JPH04139237A - 親水性多孔質フッ素樹脂材料 - Google Patents

親水性多孔質フッ素樹脂材料

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JPH04139237A
JPH04139237A JP41737590A JP41737590A JPH04139237A JP H04139237 A JPH04139237 A JP H04139237A JP 41737590 A JP41737590 A JP 41737590A JP 41737590 A JP41737590 A JP 41737590A JP H04139237 A JPH04139237 A JP H04139237A
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浩良 藤本
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酒井 マリ
Katsuhiko Morishita
克彦 森下
Kazuya Morimoto
森本 一也
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
[0001]
【産業上の利用分野】
本発明は親水性多孔質フッ素樹脂材料に関するものであ
る。 [0002]
【従来技術及びその問題点】
従来、多数の微細孔を有する多孔質フッ素樹脂材料は知
られている。このような材料は、耐熱性及び耐薬品性に
すぐれたフィルターとして広く利用されている。しかし
、このものは、撥水性が大きく、水を円滑に透過させな
いために、水中に分散した粒子の分離に適用することは
できない。水を透過させる多孔質フッ素樹脂材料を得る
には、その細孔の内面を親水化することが必要であり、
このため各種の方法が検討されている。 [0003] このような方法としては、例えば、(1)材料にアルコ
ール等の親水性有機溶媒を含浸させた後、水で置換する
方法、(2)材料に界面活性剤のアルコール溶液を含浸
させる方法、(3)材料に親水基含有モノマーを含浸さ
せた後、重合させて親水性ポリマーを材料に複合化させ
る方法、(4)材料に親水基含有モノマーをグラフト重
合させる方法、(5)材料にポリビニルアルコールの有
機溶媒溶液を含浸させ、複合化させる方法、(6)材料
に親水基含有モノマーを含浸させた後、強力な環元剤又
はプラズマガスで処理するか、ガンマ−線や電子線等の
高エネルギー線を照射する方法等がある。 [0004] しかしながら、これらの従来の方法は各種の欠点を含む
。例えば、 (1)の方法は一般的な方法であるが、材
料が一度乾燥してしまうとその効果が失なわれてしまう
という欠点がある。(2)の方法は、得られた材料をフ
ィルターとして使用する際に、界面活性剤の溶出が起る
ため、材料の耐久性に乏しい、(3)、(4)及び(5
)は細孔が目詰りしやすい上、ポリマーが溶出しやすく
、耐久性に乏しいという欠点をそれぞれ有する。従って
、(2)〜(5)の方法では、界面活性剤やポリマーの
溶出を防止するために、含浸させた界面活性剤やポリマ
ーを架橋化させたり、結晶化させる処理が必要になる。 これらの処理については、特開昭53−21270号、
特開昭54−8869号、特開昭56−154737号
及び特開昭64−98640号に記載されている。 [0005] 一方、(6)の方法では、材料の機械特性が損われる上
、モノマー自体の重合を防止することが困難である。 [0006] 以上のように、多孔質フッ素樹脂材料に対する従来の親
水化技術は、各種の問題点を含み、いずれも未だ満足し
得るものではなかった。 [0007]
