ES2901428T3 - Membrana porosa de politetrafluoroetileno, y membrana transpirable impermeable al agua y miembro transpirable impermeable al agua que usan la misma - Google Patents

Membrana porosa de politetrafluoroetileno, y membrana transpirable impermeable al agua y miembro transpirable impermeable al agua que usan la misma Download PDF

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Abstract

Una membrana porosa de politetrafluoroetileno que tiene un promedio de longitud de fibrilla de 50 μm o más y 90 μm o menos, que tiene un promedio de longitud de nodo 5 o más veces mayor que el promedio de longitud de fibrilla, y que tiene un promedio de relación de área de nodo de 5% o menos, en donde el promedio de longitud de fibrilla, el promedio de longitud de nodo, y el promedio de relación de área de nodo son determinados como se describe en la descripción.

Description

DESCRIPCIÓN
Membrana porosa de politetrafluoroetileno, y membrana transpirable impermeable al agua y miembro transpirable impermeable al agua que usan la misma
Campo técnico
La presente invención se refiere a una membrana porosa de politetrafluoroetileno (denominado en lo sucesivo como "PTFE") y a una membrana impermeable al agua y permeable al aire y miembro impermeable al agua y permeable al aire, que incluyen la membrana porosa de PTFE.
Técnica antecedente
Las carcasas de componentes eléctricos para vehículos, tales como lámparas, sensores de presión, unidades de control electrónico (ECUs), y cajas que contienen baterías secundarias, y de otros diferentes productos eléctricos pueden estar equipadas con membranas impermeables al agua y permeables al aire. El acoplamiento de una membrana impermeable al agua y permeable al aire a una carcasa asegura una ruta de flujo de aire entre el exterior y el interior de la carcasa, haciendo posible reducir la variación de presión causada por cambio de la temperatura dentro de la carcasa, y descargar un gas generado en el interior de la carcasa hacia el exterior de la carcasa. La membrana impermeable al agua y permeable al aire puede disminuir también la entrada de material extraño, tal como agua y/o polvo, desde el exterior hasta el interior de la carcasa a través de la ruta de flujo de aire.
Una membrana impermeable al agua y permeable al aire que incluye una membrana porosa de PTFE es conocida. La literatura 1 de patente divulga una membrana porosa de PTFe que puede ser usada como una membrana impermeable al agua y permeable al aire.
Para carcasas de componentes eléctricos y productos eléctricos, pueden usarse resinas que tienen capacidad de absorción de humedad relativamente alta, tales como poliamida (PA), policarbonato (PC), y polibutilen tereftalato (PBT). Una carcasa para la cual se usa tal resina absorbe vapor de agua del ambiente, y el vapor de agua absorbido es liberado debido al calor desde una fuente de calor dentro de la carcasa, o calor de una fuente externa tal como luz solar, y parte del vapor de agua queda en el interior de la carcasa. Se desea que el vapor de agua que queda en el interior de la carcasa sea descargado hacia fuera de la carcasa tan rápidamente como sea posible.
La membrana impermeable al agua y permeable al aire actúa como un obstáculo para la descarga rápida de vapor de agua. Así, se ha propuesto promover la descarga de vapor de agua mediante convección forzada. Por ejemplo, la literatura 2 de patente divulga un sistema que tiene un soplador piezoeléctrico unido a una carcasa, con objeto de descargar rápidamente vapor de agua al exterior de la carcasa. También se ha propuesto el uso de convección natural. Por ejemplo, un foco delantero de un vehículo divulgado en la literatura 3 de patente incluye un primer cuerpo permeable al aire unido delante de una fuente de luz de una lámpara y un segundo cuerpo permeable al aire unido detrás de la fuente de luz, y la cantidad de aire que pasa a través del primer cuerpo permeable al aire es mayor que la cantidad de aire que pasa a través del segundo cuerpo permeable al aire. Este sistema explota la convección natural inducida por el calor emitido hacia adelante de la fuente de luz. La literatura 4 de patente divulga una membrana porosa de PTFE que tiene una estructura morfológica, que comprende una microestructura de nodos interconectados mediante fibrillas, que forma una red estructural de espacios vacíos o poros a través de los espacios entre los nodos y fibrillas, espacios vacíos o poros que se extienden desde un lado de la membrana hasta el otro, en donde los nodos son altamente elongados, teniendo una relación de aspecto mayor que 25:1.
Lista de citación
Literatura de patente
Literatura 1 de patente: JP 50(1975)-22881 A
Literatura 2 de patente: JP 2013-229281 A
Literatura 3 de patente: JP 2015-109206 A
Literatura 4 de patente: US 5814405 A
Resumen de la invención
Problema técnico
Un objeto de la presente invención es suministrar una nueva técnica adaptada para permitir que el vapor de agua que está en el interior de una carcasa, sea descargado rápidamente al exterior de la carcasa.
Solución al problema
La presente invención suministra una membrana porosa de PTFE que tiene un promedio de longitud de fibrilla de 50 |jm o más y 90 jm o menos, que tiene un promedio de longitud de nodo 5 o más veces mayor que el promedio de longitud de fibrilla, y que tiene un promedio de relación de área de nodo de 5% o menos.
En otro aspecto, la presente invención suministra una membrana impermeable al agua y permeable al aire que incluye la anterior membrana porosa de PTFE de la presente invención.
En todavía otro aspecto, la presente invención suministra un miembro impermeable al agua y permeable al aire que incluye la anterior membrana impermeable al agua y permeable al aire de la presente invención, y no soporte unido a la membrana impermeable al agua y permeable al aire.
Efectos ventajosos de la invención
En el pasado no se ha hecho ningún intento para promover la descarga de vapor de agua desde una carcasa, mediante la mejora a una membrana porosa de PTFE en sí misma. La membrana porosa de PTFE de acuerdo con la presente invención puede tener una permeabilidad al vapor de agua elevada sin precedentes, en una dirección de espesor de la membrana. La elevada permeabilidad al vapor de agua indica una elevada rata de permeación difusiva de vapor de agua a través de la membrana porosa. Así, cuando la membrana porosa de PTFE de acuerdo con la presente invención está unida como una membrana impermeable al agua y permeable al aire a una carcasa, el vapor de agua que está en el interior de la carcasa puede ser descargado rápidamente al exterior de la carcasa. Debería notarse que la permeabilidad al vapor de agua y permeabilidad al aire (rata de permeación de aire) de una membrana, son diferentes en concepto. La descarga de vapor de agua "que está" dentro de una carcasa incluye la descarga de vapor de agua bajo una condición en donde no hay o hay bajo paso de aire entre el interior y el exterior de la carcasa. La descarga de vapor de agua que está en el interior de una carcasa, incluyendo descarga bajo la condición anterior, no puede ser promovida simplemente mediante un incremento en la rata de permeación de aire de una membrana.
La membrana porosa de PTFE de acuerdo con la presente invención está adaptada para permitir que el vapor de agua sea descargado rápidamente desde una carcasa, sin ayuda de ningún medio de ventilación que requiera suministro de energía, tal como un soplador piezoeléctrico. La descarga de vapor de agua que emplea la membrana porosa de PTFE de acuerdo con la presente invención tiene amplia utilidad y es aplicable no sólo a los faros delanteros, sino también a una amplia variedad de otros productos.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es un diagrama esquemático para ilustrar la influencia del promedio de relación de área de nodo de una membrana porosa de PTFE, sobre la permeabilidad al vapor de agua de la membrana, en la dirección de espesor de la membrana.
La FIG. 2 es un diagrama esquemático para ilustrar la influencia del promedio de longitud de fibrilla de una membrana porosa de PTFE, sobre la permeabilidad al vapor de agua de la membrana en la dirección de espesor de la membrana.
La FIG. 3 es un diagrama esquemático para ilustrar la influencia del promedio de longitud de nodo de una membrana porosa de PTFE, sobre la permeabilidad al vapor de agua de la membrana en la dirección de espesor de la membrana.
La FIG. 4 es un diagrama esquemático para ilustrar un ejemplo de la estructura de membrana que puede tener una membrana porosa de PTFE de la presente invención.
La FIG. 5 es una vista de sección transversal que muestra esquemáticamente un ejemplo de la membrana impermeable al agua y permeable al aire de la presente invención.
La FIG. 6 es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente un ejemplo del miembro impermeable al agua y permeable al aire de la presente invención.
La FIG. 7 es una vista en plano que muestra esquemáticamente un ejemplo del miembro impermeable al agua y permeable al aire de la presente invención.
La FIG. 8 muestra una imagen de microscopio de barrido electrónico (denominado en lo sucesivo como "SEM") de una membrana porosa de PTFE producida en el Ejemplo 1.
La FIG. 9 muestra una imagen SEM de una membrana porosa de PTFE producida en el Ejemplo 2.
