定なイオン基および縁部を含む。フィルターはフルオロポリマー端板をさらに含む。濾過膜の縁部は端板にポッティングされ、縁部に沿って流体密シールを形成する。
【００１１】
一態様では、本発明は、溶融加工性フルオロポリマーと接触した濾過膜を含むフィルター構成要素を調製する方法に関し、濾過膜は、多孔質フルオロポリマー膜、熱安定なイオン基および縁部を含む。方法は、濾過膜および溶融加工性フルオロポリマーを加熱し、溶融加工性フルオロポリマーを軟化させることを含む。
【００１２】
さらに別の態様では、本発明は、多孔質フルオロポリマー膜、および多孔質フルオロポリマー膜の表面のコーティングを含む濾過膜に関する。コーティングは、熱安定なイオン基を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ−１Ｂ】端部斜視図および上面図として、濾過膜を含む、本発明の説明の例示的フィルター構成要素を示す図である。
【図１Ｃ】上面図として、濾過膜を含む、本発明の説明の例示的フィルター構成要素を示す図である。
【図１Ｄ】端板にポッティングされた濾過膜を含む、本発明の説明の例示的フィルター構成要素の側面斜視図である。
【図２】イオン基の熱安定性に関するデータを示す図である。
【図３】イオン基の熱安定性に関するデータを示す図である。
【図４】イオン基の熱安定性に関するデータを示す図である。
【図５】イオン基の熱安定性に関するデータを示す図である。
【図６】イオン基の熱安定性に関するデータを示す図である。
【図７】イオン基の熱安定性に関するデータを示す図である。
【図８】イオン基の熱安定性に関するデータを示す図である。
【図９】イオン基の熱安定性に関するデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面は概略図であり、縮尺通りではなく、また本発明の説明の任意の態様を制限するとみなされない。
【００１５】
本発明は、多孔質フルオロポリマー膜および熱安定なイオン基を含む濾過膜に関する。本発明はまた、そのような濾過膜を含むフィルター（例えば、フィルターカートリッジ）およびフィルター構成要素（完成フィルターデバイスの部分、補助アセンブリ、補助構成要素など）；上記濾過膜を調製する方法；上記濾過膜を含むフィルター構成要素またはフィルターを調製する方法；ならびに濾過膜、フィルター構成要素またはフィルターを使用する方法に関する。
【００１６】
特に、濾過膜は、多孔質フルオロポリマー膜、および昇温、例えば、少なくとも摂氏２００度の温度で行われる、濾過膜をフィルターの支持面にポッティングする工程を含む、濾過膜をフィルター構成要素またはフィルターへと変換するために使用される１つまたは複数の工程において比較的高温で処理されるのに十分に熱安定なイオン基を含む。
【００１７】
多孔質フルオロポリマー膜は濾過分野で公知であり、これには、平坦な平面シート、中空糸、平坦な円板、プリーツシート、巻回されたシートの形態、またはフィルター製品に組み込み得る別の膜形態でもよい多孔質濾過膜が含まれる。多孔質フルオロポリマー膜は、フッ素化（例えば、ペルフルオロ化）ポリマーから作製され、フッ素化ポリマーは、高度な熱安定性、高度な化学安定性、すなわち、高温に対する良好な耐性および化学劣化に対する良好な耐性、ならびにフィルターとしての使用時に膜から浸出することがある抽出可能物質のレベルが低いことを含む、それらの望ましい特性のために、フィルター製品に有用であることが公知である。
【００１８】
多孔質フルオロポリマー膜に有用なフッ素化ポリマーは、フッ素化（少なくとも部分的にフッ素化）されていても、ペルフルオロ化（実質的に完全にフッ素化）されていてもよい。一般的な用語に基づくペルフルオロ化ポリマー（ペルフルオロポリマー）は、ポリマーのすべてまたは実質的にすべて（例えば、少なくとも９５、９８または９９パーセント）の水素原子がフッ素原子で置き換えられたポリマーである。一般的な用語に基づくフッ素化ポリマー（「フルオロポリマー」）は、水素原子の代替物としてフッ素原子を有する炭素骨格を有するが、炭素骨格に直接結合する、非実質的な量を上回る量の水素原子、塩素原子、またはその両方を含むこともでき、フッ素原子の含有量が、ポリマーに所望の熱特性および化学安定特性を与えるのに十分に高いポリマーである。
【００１９】
上記フッ素化濾過膜に有用なペルフルオロ化ポリマーの例としては、ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）、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）（ＦＥＰ）およびポリ（テトラフルオロエチレン−ｃｏ−ペルフルオロ）（アルキルビニルエーテル））（ＰＦＡ）が挙げられる。上記フッ素化濾過膜に有用なフッ素化ポリマーの例としては、ポリ（エチレン−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）（ＥＴＦＥ）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）（ＣＴＦＥ）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン−ｃｏ−エチレン）（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）およびポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）が挙げられる。特定の例として、フッ素化濾過膜は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または少なくとも９８もしくは９９重量パーセントのテトラフルオロエチレンに由来する発泡ＰＴＦＥでもよい。
【００２０】
有用な多孔質フルオロポリマー膜は、フルオロポリマー、ペルフルオロポリマーまたはこれらの組合せを含んでもよく、これらからなってもよく、これらから本質的になってもよい。フルオロポリマー、ペルフルオロポリマー、またはフルオロポリマーとペルフルオロポリマーの組合せから本質的になる多孔質フルオロポリマー膜は、フルオロポリマーのみ、ペルフルオロポリマーのみ、またはフルオロポリマーとペルフルオロポリマーの組合せ、および２、１、０．５または０．１重量パーセント以下の任意の他の種類の（非フッ素化）材料を含有する膜である。