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、多数の微細孔を有する多孔質フッ素樹脂材料
に対する従来の親水化技術に見られる前記問題を解決し
、架橋化処理を用いることなく、含浸処理のみで得るこ
とのできる、親水性にすぐれ、かつその親水性が長期間
にわたって安定的に持続する多孔質フッ素樹脂材料を提
供することをその課題とする。 [0008]
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた
結果、本発明を完成するに至った。 即ち、本発明によれば、多数の微細孔を有する多孔質フ
ッ素樹脂材料において、少なくともその細孔内に、含フ
ッ素モノマーと親水基含有モノマーとのコポリマーを付
着させたことを特徴とする親水性多孔質フッ素材料が提
供される。 [0009] 本発明において基材として用いる多孔質フッ素樹脂材料
は、連続した微細孔(透孔)を有するものであればよく
、その細孔を形成させる手段も特に限定されず、延伸や
拡張、発泡、抽出等が採用される。また、フッ素樹脂の
種類は特に限定されず、各種のものが用いられる。本発
明で用いる好ましいフッ素樹脂は、ポリテトラフルオロ
エチレンであるが、その他、テトラフルオロエチレン/
ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニル
、ポリフッ化ビニリデン等も使用し得る。 本発明においては、多孔質ポリテトラフルオロエチレン
、特に延伸された多孔質ポリテトラフルオロエチレンの
使用が好ましい。 [0010] 本発明で基材として好ましく用いる多孔質フッ素樹脂材
料は、ポリテトラフルオロエチレンの延伸物からなり、
空孔率:15〜95%、好ましくは50〜95%を有す
るものである。このような基材については、特公昭56
−45773号特公昭56−17216号、米国特許第
4187390号に詳述されている。 [0011] 本発明において多孔質フッ素樹脂材料の細孔内に付着結
合させる親水性の含フッ素ポリマーは、フッ素含有エチ
レン性不飽和モノマーと、フッ素を含まない親水基含有
ビニルモノマーとのコポリマーであり、それらのモノマ
ーを共重合化させることにより得ることができる。フッ
素含有七ツマ−としては、例えば、テトラフルオロエチ
レン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、モノクロロト
リフルオロエチレン、ジクロロジフルオロエチレン、ヘ
キサフルオロプロピレン等が挙ケられる。 [0012] 本発明で用いるフッ素含有モノマーは、次の一般式で示
すことができる。 CXY=CFZ             (1)前記
式中、Zはフッ素又は水素を示し、X及びYは水素、フ
ッ素、塩素及びトリフルオロメチル(−CF3)の中か
ら選ばれる。 [0013] また、本発明で用いる他のフッ素含有モノマーは、次の
一般式で示すことができる。 CH2=CR OORf CH2=CR ○CORf CH2=CR 0=C−Rf CH2”” CR 〇−Rf CH2=CR 0NHRf 前記式において、Rは水素、フッ素、メチル基、エチル
基、トリフルオルメチル基(CF)又はペンタフルオル
エチル(c2F5)である。Rfは炭素数4〜21のパ
ーフルオロアルキル基を示す。 [0014] ホン基、リン酸基、N−置換されていてもよいアミド基
、N−置換されていてもよいアミノ基等を有するものが
挙げられる。それらの親水基の活性水素にアルキレンオ
キシド、例えばエチレンオキシドやプロピレンオキシド
を付加反応させたモノマーも好適のものである。酢酸ビ
ニルのように、共重合化後、加水分解することにより親
水基含有コポリマーを与えるものも使用される。 親水性モノマーの具体例としては、ビニルアルコール、
