KR0165748B1 - 불소계 수지 발포체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

불소계 수지 발포체 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR0165748B1
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히사오 고이께
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유미꾸라 레이이찌
아사히 가세이 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 발포 배율이 4배 이상 30배 이하이고 독립 기포율이 40% 이상인, 가교 구조를 갖지 않는 열가소성 불소계 수지로 이루어지는 발포체로서, 이 발포체의 내부에는 기포 밀도가 다른 층으로 이루어진 계면을 적어도 하나 포함하고, 아래 식으로 표시되는, 그 각층의 임의의 절단면에 존재하는 개방 기포의 최대 직경의 분포 지수(Sc) 및 변동 계수(Cv)가 각각 0Sc ≤ 6 및 0Cv ≤ 1 인, 불소계 수지로 이루어지는 발포체에 관한 것이다.
Sc = (LMax- LMin)/Lav.......... (1)
Cv = SD/Lav.......... (2)
상기 식에서,
LMax,LMin및 Lav는 각각 개방 기포의 최대 직경의 최대치, 최소치 및 평균치를 나타내고, SD는 표준편차를 의미한다.
본 발명의 불소계 수지 발포체는 연부 무딤 현상을 일으키지 않고, 장시간의 연마에 대하여 안정하며, 인열 강도와 압축 강도 등의 기계 강도가 우수하고, 발포체의 압축 전후에서 안정된 유전율을 나타내며, 대전압성이 우수하다. 따라서, 실리콘 단결정 웨이퍼, 화합물 반도체 웨이퍼, 액정용 유리 기판, 액정용 컬러 필터 등의 전자 재료용의 연마포, 소프트 가스켓 전기 절연 테이프, 전기 피복재, 또한 단열성을 활용하여 텐트천, 막 구조 건축의 지붕재 및 단열 튜브 등 광범위한 용도에 유효하다.

Description

[발명의 명칭]
불소계 수지 발포체 및 그의 제조 방법
[도면의 간단한 설명]
제1도는 연마 장치의 개략도이다.
제2도는 발포제로서의 테트라플루오로에탄을 사용한 불소화 비닐리덴-헥사플루오로프로필렌 공중합체 수지 시트의 함수량과 기포 밀도의 관계를 나타낸 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 상플레이트 2 : 상플레이트의 회전축
3 : 하플레이트 4 : 하플레이트의 회전축
5 : 웨이퍼 6 : 연마포
7 : 연마액 적하 장치
[발명의 상세한 설명]
[기술 분야]
본 발명은 가교 구조를 갖지 않고, 동시에 특정의 발포 배율과 독립 기포율 및 특정의 기포 구조를 갖는 다층 구조의 열가소성의 불소계 수지로 이루어지는 발포체와 그의 제조 방법에 관한 것이다.
[배경 기술]
종래부터, 불소계 수지가 갖는 내열성, 내용제성, 내후성, 전기 절연성 및 난연성 등의 우수한 특성을 갖고, 동시에 발포체로서의 경량성, 쿠션성, 저유전율성 등의 특성을 구비한 불소계 수지 발포체가 제안되고 있다. 이들의 불소 수지 발포체는 전기 절연체, 전자 재료용의 연마포 또는 단열 시트 등의 여러 가지의 용도가 개발되고 있다.
미합중국 특허 제4,560,829호 및 동 제4,615,850호 명세서에서는 전기 절연체용의 불소계 수지 발포체가 개시되어 있다. 이들의 발포체의 발포 배율은 모두 4배 전후로서 경도가 높고, 가요성이 떨어지며, 수지에 따라서는 유전율이 충분히 낮지 않았다.
일본국 특허 공개 제소62-50,346호 공보, 동 특허 공개 제평4-31,446호 공보에는 경도의 기재는 없으나 발포 배율이 높은 발포체가 개시되어 있다. 이 발포체는 기포 직경이 커서 기포 직경의 분포의 폭이 넓어지고, 표면 평활성이 불충분 하였다.
미합중국 특허 제4,737,526호 명세서 및 일본국 특허 공개 제소62-280,236호 공보에는 가교 구조를 갖는 발포 배율이 높고, 기포 직경이 작은 기포체가 개시되어 있다. 이 발포체는 발포 적성을 부여하기 위해 가교되어 있고, 리사이클 할 수 없다.
또한, 그 제조 공정은 가교성의 수지에 한정되고, 번잡하며, 또한 가교 처리시에 산성 가스가 발생한다는 난점이 있다. 일본국 특허 공개 제평5-239,249호 공보에는 고비점의 발포제를 사용함으로써 수득되는 발포 배율이 높고, 미소 기포로 이루어지는 기포체가 개시되어 있다. 그러나, 사용하는 발포체가 고비점이기 때문에, 발포후의 냉각에 의해 발포제가 발포체의 기포 내부에서 응축하여 기포내 압력이 저하하고, 표면 평활성이 떨어지며, 특히 시트상이나 테이프상으로 사용할 경우, 치수의 변화가 생기기 쉬웠다.
미합중국 특허 제4,842,678호 명세서에는 발포 배율 1.5 내지 30배, 평균 셀직경이 300㎛이하에서 미발포 수지층을 0 내지 70% 함유하는 불소계 수지 발포체로부터 이루어지는 연마포가 개시되어 있다. 또한, 미합중국 특허 제4,954,141호 명세서에는 불소계 수지 발포체를 재질로 하는 반도체 웨이퍼 경면 연마용 패드가 개시되어 있다.
상기의 종래의 불소계 수지 발포체는 단일의 기포 구조를 갖는 발포체에 있어서의 균일성이 주로 추구되어 있다. 일반적으로, 발포체의 역학적 성질, 전기적 성질 및 열적 성질은 기포 직경과 관계 있을 때가 많다. 압축 탄성율과 열전도율은 기포 직경에 비례하고, 인열 강도와 절연 파괴 전압은 기포 직경에 반비례한다. 예를 들면, 전기 절연체 용도의 경우, 절연 파괴 전압을 높이기 위해서는 기포 직경은 균일하고 미세할수록 좋다. 그러나, 기포 직경의 미세화에 의해 압축 탄성율이 저하되어 버려서, 상반되는 특성을 양립하기에는 곤란하였다.
상기의 연마포를 구성하는 불소계 수지 발포체도, 어느 것이나 단일한 기포 구조를 갖는 것으로서, 내약품성 및 피연마체의 표면 평활성에 대해서는 충분한 성능을 발현하지만, 장시간에 걸친 연마에서 안정된 연마성능 유지가 불안하였다. 그 때문에, 장시간에 걸친 연마시에는, 연마포의 표면을 투루잉(truing)(경질 물질을 사용하여 패드 표면을 연마하고, 표면의 요철을 수정 내지 조련(調練)하여 고평면도로 하는 것)을 실시하거나, 연마 조건을 변경하는 등의 필요가 있었다.
이들의 연마포는 비교적 연질이기 때문에, 연마에 사용된 초기에서는 스크래치(연마 표면에 생기는 선상의 상처) 등의 가공 결함은 생기기 어려우나, 웨이퍼의 연부 무딤(dullness)이 생기기 쉽고, 집적 회로의 수율을 저하시키는 원인이 되었다. 일반적으로 탄성 변형이 작은 견고한 재료를 사용함으로써 연부 무딤이 방지되고, 탄성 변형이 크게 부드러운 재료를 사용함으로써 가공 결함이 억제된다.
이들은 상반되는 특성 때문에, 단일 구조의 연마포로서는 양립시키기가 곤란하였다. 연마시에는 연마포에 걸리는 압력의 미시적인 균등성이 피연마체의 표면의 평활성을 발현하기 위해 극히 중요하다. 따라서, 연마포의 면방향에서의 기포 분포의 균일성과 연마포의 두께 방향에서의 경도면에서의 이질성을 겸비한 연마포가 요망되고 있다.
이상과 같이, 종래의 단일의 기포 구조를 갖는 불소계 수지 발포체는 상기한 바와 같이 여러 가지의 특성을 양립시키는 것은 곤란하였다.
