JPH0521009B2 - - Google Patents

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JPH0521009B2
JPH0521009B2 JP60090661A JP9066185A JPH0521009B2 JP H0521009 B2 JPH0521009 B2 JP H0521009B2 JP 60090661 A JP60090661 A JP 60090661A JP 9066185 A JP9066185 A JP 9066185A JP H0521009 B2 JPH0521009 B2 JP H0521009B2
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JP
Japan
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polytetrafluoroethylene membrane
fluorinated surfactant
hydrophilic
water
membrane
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JP60090661A
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JPS61249502A (ja
Inventor
Koichi Okita
Shinichi Toyooka
Shigeru Asako
Katsuya Yamada
Kazuichi Tomita
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/30Polyalkenyl halides
    • B01D71/32Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
    • B01D71/36Polytetrafluoroethylene
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B5/00Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor
    • B23B5/16Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for bevelling, chamfering, or deburring the ends of bars or tubes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐熱性と耐薬品性とに秀れた親水性
ポリテトラフルオロエチレン過膜およびその製
造方法に関するものである。
〔従来の技術と問題点〕
ポリテトラフルオロエチレン(以下PTFEとい
う)は耐熱性、耐薬品性において非常に秀れてい
るにも係わらず、撥水性であるがために水や強
酸・強アルカリ水溶液系への応用には困難がとも
なつている。PTFEからなる過膜に親水性を与
えるにはたとえば特公昭36−20742あるいは米国
特許3666693の様にアクリル酸、4−ビニルピリ
ジン、N−ビニルピロリドン等を電離性放射線や
重合触媒による重合反応によつてグラフト化する
方法が知られている。しかるにこれらの方法によ
る親水化処理では尚耐熱性・耐薬品性が不足し、
また表面層にはグラフト重合が進行するが、内部
にはグラフトが進行し難く、結局は均質な親水性
を与えることが出来ない。一方内部にまでグラフ
ト重合を進めるため、たとえば米国特許3390067
および3632387では多孔性四弗化エチレン樹脂を
界面活性剤で含浸処理し、ナトリウム−ナフタレ
ン等で脱弗素化エツチングし、次いで重合性モノ
マーをグラフト重合させて親水性を与えることも
知られている。これらの方法においてもPTFE
過膜の孔径がたとえばフエルト等の様に大きい時
には均一に実施できるが、反対に孔径が小さくな
る程エツチング処理が不均一となり親水性も不均
一となつて来る。
一方、炭化水素系の界面活性剤を非水溶性高分
子材料からなる膜に混合し、プラズマを照射して
その表面を架橋するという技術が特公昭56−
8645、57−31924に開示されているが、ここでの
膜は半透過性であること、具体的には逆浸透や限
外過への応用であり、本発明で目的とする程の
強酸、強アルカリへの適用を対象とはしていな