アクリル酸、メタクリル酸のような不飽和カルボン酸の
他、以下に示す如きアクリル酸やメタクリル酸のアルキ
レンオキシド付加体が挙げられる。 CH2=OR C00(C2H40) nH CH′2=OR C00(C3H60) nH CH2=CR CO2(C3H60)m(C2H40) nHCH2=
OR CONH(CH2)3NH2 前記式中、Rは水素又はメチル基であり、n及びmは1
以上の整数である。 含フッ素モノマー及び親水基含有モノマーはいずれも一
種又は二種以上であってもよい。また、前記含フッ素モ
ノマーと親水基含有モノマーには、必要に応じさらに、
他のビニルモノマー、例えば、アクリル酸やメタクリル
酸のアルキルエステル、トリメチロールプロパンの如き
多価アルコールとアクリル酸又はメタクリル酸とのエス
テル等を併用することができる。 [0015] 本発明で用いるピュアルコールとフッ素含有モノマーと
のコポリマーは、ビニルアセテートとフッ素含有モノマ
ーとのコポリマーをケン化し、コポリマーに含まれるア
セテート基をヒドロキシル基に変換することにより得る
ことができる。 この場合、コポリマーに含有されるアセテート基は、必
ずしもその全てをヒドロキシル基に変換させる必要はな
く、アセテート基のヒドロキシル基への変換はコポリマ
ーが親水性を有する程度まで行えばよい。 本発明において使用されるフッ素含有親水性コポリマー
のフッ素含有率量は、重量基準で、通常2%〜60%、
好ましくは10%〜60%、更に好ましくは20%〜6
0%である。フッ素含有親水性コポリマーのフッ素含有
率が多すぎると耐熱性は良くなるもののポリマーの親水
性が低下する。一方、フッ素含有率が少なすぎるとフッ
素含有親水性コポリマーの基材に対する接着性が小さく
なり、耐熱性も小さくなる。 本発明で用いる含フッ素親水性コポリマーにおいて、そ
の親水基当量は、一般に、45〜700、好ましくは6
0〜500、更に好ましくは60〜450である。この
親水基当量が45未満の場合、フッ素含有親水性コポリ
マーの溶解度が非常に大きくなり、含フッ素コポリマー
は水で基材から溶出されやすくなり、−方、親水基当量
が700より大きくなると親水性が小さくなりすぎて、
基材の親水性化を達成できなくなる。 [0016] 表1〜表2にいくつかのコポリマーについて、そのコポ
リマー中の含フッ素モノマー単位のモル%、フッ素重量
%(F−wt%)及び親水基当量(Eq−W)を示す。 VOHはビニルアルコールである。 [0017] なお、本明細書における親水基当量(Eq−W)とは、
コポリマーの分子量を親水基の数で割った値である。以
下に示した親水基当量は、次式により算出される。 A −x+B −y Eq−W= 式中、A−xは、含フッ素モノマーの分子量にそのモル
数Xをがけた値であり、一方、B−yは親水基含有モノ
マーの分子量にそのモル数yをがけた値である。 [0018]
【表1】 コポリマー コポリマー中 のモル比 コポリマー中の 含フッ素モノマー 単位のモル% F−wtol。 q−W 2.4 3.2 4.8 9.1 4.2 5.5 7.9 14.3 27.5 53.1 72.8 45.5 46.4 48.0 X=1. Y=40 1.30 1.20 1.10 1.4 1.1 10.1 2.4 3.2 4.8 9.1 2.1 2.8 4.1 7.5 33.6 55.6 44.6 45.2 46.2 (CFH=CH2)x/ (VOH)y2.4 3.2 4.8 9.1 21.3 37.8 44.2 45.6 45.3 47.6 特開平4−13q23r (9) [0019]
