JP2018167198A - 液体フィルター用基材 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の液体フィルター用基材は、ポリオレフィン微多孔膜からなる液体フィルター用基材であって、気・液相置換によるハーフドライ法で測定した前記ポリオレフィン微多孔膜の平均流量孔径dPPが1nm以上20nm以下であり、液・液相置換によるハーフドライ法で測定した前記ポリオレフィン微多孔膜の平均流量孔径dLLPが1nm以上15nm以下であり、かつ、前記平均流量孔径dPPと平均流量孔径dLLPの差(dPP−dLLP)が12nm以下であり、前記ポリオレフィン微多孔膜の厚さが4〜25μmである。
本発明の液体フィルター用基材であるポリオレフィン微多孔膜は、ポリオレフィンを含んで構成された微多孔膜である。ここで、微多孔膜とは、内部に多数の微細孔を有し、これら微細孔が連結された構造となっており、一方の面から他方の面へと気体あるいは液体が通過可能となった膜を意味する。なお、ポリオレフィン微多孔膜において、ポリオレフィンは90重量部以上含まれていることが好ましく、残部として本発明の効果に影響を与えない範囲で有機または無機のフィラーや界面活性剤等の添加剤を含ませてもよい。
本発明の液体フィルター用基材であるポリオレフィン微多孔膜は、薄膜ながらも高い圧力条件下において安定した多孔構造を有することで高い微小粒子捕集性をもつことを特徴とする。当該ポリオレフィン微多孔膜の気・液相置換によるハーフドライ法で測定した前記ポリオレフィン微多孔膜の平均流量孔径dPPは1nm以上であることが必要であり、上限値として20nmであることが必要である。本発明において、ポリオレフィン微多孔膜の平均流量孔径dPPが1nm未満であると、十分な液体透過性を得ることが難しくなる。このような観点では、dPPは5nm以上が好ましく、8nm以上がより好ましく、さらには10nm以上が好ましい。一方、ポリオレフィン微多孔膜の平均流量孔径dPPが20nmを超えると、例えば10nm未満の微小な粒子を非常に高度に捕集に捕集することができなくなる。このような観点では、dPPは18nm以下が好ましく、16nm以下がより好ましい。
本発明において、ポリオレフィン微多孔膜の液・液相置換によるハーフドライ法で測定した平均流量孔径dLLPは1nm以上であることが必要であり、上限値として15nm以下であることが必要である。本発明において、ポリオレフィン微多孔膜の平均流量孔径dLLPが1nm未満であると、十分な液体透過性を得ることが難しくなる。このような観点では、dLLPは3nm以上が好ましく、5nm以上がより好ましい。一方、ポリオレフィン微多孔膜の平均流量孔径dLLPが15nmを超えると、例えば10nm未満の微小な粒子を非常に高度に捕集に捕集することができなくなる。このような観点では、dLLPは12nm以下が好ましく、10nm以下がより好ましい。
本発明において、ポリオレフィン微多孔膜の平均流量孔径dPPと平均流量孔径dLLPの差(dPP−dLLP)は12nm以下である必要がある。本発明において、ポリオレフィン微多孔膜の平均流量孔径dPPと平均流量孔径dLLPの差(dPP−dLLP)が12nm以下である場合、高圧力下で安定した多孔構造を有することができるため、微小な粒子の詰りや濾過条件等による高圧力下でも安定した捕集性能を保つことができる。このような観点では、平均流量孔径dLLPと平均流量孔径dPPの差(dPP−dLLP)は、7nm以下であることがさらに好ましく、5nm以下であることが特に好ましい。
本発明の液体フィルター用基材であるポリオレフィン微多孔膜は、その厚みは4〜25μmであることが重要である。ポリオレフィン微多孔膜の膜厚が4μm以上である場合、十分な力学強度が得られやすく、ポリオレフィン微多孔膜の加工時等におけるハンドリング性やフィルターカートリッジの長期使用における耐久性が得られやすくなるため好ましい。このような観点では、ポリオレフィン微多孔膜の膜厚は5μm以上がより好ましく、6μm以上がさらに好ましい。一方、厚みが25μm以下である場合、該微多孔膜単膜で十分な透水性能を得られやすくなるばかりでなく、所定の大きさのフィルターカートリッジにおいて、より多くのろ過面積を得られやすくなり、ポリオレフィン微多孔膜の加工時のフィルターの流量設計や構造設計がし易くなるため好ましい。このような観点では、ポリオレフィン微多孔膜の膜厚は20μm以下がより好ましく、16μm以下がさらに好ましく、13μm以下が特に好ましい。