La FIG. 10 muestra una imagen SEM de una membrana porosa de PTFE producida en el Ejemplo 1 Comparativo. La FIG. 11 muestra una imagen SEM de una membrana porosa de PTFE producida en el Ejemplo 2 Comparativo. Descripción de las realizaciones
Una membrana porosa de PTFE de acuerdo con un primer aspecto de la presente diputación es una membrana que tiene un promedio de longitud de fibrilla de 50 pm o más y 90 pm o menos, que tiene un promedio de longitud de nodo 5 o más veces mayor que el promedio de longitud de fibrilla, y que tiene un promedio de relación de área de nodo de 5% o menos.
En un segundo aspecto de la presente divulgación, por ejemplo, la membrana porosa de PTFE de acuerdo con el primer aspecto, es una membrana en la cual el promedio de relación de área de nodo es 3% o menos.
En un tercer aspecto de la presente divulgación, por ejemplo, la membrana porosa de PTFE de acuerdo con el primer o segundo aspectos, es una membrana que tiene un promedio de tortuosidad de 1.5 o menos en una dirección de espesor de la membrana.
En un cuarto aspecto de la presente divulgación, por ejemplo, la membrana porosa de PTFE de acuerdo con uno cualquiera del primer al tercer aspectos, es una membrana que tiene una presión de entrada de agua, como se mide de acuerdo con el método B (método de elevada presión hidráulica) de la prueba de penetración de agua especificada en JIS L 1092, de 10 kPa o más. Debería notarse que la presión de entrada del agua es evaluada con base en una presión de agua que causa que el agua escape de una región de la superficie de la membrana porosa de PTFE.
En un quinto aspecto de la presente divulgación, por ejemplo, la membrana porosa de PTFE de acuerdo con uno cualquiera del primer a cuarto aspectos, es una membrana que tiene una porosidad de 90% o más.
En un sexto aspecto de la presente divulgación, por ejemplo, la membrana porosa de PTFE de acuerdo con uno cualquiera del primer al quinto aspectos es una membrana que tiene una permeabilidad al vapor de agua, como se mide de acuerdo con JlS L 1099 (método B-1), de 150000 g/(m2 día) o más en una dirección de espesor de la membrana.
Una membrana impermeable al agua y permeable al aire de acuerdo con un séptimo aspecto de la presente divulgación incluye la membrana porosa de PTFE de acuerdo con uno cualquiera del primer a sexto aspectos.
Un miembro impermeable al agua y permeable al aire de acuerdo con un octavo aspecto de la presente divulgación, incluye la membrana impermeable al agua y permeable al aire de acuerdo con el séptimo aspecto y un soporte unido a la membrana impermeable al agua y permeable al aire.
Para la membrana porosa de PTFE de la presente invención, la permeabilidad al vapor de agua como se mide de acuerdo con JIS L 1099 (método B-1) en la dirección de espesor de la membrana, puede ser de 150000 g/(m2^ día) o más. Dependiendo de los rasgos estructurales 2de la membrana p°rosa, e22ta permeabilidad al vap°r 2de agua puede ser mayor de 150000 g/(m*día), 155000 g/(m*día) o más, 160000 g/(m*día) o más, 180000 g/(m*día) o más, o incluso 200000 g/(m2^ día) o más. El límite superior de la permeabilidad al vapor de agua no está limitado a ningún valor particular, y la permeabilidad al vapor de agua es, por ejemplo, 300000 g/(m2^ día) o menos. Para la membrana porosa de PTFE de la presente invención, una permeabilidad al vapor de agua como se mide de acuerdo con JIS Z 0208 (prueba de permeabilidad al vapor de agua, método de la taza o plato) en la dirección de espesor de la membrana es, por ejemplo, 9000 g/(m2^ día) o más y puede ser, dependiendo de los rasgos estructurales de la membrana porosa, de 10000 g/(m2^ día) o más o incluso 11000 g/(m2^ día) o más. El límite superior de esta permeabilidad al vapor de agua no está limitado a ningún valor particular, y la permeabilidad al vapor de agua es, por ejemplo, 16000 g/(m2^ día) o menos.
Si un espécimen de prueba cuya permeabilidad al vapor de agua va a ser medida, es tan pequeño en tamaño que este espécimen de prueba no puede ser sometido a la medición de acuerdo con JIS por sí mismo, puede usarse una placa auxiliar para la medición de la permeabilidad al vapor de agua. Por ejemplo, el método especificado en JIS L 1099 (método B-1) requiere que la abertura de un plato que contiene la sustancia que absorbe la humedad (una solución de acetato de potasio) sea comprimida contra un espécimen de prueba con un tamaño de aproximadamente 200 * 200 mm, que está fijado por un marco de soporte del espécimen de prueba. Si el tamaño de un espécimen de prueba es más pequeño que el tamaño especificado, el espécimen de prueba puede ser fijado a una placa auxiliar que tiene una forma exterior que se conforma a la forma de la circunferencia interior (la forma de un círculo de diámetro de aproximadamente 80 mm) del marco que soporta el espécimen de prueba, de tal manera que el espécimen de prueba cubre una abertura hecha en el centro de la placa auxiliar, y la placa auxiliar puede ser fijada dentro del marco de soporte. La fijación del espécimen de prueba a la placa auxiliar y la fijación de la placa auxiliar al marco de soporte pueden ser logradas mediante el uso de cintas adhesivas de recubrimiento doble. Una placa hecha de metal, tal como acero inoxidable, es adecuada como la placa auxiliar. En la medición real ejecutada por los presentes inventores, un valor de medición obtenido con el uso de una placa auxiliar tuvo buena concordancia con un valor de medición obtenido sin el uso de alguna placa auxiliar, incluso aunque el tamaño de la abertura hecha en la placa auxiliar fue más pequeño que el área efectiva (aproximadamente 24.6 cm2) del plato. El método de medición usando una placa auxiliar es aplicable efectivamente también al método de JIS Z 0208 (prueba de permeabilidad al vapor de agua, método de plato) en el cual se usa cloruro de calcio como la sustancia que absorbe humedad.
También en el caso de la medición mediante el método B (método de elevada presión hidráulica) de prueba de penetración de agua especificado en JIS L 1092, puede usarse una placa auxiliar cuando el espécimen de prueba que va a ser sometido a la medición, tiene un tamaño menor que el tamaño del espécimen de prueba (aproximadamente 150 mm * 150 mm) especificado en JIS. Un ejemplo de la placa auxiliar es una placa de acero inoxidable con diámetro de 47 mm, suministrada en su centro con una abertura circular con diámetro de 6 mm. También para la medición de presión de entrada de agua, se ha confirmado que el uso de una placa auxiliar no tiene influencia sustancial en los valores de medición.
Una membrana porosa de PTFE de la presente invención es una membrana que tiene un promedio de longitud de fibrilla de 50 pm o más y 90 pm o menos, que tiene un promedio de longitud de nodo 5 o más veces más grande que el promedio de longitud de fibrilla, y que tiene un promedio de relación de área de nodo de 5% o menos. En lo sucesivo, la membrana porosa de PTFE de la presente invención que tiene tal estructura de membrana, puede ser denominada como "membrana A porosa".
Una membrana porosa de PTFE está compuesta generalmente de nodos (porciones similares a nudos) formados de PTFE agregado y un gran número de fibrillas, que son cuerpos fibrosos finos que tienen ambos extremos unidos a los nodos. Los nodos adyacentes están conectados a través de las fibrillas. La membrana porosa de PTFE tiene permeabilidad al aire en la dirección de espesor de la membrana, atribuyéndose la permeabilidad al aire al hecho de que los espacios vacíos (poros) entre las fibrillas adyacentes sirven como rutas de flujo de aire. La membrana porosa de PTFE es llamada también una membrana porosa estirada y es formada por el estiramiento de una lámina de PTFE, que es un agregado de PTFE. El estiramiento de la lámina de PTFE da como resultado la formación de los nodos y fibrillas, cuya configuración puede variar dependiendo de, por ejemplo, las condiciones del estiramiento de la lámina de PTFE.
La membrana A porosa de PTFE tiene un promedio de longitud de fibrilla, un promedio de longitud de nodo, y un promedio de relación de área de nodo dentro de intervalos específicos. Así, la membrana A porosa de PTFE puede tener elevada permeabilidad al vapor de agua en la dirección de espesor de la membrana.
En el paso a través de una membrana porosa de PTFE, el vapor de agua tiene que soportar migración difusiva, de manera que evita los nodos y fibrillas de la membrana. Así, si los nodos y fibrillas están configurados para permitir que las rutas de difusión de vapor de agua se extiendan tan directamente como es posible en la dirección de espesor de la membrana porosa, la permeabilidad al vapor de agua de la membrana porosa en la dirección de espesor será alta. Los anteriores promedio de longitud de fibrilla, promedio de longitud de nodo, y promedio de relación de área de nodo dentro de los intervalos específicos, son adecuados para el establecimiento de rutas directas de difusión de vapor de agua en una membrana porosa de PTFE.