다층의 기포 구조를 갖는 수지 발포체로서, Cell Poly, 12권, 3호, 207면(1993년)에는 폴리카보네이트가 개시되어 있다. 또한, 일본국 특공평 제4-57,704호 공보에는 다층의 기포 구조를 갖는 불소계 수지 발포체가 시사되고 있다. 그러나, 이 공보 등에 기재되고 있는 방법에 의해 수득되는 발포체는 기포 직경이 크고, 또한 기포 밀도가 낮아, 그 기포 직경의 분포의 균일성은 불충분하였다.
또한, 일반적으로 불소계 수지와 같은 결정성 수지는 용융 점탄성의 온도 의존성이 높고, 발포 적성을 갖는 용융 점탄성에 온도 제어하는 것은 곤란한 경우가 많아서, 가교 구조를 갖지 않고 높은 기포 밀도를 갖는 불소계 수지 발포체의 제조는 사실상 곤란하다고 생각되어 왔다.
특히, 퍼플루오로 수지는 극히 내용제성이 우수하기 때문에, 물리 발포제를 수지 중에 용해 또는 분산시키기 어렵고, 발포제로서 가능하는 양을 수지 중에 유지하는 것이 어렵다고 생각되어 왔다. 또한, 퍼풀루오로 수지는 통상 융점이 250℃이상으로 높기 때문에, 수지가 연화하여 발포에 적당한 용융 점탄성을 나타내는 동안에 발포제의 증발이 발생한다.
이와 같이, 특정의 발포 배율, 독립 기포율을 갖고, 다층의 기포 구조를 형성하며, 동시에 각 층에서의 기포 직경 분포가 균일한 불소계 수지 발포체의 제조 방법은 아직 알려져 있지 않다.
본 발명은 이상에서 기술한 종래의 불소계 수지 발포체의 문제점을 해결하고, 여러 가지 용도에 적용할 수 있는 신규의 구조를 갖는 불소계 수지 발포체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 연마포 용도에 있어서는, 장시간의 연마에서 안정된 연마 성능을 발휘하고, 연부의 무딤이 없이, 전기 절연체 용도에서의 외부 압축력에 의해 유전율과 내전압이 변화하기 어렵고, 단열 시트 용도에 있어서는, 압축 탄성율과 인열 강도를 조화시킬 수 있는 불소계 수지 발포체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[발명의 개시]
본 발명은 발포 배율이 4배 이상 30배 이하이고 독립 기포율이 40% 이상인, 가교 구조를 갖지 않는 열가소성 불소계 수지로 이루어지는 발포체로서, 이 발포체의 내부에는 기포 밀도가 다른 층으로 이루어진 계면을 적어도 하나 포함하고, 아래 식으로 표시되는, 그 각 층의 임의의 절단면에 존재하는 개방 기포의 최대 직경의 분포 지수(distribution index)(Sc) 및 변동 계수(Cv)가 각각 0Sc ≤ 6 및 0Cv ≤ 1 인, 불소계 수지로 이루어지는 발포체에 관한 것이다.
Sc = (LMax- LMin)/Lav.......... (1)
Cv = SD/Lav.......... (2)
상기 식에서, LMax, LMin및 Lav는 각각 개방 기포의 최대 직경의 최대치, 최소치 및 평균치를 나타내고, SD는 표준 편차를 나타낸다.
본 발명의 발포체의 발포 배율은 발포체 전체로서 발포 배율이 4배 이상 30배 이하이다. 발포 배율은 역학적 특성, 전기적 특성, 열적 특성 등의 발포체의 여러 가지의 물성에 관계된다. 발포 배율은 발포체의 용도에서 최적 물성을 발현하기 위해 적절히 선택된다. 연마포 용도에는 적당한 경도 및 압축 탄성율을 만족하는 발포 배율을 선택하고, 전기 절연체 용도에서는 낮은 유전율과 적당한 역학적 특성을 만족하는 발포 배율을 선택한다. 발포 배율이 4배 미만에서는 연마포 용도에는 경도가 너무 높아서 탄성 변형하기가 어렵기 때문에, 피연마체 표면에 스크래치 등이 생기기 쉬워지고, 전기 절연체 용도에는 사용되는 불소계 수지에 따라서는 충분히 유전율이 저하하지 않는다. 발포 배율이 30배를 초과하므로 경도가 너무 낮아져서 탄성 변형이 너무 커지기 때문에 피연마체 표면의 평활성을 저하시켜 버린다. 또한, 역학적 물성과 독립 기포율의 저하를 초래한다. 바람직하게는, 6배 이상 25배 이하이다.
본 발명의 발포체의 독립 기포율은 40% 이상, 바람직하게는 50% 이상, 더욱 바람직하게는 60% 이상이다. 독립 기포율은 기포체의 역학적 특성, 특히 경도, 압축 강도, 탄성율 및 압축 탄성 회복율 등의 압축 특성에 크게 영향을 준다. 연마포 용도에 있어서는, 연마포의 내부에서 연마 압력을 완충하는 작용에 크게 영향을 주고 있다고 생각된다.
독립 기포율이 40% 미만에서는, 피연마체의 표면 정밀도가 저하하는 경향이 있다. 독립 기포율이 40% 이상이면, 압축 외력에 의해서도 외관 밀도와 두께가 변동하기 어려워지고, 또한 유전율과 내전압이 변화하기가 어렵다.
본 발명의 발포체는 기포 밀도가 다른 층으로 이루어지는 계면을 적어도 하나를 포함한다. 즉, 기포 밀도가 다른 층을 2층 이상 포함한 다층 구조로 형성되어 있다. 여기서, 기포 밀도라 함은 각 층의 단위 면적당 기포수를 말한다. 기포밀도가 다른 층이라 함은 인접하는 층의 기포 밀도의 비가 5 이상 105이하인 것을 말한다. 기포 밀도의 비는 바람직하게는 10 이상 104이하이다
이 비가 5 미만이면 실질적으로 균질한 기포 구조가 된다. 연마포 용도에서는 연부 무딤의 해소와 스크래치 등의 발생 방지 등을 양립할 수 없게 되고, 전기 절연체 용도에서는 압축 외력에 대하여 내전압이 저하하는 경향이 생긴다. 이 비가 105를 초과하면, 기포 밀도가 높은 층에서 기포 벽이 너무 얇아지고, 기포가 생기기 쉬워지며, 독립 기포율이 유지할 수 없게 된다.
본 발명의 발포체에서의 층의 수는 한정되지 않으나, 통상 2 내지 7층이다. 수득된 발포체를 각 층과 평행으로 끊어 냄으로서 목적하는 층수를 갖는 발포체로 하여도 좋다. A/B/A와 같은 3층 구조의 발포체를 B 부위를 절단함으로써 2층 구조로 할 수 있다. 1층의 두께는 발포체 전체의 두께에 대하여 1 내지 90%를 차지한다. 각 층의 계면의 위치는 발포체의 전체의 두께에 대하여 각 층의 차지하는 비율에 따라 변한다.
각 층의 기포 밀도는 바람직하게는 106개/cm3이고, 더욱 바람직하게는 107개/cm3이다. 기포 밀도가 높으면, 후술하는 분포 지수와 변동 계수의 값을 소정의 범위에 얻기 쉽고, 동시에 발포체 표면에 존재하는 개방 기포와 독립 기포의 존재 비율을 경지적으로 안정화시키는 점에서 바람직하다. 여기서, 개방 기포라 함은 표면에 노출된 기포로서, 기포를 구성하는 기포 벽이 컷트 되지 않는 것을 말한다.
연마포 용도에서, 기포 밀도가 높으면 피연마체의 표면 정밀도를 향상시킴으로 바람직하다. 연마포의 기포 밀도가 높으므로, 피연마체의 표면에 접촉할 때, 그 표면에 존재하는 미세한 요철부에 균일한 압력으로 접촉할 수 있다. 개념적으로는 독립 기포는 연마시의 압력을 면으로서의 기포벽으로 받게 되고, 개방 기포는 그 압력을 선으로 한 기포벽의 컷트부에서 받게 된다. 기포 밀도를 높게 함으로써, 선에서 받는 비율이 증가하여, 보다 균일한 압력 분포를 나타낼 수 있다고 생각된다. 더욱이, 후술하는 바와 같이, 연마의 진척에 따라 갱신되는 연마 표면에 있어서의 개방 기포의 존재 비율이 변동하기 어려운 것이 연마 성능의 안정성에 중요하다고 생각된다. 기포 밀도가 높으므로 연마포 표면에 존재하고 있는 개방 기포의 존재 비율이 높고, 독립 기포의 존재 비율이 낮다. 전기 절연체 용도에 있어서도, 기포 밀도가 낮으면 기포가 커지고, 표면 평활성이 저하하여, 절연 테이프의 두께를 얇게 할 수 없으며, 더욱이 인열 강도가 저하한다고 하는 테이프로서의 역학적 물성에 난점이 생기게 되기 때문에, 기포 밀도는 높은 것이 좋다.
