KR100260967B1 - 폴리테트라플루오로에틸렌 다공성 필름을 포함하는 공기 여과기 - Google Patents

폴리테트라플루오로에틸렌 다공성 필름을 포함하는 공기 여과기 Download PDF

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니시바야시히로후미
이노우에오사무
야마모또가쓰또시
구스미도시오
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이노우에 노리유끼
다이낑 고오교 가부시키가이샤
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Abstract

반소결 폴리테트라플루오로에틸렌 재료를 연신하고 연신된 재료를 소결 폴리테트라플루오로에틸렌의 융점보다 높은 온도에서 가열하여 제조되고, 주사 전자현미경 사진의 상 프로세싱에 의해 99 : 1 내지 75 : 25 의 피브릴 대 노드의 면적 비율, 0.05 내지 0.2 ㎛ 의 평균 피브릴 직경 및 2 ㎛2 이하의 최대 노드 면적이 측정되고, 및 0.2 내지 0.5 ㎛ 의 평균 공극 크기를 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌 다공성 필름

Description

폴리테트라플루오로에틸렌 다공성 필름을 포함하는 공기 여과기{AIR FILTER COMPRISING POLYTETRAFLUOROETHYLENE POROUS FILM}
본 발명은 폴리테트라플루오로에틸렌 (이후에는 'PTFE' 로 언급한다) 다공성 필름, 그의 제조방법 및 그를 포함하는 여과기에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 공업에서 사용되는 클린 룸 (clean room) 내의 공기 또는 기타 기체내에 현탁된 미세 입자를 트랩핑 (trapping) 하는데 적절하고 공기 또는 기타 기체의 작은 압력 손실을 발생시키는 공기 여과기에 유용한 신규 PTFE 다공성 필름에 관한 것이다.
클린 룸에 사용되는 공기 여과기의 물질로서는 유리섬유 및 결합제의 혼합물로부터 시이트를 형성함으로써 제조한 여과물질이 종종 사용되었다. 그러나, 그러한 여과 물질은 몇몇 단점을 갖는데, 예를 들면, 여과 물질 내에 부착된 미소 섬유의 존재, 여과 물질을 가공하거나 접는 (folding) 도중에 발생하는 셀프-더스팅(self-dusting), 또는 셀프-더스팅을 억제하기 위해 첨가되는 결합제 양의 증가로 인해 발생되는 압력 손실의 증가 (참고. 일본국 특허 공개 공고 제 16019/1988 호 또는 대응하는 미합중국 특허 제 4,877,433 호) 가 있다. 또한, 그러한 여과물질이 불화수소산과 같은 특정 화학물질과 접촉될 때, 유리 및 결합제의 열화로 인하여 먼지가 생성된다.
그러한 단점을 해결하기 의하여, 합성 섬유로 제조된 엘렉트렛 여과기가 일본국 특허 공개 공보 제 53365/1979 에 제안되었으나, 엘렉트렛의 열화로 인한 문제점이 존재한다.
상기 결점을 극복하기 위하여, 여과 물질에 대한 보조부재로서 연신 다공성 PTFE 필름을 사용하는 것이 제안되었다 (참고. 일본국 특허 공개 공고 제 16019 /1988 및 284614/1990 호).
그러나, 이 제안은 압력 손실의 증가를 방지하기 위해 1 ㎛ 이상의 공극 크기의 다공성 PTFE 필름을 사용한다.
상기 공극 크기보다 작은 입자크기를 갖는 현탁된 입자가 트랩핑될 수 있는 이론적인 근거는 하기와 같을 수 있다:
유체로부터 여과기에 의해 입자를 제거하는 것에 대하여는 하기 세개의 메카니즘이 존재한다 (참고. Domnick Hunter Filters Limited 의 팜플렛).
1. 직접 차단
비교적 큰 입자들은 여과기 물질의 미세섬유에 의해 직접 차단되고 체질된 것처럼 제거된다.
2. 관성 충돌
입자가 미세섬유중의 구부러진 공간을 통과할때, 그들은 기체만큼 빠르게 그들의 움직임 방향을 변화시킬 수 없기 때문에 그들은 미세섬유에 충돌하고 거기에 부착된다.