Ahora se describirá el promedio de relación de área de nodo. Como se muestra en la FIG. 1, cuando se mira una membrana 1 porosa de PTFE en una sección transversal a lo largo de la dirección de espesor de la membrana, la sección transversal incluye una pluralidad de nodos 2a, 2b, 2c... distribuidos en la dirección en el plano y dirección de espesor de la membrana 1 porosa. Para la simplicidad y claridad de la ilustración, las FIG. 1, y FIGS. 2 y 3 mencionadas posteriormente, muestran una realización en la cual los nodos 2 se extienden en la misma dirección. Sin embargo, no se pretende que esto limite la presente invención a tal realización. En la migración difusiva en la dirección de espesor de la membrana 1 porosa, el vapor 3 de agua tiene que moverse de manera que evite los nodos 2 que actúan como obstáculos para la difusión. Así, por ejemplo, por la presencia del nodo 2c se impide que el vapor 3 de agua que ha pasado por los nodos 2a y 2b soporte migración difusiva en una ruta recta en la dirección de espesor de la membrana 1 porosa, y es forzado a tomar una ruta 4 de difusión evitando el nodo 2c. En una membrana de PTFE del mundo real, el movimiento de derivación del vapor 3 de agua es repetido durante el paso del vapor 3 de agua a través de la membrana 1 porosa en la dirección de espesor. La permeabilidad al vapor de agua de la membrana 1 porosa aumenta a medida que la ruta 4 de difusión de vapor de agua se aproxima a una línea recta, y la permeabilidad al vapor de agua disminuye a medida que la ruta de difusión se aparta de una línea recta. El promedio de relación de área de nodo de la membrana A porosa de PTFE es 5% o menos, y esto puede reducir la extensión en la cual el vapor de agua que pasa a través de la membrana porosa en la dirección de espesor es obstruido por los nodos 2a, 2b, 2c... presentes en la ruta 4 de difusión, permitiendo así que la ruta 4 de difusión se aproxime a una línea recta que se extiende en la dirección de espesor.
El promedio de relación de área de nodo de la membrana A porosa de PTFE es preferiblemente 3% o menos y más preferiblemente 2.5% o menos. El límite inferior del promedio de relación de área de nodo es, por ejemplo, 1.0%. La membrana A porosa de PTFE que tiene un promedio de relación de área de nodo de 1.0% o más, es adecuada para lograr la propiedad de impermeabilidad al agua deseada para uso como una membrana impermeable al agua y permeable al aire.
A continuación se describirá el promedio de longitud de fibrilla. Como se muestra en (a) y (b) de la FIG. 2, una fibrilla 5 (para la simplicidad y claridad de ilustración, se muestra sólo una fibrilla) de la membrana 1 porosa de PTFE tiene ambos extremos conectados a los nodos 2. Esto es, el promedio de longitud de las fibrillas 5 (promedio de longitud de fibrilla) refleja la distancia d entre los nodos 2 adyacentes. Esto es, cuanto mayor es el promedio de longitud de fibrilla de una membrana porosa de PTFE, mayor es la distancia entre los nodos 2 adyacentes en la membrana. Cuando la distancia entre los nodos 2 adyacentes en una membrana porosa de PTFE es larga, es posible reducir la extensión en la cual el vapor de agua que pasa a través de la membrana porosa en la dirección de espesor es obstruido por los nodos 2a, 2b, 2c... presentes en la ruta 4 de difusión, permitiendo así que la ruta 4 de difusión se aproxime a una línea recta que extiende en la dirección de espesor.
El promedio de longitud de fibrilla de la membrana A porosa de PTFE es 50 pm o más, lo cual indica que la distancia entre los nodos adyacentes es larga. Un incremento en el promedio de longitud de fibrilla suministra en verdad una mejora en la permeabilidad al vapor de agua; sin embargo, un promedio extremadamente largo de longitud de fibrilla acoplado con un bajo promedio de relación de área de nodo, puede deteriorar la fortaleza y/o propiedad de impermeabilidad al agua de la membrana porosa. En vista de esto, el promedio de longitud de fibrilla de la membrana A porosa de PTFE es 90 pm o menos. Cuando el promedio de longitud de fibrilla es 90 pm o menos, puede mejorarse de manera confiable la propiedad de impermeabilidad al agua de la membrana A porosa de PTFE, usada como una membrana impermeable al agua y permeable al aire.
A continuación, se describirá el promedio de longitud de nodo. En la migración difusiva en la dirección de espesor de la membrana 1 porosa de PTFE, el vapor de agua se mueve en los espacios vacíos (poros) entre las fibrillas 5 de manera que evita no sólo los nodos 2 sino también las fibrillas 5. Como se muestra en (a) y (b) de la FIG. 3, cada fibrilla 5 de la membrana porosa de PTFE tiene ambos extremos conectados a los nodos 2. Cuando una membrana porosa tiene un promedio grande de longitud de fibrilla como se describió anteriormente, y la relación del promedio de longitud de nodo al promedio de longitud de fibrilla es pequeño como se muestra en (b) de la FIG. 3, hay una elevada proporción de fibrillas 5 que se extienden de manera oblicua a una dirección perpendicular a una dirección en la cual se extienden los nodos 2, y para cada uno de un gran número de los nodos 2 distribuidos en las direcciones en el plano y de espesor de la membrana, existe un gran número de tales fibrillas 5. En esta membrana 1 porosa considerada como un todo, las direcciones en las cuales las fibrillas 5 se extienden, son aleatorias. En contraste, cuando una membrana porosa tiene un promedio grande de longitud de fibrilla, como se describió anteriormente, y la relación del promedio de longitud de nodo al promedio de longitud de fibrilla es grande, como se muestra en (a) de la FIG. 3, hay una elevada proporción de fibrillas 5 que se extienden en una dirección perpendicular a la dirección en la cual se extienden los nodos 2 y de fibrillas 5 que se extienden en una dirección cercana a la dirección perpendicular (la dirección cercana a la dirección perpendicular puede ser denominada en lo sucesivo como "dirección aproximadamente perpendicular"). en esta membrana 1 porosa considerada como un todo, las fibrillas 5 se extienden predominantemente (uniformemente) en la dirección perpendicular o aproximadamente perpendicular. En una de las realizaciones más ideales, las membranas A porosas vistas en una dirección perpendicular a las superficies principales de la membrana porosa pueden tener lo que puede llamarse una estructura porosa "similar a escalera" en la cual los dos nodos 2 adyacentes son "postes" y las fibrillas 5 son "rieles" que se extienden de modo aproximadamente perpendicular a la dirección en la cual se extienden los dos nodos 2 y conectan uno a otro los dos nodos 2. En la membrana porosa de (a) de la FIG. 3, en la cual las fibrillas 5 se extienden en direcciones relativamente uniformes, la ruta 4 de difusión de vapor de agua que se difunde a través de los espacios vacíos entre las fibrillas 5 de manera que evita las fibrillas 5, es más cercana a una línea recta que se extiende en la dirección de espesor de la membrana, comparada con la membrana porosa de (b) de la FIG. 3 en la cual las fibrillas 5 se extienden en direcciones aleatorias. Tanto (a) como (b) de la FIG. 3 muestran simplemente ejemplos para ilustración de una realización preferida de la presente invención y no se pretende que limiten la presente invención a alguna realización particular.
El promedio de longitud de nodo de la membrana A porosa de PTFE es 5 o más veces, preferiblemente 5.5 o más veces, mayor que el promedio de longitud de fibrilla. El límite superior de la relación del promedio de longitud de nodo al promedio de longitud de fibrilla es, por ejemplo, 15.
La permeabilidad al aire de la membrana porosa de PTFE es menos afectada por el promedio de longitud de fibrilla, el promedio de longitud de nodo (o la relación del promedio de longitud de nodo al promedio de longitud de fibrilla), y el promedio de relación de área de nodo de la membrana, que la permeabilidad al vapor de agua de la membrana. Esto se basa en el hecho según el cual la permeabilidad al aire es considerada sobre la suposición de la ocurrencia de una diferencia en la presión de aire entre las dos superficies principales de la membrana porosa de PTFE, es decir, el hecho según el cual se discute la permeabilidad al aire, no es migración difusiva sino más bien migración de fluido, que es dominante en la migración de aire que pasa a través de la membrana porosa de PTFE. La permeabilidad al aire de la membrana porosa de PTFE es afectada más por el promedio de diámetro de poro de la membrana.
En la presente memoria, el promedio de longitud de fibrilla, el promedio de longitud de nodo, y el promedio de relación de área de nodo de una membrana porosa de PTFE, son aquellos determinados como sigue.