【００２１】
多孔質フルオロポリマー膜は、形状によって、ならびに孔径、バブルポイントおよび厚さのうちの１種または複数によって特徴付けてもよい。
【００２２】
例示的多孔質フルオロポリマー膜は、微多孔質濾過膜または限外濾過膜のいずれかとみなされるサイズ（平均孔径）の孔を有してもよい。微多孔質膜は、約０．０５ミクロン〜約１０ミクロンの範囲の平均孔径を有してもよく、孔径は、除去される不純物の粒径または種類、圧力および圧力降下要件、ならびにフィルターによって処理される液体の粘度要件を含む、１つまたは複数の要因に基づいて選択される。限外濾過膜は、０．００１ミクロン〜約０．０５ミクロンの範囲の平均孔径を有してもよい。孔径は多くの場合、水銀圧入法（ＭＰ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、液体置換法（ＬＬＤＰ）または原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの公知の技術によって測定することができる、多孔質材料の平均孔径として報告される。
【００２３】
バブルポイントもまた、多孔質膜の公知の特色である。バブルポイント試験法では、多孔質材料の試料を、表面張力が公知である液体に浸漬して濡らし、試料の片側にガス圧をかける。ガス圧を徐々に増加させる。ガスが試料を通って流れる最低圧力がバブルポイントと呼ばれる。本発明の説明によると有用な多孔質フルオロポリマー膜の有用なバブルポイントの例は、ＨＦＥ７２００を使用して摂氏２０〜２５度の温度で測定して、２〜２００ｐｓｉの範囲、例えば、２０〜８０ｐｓｉの範囲であってもよい。
【００２４】
上記多孔質膜は、任意の有用な厚さ、例えば、５〜１００ミクロンの範囲、例えば、２０〜５０ミクロンの厚さのシートの形態であってもよい。
【００２５】
濾過膜は、濾過材として機能し、濾過膜を通過する流体から粒子または金属などの不要物質を除去するのに有効なイオン基を含む。イオン基はまた、本明細書に記載されるように熱安定である。イオン基が濾過膜の一部としてフィルター構成要素または仕上がりフィルター（例えば、カートリッジ）に組み込まれるためには、イオン基は、濾過膜を構成要素または仕上がりフィルターへと変換するために使用される加工工程に耐えるのに十分に安定でなければならない。多孔質フルオロポリマー膜を含むフィルター構成要素およびフィルターをアセンブルする方法は、多くの場合、比較的高温、例えば、摂氏２００度超で溶融する熱加工性フルオロポリマーが存在するため、比較的高温を用いる。濾過膜をフィルター構成要素に組み込むために一般的に使用される特定の１つの工程は「ポッティング」工程であり、この工程では、熱加工性ポリマー（例えば、サーモポリマー（ｔｈｅｒｍｏｐｏｌｙｍｅｒ））を使用して、濾過膜をフィルターの表面に固定する。多孔質フルオロポリマー膜を含む濾過膜をポッティングする方法では、ポッティング工程は、少なくとも摂氏２００度の温度で溶融することがある熱加工性フルオロポリマーを使用する場合がある。濾過膜の一部であるイオン基は、ポッティング工程の際に、イオン基が濾過材として有効に機能しなくなる程度まで劣化することなく、ポッティング工程の比較的高温への曝露に耐えるのに十分に安定でなければならない。
【００２６】
濾過膜の構成要素として有用なイオン基（すなわち、イオン含有官能基または「リガンド」）は、濾過膜の濾過材として機能するのに有用である場合があり、これは、イオン基が、例えば、濾過膜を通過する流体からある特定の種類の物質を除去するように機能することによって濾過機能性を示すことを意味し、物質は、例えば、望ましくない不純物、夾雑物、または溶解金属、イオンもしくは液体に懸濁した固体粒子などの他の望ましくない固体物質もしくは溶解物質の形態である。濾過膜の一部として有用なイオン基は、正電荷（すなわち、カチオン）または負電荷（すなわち、アニオン）のいずれかを示すことによって濾過膜の使用条件でイオン性であり、さらに本明細書に記載されるように熱安定な基であってもよい。
【００２７】
濾過膜のイオン基は、濾過膜の表面のコーティングの一部として含まれるとき、基の化学種の多数の個々の分子（すなわち、基の１または複数モルの範囲の数）が、イオン基が濾過材として機能するのに有効でない程度まで劣化することなく、本明細書に記載のポッティング工程で処理することができる場合に熱安定であるとみなされる。例えば、好ましいイオン基は、少なくとも摂氏２００度の温度、例えば、摂氏２００度以上の少なくとも１種の温度、例えば、摂氏２２０、２４０または２８０、またはさらには３００度に２、５または１０分間曝露することができ、分子の元の数の少なくとも５０パーセントが曝露によって劣化しない、すなわち、濾過膜に最初に存在した基の個々の分子の元の数の少なくとも５０パーセントが曝露によって劣化せず、曝露後に濾過膜に存在する。
【００２８】
濾過膜を使用してフィルター構成要素を調製することに関して、イオン基は、濾過膜のコーティングの一部として含まれるとき、基の多数の分子（すなわち、基の多数モル）が、濾過膜をフィルターの別の構成要素（例えば、端板）にポッティングする工程に曝露することができる場合に熱安定であるとみなされ、ポッティング工程は、濾過膜を、少なくとも摂氏２００、２２０、２４０、２８０または３００度の温度に、濾過膜と構成要素との間に流体密シールを生成するのに十分な時間にわたって（例えば、２、５または１０分間）加熱することを含み、濾過膜に存在するイオン基の元の数の少なくとも５０パーセントがポッティング工程中に劣化せず、したがってポッティング工程後に濾過媒体に存在する。
【００２９】
本発明の説明の濾過膜に使用されることが特定されたある特定の一般的な種類のイオン基の例としては、イオン性硫黄含有基、イオン性リン含有基およびイオン性窒素含有基またはイオン性アンモニウム含有基が挙げられる。ある特定のより具体的な例としては、イオン性イミダゾール基、イオン性ピリジン、イオン性スルホネート基（例えば、スルホン酸およびその塩）ならびにホスホネート基（例えば、ホスホン酸およびその塩）が挙げられる。
