JP4828673B2

JP4828673B2 - 非多孔質樹脂膜の製造方法及び脱気装置

Info

Publication number: JP4828673B2
Application number: JP12831699A
Authority: JP
Inventors: 弘行西井; 俊彦有吉; 肇大谷; 泰久東條
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2019-05-10
Also published as: JP2000318040A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、延伸法で得られる多孔質樹脂膜を原料として、気体透過に有利な構造を有する非多孔質樹脂膜を製造する方法、及びその方法で得られた非多孔質樹脂膜を利用した脱気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体メモリやＬＣＤ用ガラス基板等の製造ラインにおいては、薬液塗工の際に種々の欠陥を引き起こす溶存ガスの存在が問題となっている。
【０００３】
このような溶存ガスを除去する方法としては、薬液を膜材を介して真空脱気する方法が知られており、気体透過性に優れたフッ素樹脂製チューブ等を膜材として使用した真空脱気装置が提案されている。
【０００４】
このような脱気装置としては、例えば特開昭５７−１６５００７号公報に開示の技術が存在する。この脱気装置は、図２に示すように、フッ素樹脂等のプラスチックチューブ１１を真空ポンプ等の減圧装置と連通接続された脱気用密閉容器１２内に収容してなり、プラスチックチューブ１１内に脱気処理する液体を導入しつつ減圧して脱気処理を行うものである。尚、脱気用密閉容器１２は、液体の入口１３と出口１４、及び減圧装置との接続口１５を備える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記に代表されるような従来の脱気装置には、以下に述べるような課題が存在した。まず、脱気装置の脱気性能は使用する膜材の気体透過性に依存するものであるため、従来より使用されているプラスチック製の非多孔質チューブでは処理効率に限界があり、気体透過性の改良が強く望まれている。また、膜材の気体透過性を向上させるには、多孔化する方法があるが、半導体やＬＣＤ製造に使用される薬液は、基材に対する濡れ性が重要視されることから、表面張力の低いものが多用される傾向に有り、このような薬液の性状（濃度、成分）を損なわず脱気処理するには、使用するチューブを液体透過性のない非多孔質のチューブとする必要があった。
【０００６】
すなわち、従来の脱気装置は、脱気処理効率を向上させるためには多孔質のチューブとする必要があり、表面張力の低い薬液を脱気処理するためには非多孔質構造のチューブとする必要があるという相反する課題を包含したものであった。
【０００７】
一方、フッ素樹脂多孔質膜の透過特性を改良する試みとして、特公昭５８−１２９０２号公報には、延伸法で得られた多孔質焼成物を樹脂の融点以下の温度雰囲気で熱処理して、ミクロ構造の応力歪を緩和する方法が開示されている。しかし、この方法では、融点以下の温度で熱処理するため、多孔質構造を維持したままミクロ構造が変化しているだけであり、貫通孔の閉塞等は生じていない。従って、液体透過が生じにくい非多孔質膜は得られず、上述の如き脱気装置には使用することができなかった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、気体透過に有利で、しかも液体透過が生じにくい構造を有する非多孔質樹脂膜を簡易な工程で製造する方法、及びその方法で得られた非多孔質樹脂膜を利用した脱気装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、気体透過膜の構造やその構造制御方法について鋭意研究したところ、延伸法で得られる多孔質樹脂膜を融点を超える温度で熱処理するという簡単な方法で、気体透過に有利で、しかも液体透過が生じにくい構造を有する非多孔質樹脂膜が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明の非多孔質樹脂膜の製造方法は、少なくとも１軸方向に延伸して多孔質化した多孔質樹脂膜を、その樹脂の融点を超える温度で熱処理して収縮させ、貫通孔を実質的に閉塞させることを特徴とする。ここで、貫通孔を実質的に閉塞させるとは、全ての貫通孔を完全に閉塞させる場合の他、貫通孔がわずかに残存する場合や、貫通孔が十分に小径化される場合も含む概念である。