본 발명의 발포체의 각 층의 임의의 절단면에서 존재하는 개방 기포의 최대 직경의 분포 지수 Sc 및 변동 계수 Cv는 각각 0Sc ≤ 6 및 0Cv ≤ 1 이어야 할 필요가 있다. 여기서 개방 기포의 최대 직경이라 함은 기포막으로 2차원적으로 닫힌 영역의 최대 길이를 말한다.
분포 지수가 6을 초과하고, 또한 변동 계수가 1을 초과하면 개방 기포의 크기의 균일성이 손상되어, 연마포로서 사용했을 경우 피연마체의 표면 정밀도가 저하하거나, 장기간의 연마 조작에 의해 연마 성능이 저하한다.
장기간에 걸친 연마 성능의 안정성을 위해서는, 분포 지수는 바람직하게는 5.5 이하, 더욱 바람직하게는 5 이하이고, 변동 계수는 바람직하게는 0.95, 더욱 바람직하게는 0.90이다. 분포 지수 및 변동 계수의 값은 작을수록 좋다.
발포체의 절단면은 기포의 여러 위치에서 절단된 절단면을 포함하다. 기포의 크기가 동일하여도 절단면에 노출되는 개방 기포의 크기와 동일하게 되지 않으므로, 개방 기포의 크기를 가능한 균일하게 하고자 하면 크기를 미세하고, 균일하게 할 필요가 있다.
연마포 용도에 있어서, 본 발명의 발포체인 두께를 갖는 시트상으로 가공하지만, 그 표면에는 일정 확률을 갖고 개방 기포와 독립 기포가 혼재한다. 그 존재 비율이 변동함으로써, 연마포와 피연마체와의 계면에 존재한다. 개방 기포에 유지되는 연마액과 연마의 진행에 따라 생기는 연마포의 마모 찌거기의 상태가 변동하여, 마모 속도와 피마모체의 표면 정밀도에 영향을 줄 것으로 생각된다. 본 발명의 불소계 수지 발포체는 상기한 바와 같이, 개방 기포의 크기가 균일하기 때문에, 연마포로서 사용했을 경우, 연마시에서의 연마포와 피연마체와의 계면이 안정하여, 연마포 표면 전체로서 보면, 개방 기포와 독립 기포의 존재 비율이 연마시의 각 순간에서 실질적으로 변동하기 어렵다. 이 안정성이라고 하는 관점에서, 기포 밀도가 높으면 더욱 바람직하다.
본 발명의 발포체는 바람직하게는 테버(Taber) 마모량이 25mm3이상 240 mm3이하이다. 테버 마모량은 연마포 용도의 경우, 장시간에 걸친 연마에서의 연마 성능의 안정성에 관계하고 있다고 생각된다. 테버 마모량은 사용하는 불소계 수지의 종류, 발포 배율 및 기포 밀도 등에 의존한다.
테버 마모량이 240mm3를 초과하면 연마포가 마모하기 쉽고, 막힘이 용이해지며, 연마 속도가 저하하거나, 피연마체의 표면 정밀도가 유지할 수 없게 된다. 그 결과 연마포 1매당 처리되는 웨이퍼의 매수가 저하하여, 생산성과 비용면에서 극히 불리하다. 테버 마모량이 25mm3미만이면, 연마포의 표면이 갱신되기 어렵고, 피연마체의 표면 정밀도가 저하하는 경향이 있다. 연마포로서의 성능을 감안하면, 테버 마모량은 바람직하게는 30mm3이상 220mm3이하, 더욱 바람직하게는 35mm3이상 200mm3이하이다.
본 발명의 발포체는 바람직하게는 경도가 15 이상 93 이하이다. 더욱 바람직하게는 20 이상 90 이하이고, 특히 바람직하게는 25 이상 90 이하이다. 경도는 수지의 종류, 발포 배율, 독립 기포율 및 기포 밀도 등에 영향된다. 연마포 용도의 경우, 경도는 연마포의 탄성 변형과 관계된다. 연마는 일정한 가압하에서 실시하기 때문에 피연마체 표면에 존재하는 미세한 요철 부분에 균일하게 압력을 부하하기 때문에, 경도는 중요하다. 경도가 93을 초과하면, 연마 입자의 긁힘 작용의 완화가 충분하지 못하고, 피연마체 표면에 가공 손상을 발생시켜 바람직하지 않다. 경도가 15 미만이면, 연마포 자체의 변형량이 너무 커져서, 피연마 표면의 평면도가 저하한다.
연마포로서의 바람직한 태양을 나타내면, 전술한 테버 마모량이 25mm3이상 240mm3이하이고, 또한 경도가 15 이상 93 이하의 발포체이다.
본 발명의 발포체를 얇은 테이프상으로 사용하는 경우에도 경도가 15 미만이면 압축 외력에 대하여 변형하기 쉬운 경향이 확인되어, 두께가 변동하는 등의 난점이 생긴다.
본 발명의 발포체는 표층 또는 내부층에 미발포층을 가져도 좋다. 연마포 용도에서는 표층에 미발포층이 존재하는 경우에는 그 층을 제거하여 사용한다. 테이프상으로 사용시에는 표면 평활성의 점에서 표층에 미발포층을 갖는 것이 바람직한 경우가 많다. 미발포층의 두께는 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에 사용되는 불소계 수지는 수지를 구성하는 적어도 한 모노머 성분이 적어도 1개의 불소 원자를 갖는 부분 불소화 수지 및 퍼플루오로수지를 포함한다. 단일 모노머로 이루어지는 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 또는 비닐플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드, 디클로로플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 퍼플루오로부텐-1, 플루오로펜텐-1, 퍼플루오로헥센-1 등의 퍼플루오로-α-올레핀류; 퍼플루오로부타디엔, 클로로트리플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌; 퍼플루오로메틸 퍼플루오로비닐에테르, 퍼플루오로에틸 퍼플루오로비닐에테르, 퍼플루오로프로필 퍼플루오로비닐에테르 등의 퍼플루오로알킬, 퍼플루오로비닐에테르류; 탄소수 1 내지 6개의 알킬 또는 탄소수 6 내지 8개의 아릴퍼플루오로비닐에테르로부터 선택되는 적어도 1종의 모노머를 구성 성분으로 하는 공중합 불소계 수지, 또는 상기 모노머 중에서 선택된다. 적어도 1종의 모노머와 비닐클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 트리클로로에틸렌, 탄소수 1 내지 6개의 알킬 비닐 에테르, 탄소수 6 내지 8개의 아릴비닐에테르, 에틸렌, 프로필렌. 스틸렌 등의 중에서 선택되는 적어도 1종 이상의 모노머로부터 얻어지는 공중합 불소 수지이다.
본 발명에 사용되는 불소계 수지의 대표적인 예를 들면, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로메틸 퍼플루오로비닐에테르 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로에틸 퍼플루오로비닐에테르 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로프로필 퍼플루오로비닐에테르 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로메틸 퍼플루오로비닐에테르 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로 프로필렌-퍼플루오로에틸 퍼플루오로비닐에테르 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-플루오로비닐 퍼플루오로비닐에테르 공중합체 등이다.
이 중에서도, 발포 적성과 경제성 및 입수 용이성 등의 관점에서, 바람직하게는 상기 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로에틸 퍼플루오로비닐에테르 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로프로필 퍼플루오로비닐에테르 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 부분 불소화 수지로서 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체, 퍼플루오로 수지로서 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 퍼플루오로비닐에테르 공중합체류이다.