本発明の液体フィルター用基材であるポリオレフィン微多孔膜は、平均流量孔径dLLPおよびdPPのそれぞれの標準偏差が1nm以上5nm以下であることが好ましい。平均流量孔径dLLPおよびdPPの標準偏差が5nm以下である場合、粒径数nmの微小な粒子を捕集しやすく、また液体フィルターの使用時に高圧下に晒された場合にも多孔質構造が潰れ難くなるため好ましい。このような観点では、平均流量孔径dLLPおよびdPPのそれぞれの標準偏差は3nm以下であることが特に好ましい。一方、ポリオレフィン微多孔膜の平均流量孔径dLLPおよびdPPの標準偏差が1nm以上である場合、粒径数nm〜数十nm程度の微小な粒子を非常に高度に捕集しやすくなる為好ましい。
本発明の液体フィルター用基材であるポリオレフィン微多孔膜は、バブルポイント法で測定した最大孔径が15nm以上25nm以下であることがさらに好ましく、17nm以上20nm以下であることが特に好ましい。ポリオレフィン微多孔膜の最大孔径が25nm以下である場合、粒径数nmの微小な粒子を高度に捕集しやすくなるため好ましい。一方、ポリオレフィン微多孔膜の最大孔径が15nm以上である場合、微小な粒子を非常に高度に捕集しやすくなるだけでなく、十分な透液性能を得られやすくなるため好ましい。
本発明の液体フィルター用基材であるポリオレフィン微多孔膜の空孔率は39〜70%であることが好ましく、より好ましくは45%〜65%である。該ポリオレフィン微多孔膜の空孔率が39%以上である場合、透液性能が良好なものとなる点で好ましい。一方、空孔率が70%以下である場合、ポリオレフィン微多孔膜の力学強度が良好なものとなりハンドリング性も向上する点で好ましい。ここで、ポリオレフィン微多孔膜の空孔率(ε)は、下記式により算出する。
ε(%)={1−Ws/(ds・t)}×100
Ws:ポリオレフィン微多孔膜の目付け(g/m2)
ds:ポリオレフィンの真密度(g/cm3)
t:ポリオレフィン微多孔膜の膜厚(μm)
本発明において、ポリオレフィン微多孔膜の透水性能は90kPaの減圧下で0.10〜0.40ml/min/cm2であることが好ましい。ポリオレフィン微多孔膜の透水性能が0.10ml/min/cm2以上である場合、液体フィルターとしての透水性能を十分に得られやすくなるばかりでなく、フィルターを介した送液の安定性(例えば、一定の送液量を維持するための動力負荷の安定性や一定の送液圧力(一定の動力負荷)下での送液量の安定性)が長期に渡って得られやすくなるため好ましい。このような観点では、0.15ml/min/cm2以上であることが更に好ましい。一方、ポリオレフィン微多孔膜の透水性能が0.40ml/min/cm2以下である場合、例えば、約10nmまたはそれ以下のパーティクルを高度に捕集しやすくなるため、好ましい。
本発明において、ポリオレフィン微多孔膜を構成するポリオレフィンとしては、例えばポリエチレンやポリプロピレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン等の単独重合体あるいは共重合体、またはこれらの1種以上の混合体を用いることができる。この中でも、ポリエチレンが好ましい。ポリエチレンとしては、高密度ポリエチレンや、高密度ポリエチレンと超高分子量ポリエチレンの混合物等が好適である。また、ポリエチレンとそれ以外の成分を組み合わせて用いてもよい。ポリエチレン以外の成分としては、例えばポリプロピレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン、ポリプロピレンとポリエチレンとの共重合体などが挙げられる。また、ポリオレフィンとして性質の相互に異なるポリオレフィンを用いる、すなわち相互に相溶性の乏しい重合度や分岐性の異なる、換言すれば結晶性や延伸性・分子配向性を異にするポリオレフィンを組み合わせて用いてもよい。
