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JPH0693123A - 多孔質ポリテトラフルオロエチレン構造体及びその製造方法 - Google Patents

多孔質ポリテトラフルオロエチレン構造体及びその製造方法

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JPH0693123A
JPH0693123A JP3142263A JP14226391A JPH0693123A JP H0693123 A JPH0693123 A JP H0693123A JP 3142263 A JP3142263 A JP 3142263A JP 14226391 A JP14226391 A JP 14226391A JP H0693123 A JPH0693123 A JP H0693123A
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porous
filter
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】相互に連結した粒子の多孔質の一体網状組織を
形成するように融合した粒状タイプのポリテトラフルオ
ロエチレンの粒子を含む多孔質の連続媒体を提供する。 【構成】特に液体フィルターとして使用するための、多
孔質ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)構造体
は、一緒に融合して多孔質一体網状組織を形成した粒状
タイプのポリテトラフルオロエチレンの粒子を含む。こ
の構造体は、粒状PTFEの水性懸濁液を吹付けそして
335〜350℃の温度で焼成して作られる。典型的
に、比重は0.8〜1.54である。結晶度は95%未
満である。この構造体は、ステンレス鋼の網のような孔
のあいた基材で支持しても差支えない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、多孔質ポリテトラフルオロエチ
レン(PTFE)構造体に関する。この構造体について
考えられる主用途は、産業用のろ過のため、詳しく言え
ば固/液、固/気及び液/液分離のためのフィルターエ
レメントとしての用途である。とは言うものの、この構
造体は恐らく、多孔質構造体が必要とされる他の用途に
おいても有用であろう。
【0002】ろ過エレメントを製造する伝統的方法は、
ほとんど常に二段階プロセスによる。すなわち、強度部
材として働きそしてその上にろ布(すなわちろ材)又は
バッグを取付けることのできる形状又は姿を与えるエレ
メント(通常は金属、例えば金網のかごの)が製造され
る。ろ材は、伝統的に、特別に織られた金属及び非金属
布帛かあるいは針孔をあけたフェルトのいずれかから製
作されており、そして一般には一緒に縫い合わされて、
後にエレメントへ取付けることができあるいはエレメン
トの上へかぶせることのできる構成体を形成する。組み
合わされた構成体は(一般には多くの同一のそのような
構成体と共に)、フィルターハウジングの内側に一緒に
取付けられる。
【0003】ろ過装置は、ろ材として働くろ布及びろ過
処理の間ろ布を支持するエレメントと共に機能を果す。
大抵のろ過装置は組み込みの清浄装置を有するが、一定
期間の後には、標準的にろ布を取出し、そして清浄にす
るかあるいは変換するかしなくてはならない。
【0004】ポリテトラフルオロエチレンは、化学的に
不活性であり、また清浄が容易であることから、フィル
ターの構成のために有効な材料である。ポリテトラフル
オロエチレンを基礎材料とする繊維材料は、固/気及び
固/液ろ過用途において使用されている。一例は、炉の
廃ガスから粒状物質を除去することである。しかしなが
ら、これらのポリテトラフルオロエチレン繊維材料の開
放気孔構造は、多くのろ過用途、例えば固/液分離にお
いて、容認できるろ過性能を与えない。
【0005】基材へポリテトラフルオロエチレンコーテ
ィングを適用して不粘着性又は化学的不活性を与えるこ
とは、公知である。英国特許第2051091号明細書
は、割れのないコーティングを作ろうとする、ポリテト
ラフルオロエチレンと他のフルオロポリマーとの混合物
を含む吹付け可能なコーティング組成物を開示する。幾
層かのコーティングを適用して所望の厚さにすることが
できる。しかしながら、この開示の主目的は、割れのな
い非多孔性コーティングを作ることである。
【0006】欧州特許第0087149号明細書は、微
粉末タイプのポリテトラフルオロエチレンから形成され
た焼結された多孔質ポリテトラフルオロエチレン物品を
開示する。ところが、多孔性は全く低くて、ほぼ2.0