En diferentes ubicaciones del área superficial se obtienen por medios tales como un SEM, por lo menos cinco imágenes magnificadas de una superficie principal de la membrana porosa de PTFE, que va a ser evaluada. Los medios usados para obtener las imágenes magnificadas son preferiblemente, pero no limitados a, un SEM, y pueden ser cualesquier otros medios que permitan observación suficiente de la forma de los nodos y fibrillas de la membrana porosa. A continuación, cada imagen magnificada es sometida a análisis de imagen, para evaluar las longitudes de por lo menos 10 nodos y las longitudes de por lo menos 10 fibrillas en una región de observación de 1250 pm * 850 pm. Los nodos y fibrillas cuya longitud va a ser evaluada son seleccionados para incluir el nodo y fibrilla que tienen la longitud más pequeña entre aquellas presentes en el área de observación y el nodo y fibrilla que tienen la longitud más grande entre aquellas presentes en el área de observación. A continuación, se determinan los promedios de las longitudes de todos los nodos y fibrillas evaluados (por lo menos 50 nodos y por lo menos 50 fibrillas), como el promedio de longitud de nodo y promedio de longitud de fibrilla. La región de observación de 1250 pm * 850 pm sobre cada imagen magnificada es sometida a análisis de imagen, para evaluar la relación (%) del área ocupada por los nodos sobre la base de la relación de pixeles en la imagen, y se determina el promedio de los valores de relación de área obtenido para las por lo menos cinco imágenes magnificadas, como el promedio de relación de área de nodo de la membrana porosa.
Los nodos de la membrana A porosa de PTFE pueden extenderse predominantemente en una cierta dirección. Esta dirección es, por ejemplo, una dirección TD (dirección transversal) de la membrana porosa. Cuando la membrana porosa de PTFE tiene forma de tira, la dirección TD corresponde típicamente a la dirección de anchura de la membrana. El nodo de la membrana A porosa de PTFE presenta pequeña variación de anchura en la dirección en la cual se extiende el nodo, y puede tener un valor elevado de relación de aspecto, que se refiere a la relación de longitud a anchura. La relación de aspecto (longitud/anchura) es, por ejemplo, 5 o más, y puede ser 20 o más. La anchura del nodo es, por ejemplo, 0.3 pm o más y puede ser 1 pm o más o incluso 2 pm o más. El límite superior de la anchura del nodo es, por ejemplo, 20 pm. En la membrana A porosa de PTFE, la proporción de nodos cortos es baja. La relación del área ocupada por nodos que tienen una longitud de nodo menor de 50 pm puede ser 10% o menos respecto al área total de nodo. La membrana A porosa de PTFE tiene un promedio de longitud de nodo 5 o más veces mayor que el promedio de longitud de fibrilla, que es tan larga como 50 pm o más, y al mismo tiempo tiene una relación de área de tan baja como 5% o menos.
Las fibrillas de la membrana A porosa de PTFE pueden extenderse predominantemente en una dirección aproximadamente perpendicular a la dirección en la cual se extienden los nodos. La dirección aproximadamente perpendicular es, por ejemplo, una dirección MD (dirección de máquina) de la membrana porosa. Cuando la membrana porosa de PTFE tiene forma de tira, la dirección MD corresponde típicamente a la dirección longitudinal de la membrana.
La membrana A porosa de PTFE puede tener un promedio de tortuosidad de 1.5 o menos en la dirección de espesor de la membrana. El promedio de tortuosidad es un valor expresado como una relación L/Lo, donde L0 denota el espesor de la membrana porosa que va a ser evaluada, y L denota el promedio de longitud de las rutas 4 de difusión de vapor de agua. Como se entiende a partir de la descripción precedente, la ruta 4 de difusión se refiere a la ruta más corta de difusión de vapor de agua que se extiende en la dirección de espesor de la membrana porosa de PTFE, de tal manera que evita los nodos 2 y fibrillas 5. El promedio de longitud L de las rutas 4 de difusión depende de la estructura de la membrana porosa de PTFE, en particular la configuración de los nodos 2 y fibrillas 5. Dado que el promedio de tortuosidad se torna más cercano a 1, las rutas 4 de difusión se aproximan a una línea recta que se extiende en la dirección de espesor de la membrana 1 porosa, y aumenta la permeabilidad al vapor de agua de la membrana porosa de PTFE.
El promedio de tortuosidad de la membrana A porosa de PTFE en la dirección de espesor puede ser 1.3 o menos. Es difícil lograr tal promedio bajo de tortuosidad, solamente mediante una técnica común de estiramiento. Una membrana porosa de PTFE que ha soportado el tratamiento de adherencia descrito posteriormente, puede tener tal promedio bajo de tortuosidad.
En la presente memoria, el promedio de tortuosidad de la membrana porosa de PTFE en la dirección de espesor es aquel determinado como sigue.
Primero, por medios tales como CT de rayos X se obtiene una imagen tridimensional que incluye una sección transversal a lo largo de la dirección de espesor de la membrana porosa de PTFE que va a ser evaluada. Los medios pueden ser cualesquier medios que permitan observación suficiente de la forma de los nodos y fibrillas de la membrana porosa en la sección transversal. A continuación, la sección transversal a lo largo de la dirección de espesor de la membrana en la imagen tridimensional obtenida, es sometida a análisis de imagen para extraer las líneas centrales de espacios vacíos, excluyendo los nodos y fibrillas. A continuación, mediante análisis de imagen se seleccionan por lo menos 100 rutas más cortas que se extienden a través de la totalidad del espesor de la membrana porosa a lo largo de las líneas centrales extraídas, en una región de la sección transversal con una anchura de 15 pm, y el promedio de las longitudes de las rutas más cortas seleccionadas es determinado como el promedio de longitud L de las rutas 4 de difusión en la membrana porosa de PTFE que va a ser evaluada. El promedio de longitud L así determinado es dividido por el espesor L0 de la membrana porosa de PTFE, para obtener el promedio de tortuosidad de la membrana porosa. La selección de las rutas más cortas es llevada a cabo de modo que las rutas más cortas seleccionadas incluyen la ruta que tiene la longitud más larga y la ruta que tiene la longitud más corta en la región.
La membrana porosa de PTFE de la presente invención puede tener una porosidad de, por ejemplo, 90% o más. La porosidad puede ser 93% o más. La porosidad puede ser determinada como sigue.
La membrana porosa de PTFE que va a ser evaluada es perforada para dar una muestra con un área predeterminada (17.35 cm2), se mide el espesor de esta muestra con un calibrador de espesor de dial (se obtiene el promedio de espesores medidos en 10 puntos). También se mide el peso W1 de la muestra con una balanza eléctrica. A continuación se determina el volumen de la muestra a partir del área y el promedio de espesor, y el volumen determinado es multiplicado por la gravedad específica (2.18 g/cm3) del PTFE sinterizado para determinar el peso W0 de un cuerpo sinterizado de PTFE que tiene el mismo volumen que la muestra, sobre la suposición de una porosidad de 0%. A continuación, puede determinarse la porosidad de la membrana porosa de PTFE mediante la siguiente ecuación: Porosidad (%) = W1/W0 * 100.
La permeabilidad al vapor de agua de la membrana porosa de PTFE de la presente invención puede ser incrementada en 20 % o más a través del tratamiento de adherencia descrito posteriormente, dependiendo de los rasgos estructurales de la membrana porosa.
La presión de entrada de agua de la membrana porosa de PTFE de la presente invención (la presión de entrada de agua como se mide de acuerdo con el método B (método de elevada presión hidráulica) de la prueba de penetración de agua especificada en JIS L 1092) es, por ejemplo, 10 kPa o más, y puede ser 20 kPa o más, dependiendo de los rasgos estructurales de la membrana porosa. Tal membrana porosa de PTFE es adecuada como una membrana impermeable al agua y permeable al aire tal como, en particular, una membrana impermeable al agua y permeable al aire para uso en una carcasa de un componente eléctrico, tal como una lámpara. Naturalmente, la aplicación de la membrana porosa de PTFE de la presente invención no está limitada a una membrana impermeable al agua y permeable al aire. La membrana A porosa de PTFE puede, a pesar de que el promedio de relación de área de nodo sea pequeño, tener propiedad de impermeabilidad al agua, atribuida al promedio de longitud de fibrilla que está dentro del intervalo específico y la relación grande del promedio de longitud de nodo al promedio de longitud de fibrilla.
El espesor de la membrana porosa de PTFE de la presente invención es, por ejemplo, 5 a 60 pm, y preferiblemente 20 a 40 pm.
La membrana porosa de PTFE de la presente invención puede ser sometida a tratamiento repelente de líquido, tal como tratamiento repelente de agua o tratamiento repelente de aceite. El tratamiento repelente de líquido de la membrana porosa de PTFE puede ser llevado a cabo mediante recubrimiento con una sustancia repelente de líquido, tal como un compuesto de flúor, y el requerimiento puede ser logrado usando un método conocido.