上述した本発明の液体フィルター用基材は、薬液との親和性付与加工が適宜行われた上で、カートリッジ形体に加工され、液体フィルターとして用いることができる。液体フィルターは、有機物および/または無機物からなる粒子を含む、もしくは、含んでいる可能性がある被処理液から、当該粒子を除去するための器具である。粒子は被処理液中において固体状あるいはゲル状で存在する。本発明は、粒径が数nm程度の非常に微細な粒子を除去する場合に好適である。また、液体フィルターは半導体の製造工程のみならず、例えばディスプレイ製造や研磨等の他の製造工程においても用いることができる。
本発明の液体フィルター用基材であるポリオレフィン微多孔膜は、下記に示す方法で好ましく製造することができる。即ち、
(I)ポリエチレン組成物と溶剤とを含む溶液を調整する工程、
(II)これを溶融混練し、得られた溶融混練物をダイより押出し、冷却固化してゲル状成形物を得る工程、
(III)ゲル状成形物から予め一部の溶剤を絞り出す工程、
(IV)ゲル状成形物を少なくとも一方向に延伸する工程、
(V)延伸した中間成形物の内部から溶剤を抽出洗浄する工程、を順次実施することにより、好ましく製造することができる。
(平均流量孔径 dPP)
気・液相置換による平均流量孔径dPPおよび孔径分布σdPPは、PMI社製のパームポロメータ多孔質材料自動細孔径分布測定システム〔Capillary Flow Porometer〕を用い、細孔径分布測定試験法〔ハーフドライ法(ASTM E1294−89)〕を適用することにより測定した。なお、使用した試液はパーフルオロポリエステル(商品名Galwick)であり(界面張力値:15.9dyne/cm)、測定温度は25℃であり、測定圧力は50〜500psiの範囲で変化させた。
(平均流量孔径 dLLP)
液・液相置換による平均流量孔径dLLPおよび孔径分布σdLLPはPMI社製のリキッドリキッドポロメーターLLP−1500A(超低圧・細孔径分布・透過性能測定装置)を用い、細孔径分布測定試験法〔ハーフドライ法(ASTM E1294−89)〕を適用することにより測定した。なお、使用した試液はパーフルオロポリエステル(商品名Galwick)とイソプロピルアルコールである(界面張力値:4.6dyne/cm)。膜の空孔にイソプロピルアルコールを充填させ、膜の上部をGalwickで満たし、その上から圧縮した空気を押し出し、段階的に圧力を上げていった。測定温度は25℃であり、測定圧力は50〜500psiの範囲で変化させた。
(最大孔径)
バブルポイント法による最大孔径は、気−液置換によるPMI社製のパームポロメータ多孔質材料自動細孔径分布測定システム〔Capillary Flow Porometer〕を用い、細孔径分布測定試験法〔ハーフドライ法(ASTM E1294−89)〕を適用することにより測定した。測定中の流量が発生した最小圧力より求められた孔径を最大孔径とした。なお、使用した試液はパーフルオロポリエステル(商品名Galwick)であり(界面張力値:15.9dyne/cm)、測定温度は25℃であり、測定圧力は50〜500psiの範囲で変化させた。
(厚さ)
接触式の膜厚計(ミツトヨ社製)にてポリオレフィン微多孔膜の膜厚を20点測定し、これらを平均することで求めた。ここで接触端子は底面が直径0.5cmの円柱状のものを用いた。測定圧は0.1Nとした。
(空孔率)
ポリオレフィン微多孔膜の空孔率(ε)は、下記式により算出した。
ε(%)={1−Ws/(ds・t)}×100
Ws:ポリオレフィン微多孔膜の目付け(g/m2)
ds:ポリオレフィンの真密度(g/cm3)
t:ポリオレフィン微多孔膜の膜厚(μm)
なお、ポリオレフィン微多孔膜の目付けは、サンプルを10cm×10cmに切り出し、その質量を測定し、質量を面積で割ることで目付を求めた。
(ポリオレフィンの重量平均分子量)