の比重で典型的に約18%の気孔率である。欧州特許第
0172750号明細書は、延伸することにより多孔質
にされる半焼結ポリテトラフルオロエチレン物品に関す
る。この開示もまた、主として微粉末タイプのポリテト
ラフルオロエチレンに関連している。
【0007】本発明の目的は、例えば産業用のろ過用途
で用いるのに十分強固である、ポリテトラフルオロエチ
レンを基礎材料とする多孔質構造体を提供することであ
る。
【0008】概括的に述べるならば、本発明は、相互に
連結した粒子の多孔質の一体網状組織を形成するように
融合した粒状タイプのポリテトラフルオロエチレンの粒
子を含む多孔質の連続媒体を提供する。
【0009】このように、本発明は、相互に連結した粒
子の多孔質一体網状組織を形成するように一緒に融合し
た粒状タイプのポリテトラフルオロエチレンの粒子を含
む多孔質のポリテトラフルオロエチレン構造体を提供す
る。このような無支持のポリテトラフルオロエチレン構
造体は、例えば電池の隔離板として使用することができ
る。
【0010】本発明の特別な側面は、 ・孔のあいた強度部材の基材、 ・この基材がコーティングを機械的に支持するように、
該基材を覆う多孔質の連続コーティング媒体、 を含んでなり、このコーティングが相互に連結した粒子
の多孔質の一体網状組織を形成するように融合した粒状
ポリテトラフルオロエチレンの粒子を含む、フィルター
エレメントを提供する。
【0011】本発明はまた、上記の多孔質構造体の対応
する製造方法にも及ぶ。
【0012】孔のあいた基材を製造する材料は、多孔質
コーティングへ確実に結合させることができることと、
フィルターエレメントの最終用途に適切な化学的不活性
を有することを条件として、副次的に重要である。適当
な材料には、金属、プラスチック及びセラミックスが含
められる。孔あきの基材は、孔をあけた、焼結された又
は網状の材料(織物、不織布及び編物材料を含む)から
作ることができる。孔は、基材の表面積の好ましくは少
なくとも25%、より好ましくは少なくとも50%を構
成する。殊に好ましい基材には、ステンレス鋼の網、ポ
リテトラフルオロエチレンを基礎材料とする又はポリプ
ロピレンを基礎材料とする織物及び不織の繊維材料が含
められる。
【0013】孔あきの基材は、通常はシート様の材料で
あるが、必ずしも平らであるとは限らず、様々な形、例
えば湾曲した形、凸状の形、凹状の形、管状の形又は不
規則形状をとることができる。基材は、軟質でもよくあ
るいは実質的に硬質でもよい。孔あき基材は、それ自体
を更に別の支持要素へ例えばスポット溶接により取付け
てもよい。
【0014】基材の孔の大きさは、連続コーティングの
気孔の大きさよりも大きい。好ましくは、基材の孔の平
均の大きさは100μmより大きい一方で、コーティン
グの平均の気孔寸法は15μmより小さい。
【0015】基材は、コーティングのための定着部を提
供するため粗くすること(例えばグリットブラスティン
グにより)を必要とすることがある。
【0016】ポリテトラフルオロエチレン構造体の多孔
性は、それを作るために使用される粒状のポリテトラフ
ルオロエチレンの粒子の性質に由来する。焼成条件は、
ポリテトラフルオロエチレン粒子が焼成を行う間に部分
的に融合し又は焼結されて一体の多孔質網状組織になる
ように選定される。粒状タイプのポリテトラフルオロエ
チレンを使用するということが、本発明の重要な特徴で
ある。周知のように、ポリテトラフルオロエチレンは二
つの全く異なる形で、すなわち、沈殿重合技術により製
造される粒状の形態及び分散重合法により製造される粉
末形態で存在することができる。これらの二つのタイプ
のポリテトラフルオロエチレンは、全く異なる性質を有
し、そして別々に考えなくてはならない。
【0017】未焼結の粒状ポリテトラフルオロエチレン
は一般に、示差走査熱量測定によりあるいは赤外線測定
技術により測定して95%を超える結晶度を有する。結
晶度は焼結(すなわち焼成)により低下させられ、そし
て本発明の構造体は典型的に、95%未満の結晶度、し
ばしば80%未満の結晶度を有する。構造体は、一緒に
融合する前に焼結されているかあるいは焼結されていな
い粒状ポリテトラフルオロエチレン粒子(又は両者の混
合物)から製造することができる。
【0018】粒子自体は、好ましくは実質上純粋な粒状
ポリテトラフルオロエチレンであって、ことによると少
量の、例えば充填剤のような他の物質を含む。平均粒度
は通常1〜500μmの範囲内、通常1〜200μmの
範囲内、特に1〜100μmの範囲内にある。構造体の
所望される多孔度に応じて、粒子は実質的に同じ粒度を
有してもよく、あるいは構造体の多孔度に影響を及ぼす