【００３０】
イオン基は、イオン基が濾過材として有効に機能するのを可能にするために有効と見込まれる任意の方法を使用して、濾過膜の表面に配置することができる。１つの例として、イオン基は、イオン基を濾過膜にグラフトする方法、例えば、モノマーをポリマー（すなわち、多孔質フルオロポリマー膜）に電子線グラフトするという理解されている方法によって濾過膜の一部となり、濾過膜の表面に配置することができる。
【００３１】
別の例として、イオン基は、イオン基を含有するコーティングを多孔質フルオロポリマー膜の表面に設けることにより、濾過膜の一部となってもよい。例示的コーティングは、イオン基および反応性基を含み、かつ反応性化合物の他の分子と反応して、例えば、硬化または重合してイオン基を含有するコーティングを形成することができ、さらに、濾過膜の表面に接着する反応性化合物（反応性「モノマー」）に由来してもよい。反応性化合物は、反応性基として、反応性基が反応性化合物の他の分子と反応して反応生成物、例えば、硬化物質、ポリマー、オリゴマーなどを形成することを可能にするように制御された方式で反応性であり、高分子量を有する任意の基を含んでもよい。例示的反応性基としては、ビニル、アクリレート、メタクリレート、およびフリーラジカル重合などの任意の硬化機構で硬化し得る他の公知の反応性化学部分、多くの場合不飽和基が挙げられる。
【００３２】
荷電窒素原子を含有するコーティングを調製するために、イオン基含有反応性化合物は、反応性イミダゾール含有化合物、例えば、１−ビニルイミダゾールであってもよい。
【００３３】
荷電硫黄原子（例えば、スルホネート基）を含有するコーティングを調製するために、イオン基含有反応性化合物は、ビニルスルホン酸ナトリウム（ＳＶＳ）（代替的に、酸の形態のビニルスルホン酸）などのスルホン酸化合物またはスルホン酸塩化合物であってもよい。別の例は、４−ビニルベンゼンスルホン酸ナトリウムまたはその別の酸もしくは塩の形態である。
【００３４】
荷電リン原子（例えば、ホスホネート）を含有するコーティングを調製するために、イオン基含有反応性化合物は、ビニルホスホン酸、エテニルホスホン酸またはその塩などのホスホン酸化合物またはホスホン酸塩化合物であってもよい。
【００３５】
イオン基を含有する反応性化合物由来のイオン基を含有する上記コーティングは、反応性化合物の１種または複数を化学硬化または重合する方法によって形成することができる。コーティングは、１種または複数の反応性化合物（例えば、モノマー）を含有し、かつ任意選択で、溶媒（例えば、有機溶媒、水または両方）；イオン基を含有しない、「共反応物」と称される１種または複数の追加の反応性化合物（例えば、反応性ビニル、アクリレートまたはメタクリレート化合物）；コーティング溶液の反応性基の反応を開始させるための開始剤；またはこれらの組合せなどの、１種または複数の追加の反応性成分または非反応性成分を含む、液体コーティング溶液から調製することができる。
【００３６】
コーティング溶液に有用となり得る共反応物の例として、一般的に、イオン基を含有しないが、一種または複数の反応性ビニル、アクリレートまたはメタクリレート基を含有する反応性化合物が挙げられる。共反応物は、ビニル、アクリレートまたはメタクリレートなどの単一の反応性基を含有する単官能性反応性化合物であってもよく、２種以上のそのような反応性基を含有し、共反応物が架橋剤として機能することを可能にする多官能性、例えば、二官能性であってもよい。単官能性共反応物の非限定的な例としては、モノアクリレート、およびエチルメタクリレート（例えば、メタクリル酸２−（ジメチルアミノ）エチル）などのモノメタクリレートが挙げられる。例示的多官能性共反応物としては、ジアクリレート化合物およびジビニル化合物が挙げられ、より詳細には、メチレンビスアクリルアミドなどのビス−アクリルアミド化合物およびジビニルエーテル化合物（例えば、１，４−ブタンジオールジビニルエーテル）などのジビニル化合物が挙げられる。
【００３７】
コーティング溶液の反応性化合物の合計量に関して、コーティング溶液は、イオン基を含有しない反応性化合物（すなわち、共反応物）に対して、任意の所望の相対的な量のイオン基を含む反応性化合物を含有してもよい。例示的コーティング溶液は、すべての種類の反応性化合物の合計重量に対して、１０、２０または２５、最大９５、例えば、３０〜９０、または５０〜８５重量パーセントのイオン基を含む反応性化合物、および５〜９０、８０、または７５、例えば、１０〜７０、または１５〜５０重量パーセントのイオン基を含まない反応性化合物を含んでもよい。
【００３８】
例示的コーティング溶液は、任意の有用な量の溶媒、例えば、コーティング溶液の合計重量に対して少なくとも５、２０、４０または５０重量パーセント、最大６０、８０、９０または９５重量パーセントの有機もしくは水性溶媒（または有機および水性溶媒の組合せ）を含有してもよく、溶液の残余は反応性化合物である。溶媒は、上記反応性化合物を含有する溶液を形成するのに有効な水もしくは有機化合物、またはそれらのブレンドであってもよい。有機溶媒の例としては、メタノールなどのアルカノールが挙げられる。
【００３９】
一部の実施形態では、液体コーティング溶液は、液体コーティング溶液の反応性化合物の合計重量に対して、２５〜９０重量部のイオン基含有反応性化合物、および１０〜７５重量部のイオン基不含反応性化合物を含む。一部の実施形態では、イオン基含有反応性化合物は、１−ビニルイミダゾール、ビニルピリジン、ビニルスルホン酸、ビニルホスホン酸および４−ビニルベンゼンスルホン酸ナトリウムから選択してもよい。一部の実施形態では、イオン基不含反応性化合物は、メチレンビスアクリルアミド、メタクリル酸２−（ジメチルアミノ）エチルおよび１，４−ブタンジオールジビニルエーテルから選択してもよい。
【００４０】
コーティング溶液は、任意の有効な装置および方法を使用して多孔質フルオロポリマー膜に塗布することができる。液体コーティング溶液は、溶液がコーティングされた表面に滞留し、所望であれば任意選択で多孔質表面中に浸透する量で、多孔質フルオロポリマー膜の表面に塗布することができる。多孔質フルオロポリマー膜に塗布した後、コーティングは所望の方法で硬化または乾燥してもよい。