【表2】 コポリマー コポリマー中 のモル比 コポリマー中の 含フッ素モノマー 単位のモル% F−wt′y。 q−W (CF2=CC12 3.1 4.0 5.8 10.4 46.0 46.9 48.9 54.6 35.8 47.2 (CF2=CC12)X/(VOH)y2.4 3.2 4.8 9.1 2.0 2.7 3.8 6.7 20.8 26.3 46.6 47.7 50.0 (CF2=CC12)X/(vOH)y2.4 3.2 4.8 9.1 6.1 7.9 11.3 19.6 59.0 73.9 46.8 48.0 50.5 [0020] 本発明の含フッ素親水性コポリマーでを細孔内に付着結
合させた材料は、例えば含フッ素親水性コポリマーを、
アルコール、ケトン、エステル、アミドあるいは炭化水
素のような有機溶媒中に溶解し、その溶液中に材料を浸
漬するか、あるいはその溶液をスプレー又はローラーを
用いたコーティング法により材料にその溶液を含浸させ
た後、乾燥させることにより製造される。このようにし
て、含フッ素親水性コポリマーは材料の内表面に付着し
、水が微細孔を通過することが可能となる。材料に対す
る含フッ素親水性コポリマーの付着量は、材料の親水性
を高めるのに十分な量であればよく、使用する材料の多
孔性等により変化するが、通常、最終生成物の重量に対
して、1.5〜10重量%、好ましくは2〜6重量%で
ある。 [0021] 本発明の親水性多孔質フッ素樹脂材料は、これに含フッ
素モノマーと親水基に変換可能な酢酸ビニルのような疎
水性モノマーからなるコポリマーの有機溶媒溶液を含浸
させ、基材を乾燥し、そのアセテート基の少なくとも一
部を親水基に変換することにより製造することもできる
。 [0022] 本発明で用いる多孔質フッ素樹脂材料は、フィルム、テ
ーツ、プレート、チューブ糸、繊維、織物など任意の形
態であることができる。 本発明の親水性多孔質フッ素樹脂材料は、含フッ素親水
性コポリマーが材料の細孔を形成する材料の表面に結合
している構造を有する。これにより細孔は水が透過でき
るようになり、親水性となる。コポリマーの親水基当量
を適度な範囲に規定し、コポリマーの水に対する溶解性
をコントロールすることにより、コポリマーそのものの
材料からの溶離を防ぐことできる。含フッ素親水性コポ
リマーの多孔質フッ素樹脂材料への付着性合力は親水性
コポリマー中のフッ素原子の作用によって強力なものと
なり、その耐久性も安定した状態で長期間にわたって維
持することができる。よって、本発明においては、従来
の方法において行なわれるような、材料を含フッ素コポ
リマーに含浸させた後の面倒な架橋処理は不要である。 [0023]
【発明の効果】
本発明の親水性多孔質フッ素樹脂材料は、すぐれた水透
過性を有するものであり、透水性フィルター ガス/液
体分離膜、酵素固定化担体などとして有利に使用できる
。本発明の材料は、全体がフッ素樹脂材料からなるため
、すぐれた耐熱性及び耐薬性を有する。 [0024]
【実施例】
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。 (実験手順) (1)厚さ 厚さは1/1000mmの精度を有するダイアル温厚ゲ
ージにて測定した。 (2)エタノールあわだち点(EBP)材料(膜)のサ
ンプルの表面にエタノールを広げ、そのサンプルを固定
装置に水平におき、EBPを評価した。この場合、空気
を底面から吹きつけた。EBPは空気泡が反対側の表面
から連続して出た際の初期圧力(kg/cm”)である
。 (3)空孔率 含浸以前の材料の空孔率は材料の密度を測定して得た。 材料(ポリテフトラフルオロエチレン)の密度は2.2
g/cm3である。空孔率は以下の式を用いて算出した
。 空孔率=(2,2−サンプル密度)÷2.2xlOO含
浸後の材料の空孔率の計算においては、密度として2.