3. 확산/브라운 운동
매우 작은 입자의 움직임은 분자간 힘 또는 정전기에 의해 조절되고 그들은 기체중에서 나선형으로 움직여서 그들의 겉보기 직경이 증가되고 관성 충돌의 경우에서와 같이 미세섬유에 부착된다.
또한, 현탁된 입자는 엘렉트렛에 의한 전하 트랩핑 메카니즘에 의해 트랩핑될 수 있다 (참고. 일본국 특허 공개 공고 제 53365/1979 호).
그러나, 일본국 특허 공개 공고 제 284614/1990 호 및 대응하는 EP-A-395331 호로부터 알 수 있는 바와 같이, 1 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 입자를 이 메카니즘에 의해 완전히 제거할 수 없다.
여과기 물질로서 사용되는 전형적인 PTFE 다공성 필름중의 하나가 일본국 특허 공고 제 17216/1981 호 및 대응하는 미합중국 특허 제 4,187,390 호에 공개되어 있다.
이 PTFE 다공성 필름으로는, 연신 비율을 크게하여 공극도를 증가시켜서 작은 압력 손실을 제공하여야 한다.
그 결과, 공극 크기가 증가된다. 공극 크기를 감소시키기 위하여, 연신 비율을 크지 않게 할 수 없으며 제조된 다공성 필름은 큰 압력 손실을 갖는다.
본 발명의 목적은 작은 공극 크기와 또한 작은 압력 손실을 갖는 PTFE 다공성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 초미세 입자를 트랩핑하는 개선된 성능을 갖는 여과기 물질을 제공하는 것이다.
제 1 도는 실시예에서 사용된 연신 기구를 개략적으로 나타낸다.
제 2 도는 비소결(unsintered) PTFE 물질 및 소결(sintered) PTFE 물질의 결정 용융 곡선을 나타낸다.
제 3 도는 반소결(semisintered) PTFE 물질의 결정 용융 곡선을 나타낸다.
제 4 및 5 도는 각각 실시예 1 및 2 에서 제조된 PTFE 다공성 필름의 SEM 사진이다.
제 6 및 7 도는 각각 상기 제 4 및 5 도를 프로세싱하여 얻은 상이다.
제 8 및 9 도는 각각 제 6 및 7 도에서 분리한 피브릴의 상이다.
제 10 및 11 도는 각각 제 6 및 7 도에서 분리한 노드(node)의 상이다.
제 12 및 13 도는 각각 상업적으로 구입 가능한 PTFE 필름 A 및 B 의 SEM 사진이다.
제 14 및 15 도는 각각 제 12 및 13 도를 프로세싱하여 얻은 상으로부터 분리한 피브릴의 상이다.
제 16 및 17 도는 제 12 및 13 도를 프로세싱하여 얻은 상으로부터 분리한 노드의 상이다.
제 18 내지 24 도는 PTFE 다공성 필름의 피브릴-노드 구조의 모델을 나타낸다.
제 25 도는 실시예 3 및 4 에서 사용된 연신 및 적층 기구를 개략적으로 나타낸다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
1, 13: 필름 공급 롤 2, 21: 감는 롤
3 ∼ 9, 12: 롤 10, 17: 열고정롤
11: 냉각롤 14: 공급 조절 장치
15: 예열 오븐 16: 가로방향 연신을 위한 오븐
18, 19: 적층롤 (19: 가열롤) 20: 감기 조절 장치
22, 23: 부직포 적층을 위한 드럼
본 발명의 첫번째 국면에 따르면, 반소결 PTFE 물질을 연신하고 연신된 물질을 소결 PTFE 의 융점 이상의 온도에서 가열하여 제조되고, 주사 전자현미경 사진의 상 프로세싱에 의해 측정되는 99:1 내지 75:25 의 피브릴 대 노드의 면적비율, 0.05 내지 0.2 ㎛ 의 평균 피브릴 직경 및 2 ㎛2이하의 최대 노드 면적, 및 0.2 내지 0.5 ㎛ 의 평균 공극 크기를 갖는 PTFE 다공성 필름이 제공된다.
본 발명의 두번째 국면에 따르면, 반소결 PTFE 물질 두께의 20 분의 1 이하의 두께를 가지며 (예를 들면, 반소결 물질의 두께가 1OO ㎛ 이면, 다공성 필름의 두께는 5 ㎛ 이하이다), 0.2 내지 0.5 ㎛ 의 평균 공극 크기 및 공기가 필름을 통해 5.3 cm/초의 유속으로 통과할때 10 내지 10O mmH20 의 압력 손실을 갖는 PTFE 다공성 필름이 제공된다.