본 발명에서 복수의 모노머로부터 구성되는 불소계 수지를 사용할 경우, 모노머 성분의 구성비는 광범위하게 적절히 선택된다. 테트라플루오로에틸렌을 한 구성 성분으로 하는 타성분과의 공중합체에서는 테트라플루오로에틸렌 함량의 감소에 의해 폴리머의 결정화도는 저하하고, 내열성, 내약품성이 저하하는 경향이 있으므로, 물리적 성질 및 비용이라는 점에서, 결정성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 발포체는 용도에 따라 적당한 두께 및 굵기로 제어하면 된다. 시트, 필름, 튜브, 섬유상 등의 발포체를 1축 또는 2축 방향으로 연신하여도 좋다. 이때, 기포 형상은 연신 배율에 따라 이방성을 나타내게 되지만, 연신 배율은 상기된 기포의 최대 직경의 변동 계수, 기포 밀도, 발포 배율 및 독립 기포율이 본 발명의 범위내가 되도록 설정한다.
본 발명의 또 다른 하나의 발명은 가교 구조를 갖지 않은 열가소성 불소계 수지에, 그 수지의 결정 융점 이하의 비점을 갖는 탄소수 1 내지 8의 플루오로카본을 0.4 내지 20 중량% 및 물 또는 비점 150℃ 이하, 증발 잠열 7.0kcal/mol 이상의 알콜류로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 0.01 내지 1중량% 함유시켜서 발포시키는 상기의 불소계 수지 발포체의 제조 방법에 관한 것이다.
불소계 수지의 결정 융점 이하의 비점을 갖는 탄소수 1 내지 8의 플루오로카본은 물리 발포제로서 사용된다. 플루오로카본의 대표적인 예를 들면. 헥사플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 트리플루오로에탄, 디플루오로에탄, 플루오로에탄, 테트라플루오로메탄, 트리플루오로메탄, 디플루오로메탄, 플루오로메탄, 퍼플루오로시클로부탄, 헥사플루오로부탄, 퍼플루오로프로판, 퍼플루오로부탄, 퍼플루오로펜탄, 퍼플루오로헥산, 퍼플루오로헵탄 등이 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
이들은 플루오로카본을 주성분으로서, 프로판, 부탄, 펜탄 또는 염화메틸, 염화메틸렌, 염화에틸, 염화에틸렌 등의 휘발성 유기 화합물과의 혼합물로서 사용하여도 좋다. 발포제와의 혼합비율은 안정성, 경제성, 입수 용이성 및 불소계 수지의 발포성 등을 감안하여 적절히 선택한다.
본 발명의 발포체는 상술한 물리 발포제를 사용하여 여러 가지의 공지의 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 내압 용기내에 시트상, 필름상, 섬유상, 튜브상 및 파이프상 등으로 성형된 수지, 또는 사출, 블로우 또는 압축 성형한 수지를 넣고, 기체상 또는 액체상의 그 발포제를 주입하여, 밀폐 가압하에서 가열하여 수지에 발포제를 함침시킨 후 , 가열 발포하는 함침 발포 방법, 또는 압출 성형기의 출구측에 설치된 주입 장치에서 용융한 수지에 그 발포제를 압입하여 냉각시키면서 압출 성형하는 압출 발포 방법 등을 사용할 수 있다.
상기의 물리 발포제의 양은 불소계 수지에 대하여 0.4 내지 20 중량%이다. 발포제의 양은 사용하는 수지 및 발포제의 종류, 그들 상호의 친화성, 발포 방식, 발포 배율, 독립 기포율, 기포 밀도 및 다층 구조의 형성 용이성, 또한 발포제를 불소계 수지중에 도입할 때의 온도, 압력 및 시간 등을 감안하여 상기 범위내에서 선택한다.
발포제의 양이 0.4 중량% 미만에서는, 발포 배율을 충분히 높일수가 없고, 또 기포 밀도도 낮아지는 경향이 있다. 20 중량%를 초과하면, 수지의 가소화가 너무 증대하여 발포시에 적절한 수지의 점탄성을 유지할 수 없게 된다. 그 결과, 발포제의 휘산(揮散)이 격심해지고, 기포가 연통화(連通化)하여 기포 배율을 높일 수 없게 된다. 이를 감안한다면 발포제의 양은 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 중량%이다.
본 발명에서 사용되는 물리 발포제를 불소계 수지 중에 도입할 때의 온도는 발포 방식, 발포제 및 불소계 수지의 종류와 그 물리적인 여러 특성 등을 감안하여 적절히 설정한다. 압출 발포 방식에서는 불소계 수지의 융점 이상, 분해 온도 이하에서 그 수지가 용융된 상태에서 발포제를 도입한다. 불소계 수지의 융점은 비교적 높기 때문에 통상 150℃ 이상이다. 함침 발포 방식에서는 불소계 수지의 형상을 유지하면서 발포제를 도입하기 때문에, 통상, 불소계 수지의 융점 이하의 20 내지 300℃ 이고, 바람직하게는 25 내지 250℃, 더욱 바람직하게는 30 내지 200℃에서 실시한다. 함침 발포 방식에 있어서 함침 시간은 기포 밀도에 현저히 영향을 주게 됨으로 그 시간의 설정은 극히 중요하다. 함침 시간은 소정의 함침 온도에서 평형 함침량에 도달하는 시간에 더하여, 다시 적어도 5 시간, 바람직하게는 7시간, 더욱 바람직하게는 10시간이 필요하다.
평형 함침량에 도달하는 시간 이전 또는 도달 직후에서의 발포는 기포 밀도가 낮아서 바람직하지 못하다. 이 원인은 명확하지 않으나 평형 함침량에 도달 후 일정시간 경과할 동안에 수지의 분자쇄의 재배열이 생기는 결과, 최적한 기포핵이 형성되기 때문이 아닌가 생각된다.
상기의 물리 발포제는 물 또는 비점 150℃ 이하, 증발 잠열 7.0kcal/mol 이상의 알콜로부터 선택된 적어도 1종의 화합물과 병용된다. 상기 범위내에, 물 또는 상기 알콜을 설정함으로써 통상, 불소계 수지는 그 특성으로서 발수 및 발유성을 갖는 것이 일대 특징인데도 불구하고, 높은 기포 밀도와 다층 구조를 갖는 기포 구조의 형성에 극히 유효하게 기능한다.
알콜의 대표적인 예를 나타내면 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, 2-메틸-1-프로판올, 2-메틸-2-부로판올, 1-펜탄올, 2-펜탄올, 3-펜탄올, 2-메틸-1-부탄올, 3-메틸-1-부탄올, 2-에틸-2-부탄올, 3-메틸-2-부탄올, 2,2-디메틸-1-프로판올, 2-메틸-1-펜탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 2-에틸-1-부탄올, 펜타플루오로프로판올, 트리플루오로프로판올, 테트라플루오로프로판올 등이있다.
물 또는 상기의 알콜(이하, 양자를 합하여 알코류라 칭함)은 기포 밀도, 다층 구조의 형성이 용이성 등을 고려하여 , 2종류 이상의 것을 병용하여도 좋다. 그 중에서도 물은 기포 밀도의 증가 효과가 크고, 그 취급의 용이성 및 경제성의 점에서 극히 바람직하다.
본 발명에 사용되는 알콜은 비점이 150℃ 이하이고 증발 잠열이 7.0kcal/mol 이상을 갖는다. 알콜의 비점이 150℃를 초과하거나, 증발 잠열이 7.0kcal/mol 미만이면,독립 기포율이 저하하는 경향이 있고, 또 기포 밀도가 저하하거나 다층의 기포 구조를 형성하기 어려워지며, 또 보이드가 발생하기 쉬워지고, 기포 직경분포의 균일성이 저하하는 경향이 생긴다. 비점이 150℃를 초과하면, 발포 후의 발포체가 냉각될 때, 발포체의 표면의 평활성의 저하가 생기기 쉬워지고, 다층 구조를 형성하기 어려워진다. 이를 감안하면 알콜의 비점은 110℃ 이하, 증발 잠열은 8.0kcal/mol 이상이 바람직하다.