【００１１】
上記において、前記多孔質樹脂膜がチューブ状又は中空糸状であることが好ましい。
【００１２】
また、前記多孔質樹脂膜を構成する樹脂がポリテトラフルオロエチレンであることが好ましい。
【００１３】
一方、本発明の脱気装置は、処理される液体を膜材を介して減圧雰囲気にさらす脱気装置において、前記膜材が、上記いずれかに記載の製造方法にて得られた非多孔質樹脂膜であることを特徴とする。
【００１４】
［作用効果］
本発明の製造方法によると、上記の熱処理工程により、実施例の結果が示すように、気体透過に有利で、しかも液体透過が生じにくい構造を有する非多孔質樹脂膜を簡易な工程で製造することができる。その理由の詳細は、明らかでないが、次のように考えられる。収縮前の多孔質樹脂膜の膜構造は樹脂部からなるノードと樹脂繊維からなる開孔部からなり、これを融点以上の温度で熱処理（アニール）すると、延伸による収縮応力のため収縮する。このようにして得られた非多孔質樹脂膜は、例えばポリテトラフルオロエチレンの場合は不透明の白色あるいは半透明の濃い乳白色をしており、ノード部分が互いに密着して開孔部を起因とするボイドあるいは密着が進んだときはボイドが生じないまでも樹脂密度が疎の部分をもつ。そのため、通常の非多孔質膜と比較して気体透過性に優れている。また、貫通孔を実質的に閉塞させているため、被処理液が膜材を透過しにくく、表面張力の低い液体でも好適に脱気処理等が行える。
【００１５】
前記多孔質樹脂膜がチューブ状又は中空糸状である場合、熱処理による収縮の際に収縮量の差や温度差による変形等が生じにくく、表面部分に非多孔質化された表面層を形成し易くなる。また、得られた多孔質樹脂膜の有効膜面積を大きくすることができる。
【００１６】
前記多孔質樹脂膜を構成する樹脂がポリテトラフルオロエチレンである場合、ポリテトラフルオロエチレンを延伸して多孔質化した多孔質樹脂膜は、本発明に好適なミクロ構造や収縮応力を有しており、上記の如き熱処理工程によって好適に非多孔質化することができる。また、ポリテトラフルオロエチレンは、気体透過性、耐薬品性、耐熱性等に優れるため、得られる非多孔質樹脂膜は、特に脱気装置に用いるのに有用である。
【００１７】
一方、本発明の脱気装置によると、膜材として上記の如き非多孔質樹脂膜を用いているため、脱気処理の際に液成分変化や液もれが発生しにくく、液中に溶存するガスを効率よく除去することが可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、製造方法、脱気装置の順で説明する。
【００１９】
（本発明の製造方法）
本発明の原料となる樹脂としては、延伸して多孔質化可能な熱可塑性樹脂であって、気体透過性をある程度有するものであれば、何れの樹脂も使用可能である。例えば、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。
【００２０】
中でもフッ素樹脂が好ましく、耐薬品性の観点からパーフルオロ系のフッ素樹脂がより好ましい。具体的にはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、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（ＦＥＰ）等を好適な例として例示することができる。
【００２１】
本発明では、上記の樹脂を原料とし、少なくとも１軸方向に延伸して多孔質化した多孔質樹脂膜を用いて熱処理を行うが、当該多孔質樹脂膜の製造方法は公知であり、何れの製造方法も採用することができる。以下、ＰＴＦＥを材料とした多孔質チューブの場合を例にとり説明する。
【００２２】
まず、ＰＴＦＥファインパウダーに押出助剤として適当な有機溶剤を加えたペースト状混合物を円筒状に予備成形する。原料となるＰＴＦＥファインパウダーは、通常、数平均分子量が２０万〜２０００万のものである。前記押出助剤はファインパウダーを濡らし、加熱により除去出来るものであれば特に制限はなく、沸点が１００〜１４０℃程度のナフサや石油系炭化水素が好適に使用される。予備成形は、助剤が絞り出されない程度の圧力で行なう。予備成形後、成形物を押し出し機のシリンダーに移して、チューブ状にペースト押出しする。
【００２３】
この未焼成のチューブ状成形物を長軸方向、あるいは長軸方向と径方向に延伸して多孔質化する。このとき、押出助剤を乾燥してから延伸したり、ＰＴＦＥの焼成温度以下で加温して延伸してもよい。延伸倍率としては１．５〜８倍が好ましい。このようにして多孔質化されたチューブはＰＴＦＥの焼成温度以上で固定して焼成され、ＰＴＦＥの多孔質チューブ（多孔質樹脂膜）を得ることができる。
