JP2009137181A - ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜およびその製造方法ならびに防水通気フィルタ - Google Patents

ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜およびその製造方法ならびに防水通気フィルタ Download PDF

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Abstract

【課題】通気性および耐水圧が高く、かつ、膜厚の厚いポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を製造することができる製造方法を提供する。
【解決手段】まず、標準比重が２．１５５以上のポリテトラフルオロエチレンからなるシートを一軸方向に延伸して第１多孔体を得るとともに、ポリテトラフルオロエチレンからなるシートを二軸方向に延伸して第２多孔体を得る。次いで、第１多孔体と第２多孔体との積層体をポリテトラフルオロエチレンの融点以上に加熱しながら前記一軸方向と同方向に延伸して第１多孔体と第２多孔体とを一体化することにより、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」という。）多孔質膜およびその製造方法ならびに防水通気フィルタに関する。
従来、例えば自動車電装部品、ＯＡ（オフィスオートメーション）機器、家電製品、医療機器などでは、電子部品や制御基板などを収容する筐体の内部と外部の圧力差を解消するために、防水通気フィルタが用いられている。この防水通気フィルタは、筐体に設けられた開口を塞ぐように筐体に取り付けられて、通気を確保しつつ防塵および防水を図るものである。このような防水通気フィルタには、通気性が良好で耐水圧が高いＰＴＦＥ多孔質膜がよく用いられる。
ＰＴＦＥ多孔質膜の膜厚は薄いために、防水通気フィルタとしては、通常は不織布などの支持材にＰＴＦＥ多孔質膜をラミネートしたものが多い（例えば、特許文献１参照）。そして、防水通気フィルタを筐体に取り付ける際には、支持材が筐体に溶着される。
特開平１１−５８５７５号公報
最近では例えば自動車の部品やセンサなどの一部では、防水通気フィルタに耐熱性が要求されることがある。しかし、不織布は耐熱性に問題があることが多いため、防水通気フィルタを耐熱性も良好なＰＴＦＥ多孔質膜単体で構成して、ＰＴＦＥ多孔質膜を直接筐体に溶着したいという要望がある。この要望を実現するためには、ＰＴＦＥ多孔質膜の膜厚を厚くして強度を確保する必要がある。
一般に、ＰＴＦＥからなる厚手の未焼成のシートを一軸方向にのみ延伸して多孔質化させれば、２００〜３００μｍの厚みのＰＴＦＥ多孔質膜を得ることが可能である。ところが、このような方法でＰＴＦＥ多孔質膜の膜厚を厚くしただけは、通気性が低下してしまう。そこで通気性を向上させるために、延伸倍率を上げることが考えられるが、このようにすると耐水圧が低下することになる。
本発明は、このような事情に鑑み、通気性および耐水圧が高く、かつ、膜厚の厚いＰＴＦＥ多孔質膜を製造することができる製造方法、およびこの製造方法により製造されるＰＴＦＥ多孔質膜、ならびにこのＰＴＦＥ多孔質膜を用いた防水通気フィルタを提供することを目的とする。
本発明の発明者は、クリーンルーム用エアフィルタなどに用いられるＰＴＦＥ多孔質膜が高い通気性および耐水圧を有していることに着目した。このフィルタ用ＰＴＦＥ多孔質膜は、ＰＴＦＥからなる未焼成のシートを二軸方向に延伸して多孔質化させたものであるが、厚みが非常に薄いために圧力差解消の用途に用いられることはなかった。そこで、発明者は、ＰＴＦＥからなるシートを一軸方向に延伸して得られた多孔体とＰＴＦＥからなるシートを二軸方向に延伸して得られた多孔体を重ね合わせることによってＰＴＦＥ多孔質膜を構成することを思いついた。すなわち、シートを一軸方向に延伸して得られた多孔体によって厚みを確保し、シートを二軸方向に延伸して得られた多孔体によって耐水圧を確保しようとした。