알콜류의 종류, 불소계 수지에 도입하는 양은 사용하는 수지 및 물리 발포제의 종류, 수지의 물리 발포제 및 그 알콜류의 유지성, 발포시의 기포 밀도, 독립 기포율, 다층의 기포 구조의 형성 용이성을 감안하여 상기 범위내에서 선택한다. 원래, 이 알콜류는 불소계 수지 및 본 발명에서 사용되는 물리 발포제에 대한 친화성이 낮으므로, 그 수지에 함침되는 양은 많지 않으며, 불소계 수지의 종류에 따라도 그 최적량은 변동하는 것이다.
상기 알콜류는 불소계 수지에 대하여 0.01 내지 1 중량 % 사용된다. 0.01 중량% 미만이면, 기포 밀도가 낮아지고, 다층의 기포 구조를 형성하기 어려워지는 경향이 있다. 1 중량 %를 초과하면 보이드가 발생하기 쉽고, 그 결과 기포 직경분포의 균일성이 저하한다. 양자를 감안하면, 바람직하게는 0.04 내지 0.8 중량 %이다. 제2도는 불소계 수지 발포체 중의 함수량과 기포 밀도의 관계를 나타낸 그래프이다. 불소계 수지 발포체의 함수량의 변화에 의해 기포 밀도가 급격히 변화함을 알 수 있다. 이 예에서는 두께 방향에 수분의 농도 분포가 생긴 경우, 어느 층에 있어서 함수량이 400ppm이하가 되면, 그 층의 기포 밀도는 저하하고, 인근 층과의 사이에 기포 밀도가 다른 계면을 형성함을 시사하고 있다.
적정한 기포 밀도를 수득하기 위하여, 필요에 따라 불소계 수지에 대해 불활성인 무기 가스를 수지에 포함시켜도 좋다. 이들의 무기 가스로서는 공기, 질소, 산소, 아르곤, 헬륨 및 탄산가스를 들 수 있다.
본 발명에서 사용되는 알콜류는 기체상 또는 액체상으로 사용된다. 이 알콜류는 물리 발포제를 불소계 수지에 도입하기 전, 도입한 후, 또는 도입과 동시에 그 수지 중에 도입한다. 함침 발포 방식에 있어서는 미리 기체상 또는 액체상의 알콜류에 불소계 수지를 노출하거나, 또는 침지하여 소정량의 알콜류를 포함하는 물리 발포제를 사용하여, 이들을 함침시킴으로 불소계 수지 중에 동시에 도입하거나, 미리 물리 발포제를 포함한 불소계 수지를 기체상 또는 액체상의 알콜류에 노출하거나, 또는 침지하여 소정량의 알콜류를 불소계 수지 중에 도입한다.이들 중에, 알콜류의 불소계 수지 중에의 도입 용이성과 제조 공정 간략화의 관점에서, 미리 물리 발포제를 도입한 불소계 수지에 알콜류를 도입하거나, 물리 발포제의 알콜류를 동시에 그 수지 중에 도입하는 것이 바람직하다. 압출 발포 방식에 있어서는 , 용융된 불소계 수지에 물리 발포제를 주입하는 동시, 또는 그 전후에 알콜류를 주입한다. 본 발명은 적어도 기포 밀도가 다른 층을 2개 이상 포함한 다층 구조를 형성하고 있다. 발포체는 상기와 같이 수지 중의 각 부위에서의 알콜류의 존재 비율의 변화에 의해 형성되는 것으로 생각된다. 구체적으로는, 아래 방법에 의해 본 발명의 다층 구조를 형성할 수 있다.
함침 발포 방식에서는, 주로 알콜류의 불소계 수지 중의 함침 시간을 제어함으로써 그 다층 구조의 형성을 제어하고, 또 그 알콜류가 평형 함침량에 도달한 후에는 , 그 불소계 수지를 공기 중에 노출시켜 알콜류를 휘산시키는 시간을 제어함으로써 그 다층 구조의 형성을 제어한다. 알콜류를 함침하거나 휘산시키는 동안, 온도를 변화시킴으로서 층의 수와 두께 등을 제어할 수 있다.
알콜류의 불소계 수지 중의 함침 시간과 함침 온도, 휘산 시간과 휘산 온도는 수지와 알콜류의 종류, 양자의 물리적 여러 특성 및 물리 발포제의 종류와 물리적 여러 특성을 감안하여 적절히 설정하면 좋다. 통상, 0 내지 300℃에서 1분 내지 72시간, 바람직하게는 5 내지 250℃에서 5분 내지 48시간, 더욱 바람직하게는 5 내지 200℃에서 10분 내지 24시간이 적용된다.
압출 발포 방식에 있어서는, 2개 이상의 압출기를 사용하여, 각각의 압출기에 주입하는 알콜류의 양을 제어하면서, 압출기 출구 앞에서 각각의 불소계 수지를 합류시켜 발포함으로써 다층 구조를 형성할 수 있다.
함침 발포 방식에서 물리 발포제 및 알콜류가 함침된 수지의 가열 온도 및 시간은 상호 의존하는 경향이 있고, 또 그 발포제의 종류, 발포체의 기포 밀도, 경도 및 발포체가 목적하는 독립 기포율 등을 감안하여 적절히 선택된다. 통상, 수지의 융점보다 높고, 수지의 분해 온도보다 낮은 온도가 적용된다. 바람직하게는 융점보다 10℃ 높은 온도이고, 시간은 가열 온도에 따라 설정되지만, 1초 내지 240초가 적용된다.
상기의 발포 방법에 의해 소정의 발포 배율에 도달하지 않을 경우에는, 그 발포체에 다시 상기의 물리 발포제를 함침하여 가열 발포한다. 발포제의 종류와 함침량은 재발포시킨 발포체의 발포 배율, 독립 기포율, 기포 밀도를 감안하여 결정한다. 재발포시의 가열 온도 및 가열 시간은 상기된 함침 발포의 조건에서 선택한다.
알콜류가 높은 발포 배율, 독립 기포율 및 기포 밀도, 기포 직경 분포의 균일성, 다층의 기포 구성의 형성 등에 대한 유효한 이유는 명확하지 않다. 발포할 때에 있어서, 알콜류는 1종의 기포핵으로서 가능하거나, 큰 증발 잠열에 의해 발포시의 기폭막의 냉각, 고정화에 유효하게 작용하여, 기포의 융합과 연통화를 저지하고 있지 않나 생각된다. 또한, 불소계 수지 중의 각 부위에서의 알콜류의 존재 비율이 변화함으로써, 각 부위에서의 기포 밀도 또는 평균 기포 직경이 변화하여, 다층의 기포 구조가 형성되는 것이 아닌가 추측된다.
또한, 알콜류의 존재에 의해 가교 구조를 갖지 않는 불소계 수지라도, 발포시에서의 발포 온도 근처에서의 용융점 탄성의 급격한 저하를 어느 정도 완화하여, 수지에 양호한 발포 적성을 부여하고 있지 않나 생각된다.
[발명을 실시하기 위한 가장 바람직한 형태]
실시예 중, 각 측정치는 다음과 같이 하여 구하였다.
(1) 층계면의 측정
발포체를 두께 방향으로 마이크로톰을 사용하여 두께 30㎛ 전후로 절단한다. 이 절편을 광학 현미경을 사용하여 30배 확대시켜 관찰하여, 농담, 즉 짙은부분과 옅은 부분을 판정한다. 상대적으로 기포 밀도가 높은 층은 짙고(어둡고), 기포 밀도가 낮은 층은 옅게(밝게) 관찰된다. 다음에 광학 현미경의 시야에서 그 짙은 부분과 옅은 부분으로 구분되는 각 층의 두께를 측정된다.
(2) 분포 지수 및 변동 계수
발포체의 각 층의 임의의 개소를 절단하여, 그 절단면을 주차형 전자 현미경으로 50배 내지 150배 범위에서 확대한 사진을 촬영한다. 그 사진으로부터 임의의 개소에 약 0.04mm2의 시야로 설정하고, 화상 처리 장치(닛뽕 아피오닉스(주)제 Color Image Processor SPICCA-II)에 설치한다. 화상 처리에 의해 개개의 개방 기포의 최대 직경을 측정하고, 그 시야에 존재하는 오픈셀에서 LMax, LMin, Lav를 계산하여 분포 지수 및 변동 계수를 산출한다.