En una realización de la membrana porosa de PTFE de la presente invención, las fibrillas tienen porciones ramificadas. Como se muestra en la FIG. 4, las porciones 6 ramificadas están situadas entre un par de nodos 2 a los cuales están conectados ambos extremos de la fibrilla 5 que tiene las porciones 6 ramificadas. Las porciones 6 ramificadas son ramificaciones que se originan desde las fibrillas 5 en sí mismas, más que resultar las ramificaciones de las ramificaciones entre los nodos 2 y las fibrillas 5. Tales porciones 6 ramificadas son formadas, por ejemplo, sometiendo la membrana porosa de PTFE a tratamiento de adherencia para liar la pluralidad de fibrillas 5 adyacentes una a otra. Dos o más porciones 6 ramificadas pueden existir entre un par de los nodos 2. Típicamente, las fibrillas 5 pueden presentar un incremento en anchura en un segmento (porción 7 liada) compuesto por las fibrillas 5 liadas y situado entre las porciones 6 ramificadas. La anchura del haz de las fibrillas 5 en la porción 7 liada es, por ejemplo, 5 a 50 veces más grande que la anchura de las fibrillas 5 no liadas en un segmento diferente a la porción 7 liada y, más específicamente, puede ser 0.5 a 5 pm, por ejemplo. Las porciones 6 ramificadas y las porciones 7 liada son cuerpos fibrosos que resultan de la formación de una pluralidad de fibrillas 5 por estiramiento de una lámina de PTFE y la subsiguiente unión de la pluralidad de fibrillas 5 una a otra.
Por consiguiente, en esta realización el promedio de longitud de fibrilla, el promedio de longitud de nodo, y el promedio de relación de área de nodo pueden estar dentro de los intervalos descritos anteriormente para la membrana A porosa de PTFE. Adicionalmente, la unión de la pluralidad de fibrillas adyacentes da como resultado espacios 8 vacíos extendidos entre las porciones 7 adyacentes liadas. Así, esta realización puede suministrar una mejora adicional en la permeabilidad al vapor de agua en la dirección de espesor.
Por consiguiente, en esta realización las fibrillas 5 pueden ser fibrillas que se extienden predominantemente en una cierta dirección, tal como una dirección aproximadamente perpendicular a la dirección en la cual se extienden los nodos.
Incluso sin tener en cuenta el promedio de longitud de fibrilla, el promedio de longitud de nodo, y el promedio de relación de área de nodo, la membrana A porosa de PTFE es una membrana novedosa en que la permeabilidad al vapor de agua en la dirección de espesor de la membrana, como se mide de acuerdo con JlS L 1099 (método B-1), es 150000 g/(m2^ día) o más. La membrana A porosa de PTFE es una membrana novedosa también en que la permeabilidad al vapor de agua en la dirección de espesor de la membrana, como se mide de acuerdo con JIS Z 0208 (método el plato), es 9000 g/(m2^ día) o más.
Una membrana impermeable al agua y permeable al aire de la presente invención incluye la membrana porosa descrita anteriormente de PTFE de la presente invención. La aplicación y uso de la membrana impermeable al agua y permeable al aire no están limitados a unos específicos. La membrana impermeable al agua y permeable al aire de la presente invención puede ser usada, por ejemplo, estando unida a una carcasa de un componente eléctrico para vehículos, tal como una lámpara, un sensor de presión, una ECU, o una caja que contiene batería secundaria o de cualquier otro dispositivo eléctrico. Específicamente, la membrana impermeable al agua y permeable al aire puede ser usada estando unida a una abertura de una carcasa, de modo que cubra la abertura. Tal uso de la membrana impermeable al agua y permeable al aire puede, por ejemplo, disminuir la entrada de materia extraña tal como polvo y/o agua dentro de la carcasa, mientras asegura permeabilidad al aire entre el interior y exterior de la carcasa. Adicionalmente, la membrana impermeable al agua y permeable al aire de la presente invención puede tener elevada permeabilidad al vapor de agua en la dirección de espesor de la membrana. Así, por ejemplo, el vapor de agua que está dentro de la carcasa por la razón descrita previamente, puede ser descargado rápidamente fuera de la carcasa.
El espesor de la membrana impermeable al agua y permeable al aire de la presente invención es, por ejemplo, 5 a 60 |jm y preferiblemente 20 a 40 jm.
La membrana impermeable al agua y permeable al aire de la presente invención puede ser sometida a tratamiento con color. El color de una membrana porosa de PTFE no sometida a ningún tratamiento con color y el color de una membrana impermeable al agua y permeable al aire, incluyendo esta membrana porosa, son generalmente blancos. Cuando tal membrana impermeable al agua y permeable al aire es colocada para cubrir una abertura de una carcasa, la membrana puede ser visualmente conspicua. Tal membrana conspicua puede despertar la curiosidad del usuario e inducir al usuario a golpear la membrana impermeable al agua y permeable al aire con medios tales como una aguja, perjudicando de ese modo la función de la membrana. Cuando la membrana impermeable al agua y permeable al aire es sometida a tratamiento con color de modo que, por ejemplo, la membrana tiene un color idéntico o similar al color de la carcasa, puede reducirse relativamente la atención del usuario hacia la membrana. Además, en algunos casos se demanda una membrana coloreada impermeable al agua y permeable al aire, y tal demanda puede ser satisfecha mediante el tratamiento con color.
El tratamiento con color puede ser llevado a cabo, por ejemplo, mediante tinción de la membrana porosa de PTFE o incorporación de un colorante dentro de la membrana porosa de PTFE. El tratamiento con color puede ser llevado a cabo, por ejemplo, para habilitar a la membrana para que absorba luz en el intervalo de longitud de onda de 380 nm a 500 nm, inclusive. En este caso, la membrana impermeable al agua y permeable al aire puede tener color azul, gris, marrón, rosa, verde o amarillo, por ejemplo. La membrana impermeable al agua y permeable al aire puede tener color negro, gris, marrón o rosa, por el tratamiento colorante.
La membrana impermeable al agua y permeable al aire de la presente invención puede incluir un miembro opcional, adicionalmente a la membrana porosa de PTFE de la presente invención. Este miembro es, por ejemplo, una capa 13 de soporte permeable al aire mostrada en la FIG. 5. Una membrana 11 impermeable al agua y permeable al aire mostrada en la FIG. 5 incluye una membrana 12 porosa de PTFE de la presente invención y la capa 13 de soporte permeable al aire colocada sobre la superficie principal de la membrana 12 porosa. La colocación de la capa 13 de soporte permeable al aire mejora la fortaleza y facilidad de manipulación de la membrana 11 impermeable al agua y permeable al aire.
La capa 13 de soporte permeable al aire es preferiblemente una capa que tiene mayor permeabilidad al aire y permeabilidad al vapor de agua en la dirección de espesor, comparada con la membrana 12 porosa de PTFE. Como la capa 13 de soporte permeable al aire allí puede usarse, por ejemplo, una tela tejida, una tela no tejida, una red o una malla. El material que forma la capa 13 de soporte permeable al aire es, por ejemplo, poliéster, polietileno, o resina de aramida. La forma de la capa 13 de soporte permeable al aire puede ser la misma o diferente de la forma de la membrana 12 porosa de PTFE. Por ejemplo, la capa 13 de soporte permeable al aire puede tener una forma adaptada para la colocación solamente sobre la porción periférica de la membrana 12 porosa de PTFE (en particular, cuando la membrana 12 porosa de PTFE es circular, la capa 13 de soporte permeable al aire puede ser una capa anular colocada solamente sobre la porción periférica de la membrana 12 circular porosa de PTFE). La colocación de la capa 13 de soporte permeable al aire puede ser lograda mediante una técnica tal como soldadura con calor a la membrana 12 porosa de PTFE o unión a la membrana 12 porosa de PTFE por medio de un adhesivo. La capa 13 de soporte permeable al aire puede ser colocada en una superficie principal o ambas superficies principales de la membrana 12 porosa de PTFE.
La membrana impermeable al agua y permeable al aire de la presente invención puede exhibir diferentes propiedades atribuidas a la membrana porosa de PTFE descrita anteriormente de la presente invención.