ところが、従来から使用していたＰＴＦＥを用いて上記のような構成のＰＴＦＥ多孔質膜を製造してみると、良好な通気性が得られなかった。発明者は、鋭意検討した結果、比較的低い分子量の樹脂の方が高い通気性を有する多孔体を得られることを見出した。
本発明は、このような観点からなされたものであり、分子量の目安である標準比重が２．１５５以上のＰＴＦＥからなるシートを一軸方向に延伸して第１多孔体を得る工程と、ＰＴＦＥからなるシートを二軸方向に延伸して第２多孔体を得る工程と、前記第１多孔体と前記第２多孔体との積層体をＰＴＦＥの融点以上に加熱しながら前記一軸方向と同方向に延伸して第１多孔体と第２多孔体とを一体化する工程と、を含むＰＴＦＥ多孔質膜の製造方法を提供する。
ここで、標準比重（Standard Specific Gravity）とは、ＳＳＧとも称され、ＪＩＳ Ｋ ６８９２に規定される物理測定法により測定される比重であり、分子量と逆の関係にある（分子量と負の相関を示す）ものである。
また、本発明は、膜厚が７０〜４００μｍの範囲内にあり、通気量がガーレー数で表示して２〜４０秒／１００ｍＬの範囲内にあり、耐水圧が４０〜３００ｋＰａの範囲内にある、積層構造を有するＰＴＦＥ多孔質膜を提供する。
さらに、本発明は、通気を確保しつつ水の浸入を防止するための多孔性の基材を備えた防水通気フィルタであって、前記基材が上記のようなＰＴＦＥ多孔質膜からなる防水通気フィルタを提供する。
本発明によれば、第１多孔体によって厚みを確保することができるとともに、第２多孔体によって耐水圧を確保することができる。しかも、第１多孔体は、標準比重が２．１５５以上のＰＴＦＥからなるシートを一軸方向に延伸して得られたものであるので、この第１多孔体を第２多孔体と重ね合わせても、良好な通気性のＰＴＦＥ多孔質膜を得ることができる。
以下、本発明のＰＴＦＥ多孔質膜の製造方法について説明する。この製造方法は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すような第１多孔体１と第２多孔体２で構成される積層構造を有するＰＴＦＥ多孔質膜を得るためのものであり、第１工程から第３工程までの３つの工程からなる。
第１工程では、未焼成のテープ状の第１シートを適宜加熱しながら長手方向の一軸方向にのみ延伸して、５０μｍ以上２００μｍ以下の厚みの第１多孔体を得る。
第１シートは、標準比重が２．１５５以上のＰＴＦＥからなるものである。このようなＰＴＦＥとしては、各メーカー製の以下のものが挙げられる。
＜旭硝子社製＞
品名 標準比重 メーカー報告の数平均分子量
フルオンＣＤ−０１４ ２．２０ ２００万
フルオンＣＤ−１ ２．２０ ２００万
フルオンＣＤ−１４５ ２．１９ ８００万
フルオンＣＤ−１２３ ２．１５５ １２００万
＜ダイキン工業社製＞
品名 標準比重 メーカー報告の数平均分子量
ポリフロンＦ１０４ ２．１７ ６００万
ポリフロンＦ１０６ ２．１６ 報告無し
＜三井・デュポンフロロケミカル社製＞
品名 標準比重 メーカー報告の数平均分子量
テフロン６−Ｊ ２．２１ 報告無し
テフロン６５−Ｎ ２．１６ 報告無し
延伸倍率は、延伸により多孔質化する常識的な倍率として、２倍以上１５倍以下が好ましい。１５倍以上の倍率では、厚い第１多孔体を得ることが困難なためである。
また、延伸時の温度は、２００℃以上が好ましく、２５０℃以上がより好ましいが、ＰＴＦＥの融点未満の温度であることが好ましい。これは、ＰＴＦＥの融点以上の温度で延伸すると、第１多孔体の表面が焼成されて、後述する第２多孔体との一体化に影響が出るからである。