ように詰め込まれる様々な範囲の粒度を含めてもよい。
一つの好ましい態様は、重量平均粒度20〜50μm及
び30〜60μmの粒子の混合物を使用する。粒状のポ
リテトラフルオロエチレンは粉砕してもあるいは粉砕し
なくてもよい。
【0019】多孔度は、ポリテトラフルオロエチレン構
造体の密度の関数として測定することができる。本発明
の構造体は、一般には0.8〜1.8の比重、通常は
1.00〜1.54の比重を有する。対照的に、純粋な
非多孔質のポリテトラフルオロエチレンの典型的な比重
は2.16である。
【0020】ポリテトラフルオロエチレン構造体は一般
に、粒状ポリテトラフルオロエチレンの粒子を含んでな
る懸濁液を吹付け、乾燥させ、そして通常は335〜3
50℃の範囲の温度で、0.5〜3時間焼成して製作さ
れる。一般に、この処理は実質的に大気圧力で実施され
る。吹付けは、基材とコーティングとの間にコーティン
グの層剥離に至ることになるかもしれないエアポケット
を残さないことを保証する。懸濁液は、通常は、適当な
界面活性剤、増粘剤及び/又は沈殿防止剤を含んでなる
水性懸濁液である。温度は、焼成を行う前にそのような
添加剤を除去するために、数時間、例えば1〜10時間
かけて漸進的に上昇させて差支えない。所望ならば、活
性炭、ガラス、酸化クロム又は酸化チタンの如き充填剤
を含ませてもよい。特に活性炭を混入することを利用し
て、構造体の多孔度を上昇させ(及び比重を低下させ)
てもよい。
【0021】吹付けは、通常、より小さな粒度、例えば
1〜200μmの粒子のためにより適している。粒度の
より大きな粒子は、他の液体コーティング技術により適
用されるかもしれない。
【0022】構造体の厚さは、必要とされる透過性及び
物理的強度に応じて変わるが、通常は25〜4000μ
mの範囲、特に125〜2500μmの範囲、好ましく
は50〜1000μmの範囲である。
【0023】多孔質のポリテトラフルオロエチレンコー
ティングを基材の上に単純に配置してもよく(例えば焼
結基材の場合)、あるいは基材をコーティングに埋め込
んでもよい(例えば網状基材を使用する場合)。
【0024】本発明に従うフィルターエレメントは、化
学的に不活性であるという利点を有し、このためそれ
は、例えば酸、アルカリ、酸化還元剤又は有機溶剤と反
応せず、且つそれらで汚染物を溶解させてその場で清浄
にすることができる。本発明のフィルターエレメントは
また、伝統的なろ材の場合にあって可能であるよりも高
い圧力及び大きな流量で逆洗することにより清浄にして
もよい。フルオロカーボンフィルターエレメントの不粘
着性ゆえに、このエレメントはろ過された物質の迅速な
除去を可能にする良好な剥離特性を有する。このフィル
ターはまた従来のフィルターよりも閉塞を受けにくいの
で、何らかのプレコート助剤又はろ過助剤を適用する必
要が低下する。ポリテトラフルオロエチレンの熱安定性
はまた、フィルターを高温の液体及び気体のろ過(通常
約260℃まで)のために使用することも、低温用途で
使用することも可能にする。最後に、フィルターエレメ
ントは、初めに要求された形状の基材を作り、次にコー
ティングを適用することによって、特定の用途に適合し
た種々の形状で製造することができる。
【0025】本発明のフィルターエレメントは、独立の
フィルター及び支持材の構造体を使用する一定の従来技
術のフィルターとは著しく異なり、単一構成のものでよ
い。
【0026】従って本発明のフィルターエレメントは、
とりわけ、フィルタープレス、キャンドル/リーフフィ
ルター、回転真空フィルター、エアスライド、バッグハ
ウスフィルター、油水分離器、及び管状脱水フィルター
で使用するのに適している。
【0027】特別な用途には、外側にコーティング媒体
を有し、任意的にプレコート、バックパルスろ過及び/
又はケークを除去する前に乾燥させるためのガスブロー
を使用する、ケークろ過及び逆洗洗浄のための管状フィ
ルターが含められる。管の代りにフィルターリーフを用
いてもよい。本発明は、回転ドラム又はディスク真空又
は圧力フィルター、ヌッチェフィルター、フィルタープ
レス、フィルターシックナー、ろ過用遠心分離機及び十
字流フィルターを含めた種々のフィルター構成体で利用
することができる。本発明はまた、吸着材を任意的に含
有している、サンドフィルターの平たい、円筒形の又は
他の形をした暗渠に応用してもよい。フィルターは、広
範囲の工業プロセスにおいて触媒反応器で生成物の流れ
から触媒をろ過するために使用してもよい。
【0028】次に、本発明の態様を、実例としてのみ説
明する。
【0029】例 1 未焼結の粒状ポリテトラフルオロエチレンの懸濁液の調
343gの水に、約40μmの重量平均粒度(粒度範囲
2〜100μm)に粉砕されたDuPont社の粒状P