2g/cm3の替りに2.1g/cm3を採用した。 [0025] (4)流れ時間 流れ時間は、200m1の水を1気圧真空下で35mm
厚のサンプルを通して通過させるに必要な時間である。 サンプルを水平に固定し、水を上から注ぐ。 次いで下部から吸引する。含浸前材料の測定の場合には
、サンプルを先ずエタノールで含浸して材料に親水性を
付与する。 (5)耐久性 含浸処理後の材料の耐久性は、5回の流れ時間試験(1
回毎に乾燥)後、又は流れ試験機及び方法を用いて10
リツトルの水の流通後の親水性で示される。 (6)フッ素及び水酸基含量 フッ素含量及び水酸基含量は計算で求める。 (7)水透過性(WP) WPは次式により求める。 WP=200÷(流れ時間−60X (1,75)2X
3.14)(8)耐熱性 耐熱性は膜を枠に固定した後、材料を試験温度に制御し
た空気オーブン中に所定時間量いた後、親水性を下記に
従って測定することにより求める。 (9)ガーレイ値(GN) GNは、100cmの空気が6.45cm3のサンプル
面積を12.4cm水圧下で通過するに必要な時間を測
定することにより求める。 (10)耐酸、耐アルカリ及び耐溶剤性サンプルを実施
例中に示した時間液中に浸漬する。乾燥後親水性を下記
に従って測定する。 (11)親水性 初期親水性は高さ5cmのところから水滴をサンプル表
面に落し、水滴が吸収されるまでにかかる時間を測定す
ることにより求める。親水性は次のように評価する。 A:1秒以内に吸収 B:自然に吸収 C:加圧してのみ吸収 D:吸収されないが接触角は減少 E:吸収されない。即ち、水を撥ねる。このE評価は多
孔性フッ素樹脂材料に特有である。 [0026] 実施例1 特開平4−139237 (1!I) テトラフロロエチレン/ビニルアルコール共重合体(テ
トラフロロエチレン/ビニルアルコール共重合体のケン
化合物;ケン化度10’O%;)・ノ素含量27重量%
;水酸基含量14.5ミリモル/g)を1す・ノトルの
メタノールに溶かし、0.2重量%メタノール溶液を調
製した。厚さ40.um、空孔率80%の多孔質フッ素
樹脂膜を上記メタノール溶液中に浸漬して含浸した後、
枠に固定し、50℃で5分間乾燥した。同様な工程を5
回繰返し、親水性がA評価で、流れ時間が60秒の親水
性多孔質膜を得た。このものの厚さは30μmで、空孔
率は70%、細孔直径は0.2 μm、WPは20℃m
37Cm2・分であった。耐熱温度120℃において、
この良好な親水性は24時間後も維持されてl、)なが
、135℃においては親水性は失なわれた。 [0027] また、この膜を水中に浸漬したところ、水中への物質の
溶解は起らなかった(コポリマーの溶出なし)。沸騰水
中に浸漬した場合も変化は見られなかった。上記の膜は
、12規定塩酸(室温)や1規定塩酸(80℃)などの
酸に対し高X/)耐酸性を示し、また、5規定水酸化ナ
トリウム(室温)や1規定水酸化ナトリウム(80℃)
などのアルカリに対しても高い耐アルカリ性を示した。 [0028] 実施例2 テ)う70ロエチレン/酢酸ビニルコポリマーをメチル
エチルケトンに溶かし0.3重量%溶液を調製した。厚
さ40μm、空孔率80%の多孔質ポリテトラフロロエ
チレン膜を上記溶液で含浸した後枠に固定し、60℃で
5分間乾燥した。同様な工程を5回繰返した。得られた
膜をナトリウムメトキシド含有エタノール中に浸漬して
30分加熱処理してケン化を行ったケン化処理した親水
性膜を水洗した。この膜は実施例1のフィルムと同様な
特性を示した。 [0029] 比較例1 厚さ40μm、空孔率80%の多孔性延伸ポリテトラフ
ルロロエチレン膜を界面活性剤としての5重量%のイソ
プロパツール(3M社製 FC−93)で20分間含浸
し、次いで室温で乾燥して親水性膜を得た。この膜の安
定性は悪く、この膜に200m1の水を5回通しただけ
で親水性は失われた。 [0030] 比較例2 厚さ40μm、空孔率80%の多孔性延伸ポリテトラフ
ルロロエチレン膜をイソプロパツールで含浸して親水性
を付与した後、0.1%のポリビニルアルコール水溶液
中に2時間浸漬し、次いで50℃で乾燥した。得られた
膜は親水性を示したものの、3規定塩酸中に浸漬したと
ころ親水性体々に減少し、24時間後には完全に失われ
た。また、5規定塩酸中に浸漬した場合は、12時間で
親水性は失われた。耐熱温度は110℃であった。 以上に示した実施例1.2と比較例1.2かられかるよ