第２工程では、未焼成のテープ状の第２シートを適宜加熱しながら長手方向および幅方向の二軸方向に延伸して、１０μｍ以上１００μｍ以下の厚みの第２多孔体を得る。
第２シートは、ＰＴＦＥからなるものである。このＰＴＦＥは、特に制限されるものではなく、種々の市販のものを使用できる。例えば、ダイキン工業社製のＦ１０１ＨＥ（標準比重：２．１４３）のように標準比重が２．１５５未満のＰＴＦＥを用いてもよい。なお、メーカーからの報告では、Ｆ１０１ＨＥの数平均分子量は約１０００万である。
第２シートは、まず長手方向に延伸され、その後に幅方向に延伸される。長手方向への延伸倍率は、４倍以上２０倍以下が好ましく、幅方向への延伸倍率は、５倍以上５０倍以下が好ましい。
また、長手方向への延伸時の温度は、２００℃以上が好ましく、２５０℃以上がより好ましい。幅方向への延伸時の温度は、５０℃以上、好ましくは１００℃以上で十分である。さらに、本工程では、延伸時の温度はＰＴＦＥの融点を超える温度であってもよい。ただし、ＰＴＦＥの融点を超える温度では、幅方向に１０倍以上の高い倍率に延伸することは難しい。また、ＰＴＦＥの融点を超える温度では、第２多孔体の表面が焼成されることで耐水圧の低下を招くこともあるため、延伸時の温度は要求されるＰＴＦＥ多孔質膜の特性に応じて適宜設定するとよい。
第３工程では、まず、第１工程で得られた第１多孔体と第２工程で得られた第２多孔体を圧着して積層体を得る。具体的には、第２多孔体の片面もしくは両面に第１多孔体を両多孔体の長手方向が同方向となるように重ねた状態で、これらをメタルロールとゴムロールで構成されるロール対で圧着する。圧着時の圧力としては、ロールを押すシリンダーの空気圧で１ｋｇ／ｃｍ2程度であり、ロールとしては、例えば直径２０ｃｍのものを用いることができる。
第２多孔体の片面または両面に重ねられる第１多孔体の枚数は、１枚であっても２枚以上であってもよく、要求されるＰＴＦＥ多孔質膜の膜厚に応じて適宜決定すればよい。
なお、積層体は、必ずしも第１多孔体と第２多孔体とが圧着されたものである必要はなく、第１多孔体と第２多孔体とを重ね合わせたままの状態で次の工程で延伸してもよい。
ついで、得られた積層体をＰＴＦＥの融点以上に加熱しながら第１工程で延伸した方向と同方向である長手方向に少なくとも１回以上延伸して、第１多孔体と第２多孔体とを、第１多孔体を片側に複数枚重ねる場合は第１多孔体同士をも合わせて、一体化する。これにより、通気性および耐水圧が高く、かつ、膜厚の厚い積層構造を有するＰＴＦＥ多孔質膜、すなわち、膜厚が７０〜４００μｍの範囲内にあり、通気量がガーレー数で表示して２〜４０秒／１００ｍＬの範囲内にあり、耐水圧が４０〜３００ｋＰａの範囲内にあるＰＴＦＥ多孔質膜を得ることができる。そして、得られたＰＴＦＥ多孔質膜においては、第１多孔体が一軸方向にのみ延伸された構造を有し、前記第２多孔体が二軸方向に延伸された構造を有している。
延伸倍率は、目的とする通気性を得るために適宜選定可能であるが、１．１倍以上５倍以下が好ましい。
また、積層体の加熱温度、すなわち延伸時の温度は、ＰＴＦＥの融点以上であれば特に制限されないが、３６０℃以上４００℃以下が好ましい。
なお、１回の延伸で積層された層間の接着強度が不十分である場合は、２回以上延伸を行うことが好ましい。この場合の層間の接着強度は、各層（第１多孔体または第２多孔体）を手で剥がそうとした場合に層間の境界で剥離するようであれば不十分である。そこで、剥離せずに接着強度が十分になるように延伸の条件（回数など）を決定するとよい。
また、本工程での延伸回数は、回数が増えると通気性が増加する一方で耐水圧が低下するため、要求されるＰＴＦＥ多孔質膜の特性に応じて適宜決定する必要がある。