TFEグレード9Bを500g、ZonylFSN 1
00 界面活性剤(非イオン性ペルフルオロアルキルエ
トキシレート混合物)を13ml、Pluronic
L121界面活性剤(ポリオキシエチレン/ポリオキシ
プロピレンブロック共重合体)を41ml、ナトリウム
カルボキシ−メチル−セルロースの1重量%水溶液(増
粘剤)を114ml加え、ウェアリング(Warin
g)ブレンダーでもって5分間混合した。
【0030】多孔質粒状ポリテトラフルオロエチレン構
造体の成形 上記の懸濁液を、ビンクス(Binks)BBRスプレ
ーガンとL88圧力カップを使ってセラミックタイルの
上へ吹付けて公称の湿式塗膜厚さを1000μmにし、
次いで65℃のオーブンで1時間乾燥させた。次に、温
度を数時間かけて最高350℃まで漸進的に上昇させ、
そして45分間保持した。結果として得られたフィルム
を次いで冷却して、セラミックタイルから剥した。試験
を行ったところ、それは高い通気性を示すことが分っ
た。
【0031】上に概説したのと同じ手順を、粒状PTF
Eグレード9Bの代りにDuPont社の粒状PTFE
グレード7Aを使って繰返した。その結果得られたフィ
ルムははるかに低い通気性を示した。100%PTFE
グレード9Bの構造体及び100%PTFEグレード7
Aの構造体は、次の表1に掲げる特性を示した。
【0032】
【表1】
【0033】水入口圧力は、直径2mmの孔のある厚さ
10mmのパースペックス(Perspex、商標)の
シートの下側に、フィルムの試料をフィルムの上を空気
にしそして下を水にして配置して測定する。水が孔の底
を満たし始めるに至るまで水を加圧する。これが水入口
圧力である。
【0034】比重は、厚さの分っている面積を測定した
フィルムを秤量して決定する。
【0035】テフロン(TEFLON、商標)粒状タイ
プPTFEフルオロカーボン樹脂グレード7A及び9B
は、米国ウィルミントン(Wilmington)のD
uPont Speciality Polymers
Divisionより入手可能である。グレード9B
は前もって溶融して焼結された樹脂である。この製品仕
様は、平均比重2.16、そして平均粒度35μm(グ
レード7A)及び500μm(粉砕前のグレード9B)
を示す。
【0036】使用する前に、PTFEグレード9Bは米
国特許第4841623号明細書に記載された集成装置
を使って室温で、その水性スラリーを研削砥石の間で処
理して粉砕した。粉砕されたPTFEの粒度は、超音波
装置と界面活性剤を使ってイソプロピルアルコールに分
散させ、続いてLeeds and Northrup
Microtrac II(モデル7998)粒度分
析器を使って測定した。PTFEグレード7Aは未焼結
であって、供給されたまま使用した。
【0037】例 2(種々の比較) 一連の多孔質構造体を製造するために、例1の手順をP
TFEグレード9B及びPTFEグレード7Aの重量の
割合を変えて反復して、未焼結の粒状PTFEの懸濁液
を作った。
【0038】結果として得られた代表的な多孔質構造体
の特性をまとめて表2に示す。
【0039】
【表2】
【0040】同様に、多孔性の特別に高い構造体が、8
6%のPTFEグレード7Aと14重量%の活性炭(C
hemvironグレード114A)を一緒にした混合
物から得られた。
【0041】例 3(コーティングされた網) ステンレス鋼の織物の網(線径0.375mm、たて糸
及びよこ糸1インチ(2.54cm)当りの線の数20
本)を、正方形の軟鋼の枠へスポット溶接した。例1の
手順を繰返して、100%PTFEグレード9B(樹脂
含有量)を含有してなるコーティング組成物を作った。
このコーティング組成物をステンレス鋼の網の両側へ吹
付けた。次いでコーティングをオーブン内で30分間6
5℃で風乾させた。次いで温度を350℃まで上昇させ
て、この温度で45分間保持した。焼成後のコーティン
グの厚さは公称的に850μmであった。
【0042】必要ならば、コーティングの厚さを増すた
めに、類似のやり方でもってコーティング組成物を更に
吹付け塗布しそして焼成することができよう。
【0043】このように製造されたフィルターエレメン
トは、良好な機械的強度と高い多孔度を有することが分
った。
【0044】例 4(フィルター性能) 重量百分率で50%PTFEグレード9B及び50%P
TFEグレード7A(樹脂含有量)を含有してなるコー
ティング組成物を使って、例1の手順を繰返した。
【0045】結果として得られた材料を、通常のろ布と
対比して性能基準を測定するため隔膜として評価した。
目的は、通気後に吸引リーフ試験フィルター上に形成さ
れたフィルターケークのプレコートのブリードスルー特