본 발명의 PTFE 다공성 필름은 그 자체로 사용되거나, 낮은 압력 손실을 갖는 별개의 보강 물질을 적층함으로써 보강할 수도 있다. 적층 PTFE 다공성 필름은 개선된 취급성을 갖는다. 적층 PTFE 다공성 필름은 주름 모양으로 접어서 초미세 입자를 트랩핑하기 위한 여과기로서 사용할 수 있다.
보강 물질로서, 부직포, 직물, 메쉬 또는 기타 다공성 물질을 사용할 수 있다. 보강 물질은 다양한 원료 물질, 예컨대 폴리올레핀 (예를들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리아미드, 폴리에스테르, 아라미드 또는 그들의 복합물, 예컨대 중심/외피 구조를 갖는 섬유의 부직포, 저융점 물질 및 고융점 물질의 2-층 부직포, 플루오로레진 (예를들면, 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체 (PFA), 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체 (FEP), PTFE 등)등으로부터 제조할 수 있다. 이들 중에서, 중심/외피 구조를 갖는 섬유의 부직포 및 저융점 물질 및 고융점 물질의 2-층 부직포가 적층시 수축되지 않기 때문에 바람직하다. 그러한 보강재료와 적층된 필름은 HEPA(고효율 미립 공기)여과기의 형태로 용이하게 가공되며, 여과기 부품으로서 가공시 접는 주름의 수를 증가시킬 수 있다.
적층의 구조는 제한되지 않는다. 예를들면, 보강 물질의 한쪽 또는 양쪽 표면상에, 본 발명의 PTFE 다공성 필름(들)을 적층하거나, PTFE 다공성 물질을 한쌍의 보강 물질사이에 끼워넣는다.
PTFE 다공성 필름 및 보강물질은 임의의 통상적인 방법에 의해 적층될 수 있는데, 예를 들면 보강 물질의 일부를 용융시키거나, 접착제로서, 폴리에틸렌, 폴리에스테르 또는 PFA 의 분말 또는 열용융수지를 사용하는 열압축 결합에 의해서이다.
상기 설명한 바와 같은 입자 제거 메카니즘의 면에 있어서, 입자들을 잘 트랩핑하기 위하여 일단 여과기의 섬유에 부착된 입자의 탈착을 방지하거나 입자들을 통한 통과를 막는 것이 필수적이다. 마지막으로, 확실하게 트랩핑될 수 있는 입자의 입자크기보다 작은 공극 크기를 갖는 여과기 물질이 사용되어야 하므로, 작은 평균 공극 크기를 갖는 PTFE 다공성 물질이 바람직하다.
여과기 물질의 공극직경 및 공극도가 동일할때 압력 손실이 필름 두께에 비례하기 때문에 필름 두께가 얇을수록 좋다.
여과기 물질의 압력 손실, 공극 크기, 공극도 및 필름 두께가 동일할지라도, 입자를 트랩핑하는 성능은 물질에 따라 다양하다. 이론적으로, 0.5 ㎛ 이하의 직경을 갖는 얇은 섬유를 사용하고 결합제, 즉 섬유 이외의 물질의 양을 감소시키는 것이 바람직하다 (참고. The 52 Year Preprint of Emi Jun of the Chemical Engineering Society).
본 발명의 PTFE 다공성 필름은 그러한 조건을 만족시킨다.
본 발명의 PTFE 다공성 필름을 그의 제조 방법과 함께 하기에 보다 상세히 기술한다.
본 발명에서 원료물질로서 사용되는 PTFE 필름의 비연신 물질은 일본국 공개 공보 제 152825/1984 호 (대응하는 미합중국 특허 제 4,596,837 호) 에 공개된 PTFE 의 반소결 물질이다.
반소결 PTFE 물질을 적어도 50, 바람직하게는 적어도 1O0, 보다 바람직하게는 적어도 250 의 면적 연신 비율에서 이축 방향으로 연신한 다음 소결하며, 소결된 PTFE 다공성 필름은 매우 독특한 필름구조를 가지며 실질적으로 노드가 없는 섬유들로 구성된다.