【００４１】
多孔質フルオロポリマー膜に塗布されるコーティング溶液の量は、濾過膜に所望の量のイオン基を設ける量であってもよい。濾過膜に存在するイオン基の量は、公知の方法および装置を使用して、例えば、膜の電荷の量を、そのとき比色定量法で測定することができる検出可能な色素分子の吸収量に基づいて近似する色素結合法によって、定量的に決定することができる（本明細書実施例２を参照されたい）。
【００４２】
濾過膜は、流体がその中を通過する構成要素として濾過膜を収容するフィルター（例えば、フィルターカートリッジ）の中に使用して、流体から所望しない物質を除去することができる。「フィルター」は、濾過膜、ならびに濾過膜が流体から不要物質を濾過するように機能するために、流体がフィルターを通るように導かれると同時に濾過膜を通過することを協働して可能にする、フレーム、ハウジング、および流れ制御構造体などの追加の構造体を収容する構造体を指す。
【００４３】
例示的フィルターは濾過カートリッジと称することができ、これは、入口および出口、ならびにハウジング内に収容され、入口と出口の間に位置する上記濾過膜を備えるハウジングを含む。濾過膜は、フィルターの入口に入る任意の流体が濾過膜を通って流れ、その後ハウジングの出口を通過してフィルターを出ることが必要なように、ハウジング内に配置し、密封することができる。ハウジング内の濾過膜は、中空フィルター膜、円板形状膜、または巻回もしくはプリーツ加工してもよいシート状膜などの、任意の形状または形態をとってもよい。
【００４４】
濾過膜は、濾過膜をフィルター内で支持し、流体がフィルターを通過する際に濾過膜を通って流れるようにする種々の追加の材料および構造体によって、フィルター構造体に収容してもよい。円筒状プリーツ濾過膜を含むフィルターのためのそのような構造体の例としては、いずれもフィルター構築物に含まれてもよいが必須でなくてもよい以下のものが挙げられる：円筒状プリーツ濾過膜の内部開口で円筒状プリーツ濾過膜を支持する剛性または半剛性コア；プリーツ膜の外部で円筒状プリーツ濾過膜を支持する剛性または半剛性ケージ；プリーツ濾過膜の長軸方向縁部を円筒状膜の長手方向の継ぎ目に沿って連結し、膜をプリーツ円筒へと形成する継ぎ合わせ材料；その中を流体が流れる濾過膜の主面を支持するが、濾過材として有効である必要はない穴あき膜支持材料（例えば、穴あきネットまたはメッシュの形態）；円筒状プリーツ濾過膜の２つの対向する端部のそれぞれに位置する端板または「パック」；濾過膜の縁部を端板に熱接着して使用することができる、溶融加工性フルオロポリマーの形態のポッティング化合物；および円筒状プリーツ膜の対向する端部の縁部の、縁部が端板と接触する場所に位置する貼り合わせ用フィルム。
【００４５】
ある特定の好ましいフィルターの実施形態によると、フィルターを通過する流体と接触する、フィルターのすべての表面、例えば、すべての構成要素（すべての構造体、部品など）は、好ましくは、フッ素化または（ｏｆ）ペルフルオロ化ポリマー材料で形成することができる。これらには、コア、ケージ、継ぎ合わせ材料、膜支持材料、端板および貼り合わせ用フィルムなどの必須または任意選択の構成要素、ならびに、流れ制御面、ガスケット、接着剤、シーラント、グロメット、入口、出口、ハウジング構成要素などの、フィルター構造体の任意の他の構成要素が含まれる。フルオロポリマー材料、例えば、ペルフルオロポリマー材料から作製される構成要素から全体的に作製され、フィルターを通過する流体に接触する箇所に全体的にフルオロポリマー製の構造体および表面を収容するフィルターは、「全テフロン」または「全フルオロポリマー」フィルターと称されることがある。これらのフィルターは、フルオロポリマー材料からなるまたはフルオロポリマー材料から本質的になる、例えば、ペルフルオロポリマー材料からなるまたはペルフルオロポリマー材料から本質的になるとみなすことができる。フルオロポリマー材料またはペルフルオロポリマー材料から本質的になるフィルター（またはフィルター構成要素）は、フィルターの合計重量に対して少なくとも９０、９５、９８または９９重量パーセントのフルオロポリマーまたはペルフルオロポリマー材料（またはその組合せ）、および１０、５、２または１重量パーセント以下の非フッ素化材料または構造体から作製される構造体を収容するフィルター（またはフィルター構成要素）である。
【００４６】
本明細書に記載されるフィルターの構造体のいずれかの材料として有用となり得るフッ素化およびペルフルオロ化ポリマーの例としては、種々の溶融加工性フルオロポリマーが挙げられる。溶融加工性フルオロポリマーは、材料の軟化温度特性を上回る温度に加熱されると可逆的に軟化または溶融して柔軟性または流動性となることができ、軟化温度を下回る温度に冷却されると再固化する、フッ素化（例えば、部分的にフッ素化されたまたは完全にフッ素化された（ペルフルオロ化））ポリマーである。好ましい溶融加工性フルオロポリマーは、実質的にフルオロポリマーが劣化することなく、繰り返し加熱されて可逆的に軟化または溶融し、その後冷却されて再固化することができる。溶融加工性フルオロポリマーの特定の例としては、ＰＦＡおよびＦＥＰが挙げられる。
【００４７】
ここで図１Ａを参照すると、フィルター構成要素の一部としての、シート型膜の形態の、本明細書に記載される濾過膜の１つの非限定的な例が図示される。フィルター構成要素１０は、上記イオン基を含有するコーティング（詳細には図示されない）を含む多孔質フルオロポリマー膜を含む、本明細書に記載される濾過膜１２を含む。濾過膜１２の主面には、好ましくはフルオロポリマーメッシュまたはネット材料（例えば、ＰＦＡなどのペルフルオロポリマー材料）である、膜支持材料１４が配置される。組み合わされた層の２つの対向する端部の各々では、膜１２および支持膜１４の縁部に沿って多数の貼り合わせ用フィルム１６があり、貼り合わせ用フィルム１６は端部に沿って配置され、縁部を一つにまとめる。貼り合わせ用フィルム１６は、フルオロポリマー、好ましくは溶融加工性フルオロポリマー材料（例えば、ＰＦＡなどのペルフルオロポリマー材料）から作製することができる。
【００４８】