上記のようにして得られたＰＴＦＥ多孔質膜は、例えば円盤状に切断されて、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すような筐体４の内部と外部の圧力差を解消するための防水通気フィルタとなり、筐体４の開口４ａを塞ぐように筐体４に溶着される。あるいは、ＰＴＦＥ多孔質膜の周縁部上に例えば両面テープなどの接着層３を形成し、この接着層３によってＰＴＦＥ多孔質膜を開口４ａの周縁部に接着するようにしてもよい。
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に何ら制限されるものではない。
なお、本実施例中でいう通気量は、ＪＩＳ Ｐ ８１１７（ガーレー法）によるものである。これは、一定圧力下で１００ｍＬの空気が流れるのに要する時間を示したものであり、値が小さいほど通気性が高いことを示す。また、耐水圧は、ＪＩＳ Ｌ １０９２−Ｂ（高水圧法）によるものである。
（実施例１）
旭硝子社製のＰＴＦＥ樹脂であるＣＤ−１４５（標準比重：２．１９）を用いて、厚み０．３ｍｍのテープ状の未焼成シートを常法により作製した。これを長手方向の一軸にのみ２８０℃で４倍に延伸して第１多孔体を得た。得られた第１多孔体の厚みは１７０μｍ、通気量は１８秒／１００ｍＬ、耐水圧は７０ｋＰａであった。
次に、ダイキン工業社製のＰＴＦＥ樹脂であるＦ１０１ＨＥを用いて、厚み０．２ｍｍのテープ状の未焼成シートを作製した。これを、まず長手方向に２８０℃で４倍に延伸した後、幅方向に１３０℃で２５倍に延伸して、第２多孔体を得た。得られた第２多孔体の厚みは１５μｍ、通気量は２秒／１００ｍＬ、耐水圧は４２０ｋＰａであった。
第２多孔体の両面に第１多孔体を１枚ずつ重ねた状態で（図１（ｂ）参照）、これらをロール対で圧着して積層体を得た。このとき、第１多孔体と第２多孔体は見かけ上一体化されているが、手で剥がそうとすると剥がれるような状態である。
次に、得られた積層体を、３８０℃の炉の中に１分間以上滞留するような速度で、長手方向に２倍に延伸して第１多孔体と第２多孔体とを一体化してＰＴＦＥ多孔質膜を得た。得られたＰＴＦＥ多孔質膜の膜厚は３００μｍ、通気量は１５秒／１００ｍＬ、耐水圧は３５０ｋＰａであった。
（実施例２）
実施例１で得られたＰＴＦＥ多孔質膜を、３８０℃の炉の中に１分間以上滞留するような速度で、さらに１．２倍に延伸した。最終的なＰＴＦＥ多孔質膜の膜厚は３００μｍ、通気量は１０秒／１００ｍＬ、耐水圧は２５０ｋＰａであった。
（実施例３）
旭硝子社製のＰＴＦＥ樹脂であるＣＤ１（標準比重：２．２０）を用いて、厚み０．３ｍｍのテープ状の未焼成シートを常法により作製した。これを長手方向の一軸にのみ２８０℃で４倍に延伸して第１多孔体を得た。得られた第１多孔体の厚みは１７０μｍ、通気量は１０秒／１００ｍＬ、耐水圧は４０ｋＰａであった。
次に、ダイキン工業社製のＰＴＦＥ樹脂であるＦ１０１ＨＥを用いて、厚み０．２ｍｍのテープ状の未焼成シートを作製した。これを、まず長手方向に２８０℃で４倍に延伸した後、幅方向に１３０℃で２５倍に延伸して、第２多孔体を得た。得られた第２多孔体の厚みは１５μｍ、通気量は２秒／１００ｍＬ、耐水圧は４２０ｋＰａであった。
第２多孔体の両面に第１多孔体を１枚ずつ重ねた状態で（図１（ｂ）参照）、これらをロール対で圧着して積層体を得た。このとき、第１多孔体と第２多孔体は見かけ上一体化されているが、手で剥がそうとすると剥がれるような状態である。
次に、得られた積層体を、３８０℃の炉の中に１分間以上滞留するような速度で、長手方向に２倍に延伸して第１多孔体と第２多孔体とを一体化してＰＴＦＥ多孔質膜を得た。得られたＰＴＦＥ多孔質膜の膜厚は３００μｍ、通気量は１０秒／１００ｍＬ、耐水圧は３５０ｋＰａであった。
（実施例４）