(3) 기포 밀도
기포체의 각 층의 임의의 개소를 절단하고, 그 절단면을 주차형 전자 현미경으로 50배 내지 150배의 범위에서 확대한 사진을 촬영한다. 그 사진으로부터 임의의 개소에 400μ x 400μ 의 시야를 설명하여, 그 시야에 존재하는 기포의 개수(M)를 읽고, 하기 식에 따라 기포 밀도(개/cm2)를 산출한다
(4) 발포 배율
다음 식에 의해 산출한다.
발포 배율 = 수지 밀도(g/cm3)/발포체 밀도(g/cm3)
(5) 독립 기포율
ASTM D 2856에 기재된 에어 피크노미터법에 의한 연속 기포율의 차분으로서 계산한다.
(6) 수지 중의 알콜류의 정량
수분을 칼 피셔법에 의해 정량하고, 알콜은 수지로부터 휘산시켜, 가스 크로마토그래피를 사용하여 정량한다.
(7) 경도
일본 고무 협회 표준 규격 SRIS 0101에 따라 고분자 계기(주)제 ASKER Type C를 사용하여 측정한다.
(8) 테버 마모량
두께 1mm의 시험편을 사용하여 JIS K7204에 기재된 방법에 따라, 시험편에 가하는 가중을 1,000g으로 하고, 회전수 1,000회에서의 마모 질량을 측정하여, 그 질량을 수지의 밀도로 나눈 것을 마모량으로 한다.
(9) 연마 특성 평가
전가공으로서 평균 입경이 5μ의 알루미나 연마 입자를 사용하여 랩핑한 직경 50mm, 두께 450μ의 GaAs 단결정 웨이퍼를 제1도에 나타낸 연마 장치에서 연마하고, 이때의 웨이퍼 표면의 품질을 기준으로서 연마 특성을 평가한다.
연마 장치는 상대향하여 회전하는 상하 2매의 플레이트(1,3)으로 이루고, 상기 GaAs 단결정 웨이퍼 5와 직경 300mm, 두께 1.0mm의 연마포(6)를 부착하여, 양 플레이트간에 80g/㎠ 의 압력을 가하고, 상하 플레이트를 각각 매분 120회전으로 회전시켜, 연마액으로서 2% Br2의 메탄올 용액을 점적 장치(7)로부터 매분 10cc의 비율로 적하하면서, 1매의 웨이퍼에 대하여 1시간 연마를 실시한다. 이 조작을 반복하고, 합계 24매의 웨이퍼를 연마한 후 , 최후의 웨이퍼 표면에 직시 또는 확대 관찰에 의해 연마 표면의 품질 평가를 실시한다.
평가 판정의 기준은 아래와 같다.
표면 평활성 우량, 스크래치 상처 없음 : ◎
표면 평활성 양호, 스크래치 상처 없음 : ○
표면 평활성 불량 또는 스크래치 상처 있음 : ×
연부 무딤 없음 : ◎
연부 무딤 있음 : ×
(10) 유전율
발포체의 시험체를 YHP-4192A (요꼬가와 휴렛 팩커드사(Yokogawa-Hewlette-Packard, Ltd.)제품)를 사용하여, 주파수 1 MHZ에서 측정한다(유전율 : ε1). 그 시험체에 대하여, 50% 압축 후 다시 유전율을 측정한다(유전율: ε2).
(11) 인열 강도
엘멘도르프 인열 시험기를 사용하고, ASTM D 1922에 따라 측정한다.
(12) 압축 시험
시마즈(Shimazu) 오토그래프 AG-500 D를 사용하여 두께 2mm의 시료를 사용하여 압축 응력 내지 변형 곡선을 측정하고 50% 압축 변형시의 압축 강도 및 연마포로서 사용시의 부하 압력을 상정하여, 압축 응력이 200g/㎠ 이하에서의 압축 탄성율을 측정한다.
(13) 수지의 리사이클성 평가
발포체를 수지의 융점보다 60 내지 80℃ 높은 온도에서 가열 용융시켜 프레스에 대한 막을 만들고, 그 때의 용융 균일성 및 착색 정도에 따라 평가한다. 평가 판정의 기준은 아래와 같다.
발포전의 원반(原反)시트와 동등한 균일성 및 착색 없음 : ◎
발포전의 원반시트와 비교하여 용융 불균일 및 착색 있음 : ×
(14) 내전압 측정
50% 압축한 후의 시료에 대하여, ASTM D 149에 기재된 방법에 준하여, 1kv/초로 승압하여 절연 파괴 강도를 측정하고, 단위 두께당으로 환산하여 구한다.
[실시예1]
불소화 비닐리덴-헥사플루오로프로필렌 공중합 수지(밀도 1.76g/㎠, 융점 150℃)를 사용하여 핫프레스로서 두께 1.1mm의 시트를 작성하였다(이하, 시트 a). 시트 a를 내압 용기에 넣은 후, 테트라플루오로에탄을 이 용기에 압입하고, 시트 a를 테트라플루오로에탄의 액상에 침지하였다. 이 용기를 70℃의 항온 수조에 넣고, 30시간 유지하였다. 수득된 함침 시트(이하 시트 b)를 이 내압 용기로부터 빼내어 중량 측정에 의해 테트라플루오로에탄의 함침량 및 함수량을 계산한 결과, 각각 5.9 중량%, 0.005 중량 %였다. 시트 b를 40℃의 온수 중에 30분 침지한 결과, 테트라플루오로에탄의 함침량은 5.6 중량%로 감소하고, 수분은 0.044 중량 %였다. 이 함침 시트를 원자외 히터를 구비한 온도 190℃의 가열로 중에서 15초 유지하여, 발포 시트를 수득하였다.
수득된 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 이 발포체의 두께 방향으로 절단하여 단면을 광학 현미경으로 관찰한 결과, 양 표면측이 짙고, 중심부가 옅은 3층 구조가 관찰되었다. 짙은 층은 각각 전체 두께의 20%씩 점유하고 있었다.
수득된 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 연마 특성의 평가에 있어서는 이 발포체의 표층의 미발포층을 절단하여 제거하고 , 짙은 층을 연마면으로서 사용하였다. 압축에 의해서도 유전율이 변화하지 않고, 양호한 연마 특성, 인열 강도, 압축 강도 및 초기 탄성율을 나타냈다.
[실시예 2]
시트 b를 40℃ 온수 중에 1시간 침지하고, 테트라플루오로에탄의 함침량이 5.4중량, 수분이 0.053 중량 의 시트를 수득한 것 이외는 실시예 1과 동일한방법으로 발포 시트를 수득하였다.
수득한 발포 시트를 특성을 측정한 결과를 표 1애 나타낸다. 발포 시트의 단면은 양 표층측이 짙고, 중심부가 옅은 3층 구조를 나타냈다. 중심부는 실시예 1의 발포 시트의 그것과 비교하여 진하게 관찰되었다. 짙은 층은 각각 전체 두께의 30%씩을 점유하고 있었다.
수득된 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 연마 특성의 평가는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[실시예 3]
내압 용기에 물을 넣고, 실시예 1에서 사용한 시트 a를 내압 용기 중에 물에 젖지않도록 매달고, 이것에 테트라플루오로에탄을 가스상으로 18kg/㎠ 압력에서 압입하였다. 이 내압 용기를 80℃의 항온 수조에 넣고 24시간 유지하였다. 수득된 함침 시트의 테트라플루오로에탄의 함침량 및 함수량은 각각 4.8 중량%, 0.17중량%였다. 실시예 1과 동일한 방법으로 발포 시트를 수득하였다.
수득된 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포 시트의 단면은 양 표면측이 옅고, 중심부가 짙은 3층 구조였다. 옅은 층은 각각 전체 두께의 20%씩을 점유하고 있었다.
수득된 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 연마 특성의 평가에 있어서는 이 발포체의 한쪽 표층에서 절단하여 한쪽의 옅은 층을 제거하고 노출시킨 짙은 층을 연마면으로서 사용하였다. 우수한 인열 강도를 나타내고 있다.