図１Ｂおよび１Ｃを参照すると、フィルター構成要素１０は、長軸方向にプリーツ２０を形成するように加工し得る。プリーツ２０が形成されると、対向する端部１８同士を、溶融加工性フルオロポリマー材料（例えば、ＰＦＡなどの溶融加工性ペルフルオロポリマー材料）でもよい継ぎ合わせ材料（図示せず）を使用して、連結することができる。
【００４９】
図１Ｄを参照すると、対向する端部１８同士（図１Ｄでは詳細に図示されない）が継ぎ合わせ材料によって連結されており、構成要素１０は、貼り合わせ用フィルム１６によって一つにまとめられ、１つの端部で端板２２にポッティングされたプリーツ濾過膜１２およびプリーツ膜支持材料１４を含む円筒状プリーツ膜の形態の構成要素３０へと形成される。
【００５０】
図１Ｄは、プリーツ円筒状構成要素１０と、端板円筒状フィルター構成要素１０の１つの端部の縁部がポッティングされた端板２２との製品である、フィルター構成要素３０を示す。端板２２は、好ましくは、溶融加工性フルオロポリマー材料（例えば、ＰＦＡなどの溶融加工性ペルフルオロポリマー材料）で作製することができる。円筒状構成要素１０を端板２２にポッティングする工程は、円筒状構成要素１０および端板２２を、端板２２および貼り合わせ用フィルム１６の溶融熱加工性フルオロポリマー材料が軟化する温度に加熱すること、および構成要素１０の端部を端板２２の表面に押し付けることを含む。加熱温度、接触圧およびポッティング工程の時間は、溶融加工性フルオロポリマー材料の軟化または溶融、および濾過膜１２の縁部全体が溶融加工性フルオロポリマーで覆われるまたは浸潤され、流体（例えば、液体）が縁部の周囲を通過しないようにするシールを縁部に沿って生成する、すなわち、流体密（特に液密）シールを生成するのに十分な、円筒状構成要素１０の端部の縁部に対するフルオロポリマー材料の流れを可能にするのに十分なものであってもよい。
【００５１】
濾過膜１２をフィルター構成要素またはフィルターへと変換するための他の工程では、例えば、ポッティング工程の前、記載されたポッティング工程の前に、コア（図示せず）をプリーツ円筒状構成要素１０の内部開口２４に配置し、ケージ（図示せず）をプリーツ円筒状構成要素１０の外部の周囲に配置してもよい。
【００５２】
また別のさらなる工程は、第二の端板（図示せず）を、図１Ｄのプリーツ円筒状構成要素３０の第二の端部にポッティングすることでもよい。２つの対向するポッティングされた端部ならびに任意選択のコアおよびケージを備えた、得られるプリーツ円筒状構成要素は、入口および出口を含み、かつ入口に入る流体の全量がフィルターの出口を出る前に濾過膜１２を必ず通過しなければならないように構成されるフィルターハウジング中に配置することができる。
【００５３】
１つの有用な一連の工程によると、まず、上記濾過膜および任意選択のフルオロポリマー支持層を、ＦＥＰを貼り合わせ用フィルムとして使用して、材料のシートの２つの対向する縁部を加熱で貼り合わせるように加工してもよい。次に、縁部が加熱で貼り合わされた濾過膜および任意選択の支持層をプリーツ加工し、ＦＥＰを使用してプリーツ膜を円形の「プリーツ束」へと継ぎ合わせ、残る２つの縁部を連結する。ＰＦＡコア構造体をプリーツ束の中間に挿入し、プリーツ束をＰＦＡケージに挿入する。プリーツ円筒のそれぞれの端部に１つのパックを熱接着することにより、このアセンブリ（または「カートリッジ」）を２つのＰＦＡ端板（または「パック」）にポッティングする準備ができる。プリーツ円筒の端部の縁部のＰＦＡパックおよびＦＥＰ貼り合わせ用フィルムを、加熱素子に５分間（例えば、３〜７分間）曝露することによって軟化させ、５分後、カートリッジを軟化したＰＦＡパックへと下ろすと、ポッティング工程が完了する。
【００５４】
フィルターハウジングは、任意の有用な所望のサイズ、形状および材料のものであってもよく、好ましくは、ポリ（テトラフルオロエチレン−ｃｏ−ペルフルオロ（アルキルビニルエーテル））、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ペルフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ペルフルオロメチルアルコキシ（ＭＦＡ）または別の好適なフルオロポリマー（例えば、ペルフルオロポリマー）などのフッ素化ポリマーであってもよい。
【００５５】
本明細書に記載される濾過膜、または濾過膜を含有するフィルターもしくはフィルター構成要素は、液体薬品から不要物質を濾過して精製または除去する方法に有用となり得る。液体薬品は種々の組成物のいずれかのものであってもよく、任意の産業または商業的使用のための、任意の用途に有用であるまたは使用される液体薬品であってもよい。上記フィルターの特定の例は、半導体またはマイクロエレクトロニクス製造の用途に使用されるまたは有用である、液体薬品を精製する、例えば、半導体フォトリソグラフィー法に使用される液体溶媒を濾過するために使用することができる。
【００５６】
流体は、非常に低いレベルの溶解金属および非常に低いレベルの懸濁粒子または他の不純物もしくは夾雑物を含む、半導体フォトリソグラフィー法に使用されたときに非常に高いレベルの純度を示す必要がある任意の流体、例えば、溶媒であってもよい。上記濾過膜を使用して濾過され得る溶媒のいくつかの特定の非限定的な例としては、酢酸ｎ−ブチル（ｎＢＡ）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、酢酸２−エトキシエチル（２ＥＥＡ）、キシレン、シクロヘキサノン、乳酸エチル、メチルイソブチルカルビノール（ＭＩＢＣ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、酢酸イソアミル、ウンデカン、プロピレングリコールメチルエーテル（ＰＧＭＥ）およびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）が挙げられる。
【実施例】
【００５７】
実施例１
負荷電ＡＭＰＳモノマーで改質されたＰＴＦＥ表面
本実施例は、負荷電モノマーである２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）によるＰＴＦＥ膜の表面改質を実証する。このモノマーの負荷電イオン基は、図２において熱安定でないことが示される。