이렇게 제조된 PTFE 다공성필름은 매우 작은 평균 공극 크기, 예를 들면 0.2 내지 0.5 ㎛ 를 가지며 그의 두께는 비연신 반소결 PTFE 물질 두께의 20 분의 1 내지 100 분의 1 로 감소된다.
상기와 같은 파라미터는 반도체상에 미세무늬가 형성될 수 있도록 공간을 매우 깨끗하게 유지하기 위한 공기 여과기 물질에 적절한 것이다.
상기 구조를 갖는 PTFE 다공성 필름은 통상적인 방법에 의해서는 제조되지 않는다. 예를 들면, 일본국 특허 공고 제 17216/1981 호, 컬럼 11, 23 행 이하에는, '제 1 도는 일축방향으로의 신장 효과를 나타낸다' 고 기술되어 있다. 이축방향 연신 또는 모든 방향으로의 연신에 의해서, 미세섬유가 그들 방향으로 형성되어, 콥웹 (cobwep) 구조 또는 가교결합 구조가 형성되고 이와 연관되어 강도가 증가된다. 중합체의 미세 섬유와 노드 사이의 공간의 크기 및 수가 증가되기 때문에 공극도도 또한 증가된다. 이는 연신 비율의 증가가 단지 공극 크기의 증가만을 결과함을 의미한다.
압력 손실은 공극 크기가 증가하거나 필름 두께가 감소할수록 감소된다. 작은 공극 크기 및 낮은 압력 손실을 갖는 공기 여과기를 제조하기 위하여는, 얇은 PTFE 필름이 사용된다. 일본국 특허 공고 제 17216/1981 호에의 통상적인 방법에 있어서, 연신 비율의 증가는 넓이 및 두께의 감소를 유도하지 않는다. 연신 비율이 매우 증가될때, 공극 크기는 확대된다. 그러므로, 연신전의 필름 두께는 얇아야 하며, 필름은 작은 연신비율로 연신되어야 한다.
그러나, 연신전에 기술적으로 사용가능한 필름의 두께는 기껏해야 30 내지 50 ㎛ 이다. 제조된 필름의 질과 수율을 고려한다면, 연신전의 필름 두께는 약 1OO ㎛ 이다.
본 발명의 특징중의 하나는 최종 PTFE 다공성 필름이 약 1OO ㎛ 의 두께를 갖는 비연신 필름으로부터 제조될 수 있다는 것이다.
본 발명의 파라미터의 일반적 범위와 바람직한 범위는 하기와 같다:
일반적 범위 바람직한 범위
소결도 0.30 ∼ 0.80 0.35 ∼ 0.70
연신 비율: MD 방향 4 ∼ 30 5 ∼ 25
TD 방향 10 ∼ 100 15 ∼ 70
총 50 ∼ 1000 75 ∼ 850
총 연신 비율이 250 이상이면, 소결도는 바람직하게는 0.35 내지 0.48 이다.
일반적 범위 바람직한 범위
평균 공극 크기: 0.2 ∼ 0.5 ㎛ 0.2 ∼ 0.4 ㎛
필름 두께: 0.5 ∼ 15 ㎛ 0.5 ∼ 10 ㎛
피브릴 대 노드의
면적 비율: 99/1 ∼ 75/25 99/1 ∼ 85/15
평균 피브릴 직경: 0.05 ∼ 0.2 ㎛ 0.05 ∼ 0.2 ㎛
노드의 최대 면적: 〈 2 ㎛20.05 ∼ 1 ㎛2
압력손실: 1O ∼ 1OO mmH2O 1O ∼ 7O mmH2O
소결도는 실시예에서 정의된다.
본 발명의 PTFE 다공성 필름을 공기 여과기로서 사용할 수 있다. 또한, 액체가 분배 필름인 본 발명의 PTFE 다공성 필름을 통하여 증기화 될때, 액체내의 불순물 입자를 함유하지 않는 깨끗한 기체를 수득할 수 있다. 그러한 적용의 한 예는 청정 가습기의 분리 필름이다.
본 발명에 따르면, 매우 얇은 PTFE 다공성 필름을 제조할 수 있으며 본 발명의 PTFE 다공성 필름을 방수성 또는 통기성이 요구되는 용도에 사용할 수 있다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 보다 상세히 설명된다.