【００２４】
上記は、ＰＴＦＥを材料とした多孔質チューブの例であるが、中空糸膜の場合も同様である。また、平膜の場合、溶融押出後にシート状に成形された後、延伸が行われる点のみが主に相違する。また、他の樹脂材料を用いる場合も、基本的な製造プロセスは同様であり、樹脂材料の種類に応じて、押出助剤が適宜選択されたり、その他の条件が適宜設定される。
【００２５】
本発明では、次に、このようにして得られた多孔質樹脂膜を樹脂の融点（ＰＴＦＥでは３２７℃）を超える温度で熱処理して収縮させ、貫通孔を実質的に閉塞させる。このとき、荷重をかけずに収縮させてもよく、荷重をかけて収縮の程度を操作してもよい。また、収縮率は、使用する多孔質樹脂膜の延伸倍率や、熱処理の温度および時間にも左右される。
【００２６】
収縮率を低く押える方が気体透過性は良いが、被処理液が低表面張力で膜を浸透してしまう場合には、貫通孔が存在しないように十分に収縮率を大きくするのが好ましい。本発明では、延伸する前の長さと比較して１．０〜２．０倍に相当する収縮率とするのが好ましく、１．０〜１．５倍がより好ましい。
【００２７】
また、本発明では、融点を超える温度で熱処理を行うが、例えばＰＴＦＥ多孔質チューブの場合、熱処理の温度を３５５〜４００℃の範囲とするのが好ましい。３５５℃未満では熱処理に時間を要し、４００℃を超えると熱分解が進行する傾向がある。なお、熱処理の時間は熱処理温度や収縮率に応じて適宜設定すればよい。
【００２８】
なお、チューブ状又は中空糸状の樹脂膜の表面部分に表面層（スキン層）を形成すべく、表面部分が比較的高温になるように加熱してもよい。その場合、赤外線ヒータ等の輻射型加熱装置が好適に使用される。
【００２９】
熱処理に用いる装置としては、シート状物や繊維状物の熱処理に使用可能な公知の装置が何れも採用でき、収縮率や張力を考慮した条件設定を行えばよい。例えば、導入側と引取側とで速度差をつけたり、適当な張力制御を行ったりすればよい。
【００３０】
（脱気装置）
本発明の脱気装置は、処理される液体を膜材を介して減圧雰囲気にさらす脱気装置において、以上の如き製造方法にて得られた非多孔質樹脂膜を膜材として使用することを特徴とする。従って、膜材を除く部分については、従来公知の脱気装置がいずれも適用可能である。なお、このような脱気装置については、特公昭５７−１６５００７号公報に詳細が記載されている。
【００３１】
一般的には、膜材の形状に応じて有効膜面積を大きくする目的で、平膜状の膜材の場合、スパイラル状やプリーツ状に膜材を配置したり、チューブ状又は中空糸状の膜材の場合、束状やとぐろ状に膜材が配置される。また、補強又は流路形成のために、適宜スペーサ等が使用される。
【００３２】
以下、本発明の好ましい実施形態であるフッ素樹脂チューブを膜材として使用した脱気装置について説明する。図１は本発明に係る脱気装置の一実施形態を示す概略図であり、上記したような方法により得られたフッ素樹脂チューブは、図示の如く脱気装置２内に配設される。
【００３３】
脱気装置２は、真空チャンバー３とその内部に配設されるフッ素樹脂チューブ束４とから構成される。尚、図１はフッ素樹脂チューブ束４を真空チャンバー３内でとぐろ状に巻回して配設した例であるが、フッ素樹脂チューブ束４の真空チャンバー３内への配設方法はこれに限定されない。尚、脱気装置２は、処理すべき液体の入口３１及び出口３２、並びに減圧装置との接続口３３を備える。
【００３４】
フッ素樹脂チューブ束４を構成するチューブの本数は特に限定されず、数本、数十本、数百本等の任意の本数で構成することができる。またフッ素樹脂チューブを束とせずに一本のフッ素樹脂チューブのみを真空チャンバー３内に配設する構成としてもよい。
【００３５】
フッ素樹脂チューブ束４の形成方法としては、複数本のチューブを端部において熱接着性を有するフッ素樹脂粉末を用いて融着一体化する方法が好ましく採用されるが、この方法に限定されるものではない。
【００３６】
熱接着性を有するフッ素樹脂粉末については特に限定されないが、前記したパーフルオロ系材料を好適な例として挙げることができる。
【００３７】
尚、本発明に係る脱気装置２においては、フッ素樹脂チューブ又はフッ素樹脂チューブ束の真空チャンバー３内への接続固定方法は特に限定されず、適宜任意の方法を採用することができる。
【００３８】