重量平均分子量は、ポリオレフィン微多孔膜の試料をo−ジクロロベンゼン中に加熱溶解し、GPC(Waters社製 Alliance GPC 2000型、カラム;GMH6−HTおよびGMH6−HTL)により、カラム温度135℃、流速1.0mL/分の条件にて測定することで得た。分子量の校正には分子量単分散ポリスチレン(東ソー社製)を用いた。
(透水性能(水流量))
予めポリオレフィン微多孔膜をエタノールに浸漬し、室温下で乾燥した。このポリオレフィン微多孔膜を、直径47mmのステンレス製の透液セル(透液面積Scm2)にセットした。透液セル上の該ポリオレフィン微多孔膜を少量(0.5ml)のエタノールで湿潤させた後、90kPaの差圧で予め計量した純水V(100ml)を透過させて、純水全量が透過するのに要した時間Tl(min)を計測した。その純水の液量と純水の透過に要した時間から、90kPa差圧下における単位時間(min)・単位面積(cm2)当たりの透水量Vsを以下の式より計算し、これを透水性能(ml /min・cm2) とした。測定は室温24℃ の温度雰囲気下で行った。
Vs=V/(Tl×S)
(低圧条件下および高圧条件下における捕集率)
下記粒子(1)を含有する水溶液30mlを、高圧条件では1.0MPa、低圧条件は0.1MPaの差圧でポリオレフィン微多孔膜を介してろ過を行った。ろ過前の混合溶液の白金濃度(M1)とポリオレフィン微多孔膜を通過したろ液の白金濃度(M2)から、下記(式1)により粒子の捕集率を求めた。なお、捕集率が70%以上である場合を最良(◎)、50%以上70%未満の場合を良好(○)、20%以上50%未満の場合をやや不良(△)20%未満の場合を不良(×)と判定した。溶液の白金濃度は、ICP−AESを用い、ICP−AES用白金標準試薬を希釈し、0〜100ppb濃度範囲に5点以上をとった検量線をもって白金濃度を決定した。
粒子(1):白金コロイド(田中貴金属製)、平均粒子径2nm、粒子濃度40ppb
捕集率(%)=((M1−M2)/(M1))×100 …(式1)
質量平均分子量が460万の高分子量ポリエチレン(PE1)15質量部と、質量平均分子量が56万の低分子量ポリエチレン(PE2)15質量部とを混合したポリエチレン組成物を用いた。ポリエチレン樹脂総量の濃度が30質量%となるようにして、予め準備しておいた流動パラフィン67.5質量部とデカリン(デカヒドロナフタレン)2.5質量部の混合溶剤と混ぜ、ポリエチレン溶液を調製した。
質量平均分子量が460万の高分子量ポリエチレン(PE1)18質量部と、質量平均分子量が56万の低分子量ポリエチレン(PE2)5質量部とを混合したポリエチレン組成物を用いた。ポリエチレン樹脂総量の濃度が23質量%となるようにして、予め準備しておいた流動パラフィン75.9質量部とデカリン(デカヒドロナフタレン)1.1質量部の混合溶剤と混ぜ、ポリエチレン溶液を調製した。
質量平均分子量が460万の高分子量ポリエチレン(PE1)18質量部と、質量平均分子量が56万の低分子量ポリエチレン(PE2)5質量部とを混合したポリエチレン組成物を用いた。ポリエチレン樹脂総量の濃度が23質量%となるようにして、予め準備しておいた流動パラフィン75.9質量部とデカリン(デカヒドロナフタレン)1.1質量部の混合溶剤と混ぜ、ポリエチレン溶液を調製した。
質量平均分子量が460万の高分子量ポリエチレン(PE1)15質量部と、質量平均分子量が56万の低分子量ポリエチレン(PE2)15質量部とを混合したポリエチレン組成物を用いた。ポリエチレン樹脂総量の濃度が30質量%となるようにして、予め準備しておいた流動パラフィン67.5質量部とデカリン(デカヒドロナフタレン)2.5質量部の混合溶剤と混ぜ、ポリエチレン溶液を調製した。
質量平均分子量が460万の高分子量ポリエチレン(PE1)6質量部と、質量平均分子量が56万の低分子量ポリエチレン(PE2)24質量部とを混合したポリエチレン組成物を用いた。ポリエチレン樹脂総量の濃度が30質量%となるようにして、予め準備しておいた流動パラフィン67.5質量部とデカリン(デカヒドロナフタレン)2.5質量部の混合溶剤と混ぜ、ポリエチレン溶液を調製した。