실시예 1
PTFE 미세 분말 (Po1yflon (상표) Fine-Powder F-104, Daikin lndustries, Ltd. 제조) 로부터 제조한, 1OO ㎛ 의 두께를 갖는 비연신 비소결 PTFE 필름을 339 ℃ 로 유지되는 오븐내에서 50 초간 가열하여 0.50 의 소결도를 갖는 연속 반소결 필름을 수득한다.
반소결 필름을 약 9 cm 정사각의 샘플로 절단하고 그의 네개 면을 필름을 이축 방향으로 동시에 또는 연속적으로 연신할 수 있는 기구 (Iwamoto Manufacturing Co., Ltd) 의 클립으로 고정하고, 320 ℃ 의 대기 온도에서 15 분간 가열하고 필름의 세로방향 ('MD' 방향으로 언급) 으로 10O %/초의 속도에서 5 의 연신 비율로 연신한다.
그다음, 샘플을 필름의 가로방향 ('TD' 방향으로 언급) 으로 15 의 연신비율에서 MD 방향의 길이를 고정시킨 상태로 연속적으로 연신하여 75 의 총 연신 비율 (면적 연신 비율) 로 연신된 다공성 필름을 수득한다.
이 연신 필름을 프레임에 고정하여 수축을 방지하고 350 ℃ 로 유지되는 오븐내에서 3 분간 열고정 (heat set) 한다.
실시예 2
실시예 1 에서 사용된 것과 동일한 0.5 의 소결도의 반소결 필름을 MD 방향으로는 8 의 연신 비율로 TD 방향으로는 25 의 연신 비율로 실시예 1 과 동일한 방법으로 연신하여 (200 의 총 연신 비율), 연신 PTFE 다공성 필름을 수득한다.
이 다공성 필름을 350 ℃ 에서 3 분간 실시예 1 과 동일한 방법으로 열고정한다.
실시예 3
1OO ㎛ 두께의 비연신 비소결 PTFE 필름을 실시예 1 에서 사용된 것과 동일한 PTFE 미세 분말로부터 통상적인 방법에 따라서 페이스트 압출, 롤로의 압연 및 윤활제 건조에 의해 제조하고 338 ℃ 에서 유지되는 오븐내에서 45 초간 가열하여 0.4 의 소결도를 갖는 연속 반소결 필름을 수득한다. 이 가열 단계전에, 필름은 215 mm 의 폭 및 1.55 g/cm3의 비중을 가지며, 이 가열 단계후에는, 필름은 200 mm 의 폭 및 2.25 g/cm3의 비중을 갖는다. 그러나, 가열 전후의 두께는 실질적으로 동일하다.
반소결 필름을 세로방향으로 20 의 연신 비율로 제 1 도의 기구를 사용하여 연신한다.
세로방향 연신 조건은 하기와 같다:
롤 3 및 4 : 공급 속도: 0.5 m/분
온도: 실온
필름 폭: 200 mm
롤 6 : 외면 속도: 4 m/분
온도: 300 ℃
롤 7 : 외면 속도: 10 m/분
온도: 300 ℃
롤 10 : 주변속도: 1O m/분
온도: 25 ℃
감는 롤 2 : 감는 속도: 10 m/분
온도: 실온
필름 폭: 145 mm
롤 6 및 롤 7 의 외면 사이의 간격: 5 mm
세로방향의 면적 연신 비율은 14.5 인 것으로 계산되었다.
그후, 세로 방향으로 연신된 필름을 필름의 양쪽 가장자리를 클립으로 연속적으로 고정할 수 있는 제 25 도의 기구를 사용하여 약 34 의 연신 비율로 연신하고 열고정한다.
제 25 도에 있어서, 숫자는 하기와 같은 부분을 나타낸다.
13 : 필름 공급롤
14 : 공급 조절 장치
15 : 예열 오븐
16 : 가로 방향 연신을 위한 오븐
17 : 열고정 오븐
18,19 : 적층 롤 (19 : 가열 롤)
20 : 감기 조절 장치
21 : 감는 롤
22,23 : 부직포를 적층하기 위한 드럼
상기 단계에 있어서, 연신 및 열고정 조건은 하기와 같다:
필름 공급 속도: 3 m/분
예열 오븐의 온도: 305 ℃
가로 방향 연신을 위한 오븐의 온도: 320 ℃
열고정 오븐의 온도: 350 ℃
총 면적 연신 비율은 약 490 으로 계산된다.