い。
電解槽の隔膜には耐薬品性の秀れたPTFE材料
が用いられ、特にアルカリ金属ハロゲン化物の電
解では塩素、水酸化ナトリウム等が発生するので
フツ素化界面活性剤による湿潤方法が特開昭56−
130486に開示されている。しかるにフツ素化界面
活性剤をPTFE隔膜と接触させ、乾燥させて不活
性化させ、使用時に水溶液と接触させるだけで再
活性化させることを特徴としているため、フツ素
化界面活性剤とPTFE隔膜とは単なる化学的な親
和性だけで接触しているにすぎず、またフツ素化
界面活性剤は水不溶化処理を受けていないので容
易に脱離していくという欠点がある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、この様な従来技術の欠点につき鋭意
検討を重ねた結果、耐熱性と耐薬品性とに秀れた
フツ素化界面活性剤とPTFE過膜を組みあわ
せ、かつフツ素化界面活性剤が水溶液に不溶とな
るまで架橋させることにより耐熱性と耐薬品性を
兼ねそなえたPTFE過膜を提供せんとするもの
である。特に半導体部品の製造工程に使用される
酸エツチング浴においては、固型異物やNa、K
等の外部汚染金属イオンの混入が、導電体として
のアルミニウム、電気絶縁体としてのシリコンオ
キサイド、半導体としてのシリコンの分担機能を
阻害し、製品不良を引きおこしており、これらの
酸エツチング液の精製に好適な親水性多孔膜を開
発することにある。
〔作用〕
本発明で用いるPTFE過膜は特公昭60−3842
等で製作される孔径分布の狭いものであることが
必要となる。
また本発明で用いるフツ素系界面活性剤には非
金属イオン型アニオン系であることが必要であり
その構造としてはCF3(CF2nCOONH4やCF3
(CF2nSO3NH4、ここでmは3〜19であり、好
ましくは6〜12の値を持つ。市販されているもの
としては、3M社製フルオラードFC−93が有名で
ある。
一方、金属塩型として市販されているものは、
金属イオンをイオン交換樹脂カラムで吸着させる
ことによつて有離酸の型とすることができ、次い
で純度の高いアンモニアで中和することにより非
金属イオン型に変換できる。ここで金属イオンの
極微量成分の混入を避けるには、イオン交換樹脂
の交換容量を勘案し、3〜4倍量の交換容量を持
つた大型のカラムによつて行なうか、あるいは一
度イオン交換した後更に新らしい樹脂カラムによ
り交換させる必要がある。金属イオンを含むフツ
素系界面活性剤としては、3M社のフルオラード
FC−95、FC−98、FC−129、旭硝子のサーフロ
ンS−111、S−113、ダイキン工業のユニダイン
DS−101、DS−102等がある。
CF3(CF2n-で表現されるパーフルオロアルキ
ル基はPTFE過膜の多孔性表面とvan der
waals力によつてかなり強固な結合をしており、
水または塩水溶液中に保存しておくと長時間にわ
たつて親水性を持続する。しかし、フツ素系界面
活性剤が水溶液に不溶になるまで架橋されていな
い時には、長時間の水中保存により大部分のフツ
素系界面活性剤が水または水溶液の中に拡散して
いつてしまい、そのため一度PTFE過膜を乾燥
させてしまうと湿潤性、浸透性が大巾に低下し、
PTFE過膜そのものの撥水性を示すようにな
る。
本発明における様に水溶液に不溶となるまでフ
ツ素系界面活性剤を架橋しておくと、長時間の水
中保存によつても拡散していくことがなく、初期
と同一の親水性を持続させることができる。
上記の特徴は過という操作を行なう時に顕著
な差となつてくる。即ちフツ素系界面活性剤が架
橋されていないPTFE過膜で硫酸やフツ酸を加
圧または減圧下に過すると、過される液体が
過容器の中になくなつた時に空気などの気体が
過膜を通過してしまい、これが親水性を大巾に
低下させてしまう。それ故、過すべき液体が
過容器に残留する状態で次の過すべき液体を追
加することが必要となり、全体の操作を面倒なも
のにしていた。
この傾向は過酸化水素水(H2O2)の様に溶液
からガスを発生し易すい液体の過を行なう時に
は一層顕著となり、少量の過を行つた時点で発
生ガスが過膜の多孔性空間を占有し、撥水性と
なつてしまう。
これに対し、本発明の過膜は過液が全量過
容器を流れた後にも親水性を持続し、またH2O2
などのガスを発生し易すい液体の過においても
発生ガスによる多孔性空間の占有にいつたことが
なく、そのため発生ガスとH2O2とが同時に全量
過することが出来る。
この様な効果は専らフツ素系界面活性剤の水不
溶化物に因るものである。