質量平均分子量が460万の高分子量ポリエチレン(PE1)5質量部と、質量平均分子量が56万の低分子量ポリエチレン(PE2)18質量部とを混合したポリエチレン組成物を用いた。ポリエチレン樹脂総量の濃度が23質量%となるようにして、予め準備しておいた流動パラフィン75.9質量部とデカリン(デカヒドロナフタレン)1.1質量部の混合溶剤と混ぜ、ポリエチレン溶液を調製した。
質量平均分子量が460万の高分子量ポリエチレン(PE1)6質量部と、質量平均分子量が56万の低分子量ポリエチレン(PE2)24質量部とを混合したポリエチレン組成物を用いた。ポリエチレン樹脂総量の濃度が30質量%となるようにして、予め準備しておいた流動パラフィン67.5質量部とデカリン(デカヒドロナフタレン)2.5質量部の混合溶剤と混ぜ、ポリエチレン溶液を調製した。
質量平均分子量が460万の高分子量ポリエチレン(PE1)15質量部と、質量平均分子量が56万の低分子量ポリエチレン(PE2)15質量部とを混合したポリエチレン組成物を用いた。ポリエチレン樹脂総量の濃度が30質量%となるようにして、予め準備しておいた流動パラフィン75.9質量部とデカリン(デカヒドロナフタレン)1.1質量部の混合溶剤と混ぜ、ポリエチレン溶液を調製した。
質量平均分子量が460万の高分子量ポリエチレン(PE1)5質量部と、質量平均分子量が56万の低分子量ポリエチレン(PE2)23質量部とを混合したポリエチレン組成物を用いた。ポリエチレン樹脂総量の濃度が28質量%となるようにして、予め準備しておいた流動パラフィン69質量部とデカリン(デカヒドロナフタレン)3質量部の混合溶剤と混ぜ、ポリエチレン溶液を調製した。
質量平均分子量が460万の高分子量ポリエチレン(PE1)8質量部と、質量平均分子量が56万の低分子量ポリエチレン(PE2)24質量部とを混合したポリエチレン組成物を用いた。ポリエチレン樹脂総量の濃度が32質量%となるようにして、予め準備しておいた流動パラフィン53質量部とデカリン(デカヒドロナフタレン)15質量部の混合溶剤と混ぜ、ポリエチレン溶液を調製した。
質量平均分子量が460万の高分子量ポリエチレン(PE1)32質量部と、質量平均分子量が56万の低分子量ポリエチレン(PE2)8質量部とを混合したポリエチレン組成物を用いた。ポリエチレン樹脂総量の濃度が40質量%となるようにして、流動パラフィン60質量部と混ぜ、ポリエチレン溶液を調製した。
Claims (6)
- ポリオレフィン微多孔膜からなる液体フィルター用基材であって、
気・液相置換によるハーフドライ法で測定した前記ポリオレフィン微多孔膜の孔径分布において平均流量孔径dPPが1nm以上20nm以下であり、液・液相置換によるハーフドライ法で測定した前記ポリオレフィン微多孔膜の孔径分布において平均流量孔径dLLPが1nm以上15nm以下であり、かつ、前記平均流量孔径dPPと平均流量孔径dLLPの差(dPP−dLLP)が12nm以下であり、
前記ポリオレフィン微多孔膜の厚さが4〜25μmである、液体フィルター用基材。 - 前記dLLPおよびdPPのそれぞれの孔径分布における平均流量孔径の標準偏差が1nm以上5nm以下である、請求項1に記載の液体フィルター用基材。
- 前記ポリオレフィン微多孔膜の孔径分布における最大孔径が15nm以上25nm以下である、請求項1または請求項2に記載の液体フィルター用基材。
- 前記ポリオレフィンが、重量平均分子量が400万以上600万以下である高分子量ポリエチレンと、重量平均分子量が20万〜80万である低分子量ポリエチレンとを、質量比で50:50〜80:20の割合で混合させたポリエチレン組成物である、請求項1〜3のいずれかに記載の液体フィルター用基材。
- 前記ポリオレフィン微多孔膜の透水性能が90kPaの減圧下で0.10〜0.40ml/min/cm2である、請求項1〜4のいずれかに記載の液体フィルター用基材。
- 前記ポリオレフィン微多孔膜の空孔率が39〜70%である、請求項1〜5のいずれかに記載の液体フィルター用基材。
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