【００５８】
負荷電ＰＴＦＥ膜を表面改質によって生成した。表面改質は、負荷電モノマーＡＭＰＳが組み込まれた光開始型架橋コーティングを塗布することによって達成した。まず、未改質ＰＴＦＥ膜を直径４７ｍｍの試験片へと切断し、１００％イソプロパノールに浸して膜を濡らした。次に、ＩＰＡで濡れた膜試験片を、１０％ヘキシレングリコール溶液で交換した。交換した膜試験片をＡＭＰＳモノマー溶液（表１）に浸し、膜にモノマー溶液を吸収させた。試験片をモノマー溶液から取り出し、すぐに２枚の透明なポリエチレンシートの間に置き、３０フィート／分の速度でＦｕｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ広帯域ＵＶランプに通した。ＵＶ硬化した膜試験片を水で洗浄し、メタノールで２回洗浄した後乾燥した。
2021517509.tif 000003
【００５９】
実施例２
負荷電ＰＴＦＥ膜の色素結合能の決定
本実施例は、正荷電色素分子、メチレンブルーの吸収を測定することにより、処理された多孔質フルオロポリマー膜に存在する負電荷の量を近似することができる方法を実証する。
【００６０】
この方法は、表面改質されたＰＴＦＥ膜に帯電する電荷の量を測定するために使用される。まず、各試験片（例えば、実施例１のもの）をイソプロパノールに再び濡らし、すぐに５０ｍＬの希釈（０．０００７５重量％の割合）メチレンブルー色素（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）供給溶液を含有する５０ｍＬのコニカルチューブに入れ、チューブに蓋をして２時間回転する。２時間の回転後、膜試験片をメチレンブルー溶液から取り出し、５０ｍＬの１００％イソプロパノール溶液を含有する５０ｍＬのコニカルチューブに入れ、チューブに蓋をして０．５時間回転する。イソプロパノール中で回転後、目視によって膜試験片が青色に染色されたことを確認し、試験片を乾燥する。希釈メチレンブルー供給溶液のＵＶ吸光度を測定し、試験片が回転された溶液のものと比較する。回転された溶液と比較した原液とのＵＶ吸光度の差を決定することによって最終的な「色素結合能」（ＤＢＣ）を算出し、色素μｇ／膜ｃｍ２で表すことができる。この数字は膜の表面の荷電官能基のレベルの近似値であり、膜のイオン交換能のレベルと相関する。負荷電ＡＭＰＳモノマーで改質されたＰＴＦＥ表面のＤＢＣは２４．７μｇ／ｃｍ２と決定された。
【００６１】
実施例３
負荷電ＰＴＦＥ膜の熱安定性の決定
改質された膜試験片を加熱し、昇温曝露前後の色素結合能の変化を測定することにより、表面改質されたＰＴＦＥの熱安定性を決定した。
【００６２】
表面改質されたＰＴＦＥ膜試験片を、２００℃〜３４０℃の範囲の温度で、予め加熱したオーブンにそれぞれ１０分間入れた。それぞれの膜は１種の温度のみで加熱され、１つの膜に対して熱曝露は繰り返さなかった。それぞれの試験片を熱に曝露した後、膜を冷却し、実施例２と同様の色素結合能試験を行った。熱曝露後のＤＢＣの損失により、荷電官能基の熱安定性が示される。負荷電ＡＭＰＳモノマーで改質されたＰＴＦＥ表面（実施例１を参照されたい）の熱安定性の結果が図２に示されており、ＡＭＰＳモノマーのイオン基が熱安定性を欠くことが示される。
【００６３】
実施例４
負荷電ＳＶＳモノマーで改質されたＰＴＦＥ表面
本実施例は、負荷電モノマーであるビニルスルホン酸ナトリウム（ＳＶＳ）によるＰＴＦＥ膜の表面改質、およびＳＶＳによってもたらされる荷電官能基の熱安定性（図３を参照されたい）を実証する。
【００６４】
負荷電ＰＴＦＥ膜を表面改質によって生成した。表面改質は、表２に示されるＳＶＳを含有するモノマー溶液を用いたことを除き実施例１と同様の方法を使用して、負荷電モノマーＳＶＳが組み込まれた光開始型架橋コーティングを塗布することによって達成した。次に、実施例２の方法を使用して色素結合能を決定した。負荷電ＳＶＳモノマーで改質されたＰＴＦＥ表面の色素結合能は、１９．８μｇ／ｃｍ２と決定された。最後に、改質された膜試験片を加熱し、昇温曝露前後の色素結合能の変化を測定することにより、負荷電ＳＶＳモノマーで改質されたＰＴＦＥ表面の熱安定性を決定した。負荷電ＳＶＳモノマーで改質されたＰＴＦＥ表面の熱安定性の結果を図３に示す。
2021517509.tif 000004
【００６５】
実施例５
負荷電ＶＰＡモノマーで改質されたＰＴＦＥ表面
本実施例は、負荷電モノマーであるビニルホスホン酸（ＶＰＡ）によるＰＴＦＥ膜の表面改質、およびＶＰＡによってもたらされる荷電官能基の熱安定性（図４を参照されたい）を実証する。
【００６６】
負荷電ＰＴＦＥ膜を表面改質によって生成した。表面改質は、表３に示されるＶＰＡを含有するモノマー溶液を用いたことを除き実施例１と同様の方法を使用して、負荷電モノマーＶＰＡが組み込まれた光開始型架橋コーティングを塗布することによって達成した。次に、実施例２の方法を使用して色素結合能を決定した。負荷電ＶＰＡモノマーで改質されたＰＴＦＥ表面の色素結合能は、１８．４μｇ／ｃｍ２と決定された。最後に、改質された膜試験片を加熱し、昇温曝露前後の色素結合能の変化を測定することにより、負荷電ＶＰＡモノマーで改質されたＰＴＦＥ表面の熱安定性を決定した。負荷電ＶＰＡモノマーで改質されたＰＴＦＥ表面の熱安定性の結果を図４に示す。
2021517509.tif 000005
【００６７】
実施例６
正荷電ＡＰＴＡＣ／ＤＡＤＭＡＣモノマーで改質されたＰＴＦＥ表面
本実施例は、正荷電モノマーである（３−アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウムクロリド（ＡＰＴＡＣ）およびジアリルジメチルアンモニウムクロリド（ＤＡＤＭＡＣ）によるＰＴＦＥ膜の表面改質を実証する。
【００６８】