실시예 4
가로 방향으로 연신된 필름의 양쪽 표면상에, 실시예 25 의 기구를 사용하여 부직포를 적층한다.
적층 조건은 하기와 같다.
상층 부직포: ELEVES T l003 WDO
(UNITIKA 제조)
하층 부직포: Melfit BT 030 E
(UNISEL 제조)
가열롤 19 의 온도: 150 ℃
적층 PTFE 다공성 필름의 압력 손실은 평균 25 mmH2O 이다. 압력 손실은 하기와 같이 측정된다.
연신 필름의 각각의 모서리를 같은 길이로 절단하여 800 mm 폭의 필름을 수득하고, 동일한 가로 선상에 동일한 간격으로 존재하는 네개 점에서 압력 손실을 측정한다. 최대 압력 손실은 27 mmH20 이고 최소 압력 손실은 23 mmH2O 이다.
참고예
실시예 1 에서 사용된 것과 동일한 반소결 PTFE 필름을 제 1 도의 기구로 연신한다. 즉, 공급롤 1 로부터 반소결 PTFE 필름을 롤 3, 4, 5 를 통하여 롤 6, 7 로 공급하여 필름을 MD 방향으로 6 의 연신비율로 연신한다.
연신 필름을 롤 8, 9, 열고정 롤 10, 냉각 롤 11 및 롤 12 를 통하여 통과시키고 감는롤 2 에 감는다.
연신 조건은 하기와 같다:
롤 6 : 롤 표면 온도 : 300 ℃
외면 속도 : 1 m/분
롤 7 : 롤 표면 온도 : 300 ℃
외면 속도 : 6 m/분
롤 6 및 7 의 외면 사이의 간격 : 5 mm
롤 10 : 롤 표면 온도 : 300 ℃
외면 속도 : 롤 7 에 일치
연신 필름을 1 m 의 길이 및 15 cm 의 폭으로 절단하고 절단 필름을 폭을 고정하지 않고 TD 방향으로 4 의 연신 비율로 연신하고 350 ℃ 에서 3 분간 열고정한다. 이 연신 필름에서, 본 발명의 정의에 따른 노드는 괸찰되지 않는다.
실시예 1, 2 및 3 및 참고예에서 제조된 필름과 비교예로서의 두종류의 상업적으로 구입가능한 O.1 ㎛ 의 공극 크기를 갖는 PTFE 필름 (A : Millipore 가 제조한 FLUOROGUARD TB 카트릿지 O.1 ㎛ 에 조립된 PTFE 다공성 필름, B : Advantec Toyo 가 제조한 T 30OA 293-D PTFE 멤브레인 여과기) 에 대하여, 평균 공극 크기, 필름 두께, 피브릴 대 노드의 면적 비율, 평균 피브릴 직경, 최대 노드 면적 및 압력 손실을 하기와 같이 측정한다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
실시예번호 필름두께(㎛) 평균공극크기(㎛) 피브릴 대노드의 면적비율 평균피브릴직경(㎛) 최대노드면적(㎛2) 압력손실(mmH2O)
1 4.5 0.26 90/10 0.15 1.2 65
2 1.0 0.28 95/5 0.14 0.38 45
3 0.8 0.30 96/4 0.14 0.36 15
참고예 54 0.27 - 0.27 - 1300
비교예AB 7070 0.282.90 65/35 0.15 7.5 120055
표 1 의 결과로부터, 비록 본 발명의 PTFE 다공성 필름은 상업적으로 구입가능한 필름 A 및 참고예의 필름과 실질적으로 동일한 평균 공극 크기를 가지나 압력 손실은 훨씬 작으며, 비록 실시예 1 및 2 의 PTFE 다공성 필름이 상업적으로 구입가능한 밀름 B 와 실질적으로 동일한 압력 손실을 가지나 평균 공극 크기는 훨씬 작음을 알 수 있다. 또한, 필름이 실시예 3 과 같이 약 500 의 면적 연신 비율로 연신될때, 평균 공극 크기가 동일한 수준일지라도 압력 손실이 보다 감소될 수 있음을 알 수 있다.
실시예의 PTFE 다공성 필름은 상업적으로 구입가능한 필름 A 보다 큰 피브릴 대 노드의 면적비를 갖는다. 실시예의 PTFE 다공성 필름은 참고예의 필름에 비하여 보다 작은 평균 피브릴 직경을 갖는다. 본 발명의 PTFE 다공성 필름의 최대 노드 면적은 상업적으로 구입가능한 필름 A 보다 훨씬 작다.