En la FIG. 6 se muestra un ejemplo del miembro impermeable al agua y permeable al aire de la presente invención. Un miembro 21 impermeable al agua y permeable al aire mostrado en la FIG. 6 incluye: una membrana 11 impermeable al agua y permeable al aire que tiene forma circular cuando es vista en una dirección perpendicular a las superficies principales de la membrana; y un soporte 22 que es una lámina anular unida a la porción periférica de la membrana 11. La unión del soporte 22 a la membrana 11 impermeable al agua y permeable al aire refuerza la membrana 11 impermeable al agua y permeable al aire, y mejora la facilidad de manipulación de la membrana 11. Adicionalmente, cuando el miembro 21 impermeable al agua y permeable al aire es colocado sobre una porción tal como una abertura de una carcasa, el soporte 22 puede servir como un miembro de unión unido a la porción, haciendo así fácil la operación de unión de la membrana 11 impermeable al agua y permeable al aire.
La forma del soporte 22 no está limitada. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 7, el soporte 22 puede ser una lámina con forma de marco que es rectangular en forma cuando es vista en una dirección perpendicular a las superficies principales de la membrana y que está unida a la porción periférica de la membrana 11 impermeable al agua y permeable al aire. Cuando, como se muestra en las FlGs. 6 y 7, el soporte 22 está conformado a la forma de la porción periférica de la membrana 11 impermeable al agua y permeable al aire, la disminución en permeabilidad al aire de la membrana 11 impermeable al agua y permeable al aire debida a la colocación del soporte 22, es reducida. El soporte 22 tiene preferiblemente forma de lámina desde el punto de vista de la facilidad de manipulación del miembro 21 impermeable al agua y permeable al aire y la facilidad de colocación del miembro 21 impermeable al agua y permeable al aire a, en particular interior, de la carcasa. En los ejemplos mostrados en las FIGS. 6 y 7, la membrana 11 impermeable al agua y permeable al aire está desnuda (es decir, ambas superficies de la membrana 11 impermeable al agua y permeable al aire están descubiertas), excepto por la porción periférica sobre la cual está colocado el soporte 22.
El material que forma el soporte 22 es, por ejemplo, una resina, un metal, o un material compuesto por los mismos. Los ejemplos de la resina incluyen: poliolefinas tales como polietileno y polipropileno; poliésteres tales como polietilen tereftalato (PET) y policarbonato; poliimidas; y materiales compuestos de estas resinas. Los ejemplos del metal incluyen metales altamente resistentes a la corrosión tales como acero inoxidable y aluminio.
El espesor del soporte 22 es, por ejemplo, 5 a 500 pm y es preferiblemente 25 a 200 pm. Teniendo en cuenta la función del soporte 22 como miembro de unión, el ancho apropiado del anillo (o ancho del marco, que corresponde a la diferencia entre las dimensiones exterior e interior) es aproximadamente 0.5 a 2 mm. Una espuma hecha de la resina como se mencionó anteriormente, puede ser usada como el soporte 22.
El método para la unión de la membrana 11 impermeable al agua y permeable al aire al soporte 22 no está particularmente limitado. Por ejemplo, pueden emplearse métodos tales como soldadura con calor, soldadura ultrasónica, unión por medio de un adhesivo, y unión por medio de una cinta adhesiva de doble recubrimiento. El soporte 22 puede ser en sí mismo una cinta adhesiva de doble recubrimiento.
El miembro 21 impermeable al agua y permeable al aire puede incluir dos o más membranas 11 impermeables al agua y permeables al aire y/o dos o más soportes 22.
El miembro impermeable al agua y permeable al aire de la presente invención puede ser usado en las mismas aplicaciones, como los miembros convencionales impermeable al agua y permeable al aire.
La membrana porosa de PTFE de la presente invención puede ser producida, por ejemplo, mediante el método descrito abajo para la producción de una membrana porosa de PTFE. La membrana porosa de PTFE de la presente invención puede ser una membrana obtenida mediante el método descrito abajo para la producción de una membrana porosa de PTFE.
Un método divulgado en esta memoria para la producción de una membrana porosa de PTFE (un método de producción de la presente divulgación) incluye:
estiramiento de una lámina de PTFE no sinterizada, en una dirección predeterminada a una temperatura de estiramiento igual o mayor que el punto de fusión de PTFE y una rata de estiramiento lineal de 1.0 m/min o menos (estiramiento A); y
estiramiento adicional de la lámina sometida al estiramiento A en una dirección diferente de la dirección predeterminada (estiramiento B).
(Estiramiento A)
La técnica usada para el estiramiento A no está limitada a una específica, en tanto se estire una lámina no sinterizada de PTFE a una temperatura igual a o mayor que el punto de fusión de PTFE (327 °C) y una rata de estiramiento lineal de 1.0 m/min o menos. Por ejemplo, puede estirarse una lámina no sinterizada de PTFE en un horno de calentamiento mantenido una temperatura igual a o mayor que el punto de fusión, mientras la rata de estiramiento lineal es mantenida a 1.0 m/min o menos. El estiramiento A puede formar porciones agregadas de PTFE que pueden ser denominadas como "precursores" de los nodos. Las porciones agregadas de PTFE pueden, después del estiramiento B, convertirse en nodos que son largos, a pesar de presentar una pequeña relación de área respecto al área de la membrana resultante. Las porciones agregadas pueden ser formadas en la lámina de PTFE de manera que las porciones agregadas adyacentes están aproximadamente paralelas una a otra. La dirección en la cual las porciones agregadas se extienden es típicamente una dirección aproximadamente perpendicular a la dirección del estiramiento A en el plano de la lámina. El estiramiento A puede formar fibrillas que pueden lograr un promedio de longitud de fibrilla de 50 pm o más y 90 pm o menos, después del estiramiento B. La dirección en la cual se extienden las fibrillas puede ser una dirección aproximadamente perpendicular a la dirección en la cual se extienden las porciones agregadas en el plano de la lámina.
La dirección (dirección predeterminada) del estiramiento A no está particularmente limitada y es, por ejemplo, una dirección MD de la lámina de PTFE. Cuando la lámina tiene forma de tira, la dirección puede ser la dirección longitudinal de la lámina.
La relación de estiramiento en el estiramiento A es, por ejemplo, 8 a 50 y preferiblemente 15 a 35.
La temperatura (temperatura de estiramiento) a la cual es llevado a cabo el estiramiento A tiene que ser igual a o mayor que el punto de fusión de PTFE. Esta temperatura es, por ejemplo, 350 a 420 °C y preferiblemente 360 a 400 °C.
La rata de estiramiento lineal en el estiramiento A es 1.0 m/min o menos y preferiblemente 0.5 m/min o menos. La rata de estiramiento lineal se basa en una longitud de referencia de 1.5 m. Esto es, asumiendo una lámina con la longitud de referencia de 1.5 m, por ejemplo, el estiramiento a una rata de estiramiento lineal de 1.0 m/min o menos, indica estiramiento de la lámina a una rata de 1.0 m/min o menos en la dirección de la longitud de referencia. Cuando para estirar la lámina se usa un par de rollos que operan para crear una diferencia en la velocidad del viaje, la distancia de viaje de la lámina entre el par de rollos (la distancia en la cual la lámina viaja hasta que la lámina hace contacto con el segundo rollo, después de abandonar el primer rollo) puede ser fijada como la longitud de referencia.
(Estiramiento B)
La técnica usada para el estiramiento B no está limitada a ninguna específica, en tanto la lámina de PTFE sometida al estiramiento A sea estirada en una dirección diferente de la dirección del estiramiento A.
La dirección del estiramiento B no está limitada particularmente y es típicamente una dirección aproximadamente perpendicular a la dirección del estiramiento A en el plano de la lámina. La dirección del estiramiento B es, por ejemplo, una dirección TD de la lámina de PTFE. Cuando la lámina tiene una forma de tira, la dirección puede ser la dirección de anchura de la lámina.
La relación de estiramiento en el estiramiento B es, por ejemplo, 2 a 15 y preferiblemente 4 a 10.
La temperatura (temperatura de estiramiento) a la cual es llevado a cabo el estiramiento B, puede ser igual a, mayor que, o menor que el punto de fusión de PTFE. Esta temperatura es, por ejemplo, 100 a 400 °C y preferiblemente 120 a 200 °C.
La rata de estiramiento lineal en el estiramiento B no está limitada y es, por ejemplo, 3 m/min a 16 m/min.
En el método de producción de la presente divulgación, un proceso opcional de estiramiento puede ser llevado a cabo adicionalmente al estiramiento A y estiramiento B, si es necesario. Debería notarse que el primer estiramiento ejecutado en la lámina PTFE es preferiblemente el estiramiento A. El estiramiento en la anterior dirección predeterminada es preferiblemente solamente el estiramiento A. En el método de producción de la presente divulgación, sólo pueden llevarse a cabo el estiramiento A y estiramiento B, como procesos de estiramiento de la lámina de PTFE. El estiramiento B puede ser ejecutado a continuación del estiramiento A.