正荷電ＰＴＦＥ膜を表面改質によって生成した。表面改質は、正荷電モノマーＡＰＴＡＣが組み込まれた光開始型架橋コーティングを塗布することによって達成した。まず、未改質ＰＴＦＥ膜を直径４７ｍｍの試験片へと切断し、１００％イソプロパノールに浸して膜を濡らした。次に、ＩＰＡで濡れた膜試験片を、１０％ヘキシレングリコール溶液で交換した。交換した膜試験片をＡＰＴＡＣ／ＤＡＤＭＡＣモノマー溶液（表４）に浸し、膜にモノマー溶液を吸収させた。試験片をモノマー溶液から取り出し、すぐに２枚の透明なポリエチレンシートの間に置いてＦｕｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ広帯域ＵＶランプに通した。ＵＶ硬化した膜試験片を水で洗浄し、メタノールで２回洗浄した後乾燥した。
2021517509.tif 000006
【００６９】
実施例７
正荷電ＰＴＦＥ膜の色素結合能の決定
本実施例は、負荷電色素分子、ポンソーＳの吸収を測定することにより、正電荷の量を近似することができる方法を実証する。
【００７０】
この方法は、表面改質ＰＴＦＥ膜に帯電する正電荷の量を測定するために使用される。まず、各試験片をイソプロパノールに再び濡らし、すぐに５０ｍＬの希釈（０．００２５重量％の割合）ポンソーＳ色素（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）供給溶液を含有する５０ｍＬのコニカルチューブに入れ、チューブに蓋をして２時間回転する。２時間の回転後、膜試験片をポンソー溶液から取り出し、５０ｍＬの１００％のイソプロパノール溶液を含有する５０ｍＬのコニカルチューブに入れ、チューブに蓋をして０．５時間回転する。イソプロパノール中で回転後、目視によって膜試験片が赤色に染色されたことを確認し、試験片を乾燥する。ポンソーＳ供給溶液のＵＶ吸光度を測定し、試験片が回転された溶液のものと比較する。回転された溶液と比較した原液とのＵＶ吸光度の差を決定することによって最終的な「色素結合能」（ＤＢＣ）を算出し、色素μｇ／膜ｃｍ２で表すことができる。この数字は膜の表面の荷電官能基のレベルの近似値であり、膜のイオン交換能のレベルと相関する。正荷電ＡＰＴＡＣ／ＤＡＤＭＡＣモノマーで改質されたＰＴＦＥ表面のＤＢＣは７．３４μｇ／ｃｍ２と決定された。
【００７１】
実施例８
正荷電ＰＴＦＥ膜の熱安定性の決定
改質された膜試験片を加熱し、昇温曝露前後の色素結合能の変化を測定することにより、表面改質されたＰＴＦＥの熱安定性を決定した。
【００７２】
表面改質されたＰＴＦＥ膜試験片を、２００℃〜３４０℃の範囲の温度で、予め加熱したオーブンにそれぞれ１０分間入れた。それぞれの膜は１種の温度のみで加熱され、１つの膜に対して熱曝露は繰り返さなかった。それぞれの試験片を熱に曝露した後、膜を冷却し、実施例７と同様の色素結合能試験を行った。熱曝露後のＤＢＣの損失により、荷電官能基の熱安定性が示される。正荷電ＡＰＴＡＣ／ＤＭＡＭモノマーで改質されたＰＴＦＥ表面の熱安定性の結果を図５に示す。
【００７３】
図５はＡＰＴＡＣ／ＤＡＤＭＡＣモノマーの正荷電イオン基の熱安定性データを示す。異なるモノマー、すなわち、トリアリルアミン（ＴＡＡ）モノマーの別の正荷電イオン基もまた、熱安定性でないことが見出された。
【００７４】
実施例９
正荷電（１−ビニルイミダゾール）モノマーで改質されたＰＴＦＥ表面
本実施例は、正荷電モノマー、（１−ビニルイミダゾール）によるＰＴＦＥ膜の表面改質、および１−ビニルイミダゾールによってもたらされる、正荷電官能基の熱安定性（図６を参照されたい）を実証する。
【００７５】
正荷電ＰＴＦＥ膜を表面改質によって生成した。表面改質は、表５に示される（１−ビニルイミダゾール）を含有するモノマー溶液を用いたことを除き実施例６と同様の方法を使用して、正荷電モノマー、（１−ビニルイミダゾール）が組み込まれた光開始型架橋コーティングを塗布することによって達成した。次に、実施例７の方法を使用して色素結合能を決定した。正荷電（１−ビニルイミダゾール）モノマーで改質されたＰＴＦＥ表面の色素結合能は、６５．１μｇ／ｃｍ２と決定された。最後に、改質された膜試験片を加熱し、昇温曝露前後の色素結合能の変化を測定することにより、正荷電（１−ビニルイミダゾール）モノマーで改質されたＰＴＦＥ表面の熱安定性を決定した。正荷電（１−ビニルイミダゾール）モノマーで改質されたＰＴＦＥ表面の熱安定性の結果を図６に示す。
2021517509.tif 000007
【００７６】
実施例１０
熱安定な負荷電モノマーＳＶＳで改質されたＰＴＦＥ膜を用いた濾過による、イソプロパノールからの金属の除去
本実施例は、熱安定な負荷電モノマーＳＶＳで改質されたＰＴＦＥ膜の、濾過中にイソプロパノールの金属を減少させる能力を実証する。実施例４と同様の方法を使用して負荷電ＰＴＦＥ膜を調製し、４７ｍｍの膜試験片へと切断した。これらの膜試験片を、１０％ＨＣｌで数回洗浄した後１０％ＨＣｌに一晩漬け、脱イオン水で平衡化することによって調整し、清潔な４７ｍｍフィルターアセンブリ（Ｓａｖｉｌｌｅｘ）に固定した。膜およびフィルターアセンブリを、塗布溶媒でもあるＩｓｏｐｒｏｐａｎｏｌ  Ｇｉｇａｂｉｔ（ＫＭＧ）でフラッシュした。また、対照試料として、未処理の未改質ＰＴＦＥを同じ方法を使用して調製および調整し、フィルターアセンブリに固定した。塗布溶媒に、各金属５ｐｐｂの目標濃度でＣＯＮＯＳＴＡＮ  Ｏｉｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓ−２１（ＳＣＰ  Ｓｃｉｅｎｃｅ）をスパイクした。濾過金属除去効率を決定するために、金属でスパイクした塗布溶媒を、各フィルターを含有する対応する４７ｍｍフィルターアセンブリに１０ｍＬ／分で通過させ、濾液を５０、１００および１５０ｍＬの清潔なＰＦＡジャーに収集した。金属でスパイクした塗布溶媒および各濾液試料の金属濃度をＩＣＰ−ＭＳを使用して決定した。結果を、表６の合計金属除去（％）、および図７の１００ｍＬ濾過での個別の金属除去％に提示する。熱安定な負荷電モノマーＳＶＳで改質されたＰＴＦＥ膜は、未改質膜と比べて、イソプロパノールから金属（リチウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、銀、カドミウム、スズ、バリウムおよび鉛を含む）を除去する向上した能力を示す。
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【００７７】
実施例１１
熱安定な負荷電モノマーＳＶＳで改質されたＰＴＦＥ膜、および熱安定な正荷電（１−ビニルイミダゾール）モノマーで改質されたＰＴＦＥ表面を用いた濾過による、ｎＢＡからの金属の除去