次に製造方法について詳述する。
特公昭60−3842等の方法によつて製作された
PTFE過膜を用いるのが好ましいが孔径分布が
幾分広いPTFE過膜であつても同じく適用でき
る。これらのPTFE過膜の多孔性表面はまずフ
ツ素系界面活性剤によつて塗布される。そのため
にはフツ素系界面活性剤が水あるいはアルコール
等の可溶性液体によつて希釈される。希釈用液体
はその外にもアセトン、ジメチルホルムアミド、
メチルセロソルブ、四塩化炭素、トルエン等もあ
り、更に2種類を同時に共用してもかまわない。
希釈後の濃度は5重量%以上の濃度ならば浸漬後
に直ちに次工程に入りうるが、5重量%未満であ
る時には浸漬時間を10時間以上と長くすることが
必要となる。
浸漬時間を短縮する方法として、PTFE過膜
をまず減圧下におき、次いで希釈溶液を注入する
ことができる。このためには100〜150mmHgの減
圧を使用するのが最も望ましいが760mmHg以下の
任意の圧力で実施できる。減圧を利用すると希釈
濃度を更に下げることができ、たとえば3重量%
の濃度であつても2時間の浸漬時間で完全な浸漬
が行なえる。また0.5重量%の低濃度であつても
減圧下での注入と浸漬時間を12時間とすることで
完全な浸漬を行なうことができる。ここでいう完
全浸漬とはPTFE過膜を浸漬後に乾燥させ、次
いで再び水と接触させた時に全面にわたつて完全
に透明または半透明となつて親水性を示す状態を
表わす。それ故不完全な浸漬の時には部分的に透
明または半透明となるが、他の部分には浸透しな
い白い斑点が残存することを意味する。浸漬時間
を長くすることによつて完全浸漬となるのは、希
釈溶液中のフツ素系界面活性剤がPTFE過膜の
多孔性表面を全部を被覆するのに拡散していくた
めの時間が必要であるためと推定される。
完全浸漬が終つたことを確認したのち、フツ素
系界面活性剤を水不溶化させるための高エネルギ
ー輻射線の照射が行なわれる。好適な形での輻射
線としてはγ線(特にCo60)、電子線、及び高エ
ネルギープラズマが挙げられる。γ線や電子線の
照射では酸素が存在することにより劣化、特に機
械的強度の低下が著しくなるので、酸素が実質的
に存在しない状態で行なうことが望ましい。この
ための一つの方法としてフツ素系界面活性剤を水
で希釈した溶液でPTFE過膜を完全浸漬し、過
剰分を除去したのちプラスチツクスフイルムで袋
状に梱包し、PTFE過膜が湿潤したままで照射
すると、PTFE過膜中の酸素の存在を減少でき
る。更に完全にするには袋状物の内部を窒素で置
換したのち照射することもできる。
照射線量は0.5Mrad以上でかつ3Mradの範囲が
好ましく0.5Mrad未満では架橋等の反応量が不足
し、水不溶化物の生成量が少なくなる。一方
3Mradを越えると機械的強度の低下が顕著にな
つてくる。
一方、プラズマによる水不溶化処理も実施でき
る。γ線や電子線のエネルギーは15eVの高エネ
ルギーであるが、非平衡プラズマでの電子は1〜
2eVであるものの少量の高エネルギー電子が含ま
れ、10〜12eVの範囲にまで及んでいる。この高
エネルギー電子はフツ素系界面活性剤の水不溶化
に対し、充分のエネルギーを持つていることを確
認した。この高エネルギープラズマを用いる場合
にはPTFE過膜にフツ素系界面活性剤を完全浸
漬し、次いで、希釈液体を完全に除去して乾燥し
た状態にて照射する。PTFE過膜は支持体に固
定されるが、周辺のみを固定する支持体の時には
表面と裏面が同時に照射処理できて便利である
が、平板状支持体の時には片面を処理したのち反
対側の面を更に照射処理することが望ましい。非
平衡プラズマによる照射を行なうには、系内を1
mmHg以下、好ましくは0.6mmHg以下の減圧とし、
かつ、水素を含有するキヤリヤーガス、たとえ
ば、水素、メタン、水などを用いることが好まし
く、一般の非平衡プラズマでよく用いられるヘリ
ウム、アルゴン、窒素等のガスは好ましくない。
水素を含有するキヤリヤーガスではフツ素系界面
活性剤の水不溶化が効率的に進むからである。
以下には実施例によつて本発明を更に説明す
る。
実施例 1 フロロポアFP−022(住友電工製PTFE過膜)
をフルオラードFC93(3M社製パーフルオロアル
キルスルホン酸アンモニウム)の5重量%アセト
ン溶液に20分間浸漬した。風乾したのちベルジヤ
ー型のプラズマ装置にセツトし、系内を0.1mmHg
に減圧した。水素ガスを1c.c.(STP)/分の流
量で供給して0.5mmHgの圧力に調整し、13.56MHz