El método para la formación de la lámina no sinterizada de PTFE usada en el método de producción de la presente divulgación, no está particularmente limitado. Por ejemplo, la lámina no sinterizada de PTFE puede ser obtenida formando una mezcla de partículas de PTFE fino (polvo fino) y un líquido lubricante, hasta una forma laminar mediante por lo menos una técnica seleccionada de entre extrusión y formación de rollo. Preferiblemente el líquido lubricante es retirado de la lámina de PTFE antes del estiramiento A, mediante una técnica tal como calentamiento o extracción.
El tipo de partículas finas de PTFE no está limitado particularmente, y puede usarse un producto disponible comercialmente. Los ejemplos de partículas finas de PTFE disponibles comercialmente incluyen POLYFLON F-104 (manufacturado por Daikin Industries, Ltd.), Fluon CD-123 y Fluon CD-129E (manufacturado por Asahi-ICI Fluoropolymers Co., Ltd.), y Teflon 6J (manufacturado por Du Pont-Mitsui Fluorochemicals Company, Ltd.).
El líquido lubricante no está limitado particularmente, en tanto sea una sustancia capaz de humectar la superficie de las partículas finas de PTFE y ser retirado mediante un proceso tal como evaporación y/o extracción, después de la formación de la mezcla hasta dar una forma de lámina. Los ejemplos específicos de líquido lubricante incluyen aceites de hidrocarburo, tal como parafina líquida, nafta, aceite blanco, tolueno y xileno, y una variedad de alcoholes, cetonas, y ésteres.
La relación de mezcla entre las partículas finas de PTFE y el líquido lubricante puede ser ajustada dependiendo de, por ejemplo, los tipos de partículas finas de PTFE y lubricante líquido, y el método de formación de la lámina de PTFE. Típicamente, la cantidad del líquido lubricante es aproximadamente 5 a 50 partes en peso respecto a 100 partes en peso de las partículas finas de PTFE.
Los métodos de la extrusión y formación de rollo no están limitados a unos específicos. Por ejemplo, la mezcla puede ser formada a formas de barra mediante extrusión, y después el cuerpo en forma de barra puede ser formado hasta una forma de lámina mediante formación de rollo. Alternativamente, la mezcla puede ser formada hasta una lámina, mediante extrusión.
El espesor de la lámina no sinterizada de PTFE puede ser ajustado dependiendo del espesor de la membrana porosa de PTFE que va a obtenerse y es, por ejemplo, aproximadamente 0.05 a 0.5 mm.
En el método de producción de la presente divulgación, puede llevarse a cabo un paso opcional después del estiramiento B, si es necesario. Los ejemplos del paso opcional incluyen un paso de sinterización, tratamiento repelente de líquidos y tratamiento de adherencia.
En el paso de sinterización, la lámina de PTFE sometida al estiramiento B (una membrana porosa de PTFE formada como resultado del estiramiento B) es tratada con calor mediante calentamiento a una temperatura igual o mayor que el punto de fusión de PTFE. La técnica para el tratamiento con calor no está limitada a una específica. Por ejemplo, la lámina PTFE estirada puede ser dejada en su sitio en un horno de calentamiento mantenido a una temperatura igual o mayor que el punto de fusión.
El tratamiento con calor es llevado a cabo preferiblemente mientras se fijan las dimensiones de la lámina de PTFE. Preferiblemente, la temperatura del tratamiento con calor es aproximadamente 350 a 400 °C. El tratamiento con calor puede ser ejecutado a continuación del estiramiento B.
Para el tratamiento repelente de líquidos, puede usarse una técnica conocida.
El tratamiento de adherencia es un tratamiento en el cual la lámina de PTFE sometida al estiramiento B (una membrana porosa de PTFE formada como un resultado del estiramiento B) es puesta en contacto con un líquido de baja tensión superficial, para liar una pluralidad de fibrillas adyacentes formadas a través del estiramiento A en la dirección predeterminada, y el estiramiento B en la dirección diferente. Este tratamiento da como resultado, por ejemplo, la membrana 1 porosa de PTFE, como se muestra en la FIG. 4.
El tratamiento de adherencia puede ser llevado a cabo, por ejemplo, sumergiendo la lámina de PTFE sometida al estiramiento B en un líquido de baja tensión superficial. Después de ser sumergida por un tiempo predeterminado, puede retirarse del líquido la lámina de PTFE y secársela. A la lámina de PTFE sometida al estiramiento B puede unirse una capa de refuerzo tal como una tela no tejida, y puede sumergirse en el líquido la lámina con la capa de refuerzo. Esto permite lograr el tratamiento de adherencia de manera más estable y confiable.
El líquido de baja tensión superficial puede ser cualquier líquido que tiene una baja tensión superficial y es capaz de infiltrarse en los pequeños intersticios entre las fibrillas de la lámina de PTFE (membrana porosa de PTFE) sometida al estiramiento B. Específicamente, la tensión superficial del líquido es 30 mN/m o menos y preferiblemente 25 mN/m o menos. Los ejemplos del líquido incluyen alcoholes, tales como metanol y etanol, y éteres. El líquido usado puede ser un líquido disponible comercialmente, tal como Novec (marca comercial registrada), a hidrofluoroéter manufacturado por Sumitomo 3M Ltd.
Cuando se llevan a cabo el paso de sinterización, tratamiento repelente de líquidos y/o tratamiento de adherencia, el tratamiento repelente de líquidos y tratamiento de adherencia son ejecutados preferiblemente después del paso de sinterización.
Con el método de producción de la presente divulgación, por ejemplo, puede producirse la membrana A porosa de PTFE.
El método de producción de la presente divulgación puede incluir un paso opcional diferente a aquellos descritos anteriormente, en tanto se obtenga el efecto de la presente invención.
Ejemplos
A continuación, se describirá en más detalle la presente invención, mediante ejemplos.
Primero, se describirán métodos para la evaluación de membranas porosas de PTFE producidas en los ejemplos. [Promedio de longitud de fibrilla, promedio de longitud de nodo, y promedio de relación de área de nodo]
Se determinaron el promedio de longitud de fibrilla, promedio de longitud de nodo, y promedio de relación de área de nodo de cada membrana porosa de PTFE, obteniendo imágenes magnificadas de la superficie principal de la membrana porosa de PTFE que va a ser evaluada, con un SEM (JSM-6510LV, manufacturado por JEOL) y ejecutando el método descrito previamente.
[Promedio de tortuosidad]
Se determinó el promedio de tortuosidad de la membrana porosa de PTFE en la dirección de espesor, mediante el método descrito previamente.
[Propiedad de impermeabilidad al agua]
La propiedad de impermeabilidad al agua de la membrana porosa de PTFE fue evaluada mediante una presión de entrada de agua (kPa), como se mide de acuerdo con el método B (método de alta presión hidráulica) de la prueba de penetración de agua, especificada en JIS L 1092:2009. Se evaluó la presión de entrada de agua, sobre la base de la presión de agua que causó la fuga de agua desde una región de la superficie de la membrana porosa de PTFE.
[Porosidad]
La porosidad de la membrana porosa de PTFE fue determinada mediante el método descrito previamente.
[Permeabilidad al vapor de agua]
Método 1 de evaluación: La permeabilidad al vapor de agua de la membrana porosa de PTFE fue evaluada de acuerdo con JIS Z 0208:1976 (prueba de permeabilidad al vapor de agua, método de plato). En la evaluación de la permeabilidad al vapor de agua, se controló la atmósfera en contacto con una superficie principal de la membrana porosa de PTFE a una temperatura de 40 °C y una humedad de 100 % RH, mientras la atmósfera en contacto con la otra superficie principal de la membrana fue controlada a una temperatura de 40°C y una humedad de 50 % RH. Método 2 de evaluación: La permeabilidad al vapor de agua de la membrana porosa de PTFE fue evaluada de acuerdo con JIS L 1099:2012 (método B-1; método de acetato de potasio). La permeabilidad al vapor de agua de una película auxiliar especificada en esta norma para uso en la medición de permeabilidad al vapor de agua, está en el intervalo de 75000 a 85000 g/(m2^ día), según se determina por la medición de acuerdo con la norma JIS. La permeabilidad al vapor de agua de una película auxiliar puede ser medida usando dos películas, una de las cuales es la película auxiliar, como un objeto de medición y la otra de las cuales es una película idéntica a la película auxiliar y que sirve como un auxiliar en la medición.
(Ejemplo 1)
Se mezclaron de manera uniforme 100 partes en peso de un polvo fino de PTFE (Fluon CD-129E, manufacturado por Asahi-ICI Fluoropolymers Co., Ltd.) y 19.7 partes en peso de un hidrocarburo alifático como un lubricante líquido, para preparar una pasta de PTFE. A continuación, se sometió a extrusión la pasta preparada de PTFE, hasta una forma de lámina usando un troquel FT a una presión de 2.5 MPa (25 kg/cm2), y se enrolló el cuerpo en forma de lámina con un par de rodillos metálicos, para obtener una lámina de PTFE en forma de tira, con espesor ajustado (espesor: 0.2 mm). A continuación, se calentó la lámina de PTFE obtenida y se la secó para retirar el lubricante líquido.