[실시예 4]
테트라플루오로에탄의 압입을 13kg/㎠로 하고, 테트라플루오로에탄의 함침량이 2.9 중량%, 수분이 0.17 중량%의 시트를 수득한 것 이외는 실시예 3과 동일한 방법으로 발포 시트를 수득하였다.
수득된 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포체의 단면은 양 표면측이 옅고, 중심부가 짙은 3층 구조였다. 옅은 층은 각각 전체 두께의 30%씩을 점유하고 있었다.
수득된 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 연마 특성의 평가는 실시예 3과 동일하게 실시하였다. 역학 특성으로서 우수한 인열 강도를 나타냄과 동시에, 우수한 초기 탄성율 및 압축 강도를 나타내고 있다.
[실시예 5]
테트라플루오로에탄의 압입을 6kg/㎠로 하고, 테트라플루오로에탄의 함침량이 1.3중량%, 수분이 0.16 중량%의 함침 시트를 얻은 것 이외에는 실시예 3과 같은 방법으로 발포 시트를 얻었다.
얻어진 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포체의 단면은 양 표층측이 옅고, 중심부가 짙은 3층 구조를 나타냈다. 옅은 층은 각각 전체 두께의 30%씩을 차지했다.
얻어진 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 연마 특성의 평가는 실시예 3과 같이 했다.
[실시예 6]
물로 포화시킨 테트라플루오로에탄을 사용하고 내압 용기를 100℃, 24시간 유지하여, 테트라플루오로에탄의 함침량이 10.7 중량%, 수분 0.17 중량%인 함침 시트를 얻은 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 발포 시트를 얻었다.
얻어진 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포체의 단면은 양 표층측이 옅고, 중심부가 짙은 3층 구조를 나타냈다. 옅은 층은 각각 전체 두께의 25%씩을 차지했다.
얻어진 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 연마 특성의 평가는 실시예 3과 같이 했다.
[비교예 1]
내압 용기 안에 물을 넣지 않은 것 이외에는 실시예 3과 같이 했다. 얻어진 시트의 테트라플루오로에탄의 함침량은 4.8 중량%이고, 수분은 0.005중량%였다. 실시예 3과 같은 방법으로 발포 시트를 얻었다.
얻어진 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포체의 단면은 농담은 발견되지 않는 단일한 층이었다.
얻어진 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 연마 특성의 평가는 한쪽 표층의 미발포층을 제거하고, 그 면을 연마면으로 사용했다.
[비교예 2]
테트라플루오로에탄의 압입을 2kg/㎠로 하고, 테트라플루오로에탄의 함침량이 0.3 중량%, 수분이 0.16 중량%인 함침 시트를 얻은 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 발포 시트를 얻었다.
얻어진 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포체의 단면은 양 표층측이 옅고, 중심부가 짙은 3층 구조를 발견되었다. 옅은 층은 각각 전체 두께의 15%씩을 차지했다.
얻어진 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 연마 특성의 평가는 실시예 3과 같이 행하였다. 유전율이 불소계 수지로 기대되는 유전율(2.1 이하)을 밑돌지 않는다는 것이 나타난다.
[비교예 3]
물로 포화시킨 테트라플루오로에탄을 사용하여, 내압 용기를 105℃, 70시간 유지하고, 테트라플루오로에탄의 함침량이 20.4 중량% 수분이 0.17 중량%인 함침 시트를 얻은 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 발포 시트를 얻었다.
얻어진 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포체의 단면은 양 표층측이 옅고, 중심부가 짙은 3층 구조를 나타났다. 옅은 층은 각각 전체 두께의 25%씩을 차지했다.
얻어진 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 연마 특성의 평가는 실시예 3과 같이 했다. 유전율은 압축에 의해 크게 변화한다는 것이 나타난다.
[비교예 4]
실시예 1에서 얻어진 시트 a를 사용하여, 내압 용기에 넣고 디클로로디플루오로메탄을 압입하여 75℃, 100시간 함침했다. 함침 시트의 디클로로디플루오로메탄의 함침량은 4.24 중량% 수분은 0.005 중량%였다. 실시예 1과 같은 방법으로 발포 시트를 얻었다.
얻어진 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포체의 단면은 농담이 발견되지 않는 단일한 층이었다.
얻어진 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 연마 특성의 평가는 한쪽 표층의 미발포층을 제거하고, 그 면을 연마면으로 사용했다.
[비교예 5]
실시예 1에서 사용한 시트 a의 양면에, 500kV의 전자선 조사 장치로 20Mrad의 흡수선양에 상당하는 전자선을 조사했다. 이 시트에서는 산성 가스의 발생이 인정되었다. 이 시트를 내압 용기내에서 디클로로디플루오로메탄에 침지하여, 75℃, 100시간 유지한 후, 내압 용기에서 꺼냈다. 이 시트에 함침된 디클로로디플루오로메탄의 양은 4.0 중량%이며. 이 시트중의 수분은 0.005 중량%였다. 이 시트를 25℃, 상대 습도 95%의 항온실에 5시간 방치 후, 실시예 1과 같은 방법으로 발포 시트를 얻었다.
얻어진 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포체의 단면은 양 표층측이 짙고, 중심부가 옅은 3층 구조였다. 짙은 층은 각각 전체 두께의 17%씩을 차지했다.
얻어진 발포 시트의 성능을평가한결과를 표 2에 나타낸다. 연마 특성의 평가는 실시예 1과 같이 했다.
[실시예 7]
실시예 1에서 사용한 불화 비닐리덴-헥사플루오로프로필렌 공중합체 수지를 핫 프레스로 두께 0.2mm인 시트를 제작했다. 이 시트를 내압 용기에 넣고, 실시예 1과 같이 테트라플루오로에탄을 함침한 후, 0℃의 물에 10시간 침지했다. 이 시트의 테트라플루오로에탄의 함침량 및 함수량은 각각 4.6 중량%, 0.06 중량%였다. 이 시트를 실시예 1과 같이 발포시켰다.
얻어진 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포체의 단면은 양 표층측이 짙고, 중심부가 옅은 3층 구조였다. 짙은 층은 각각 전체 두께의 30%씩을 차지했다.
얻어진 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 8]
실시예 7에서 사용한 두께 0.2mm인 시트를 사용한 이외는 실시예 3과 같은 방법으로 발포 시트를 얻었다. 발포 전 시트의 테트라플루오로에탄의 함침량 및 함수량은 각각 4.5중량%, 0.16 중량%였다.
얻어진 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포체의 단면은 양 표층측이 어ㅌ고, 중심부가 짙은 3층 구조였다. 옅은 층은 각각 전체 두께의 26%씩을 차지했다.
얻어진 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 9]
실시예 3에 있어서, 시트 a 대신에 실시예 7에서 사용한 두께 0.2mm의 시트를 사용하고, 내압 용기에 넣은 물을 메탄올로 교체한 것 이외는 실시예 3과 동일한 방법으로 함침 및 발포를 실시하였다. 발포 전의 시트의 테트라플루오로에탄의 함침량은 각각 4.5 중량%, 0.06 중량%였다.
수득된 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포체의 단면은양 표면층측이 옅고, 중심부가 짙은 3층 구조였다. 옅은 층은 각각 전체 두께의 12%씩을 점유하고 있었다.
수득된 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다.
[비교예 6]
실시예 7에서 사용한 두께 0.2mm의 시트를 내압 용기에 넣고 1-헥산올을 함유하는 테트라플루오로에탄에 침지하여 70℃에서 30시간 유지하였다. 수득된 함침 시트의 테트라플루오로에탄의 함침량은 5.5%, 1-헥산올의 함침량은 0.015 중량%었다. 실시예 1과 동일한 방법으로 발포 시트를 수득하였다.
수득된 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포체의 단면은 농담이 인정되지 않는 단일한 층이었다.
수득된 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 유전율이 압축에 의해 크게 변화하는 것이 나타나고 있다.