性を測定することであった。この試験は、ろ布が回転し
て液浴から自由空間(空気)へ至り、次いで液浴へ戻る
際における回転真空フィルターの動作の様式を模擬実験
する。用途によっては、プレコートの過剰のブリードス
ルーはしばしば望ましくない。
【0046】試験装置は、真空源につながれ且つ真空計
を備え、そしてまたろ過すべき水に浸漬された吸引リー
フに管を経由して接続されたフラスコを含む装置であっ
た。この試験装置の水力学容量は18sec/1(1リ
ットルの脱イオン水にろ材を取付けていない吸引リーフ
を通り抜けさせるのに要する時間)であった。
【0047】1リットルの脱イオン水当り5.5gのプ
レコート材を含んでなるスラリーを調製した。使用した
プレコート材はCelite577(Manville
Corporation)であった。
【0048】透明度(ジャクソン濁り度単位(JTU)
で表した濁り度)を通気前に測定し、次いで、通気を行
いそして真空リーフをプレコートスラリーへ浸漬し直し
てから再び測定した。
【0049】二つの通常のろ布、すなわちEimco
POPR 873(フラジアー(Frazier)数2
5〜35)及びEimco NY 518F(フラジア
ー数1)を、50%9B/50%7Aコーティング組成
物と共に試験した。この試験から表3に掲げる結果が得
られた。
【0050】
【表3】
【0051】これらの結果は、多孔質ポリテトラフルオ
ロエチレン構造体が通常のろ布よりも優れた(より低
い)ブリードスルー特性を示したということを示してい
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドリュー ミラー アラン イギリス国,スコットランド,パースシャ ー ピーエイチ10 6ユーディー,ブレア ゴーリー,スミスフィールド クレセント 47 (72)発明者 ブライアン アンドリュー バーカー イギリス国,スコットランド,テイサイド ディーディー4 7ティーピー,ダンデ ィー,クレイギー,ケムネイ ガーデンズ 88

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相互に連結した粒子の多孔質の一体網状
    組織を形成するように一緒に融合した粒状タイプのポリ
    テトラフルオロエチレンの粒子を含む多孔質ポリテトラ
    フルオロエチレン構造体。
  2. 【請求項2】 前記多孔質の一体網状組織のポリテトラ
    フルオロエチレンの結晶度が95%未満である、請求項
    1記載の構造体。
  3. 【請求項3】 0.8〜1.54の範囲の比重を有す
    る、請求項1又は2記載の構造体。
  4. 【請求項4】 50〜2500μmの範囲の厚さを有す
    る層の形をしている、請求項1から3までのいずれか一
    つに記載の構造体。
  5. 【請求項5】 当該粒子を吹付けることにより製造され
    ている、請求項1から4までのいずれか一つに記載の構
    造体。
  6. 【請求項6】 充填剤を含んでいる、請求項1から5ま
    でのいずれか一つに記載の構造体。
  7. 【請求項7】 平均粒度20〜50μmの粒子と平均粒
    度30〜60μmの粒子との混合物から構成される、請
    求項1から6までのいずれか一つに記載の構造体。
  8. 【請求項8】 孔のあいた基材を更に含み、この基材を
    前記多孔質の一体ポリテトラフルオロエチレン網状組織
    が覆っている、請求項1から7までのいずれか一つに記
    載の構造体。
  9. 【請求項9】 前記孔のあいた基材が金網、多孔質焼結
    金属、及びポリテトラフルオロエチレンを基礎材料とす
    る又はポリプロピレンを基礎材料とする織物又は不織繊
    維材料より選ばれる、請求項8記載の構造体。
  10. 【請求項10】 粒状タイプのポリテトラフルオロエチ
    レンの粒子を適用し、そして相互に連結した粒子の多孔
    質一体網状組織を形成するように焼成することを含む、
    多孔質ポリテトラフルオロエチレン構造体の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記粒子を懸濁液の形で吹付ける、請
    求項10記載の方法。
  12. 【請求項12】 焼成を335〜350℃の温度で行
    う、請求項10又は11記載の方法。
  13. 【請求項13】 焼結された及び未焼結のポリテトラフ
    ルオロエチレン粒子の混合物を使用することを含む、請
    求項10,11又は12記載の方法。
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