A continuación, mientras se alimentó continuamente la lámina de PTFE seca en forma de tira, se estiró uniaxialmente la lámina en la dirección longitudinal de la lámina, a una rata de estiramiento lineal de 0.4 m/min en un horno de calentamiento mantenido a 360 °C (estiramiento A). La relación de estiramiento en este estiramiento fue de 20.
A continuación, se estiró uniaxialmente en la dirección de la anchura de la lámina, la lámina de PTFE sometida al estiramiento A, a una rata de estiramiento lineal de 12 m/min en un horno de calentamiento mantenido a 130 °C (estiramiento B). La relación de estiramiento en este estiramiento fue de 5. Así, se obtuvo una membrana porosa de PTFE estirada del Ejemplo 1. En la FIG. 8 se muestra una imagen SEM de la membrana porosa de PTFE del Ejemplo 1.
(Ejemplo 2)
La membrana porosa de PTFE producida en el Ejemplo 1 fue sometida a tratamiento de adherencia mediante inmersión de la membrana porosa en Novec 7300, un hidrofluoroéter manufacturado por Sumitomo 3M Ltd. Se secó la membrana porosa sumergida de PTFE para dar una membrana porosa de PTFE de Ejemplo 2. En la FIG. 9 se muestra una imagen SEM de la membrana porosa de PTFE del Ejemplo 2.
(Ejemplo 3)
Se obtuvo una membrana porosa de PTFE del Ejemplo 3, de la misma manera a la del Ejemplo 1, excepto que la rata de estiramiento lineal en el estiramiento A fue de 0.8 m/min.
(Ejemplo 4)
Se obtuvo una membrana porosa de PTFE del Ejemplo 4, sometiendo la membrana porosa de PTFE producida en el Ejemplo 3 a tratamiento de adherencia idéntico al del Ejemplo 2.
(Ejemplo 1 Comparativo)
Se mezclaron uniformemente 100 partes en peso de un polvo fino de PTFE (Fluon CD-129E, manufacturado por Asahi-ICI Fluoropolymers Co., Ltd.) y 19.7 partes en peso de un hidrocarburo alifático como lubricante líquido, para preparar una pasta de PTFE. A continuación, la pasta de PTFE preparada fue sometida a extrusión hasta dar una forma de lámina, usando un troquel FT a una presión de 2.5 MPa (25 kg/cm2), y se enrolló el cuerpo en forma de lámina, con un par de rollos metálicos para obtener una lámina de PTFE en forma de tira, con espesor ajustado (espesor: 0.5 mm). A continuación, la lámina obtenida de PTFE fue calentada y secada para retirar el lubricante líquido.
A continuación, mientras se alimentó continuamente la lámina seca de PTFE en forma de tira, la lámina fue estirada uniaxialmente en la dirección longitudinal de la lámina a una rata de estiramiento lineal de 12 m/min, por medio de un rodillo caliente mantenido a 100 °C. La relación estiramiento en este estiramiento fue de 4.
A continuación, la lámina estirada de PTFE fue estirada uniaxialmente de modo adicional en la dirección longitudinal de la lámina, a una rata de estiramiento lineal de 1.5 m/min en un horno de calentamiento mantenido a 380 °C. La relación de estiramiento en este estiramiento fue de 8.
A continuación, la lámina estirada de PTFE fue estirada uniaxialmente en la dirección de anchura de la lámina, a una rata de estiramiento lineal de 12 m/min en un horno de calentamiento mantenido a 130 °C. La relación de estiramiento en este estiramiento fue de 5. En la FIG. 10 se muestra una imagen SEM de la membrana porosa de PTFE así obtenida del Ejemplo 1 Comparativo.
(Ejemplo 2 Comparativo)
Se mezclaron uniformemente 100 partes en peso de un polvo fino de PTFE (Fluon CD-129E, manufacturado por Asahi-ICI Fluoropolymers Co., Ltd.) y 19.7 partes en peso de un hidrocarburo alifático como un lubricante líquido para preparar una pasta de PTFE. A continuación, la pasta preparada de PTFE fue sometida a extrusión hasta dar una forma de lámina, usando un troquel FT a una presión de 2.5 MPa (25 kg/cm2), y se enrolló el cuerpo en forma de lámina, con un par de rollos de metal para obtener una lámina de PTFE en forma de tira, con espesor ajustado (espesor: 0.5 mm). A continuación, se calentó la lámina obtenida de PTFE y se la secó para retirar el lubricante líquido.
A continuación, mientras se alimentaba continuamente la lámina en forma de tira de PTFE seca, se estiró uniaxialmente la lámina en la dirección longitudinal de la lámina, a una rata de estiramiento lineal de 6 m/min, por medio de un rodillo caliente mantenido a 150 °C. La relación de estiramiento en este estiramiento fue de 4.
A continuación, la lámina estirada de PTFE fue estirada uniaxialmente adicionalmente en la dirección longitudinal de la lámina, a una rata de estiramiento lineal de 1.5 m/min en un horno de calentamiento mantenido a 380 °C. La relación de estiramiento en este estiramiento fue de 8.
A continuación, la lámina estirada de PTFE fue estirada uniaxialmente en la dirección de anchura de la lámina, a una rata de estiramiento lineal de 12 m/min, en un horno de calentamiento mantenido a 130 °C. La relación de estiramiento en este estiramiento fue de 5. Así, se obtuvo una membrana porosa estirada de PTFE del Ejemplo 2 Comparativo. En la FIG. 11 se muestra una imagen SEM de la membrana porosa de PTFE del Ejemplo 2 Comparativo.
(Ejemplo 3 Comparativo)
Se obtuvo una membrana porosa de PTFE del Ejemplo 3 Comparativo, sometiendo la membrana porosa de PTFE producida en el Ejemplo 2 Comparativo a tratamiento de adherencia idéntico al del Ejemplo 2.
En la Tabla 1 abajo se muestran los resultados de evaluación de las membranas porosas de PTFE producidas en los Ejemplos y Ejemplos Comparativos.
Figure imgf000015_0001
Como se muestra en la Tabla 1, las membranas porosas de PTFE de los Ejemplos exhibieron más alta permeabilidad al vapor de agua en la dirección de espesor, que las membranas porosas de PTFE de los Ejemplos Comparativos. Las membranas porosas de PTFE de los Ejemplos 1 y 3 mostraron una disminución en el promedio de tortuosidad y un incremento en la permeabilidad al vapor de agua en la dirección de espesor, como un resultado de ser sometidas al tratamiento de adherencia, mientras la membrana porosa de PTFE de Ejemplo 2 Comparativo no mostró cambio en el promedio de tortuosidad ni en la permeabilidad al vapor de agua en la dirección de espesor, a pesar de ser sometida al tratamiento de adherencia.
Aplicabilidad industrial
La membrana porosa de PTFE de la presente invención puede ser usada, por ejemplo, como una membrana impermeable al agua y permeable al aire.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Una membrana porosa de politetrafluoroetileno que tiene un promedio de longitud de fibrilla de 50 |jm o más y 90 |jm o menos, que tiene un promedio de longitud de nodo 5 o más veces mayor que el promedio de longitud de fibrilla, y que tiene un promedio de relación de área de nodo de 5% o menos, en donde
el promedio de longitud de fibrilla, el promedio de longitud de nodo, y el promedio de relación de área de nodo son determinados como se describe en la descripción.
2. La membrana porosa de politetrafluoroetileno de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el promedio de relación de área de nodo es 3% o menos.
3. La membrana porosa de politetrafluoroetileno de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, que tiene un promedio de tortuosidad de 1.5 o menos en una dirección de espesor de la membrana, en donde
el promedio de tortuosidad es determinado como se describe en la descripción.
4. La membrana porosa de politetrafluoroetileno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que tiene una presión de entrada de agua, como se mide de acuerdo con el método B (método de presión hidráulica elevada) de prueba de penetración de agua especificado en JIS L 1092, de 10 kPa o más.
5. La membrana porosa de politetrafluoroetileno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que tiene una porosidad de 90% o más, en donde
la porosidad es determinada como se describe en la descripción.
6. La membrana porosa de politetrafluoroetileno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que tiene una permeabilidad al vapor de agua, como se mide de acuerdo con JIS L 1099 (método B-1), de 150000 g/(m2^ día) o más, en una dirección de espesor de la membrana.
7. Una membrana impermeable al agua y permeable al aire que comprende la membrana porosa de politetrafluoroetileno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
8. Un miembro impermeable al agua y permeable al aire, que comprende la membrana impermeable al agua y permeable al aire de acuerdo con la reivindicación 7 y un soporte unido a la membrana impermeable al agua y permeable al aire.
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