[실시예 10]
테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로프로필 퍼플루오로비닐에테르의 공중합체(밀도 2.15g/㎠, 융점 308℃)를 사용하고 핫 프레스로서 두께 1mm의 시트(이하, 시트c)를 작성하였다. 시트 c를 내압용기에 넣고, 수분 함유의 퍼플루오로펜탄에 침지하여, 이 용기를 80℃에서 45시간의 항온 수조에 유지하였다. 수득된 함침 시트(이하, 시트 d)를 이 용기로부터 빼내고, 중량을 측정하여 퍼플루오로펜탄의 함침량 및 함수량을 계산한 결과, 각각 7.0 중량%, 0.035 중량%였다. 시트 d를 원적외 히터를 구비한 400℃의 가열로 중에서, 35초 유지하여 발포 시트를 수득하였다.
수득된 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포체의 단면은 양 표층측이 옅고, 중심부가 짙은 3층 구조였다. 옅은 층은 각각 전체 두께의 22%씩을 점유하고 있었다.
수득된 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 연마 특성의 평가에 있어서는 이 발포체의 한쪽 표층에서 절단하여 한쪽의 옅은 층을 제거하고, 노출시킨 짙은 층을 연마면으로 사용하였다.
[실시예 11]
실시예 10의 시트 c를 사용하여, 내압 용기 중에서 펜타플루오로프로판올 함유의 퍼플루오로헥산에 침지하고, 용기를 80℃의 항온조 중에서 35시간 유지하였다. 퍼플루오로헥산 및 펜타플루오로프로판올의 함침량은 각각 5.7 중량%, 0.018 중량%였다. 실시예 10과 동일한 방법으로 발포 시트를 수득하였다.
수득된 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포시트의 단면은 양 표면층이 옅고, 중심부가 짙은 3층 구조였다. 옅은 층은 각각 전체 두께의 35%씩을 점유하고 있었다.
수득된 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 연마 특성의 평가는 실시예 10과 동일하게 실시하였다.
[실시예 12]
실시예 10에서 사용한 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로프로필 퍼플루오로비닐에테르의 공중합체 수지를 사용하여 두께 0.2mm의 시트를 수득하였다. 이 시트를 내압 용기에 넣은 후, 수분 함유의 퍼플루오로헥산에 침지하여 70℃에서 50시간 유지하였다.
수득된 함침 시트의 퍼플루오로헥산의 함침량은 7.2 중량%, 함수량은 0.015 중량%였다. 이 시트를 사용하여, 실시예 10과 동일한 방법으로 발포 시트를 수득하였다.
수득된 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포 시트의 단면은 양 표층측이 옅고, 중심부가 짙은 3층 구조였다. 옅은 층은 각각 전체 두께의 10%씩을 점유하고 있었다.
수득된 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표 2에 나타낸다.
[실시예 13]
실시예 12의 시트를 사용하여, 포화 수분 함유의 테트라플루오로에탄에 75℃에서 40시간 침지한 후, 별도의 내압 용기에 넣고 10℃에서 10kg/㎠의 질소 가스 가압하에서 30시간 유지하였다.
수득된 함침 시트의 테트라플루오로에탄의 함침량은 2.4 중량%, 함수량은 0.02중량%였다. 이 시트를 사용하여, 실시예 10과 동일한 방법으로 발포 시트를 수득하였다.
수득된 발포 시트의 각 특성을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 발포시트의 단면은 양 표층측이 옅고, 중심부가 짙은 3층 구조였다. 옅은 층은 각각 전체 두께의 13%씩을 점유하고 있었다.
수득된 발포 시트의 성능을 평가한 결과를 표에 표시한다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명의 불소계 수지 발포체는 특정한 발포 배율 및 독립 기포율, 동시에 기포 밀도가 다른 층으로 이루어진 다층 구조를 형성하고, 각 층의 임의의 절단면에서의 개방 기포의 최대 직경이 극히 균일하기 때문에, 연부 무딤 현상을 일으키지 않고, 장시간의 연마에 대하여 안정하며, 인열 강도와 압축 강도 등의 기계 강도가 우수하고, 발포체의 압축 전후에서 안정된 유전율을 나탸내며, 대전압성이 우수하다.
따라서, 실리콘 단결정 웨이퍼, 화합물 반도체 웨이퍼, 액정용 유리 기판, 액정용 컬러 필터 등의 전자 재료용의 연마포, 소프트 가스켓, 전기 절연 테이프, 전기 피복재, 또한 단열성을 활용하여 텐트천, 막 구조 건축의 지붕재 및 단열 튜브등 광범위한 용도에 유효하다.
본 발명의 불소계 수지 발포체는 연마포로서 사용할 경우, 웨이퍼 등의 정밀 연마에서 문제가 되는 연부 무딤 현상은 상대적으로 기포 밀도의 높은 층에서 연마함으로써 해소된다. 더욱이, 스크래치 등의 가공 결함이 생기기 어렵고, 탄성 변형이 작은 재료와 큰 재료가 복합된 재료와 같은 기능을 나타내고 있다.
또한, 본 발명의 불소계 수지 발포체는 기포 밀도가 높은데도 불구하고, 다층의 기포 구조 때문에 웨이퍼 등의 정밀 연마에서 연마포에 적용되는 50 내지 200 g/㎠ 정도의 하중 범위와 같은 극히 초기의 압축 탄성율 및 인열 강도가 향상되는 경향이 보인다.
특히, 특정한 테버 마모량 및 경도를 갖는 발포체는 웨이퍼 등의 정밀 연마포로 사용했을시, 연부 무딤 현상을 일으키지 않고, 장시간 안정된 연마 성능을 발휘한다.
더욱이, 본 발명의 발포체는 가교 구조를 갖지 않으므로 재차 용융 가공할 수 있고, 제조 공정에서의 수지의 리사이클, 제품의 조원료 수지로의 리사이클이 가능하다.
또한, 본 발명의 방법에 따르면, 상기된 우수한 특성을 갖는 불소계 수지 발포체를 좋은 효율로 확실하게 제조할 수 있다.

Claims (10)

  1. 발포 배율이 4배 이상 30배 이하이고 독립 기포율이 40% 이상인, 가교 구조를 갖지 않는 열가소성 불소계 수지로 이루어지는 발포체로서, 이 발포체의 내부에는 기포 밀도가 다른 층으로 이루어진 계면을 적어도 하나 포함하고, 하기 식으로 표시되는, 극 각 층의 임의의 절단면에 존재하는 개방 기포의 최대 직경의 분포 지수(Sc) 및 변동 계수 (Cv)가 각각 0Sc ≤ 6 및 0Cv ≤ 1 인, 불소계 수지로 이루어지는 발포체
    Sc = (LMax- LMin)/Lav.......... (1)
    Cv = SD/Lav.......... (2)
    상기 식에서,
    LMax,LMin및 Lav는 각각 개방 기포의 최대 직경의 최대치, 최소치 및 평균치를 나타내고, SD는 표준편차를 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서, 각층의 기포 밀도의 비가 적어도 106개 /㎤ 인 불소계 수지 발포체.
  3. 제1항에 있어서, 각층의 기포 밀도의 비가 5 이상 105이하인 불소계 수지 발포체.
  4. 제1항에 있어서, 발포체가 표충에 미발포층을 포함한 불소계 수지 발포체.
  5. 제1항에 있어서, 발포체가 25mm3이상 240mm3이하의 테버(Taber) 마모량을 갖는 불소계 수지 발포체.
  6. 제1항에 있어서, 발포체가 15 이상 93 이하의 경도를 갖는 불소계 수지 발포체.
  7. 가교 구조를 갖지 않는 열가소성 불소계 수지에, 이 수지의 결정 융점 이하의 비점을 갖는 탄소수 1 내지 8의 플루오로카본을 0.4 내지 20 중량%, 및 물, 또는 비점이 150℃ 이하이고 증발 잠열이 7.0kcal/m 이상인 알콜로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 0.01 내지 1 중량% 함유시켜 발포시키는 것을 특징으로 하는 불소계 수지 발포체의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 플루오로카본을 1내지 15중량% 함유시켜 발포시키는 것인 불소계 수지 발포체의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 물 또는 비점이 110℃ 이하이고, 증발 잠열이 8.0kcal/mol 이상인 알콜로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 함유히켜 발포시키는 것인 불소계 수지 발포체의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서, 물을 0.04 내지 0.8 중량%를 함유시켜 발포시키는 것인 불소계 수지 발포체의 제조 방법.
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