표 1의 특성은 하기와 같이 측정된다:
평균 기공 크기
ASTM F-316-86 에 따라서 측정된 평균 유체 공극 크기를 평균 공극 크기로서 사용한다. 여기에서, 평균 유체 공극 크기는 Coulter Porometer (Coulter E1ectronics, UK 제조) 를 사용하여 측정한다.
필름 두께
1D-11OMH 형 필름 두께 측정계 (Mitsutoyo Co., Ltd. 제조) 를 사용하여, 적층 파일 필름의 총 두께를 측정하고 측정값을 5 로 나누어 한 필름의 두께를 얻는다.
압력 손실
PTFE 필름을 직경 47 mm 의 원형으로 절단하고 12.6 cm2의 유효 투과 면적을 갖는 여과기 홀더에 고정한다. 입구면을 공기로 0.4 kg/cm2로 가압하고 다공성 필름을 통한 투과 속도를 5.3 cm/초로 출구면으로부터의 공기 유속을 유속계 (Ueshima Manufacturing Co., Ltd. 제조) 에 의해 조정함으로써 조절한다. 이러한 조건하에서 압력 손실을 압력측정기로 측정한다.
소결도
반소결 PTFE 물질의 소결도는 하기와 같이 정의된다:
비소결 PTFE 물질로부터, 3.0 ±0.1 mg 의 샘플을 칭량하고, 이샘플로 결정 용융 곡선을 측정한다. 반소결 PTFE 물질로부터, 3.0 ±0.1 mg 의 샘플을 칭량하고, 이 샘플로 결정 용융 곡선을 측정한다.
결정 용융 곡선을 Shimadzu 에 의해 제조된 DSC-50 과 같은 시차 주사 열량계 (이후에는 'DSC' 로 언급) 를 사용하여 기록한다.
비소결 PTFE 물질의 샘플을 DSC 의 알루미늄 팬에 충진하고 비소결 PTFE 물질의 용융열과 소결 PTFE 물질의 용융열을 하기 방법으로 측정한다:
(1) 샘플을 50 ℃/분의 가열 속도로 250 ℃ 까지 가열한 다음 10 ℃/분의 가열 속도로 250 ℃ 에서 380 ℃ 로 가열한다. 이 가열 단계에서 기록된 결정 용융 곡선을 제 2 도 곡선 A 에 나타낸다. 흡열 피이크가 나타나는 온도를 '비소결 PTFE 물질의 융점' 또는 'PTFE 미세 분말의 융점' 으로 정의한다.
(2) 온도가 380 ℃ 에 다다른 후에 즉시, 샘플을 10 ℃/분의 속도로 250 ℃ 로 식힌다.
(3) 그후, 샘플을 다시 10 ℃/분의 가열 속도로 380 ℃ 로 가열한다.
가열 단계 (3) 에서 기록된 결정 용융 곡선의 한 예를 제 2 도 곡선 B 에 나타낸다.
흡열 피이크가 나타나는 온도를 '소결 PTFE 물질의 융점' 으로 정의한다.
다음에, 반소결된 PTFE 물질의 결정 용융 곡선을 단계 (1) 과 동일한 방법으로 기록한다. 이 단계의 결정 용융 곡선의 한 예를 제 3 도에 나타낸다.
각각의 비소결 PTFE 물질의 용융열 (제 2 도의 △H1), 소결 PTFE 물질의 용융열 (제 2 도의 △H2) 및 반소결 PTFE 물질의 용융열(제 3 도의 △H3) 은 결정 용융 곡선 및 기선에 둘러싸인 면적에 비례하며 용융열은 Shimadzu 의 DSC-50 에 의해 자동적으로 계산된다.
그 다음에, 소결도를 하기식에 따라서 계산한다.
소결도 = (△H1- △H3)/(△H1- △H2)
[여기에서, △H1은 비소결 PTFE 물질의 용융열이며, △H2는 소결 PTFE 물질의 용융열이며, △H3는 반소결 PTFE 물질의 용융열이다].
반소결 PTFE 물질의 상세한 설명은 일본국 특허 공개 공고 제 152825/1984 호 (대응하는 미합중국 특허 제 4,596,837 호) 에 기재되어 있다.