うに、本発明の含浸膜は、ポリビニルアルコール含浸膜
と比べ、熱安定性、酸及びアルカリ安定性並びに耐久性
に優れている。 [003月 実施例3 厚さ48μm、GN6.1秒、EBP 1 、 15 
k g/ cm2、空孔率76%、流れ時間36秒の多
孔質ポリテトラフロロエチレン膜を、実施例1で用いた
共重合体の1%メタノール溶液中に30秒間浸漬し、取
り出してから粋に固定した後室温で1時間乾燥しな。得
られた膜の物性は次の通りであっ7′:o膜のコポリマ
2kg/cm、空孔率ニア1%、流れ時間:56秒、w
p速さ1200m3/m2・分。 [0032] (耐久性試験) 含浸膜に200m1の水を5回通じ(1回毎に乾燥)る
が(方法1) 又は101の水を連続して通じた(方法
2)後、親水性試験を行った。結果は次の通りである。 耐久性試験条件     親水性試験結果方法I   
        A 方法2           A [0033] 含浸膜を5回流れ時間試、験に供した。尚、各試、験毎
に乾燥を行った。次いで、この膜について親水性試、験
を行ったところ、への評価が得られた。また、別の含浸
膜サンプルについて、流れ時間試、験機及び試験法を用
いて、10リツトルの水を連続して通じた。この膜の親
水性試験結果はAであった。 [0034] (耐熱性) 含浸膜を吹下の温度、時間で加熱処理した後、親水性試
験を行ったところ、次の結果を得た。 温度                 親水性試験結
果時間 100℃     30時間      Al2O℃ 
     5時間      B(60秒後に吸収)1
20℃     24時間      B(60秒後に
吸収)120℃     48時間      B(1
20秒後に吸収)120℃      2時間    
  C又は0150℃     24時間      
0200℃      1時間      D[003
5] (耐酸化性) 含浸膜を以下に示す酸化条件下に以下に示す時間浸漬し
た後、親水性試、験を行ったどろ、次の結果を得た。 酸化剤    温度    時間     親水性試、
験結果IN塩酸  80℃     2時間     
 A3N硝酸   室温   350時間      
A12N硝酸   室温     1時間      
A[0036] (耐アルカリ性) 含浸膜を以下に示すアルカリ性条件下で以下に示す時間
浸漬した後、親水性試験を行ったところ、以下の結果を
得た。 アルカリ        温度 IN水酸化ナトリウム   80℃ IN水酸化ナトリウム   80℃ 6N水酸化ナトリウム   室温 [0037] (耐有機溶剤性) 含浸膜を以下に示す溶剤を通じた後、 得た。 時間 1時間 5時間 36時間 親水性試験を行ったところ、次の結果を溶剤     
 流通量      親水性試験結果メタノール   
 300m1          Aエタ/−ル   
2000m1          Aアセト:/   
  5000m、l          A[0038
] メタノールは、コポリマーの良好な溶剤であるにも拘ら
ず、300m1のメタノール流通後の親水性はAであっ
た。なお、エタノール及びアセトンは上記コポリマーの
良好な溶剤ではない。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多数の微細孔を有する多孔質フッ素樹脂材
    料において、少なくともその細孔内に、含フッ素モノマ
    ーと親水基含有モノマーとのコポリマーを付着させたこ
    とを特徴とする親水性多孔質フッ素樹脂材料。
  2. 【請求項2】コポリマーのフッ素含有率が2〜60重量
    %で、親水基当量が45〜700である請求項1の材料
  3. 【請求項3】コポリマーの親水基当量が60〜500で
    ある請求項2の材料。
  4. 【請求項4】多孔質フッ素樹脂材料が、ポリテトラフル
    オロエチレンからなる請求項1〜3のいずれかの材料。
  5. 【請求項5】ポリテトラフルオロエチレンが延伸化ポリ
    テトラフルオロエチレンである請求項4の材料。
JP2417375A 1990-05-18 1990-12-29 親水性多孔質フッ素樹脂材料 Expired - Fee Related JPH0774290B2 (ja)

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