実施例３で得られたＰＴＦＥ多孔質膜を、３８０℃の炉の中に１分間以上滞留するような速度で、さらに１．２倍に延伸した。最終的なＰＴＦＥ多孔質膜の膜厚は３００μｍ、通気量は５秒／１００ｍＬ、耐水圧は２５０ｋＰａであった。
（実施例５）
実施例３と同様にして得た第１多孔体および第２多孔体を用い、第１多孔体を２枚、第２多孔体を１枚、第１多孔体１枚をこの順で重ねた状態で（図１（ｃ）参照）、実施例３と同様にそれらを一体化してＰＴＦＥ多孔質膜を得、このＰＴＦＥ多孔質膜に対してさらに実施例４と同様に２回目の延伸を行った。最終的なＰＴＦＥ多孔質膜の膜厚は４１０μｍ、通気量は７秒／１００ｍＬ、耐水圧は２５０ｋＰａであった。
（比較例１）
ダイキン工業社製のＰＴＦＥ樹脂であるＦ１０１ＨＥ（標準比重：２．１４３）を用いて、厚み０．３ｍｍのテープ状の未焼成シートを常法により作製した。これを長手方向の一軸にのみ２８０℃で４倍に延伸して第１多孔体を得た。得られた第１多孔体の厚みは１３８μｍ、通気量は１２０秒／１００ｍＬ、耐水圧は３００ｋＰａであった。
次に、同じ樹脂であるＦ１０１ＨＥを用いて、厚み０．２ｍｍのテープ状の未焼成シートを作製した。これを、まず長手方向に２８０℃で４倍に延伸した後、幅方向に１３０℃で２５倍に延伸して、第２多孔体を得た。得られた第２多孔体の厚みは１５μｍ、通気量は２秒／１００ｍＬ、耐水圧は４２０ｋＰａであった。
第２多孔体の両面に第１多孔体を１枚ずつ重ねた状態で、これらをロール対で圧着して積層体を得た。このとき、第１多孔体と第２多孔体は見かけ上一体化されているが、手で剥がそうとすると剥がれるような状態である。
次に、得られた積層体を、３８０℃の炉の中に１分間以上滞留するような速度で、長手方向に２倍に延伸して第１多孔体と第２多孔体とを一体化してＰＴＦＥ多孔質膜を得た。得られたＰＴＦＥ多孔質膜の厚みは２４３μｍ、通気量は２２０秒／１００ｍＬ、耐水圧は４００ｋＰａであった。
得られたＰＴＦＥ多孔質膜を、３８０℃の炉の中に１分間以上滞留するような速度で、さらに１．２倍に延伸した。最終的なＰＴＦＥ多孔質膜の膜厚は２４０μｍ、通気量は２１１秒／１００ｍＬ、耐水圧は３１０ｋＰａであった。
（比較例２）
第１多孔体を得る際の延伸倍率を１０倍にした以外は比較例１と同様にしてＰＴＦＥ多孔質膜を得た。得られたＰＴＦＥ多孔質膜の膜厚は９５μｍ、通気量は１００秒／１００ｍＬ、耐水圧は３１０ｋＰａであった。
（比較例３）
一体化する際の温度を３３０℃にした以外は実施例１と同様にしてＰＴＦＥ多孔質膜を製造したが、得られたＰＴＦＥ多孔質膜の第１多孔体を手で剥がそうとすると、第１多孔体が第２多孔体との境界で剥離した。
（比較）
実施例１〜実施例５および比較例１〜比較例３の特性値を表１にまとめる。
Figure 2009137181
実施例１〜実施例５と比較例１を比較すると、分子量が高い樹脂を用いて第１多孔体を作製した比較例１に対して、分子量が低い樹脂を用いて第１多孔体を作製した実施例１〜実施例５では、通気性が格段に高くなっていることが分かる。また、実施例１〜実施例５では、耐水圧が２５０ｋＰａまたは３５０ｋＰａと比較的に高く保たれており、耐水圧も高いことがわかる。
一方、比較例１に対して比較例２では、第１多孔体を得る際の延伸倍率が４倍から１０倍に増大させられていて、通気性が改善されているが、膜厚が薄くなっている。これに対し、実施例１〜５では、膜厚が厚く、かつ、通気性が高くなっている。これは、第１多孔体を得る際の延伸倍率を増大させるだけでは、膜圧の確保が難しい上に十分な通気性が得られないが、第１多孔体を得る際に分子量が低い樹脂を用いれば、膜厚を確保することができるとともに通気性を効果的に高めることができることを意味している。
以上の結果から、本発明の製造方法によれば、分子量の低い樹脂、換言すれば標準比重が２．１５５以上の樹脂を用いて第１多孔体を作製すれば、通気性および耐水圧が高く、かつ、膜厚の厚いＰＴＦＥ多孔質膜を得ることができることが分かる。