真空チャンバー３は、金属、プラスチック、ガラス等、適宜任意の素材から構成することができるが、耐久性や耐薬品性の点から金属材料の場合はステンレス鋼を、プラスチック材料の場合はＰＴＦＥやＰＦＡなどのフッ素樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂等を使用することが好ましい。
【００３９】
上記構成を有する脱気装置２では、膜構造がボイドあるいは樹脂密度が疎の部分を持つ気体透過性の高いフッ素樹脂チューブを膜材として使用しているので、従来の非多孔質構造のプラスチックチューブからなる膜材を使用した脱気装置と比較して脱気効率に優れたものとなる。また、熱処理による収縮率を操作することにより、少なくとも膜を介した連続したボイドがないチューブを用いれば、チューブからの液透過を防止することができ、液の濃度変化や透過が生じることがなく、液の性状が安定したものとなる。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００４１】
（実施例）
ＰＴＦＥ粉末（旭アイシーアイフロロポリマーズ社製、商品名：フルオンＣＤ−１２３）１００重量部に対し、ナフサ（液状潤滑剤）２３重量部を均一に混合し、この混合物をペースト押出して内径１．５ｍｍ、肉厚０．２ｍｍの未焼成チューブを得た。ついで、これを風乾してから１００℃で３０分間加熱してナフサを除去した後、２５０℃で軸方向に３倍の延伸を行った。その後、チューブを固定して３６０℃で５分間焼成した。こうして得られたチューブの内径は１．０ｍｍ、肉厚は０．１３ｍｍ、比重は０．８８であった。このチューブ表面にレッドチェック液（エタノール溶液）を濡らしたところ、液が浸透して赤い染みが残った。
【００４２】
次いで、この多孔質チューブを３６０℃×２分間で、フリーアニールした。得られたチューブは長さが約６０％収縮し、不透明で白色をしており、内径は１．１ｍｍ、肉厚は０．１５ｍｍ、比重は１．９４であった。このチューブを前述のレッドチェック液で調べたところ、染みが残らなく、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で膜表面を観察したところ、開孔部が収縮によって閉塞したことに起因するとみられる亀裂が存在したが、貫通孔は実質上存在しないことが確認できた。
【００４３】
この非多孔質構造を有するＰＴＦＥチューブを長さ３ｍで１００本結束してチューブ束とし、真空チャンバー内に配設して脱気装置とした。この脱気装置を用い、溶存酸素量８ｐｐｍの純水を、液量５０ｍｌ／ｍｉｎ、真空チャンバ内圧６０Ｔｏｒｒの条件で脱気処理したところ、酸素除去率８５％という優れた脱気性能を示した。
【００４４】
（比較例）
実施例と同じ混合物を用いて押出成形し、ついで、これを風乾してから１００℃で３０分間加熱してナフサを除去した後、３６０℃で５分間焼成することにより無延伸の焼成チューブを得た。こうして得られたチューブは透明で淡い乳白色をしており、内径１．１ｍｍ、肉厚０．１５ｍｍ、比重２．１６であった。
【００４５】
このＰＴＦＥチューブを長さ３ｍで１００本結束してチューブ束とし、真空チャンバー内に配設して脱気装置とした。この脱気装置を用い、溶存酸素量８ｐｐｍの純水を、液量５０ｍｌ／ｍｉｎ、真空チャンバ内圧６０Ｔｏｒｒの条件で脱気処理したところ、酸素除去率７０％であり、実施例の装置に比べて脱気性能が劣っていた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱気装置の一実施形態を示す概略図
【図２】従来の脱気装置の一例を示す断面図
【符号の説明】
３真空チャンバー
４フッ素樹脂チューブ束（膜材）

Claims

処理される液体を膜材を介して減圧雰囲気にさらす脱気装置に用いられる非多孔質樹脂膜の製造方法において、
少なくとも１軸方向に延伸して多孔質化した多孔質樹脂膜を、その樹脂の融点を超える温度で熱処理して収縮させ、貫通孔を実質的に閉塞させて前記非多孔質樹脂膜を得ることを特徴とする非多孔質樹脂膜の製造方法。
前記多孔質樹脂膜が、チューブ状又は中空糸状である請求項１記載の非多孔質樹脂膜の製造方法。
前記多孔質樹脂膜を構成する樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンである請求項１又は２に記載の非多孔質樹脂膜の製造方法。
処理される液体を膜材を介して減圧雰囲気にさらす脱気装置において、
前記膜材が、請求項１〜３いずれかに記載の製造方法にて得られた非多孔質樹脂膜であることを特徴とする脱気装置。