のラジオ波出力を50Wでプラズマを発生させた。
10分間の放電ののち、フロロポアをとり出し水お
よび硫酸(95%)、塩酸(37%)、硝酸(70%)に
それぞれ浸漬したところ全面にわたつて浸透し
た。
47mm直径の円型に打抜き、過装置にとりつけ
て上記の強酸の過を行なつた。強酸を100c.c.毎
に分割し、第1回目の100c.c.が過されるに必要
な時間と第5回目の100c.c.を過するに必要な時
間を比較したところ、両者が一致することが判か
つた。
比較例 1 実施例1において、プラズマ装置に供給するキ
ヤリヤーガスを窒素としたこと以外は全て同一の
条件で製膜した。この膜は、塩酸、硝酸には一部
分しか浸透しなかつたが、水、硫酸には全面にわ
たつて浸透した。
硫酸500c.c.を100c.c.毎に5回繰り返して過した
ところ、過時間は繰り返す毎に長くなり最後の
5回目の過を終えた膜では硫酸の浸透性が大巾
に低下していた。
実施例 2 サーフロンS−111(旭硝子製 パーフルオロア
ルキルカルボン酸塩)を水70%、イソプロピルア
ルコール30%の混合溶媒に1重量%の溶液とし、
イオン交換樹脂カラムに流通させて、有離酸の型
とした。残留するカリウム塩を完全に除去するた
め、別のイオン交換カラムに連結して2回目の交
換を実施したのちアンモニア水で中和した。得ら
れた水溶液を減圧濃縮し、揮発性のアンモニア成
分を除去したところ、PH8溶液が得られた。フロ
ロポアFP−010を150mmHgr減圧した容器に入れ、
上部よりアンモニア型にイオン交換したサーフロ
ン溶液を注入した。注入が完了後直ちに溶液から
フロロポアFP−010をとり出し、90℃の温度で乾
燥した。
低温プラズマ装置に両側の表面が同時に処理で
きるように懸垂して固定し、40℃の水と平衡の水
蒸気が窒素ガスと同時に供給できるように配管し
た。低温プラズマ装置の系内を0.3mmHgに調整し
50Wで15分間プラズマを励起した。
この処理を行つたフロロポアは実施例1と同様
の強酸に対する過特性を示した。
実施例 3 ユニダインDS−101(ダイキン工業製 パーフ
ルオロアルキルカルボン酸塩)の2重量%水溶液
を用い、実施例2と同様にイオン交換を行なつ
た。100mmHgの減圧下でフロロポアFP−010に含
浸し過剰の溶液を除去したのち実施例2と同じ電
子線照射を行つたところ、実施例1と同様の強酸
浸透性と過特性が得られた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ポリテトラフルオロエチレン過膜の多孔性
    表面に非金属イオン型フツ素化界面活性剤が積層
    され、該フツ素化界面活性剤が水溶液に不溶にな
    るまで架橋されていることを特徴とする親水性ポ
    リテトラフルオロエチレン過膜。 2 フツ素化界面活性剤がパーフルオロアルキル
    酸のアンモニウム塩であることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の親水性ポリテトラフルオ
    ロエチレン過膜。 3 ポリテトラフルオロエチレン過膜の多孔性
    表面に非金属イオン型フツ素化界面活性剤溶液を
    塗布し、電子線又はキヤリヤーガスに水素含有ガ
    スを用いた非平衡プラズマを照射することを特徴
    とする親水性ポリテトラフルオロエチレン過膜
    の製造方法。 4 フツ素化界面活性剤がパーフルオロアルキル
    酸のアンモニウム塩であることを特徴とする特許
    請求の範囲第3項記載の親水性ポリテトラフルオ
    ロエチレン過膜の製造方法。 5 非金属イオン型フツ素化界面活性剤が減圧下
    にポリテトラフルオロエチレン過膜に塗布され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の
    親水性ポリテトラフルオロエチレン過膜の製造
    方法。 6 フツ素化界面活性剤がCF3(CF2nCOONH4
    またはCF3(CF2nSO3NH4(上記式中、mは3〜
    19)であることを特徴とする特許請求の範囲第4
    項記載の親水性ポリテトラフルオロエチレン過
    膜の製造方法。
JP60090661A 1985-04-25 1985-04-25 親水性ポリテトラフルオロエチレン濾過膜及びその製造方法 Granted JPS61249502A (ja)

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