（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るＰＴＦＥ多孔質膜の断面図である。 （ａ）は、図１（ｂ）のＰＴＦＥ多孔質膜上に接着層を形成した防水通気フィルタの平面図、（ｂ）は、同防水通気フィルタの断面図である。
符号の説明
１ 第１多孔体
２ 第２多孔体
３ 接着層

Claims (9)

  1. 標準比重が２．１５５以上のポリテトラフルオロエチレンからなるシートを一軸方向に延伸して第１多孔体を得る工程と、
    ポリテトラフルオロエチレンからなるシートを二軸方向に延伸して第２多孔体を得る工程と、
    前記第１多孔体と前記第２多孔体との積層体をポリテトラフルオロエチレンの融点以上に加熱しながら前記一軸方向と同方向に延伸して第１多孔体と第２多孔体とを一体化する工程と、
    を含むポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の製造方法。
  2. 前記第１多孔体を得る工程では、前記シートをポリテトラフルオロエチレンの融点未満の温度で２倍以上の倍率に延伸する請求項１に記載のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の製造方法。
  3. 前記第１多孔体を得る工程では、５０μｍ以上２００μｍ以下の厚みの第１多孔体を得る請求項１または２に記載のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の製造方法。
  4. 前記第２多孔体を得る工程では、１０μｍ以上１００μｍ以下の厚みの第２多孔体を得る請求項１〜３のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の製造方法。
  5. 膜厚が７０〜４００μｍの範囲内にあり、通気量がガーレー数で表示して２〜４０秒／１００ｍＬの範囲内にあり、耐水圧が４０〜３００ｋＰａの範囲内にある、積層構造を有するポリテトラフルオロエチレン多孔質膜。
  6. 前記積層構造として、第１多孔体と第２多孔体とが積層された構造を有し、
    前記第１多孔体は、一軸方向にのみ延伸された構造を有するものであり、前記第２多孔体は、二軸方向に延伸された構造を有するものである、請求項５に記載のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜。
  7. 前記第１多孔体は、ポリテトラフルオロエチレンからなるシートが一軸方向にのみ延伸されることにより構成されたものであって、さらに前記一軸方向にのみ延伸されたものであり、
    前記第２多孔体は、ポリテトラフルオロエチレンからなるシートが二軸方向に延伸されることにより構成されたものであって、さらに前記二軸方向のうちの一方の一軸方向に延伸されたものである、請求項６に記載のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜。
  8. 通気を確保しつつ水の浸入を防止するための多孔性の基材を備えた防水通気フィルタであって、
    前記基材が請求項５〜７のいずれか一項に記載のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜からなる防水通気フィルタ。
  9. 前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜上に形成された接着層をさらに備えた請求項８に記載の防水通気フィルタ。
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