상분석
피브릴 대 노드의 면적 비율, 평균 피브릴 직경 및 최대 노드 면적을 하기와 같이 측정한다:
PTFE 다공성 필름 표면의 사진을 주사 전자 현미경 (Hitachi S-400, Hitachi E-1030 으로 증발) (SEM 사진. 확대율: 1000 내지 5000 배) 으로 얻는다. 이 사진을 상 프로세싱 기구 (하드웨어 : TV Image Processor TVIP-410O II, Nippon Avionics Co., Ltd. 제조; 제어 소프트웨어: TV Image Processor Image Command 4198, Latock System Engineering Co., Ltd. 공급) 로 주사하여 피브릴과 노드를 분리하여 피브릴과 노드의 상을 얻는다. 노드의 상을 프로세싱하여, 최대 노드 면적을 얻고, 피브릴의 상을 프로세싱하여, 평균 피브릴 직경을 수득한다 (전체 면적 대 전체 외면 길이의 1/2 의 비율).
피브릴 대 노드의 면적 비율은 피브릴 상의 전체 면적 대 노드상의 전체 면적의 비율로 계산한다.
제 4 및 5 도는 각각 실시예 1 및 2 에서 제조된 PTFE 다공성 필름의 SEM 사진이다.
제 6 및 7 도는 각각 상기 제 4 및 5 도를 프로세싱하여 얻은 상이다.
제 8 및 9 도는 각각 제 6 및 7 도로부터 분리한 피브릴의 상이다.
제 10 및 11 도는 각각 제 6 및 7 도로부터 분리한 노드의 상이다.
제 12 및 13 도는 각각 상업적으로 구입 가능한 PTFE 필름 A 및 B 의 SEM 사진이다.
제 14 및 15 도는 각각 제 12 및 13 도를 프로세싱하여 얻은 상으로부터 분리한 피브릴의 상이다.
제 16 및 17 도는 제 12 및 13 도를 프로세싱하여 얻은 상으로부터 분리한 노드의 상이다.
노드의 정의
여기에서, 노드는 하기 특성중 하나를 만족한다.
(i) 다수의 피브릴이 연결되는 블럭
(제 18 도에서의 점선 부분)
(ii) 블럭에 연결된 피브릴의 직경보다 큰 블럭
(제 21 및 22 도에서의 빗금 부분)
(iii) 그로부터 피브릴이 방사상으로 연장되는 본래의 입자 또는 본래의 입자들이 응집된 것
(제 19, 22 및 23 도에서의 빗금 부분).
제 24 도는 노드로 여겨지는 것이 없는 구조의 한 예이다. 제 24 도에 있어서, 피브릴은 가지로 갈라지고, 가지로 갈라진 부분의 크기는 피브릴의 직경과 동일하다. 가지로 갈라진 부분은 본 발명의 노드로 간주되지 않는다.
본 발명은 반도체 공업에서 사용되는 클린 룸 (clean room) 내의 공기 또는 기타 기체내에 현탁된 미세 입자를 트랩핑 (trapping) 하는데 적절하고 공기 또는 기타 기체의 작은 압력 손실을 발생시키는 공기 여과기에 유용한 신규 PTFE 다공성 필름에 관한 것이다.

Claims (2)

  1. 반소결 폴리테트라플루오로에틸렌 재료를 연신하고 연신된 재료를 소결 폴리테트라플루오로에틸렌의 융점보다 높은 온도에서 가열하여 제조되고, 주사 전자현미경 사진의 상 프로세싱에 의해 99 : 1 내지 75 : 25 의 피브릴 대 노드의 면적 비율, 0.05 내지 0.2 ㎛ 의 평균 피브릴 직경 및 2 ㎛2 이하의 최대 노드 면적이 측정되고, 및 0.2 내지 0.5 ㎛ 의 평균 공극 크기를 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌 다공성 필름을 포함하는 공기 여과기.
  2. 반소결 폴리테트라플루오로에틸렌 재료를 50 이상의 면적 연신 비율로 이축 방향으로 연신하고 연신된 필름을 소결 폴리테트라플루오로에틸렌의 융점보다 높은 온도에서 열 고정함으로써 제조된 폴리테트라플루오로에틸렌 다공성 필름을 포함하는 공기 여과기.
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