本実施例は、熱安定な負荷電モノマーＳＶＳまたは熱安定な正荷電モノマー（１−ビニルイミダゾール）で改質された２種のＰＴＦＥ膜の、濾過中にイソプロパノールの金属を減少させる能力を実証する。実施例４および実施例９と同様の方法を使用して荷電ＰＴＦＥ膜を調製し、４７ｍｍの膜試験片へと切断した。これらの膜試験片を、１０％ＨＣｌで数回洗浄した後１０％ＨＣｌに一晩漬け、脱イオン水で平衡化することによって調整して、清潔な４７ｍｍフィルターアセンブリ（Ｓａｖｉｌｌｅｘ）に固定した。膜およびフィルターアセンブリを、Ｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌ  Ｇｉｇａｂｉｔ（ＫＭＧ）でフラッシュし、続いて酢酸ｎ−ブチル（ｎＢＡ）でフラッシュした。また、対照試料として、未処理の未改質ＰＴＦＥを同じ方法を使用して調製および調整し、フィルターアセンブリに固定した。塗布溶媒に、各金属５ｐｐｂの目標濃度でＣＯＮＯＳＴＡＮ  Ｏｉｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓ−２１（ＳＣＰ  Ｓｃｉｅｎｃｅ）をスパイクした。濾過金属除去効率を決定するために、金属でスパイクした塗布溶媒を、各フィルターを含有する対応する４７ｍｍフィルターアセンブリに１０ｍＬ／分で通過させ、濾液を５０、１００および１５０ｍＬの清潔なＰＦＡジャーに収集した。金属でスパイクした塗布溶媒および各濾液試料の金属濃度をＩＣＰ−ＭＳを使用して決定した。結果を、表７の合計金属除去（％）、および図８の１００ｍＬ濾過での個別の金属除去％に示す。熱安定な負荷電モノマーＳＶＳで改質されたＰＴＦＥ膜、および熱安定な正荷電モノマー（１−ビニルイミダゾール）で改質されたＰＴＦＥは、未改質膜と比べて、ｎＢＡから金属（ホウ素、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、モリブデン、銀、カドミウム、スズ、バリウムおよび／または鉛を含む）を除去する向上した能力を示す。
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【００７８】
実施例１２
熱安定な負荷電モノマーＳＶＳで改質されたＰＴＦＥ膜、および熱安定な正荷電（１−ビニルイミダゾール）モノマーで改質されたＰＴＦＥ表面を用いた、フィルターのＧ２５ビーズ保持率
フィルターのＧ２５ビーズ（０．０２５μｍの緑色蛍光ポリマーミクロスフェア、Ｆｌｕｏｒｏ−Ｍａｘ）保持率を、熱安定な負荷電モノマーＳＶＳで改質されたＰＴＦＥ膜、および熱安定な正荷電（１−ビニルイミダゾール）モノマーで改質されたＰＴＦＥ表面について決定し、未改質ＰＴＦＥ膜と比較した。８ｐｐｂのＧ２５ビーズと０．１％のトリトンＸ（Ｓｉｇｍａ）の供給溶液を脱イオン水中で調製した。膜ロールから４７ｍｍのサイズの膜試験片を切断し、イソプロパノールで濡らし、膜をフィルターアセンブリに固定した。濡れた膜を含有する膜アセンブリを脱イオン水でフラッシュし、続いて脱イオン水中０．１％のトリトンＸでフラッシュした。０．５、１、２、３および４％単層の計算されたビーズ添加量で、Ｇ２５およびトリトンＸを用いて調製した溶液を膜に通して濾過し、濾液を収集した。蛍光分光光度計を使用してＧ２５ビーズの濃度を計算することにより、収集した濾液試料を８ｐｐｂのＧ２５ビーズと０．１％トリトンＸとの供給溶液と比較する。種々の単層での膜の除去パーセントを図９にグラフ化した。熱安定な負荷電モノマーＳＶＳで改質されたＰＴＦＥ膜、および熱安定な正荷電モノマー、（１−ビニルイミダゾール）で改質されたＰＴＦＥは両方とも、未改質膜と比べて向上したＧ２５ビーズ保持率を示す。
【図１Ａ−１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年11月25日(2020.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質フルオロポリマー膜、
熱安定なイオン基、および
縁部
を含む濾過膜と；
フルオロポリマー端板と
を含むフィルター構成要素であって、
濾過膜の縁部が端板にポッティングされ、縁部に沿って流体密シールをもたらす、フィルター構成要素。
【請求項２】
イオン基が、負荷電イオン基を含む、請求項１に記載のフィルター構成要素。
【請求項３】
イオン基が、正荷電イオン基を含む、請求項１または２に記載のフィルター構成要素。
【請求項４】
濾過膜が、多孔質フルオロポリマー膜、および熱安定なイオン基を含む多孔質フルオロポリマー膜の表面上のコーティングを備える、請求項１または２に記載のフィルター構成要素。
【請求項５】
コーティングが、
液体コーティング溶液の反応性化合物の合計重量に対して、
２５〜９０重量部のイオン基含有反応性化合物、および
１０〜７５重量部のイオン基不含反応性化合物
を含む液体コーティング溶液から得られる、請求項４に記載のフィルター構成要素。
【請求項６】
多孔質フルオロポリマー膜、および
多孔質フルオロポリマー膜の表面のコーティングであって、熱安定なイオン基を含むコーティング
を備える濾過膜。
【請求項７】
イオン基が、負荷電イオン基を含む、請求項６に記載の濾過膜。
【請求項８】
イオン基が、正荷電イオン基を含む、請求項６または７に記載の濾過膜。
【請求項９】
コーティングが、
液体コーティング溶液の反応性化合物の合計重量に対して、
２５〜９０重量部のイオン基含有反応性化合物、および
１０〜７５重量部のイオン基不含反応性化合物
を含む液体コーティング溶液から得られる、請求項６または７に記載の濾過膜。
【請求項１０】
膜を取り囲むフルオロポリマーハウジング、
流体がフルオロポリマーハウジングの中へ流れることを可能にする入口、
流体が膜を通過した後に、ハウジングから流れ出ることを可能にする出口
を備えるフィルターであって、請求項１から５のいずれか一項に記載のフィルター構成要素または請求項６から９のいずれか一項に記載の濾過膜を含むフィルター。
【国際調査報告】
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