KR101204456B1 - 클린룸 미량가스 제거용 판상형 엠보싱 화학필터 및 이에 대한 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 클린룸 미량가스 제거용 무절곡형 화학필터에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 엠보싱된 판상형 기재에 이온교환능력이 있는 비드를 점착하여 공기가 배출되는 방향으로 다수의 엠보싱부가 돌출 형성 되어있고, 이를 적층 조립하여 제조한 화학필터이다. 본 발명은 화학 필터 제조 시 절곡 공정이 필요 없어 제조과정이 간단하며, 압력손실이 낮으며, out-gas가 없고, 효율이 높은 판상형 엠보싱 화학필터를 제조함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 화학필터는 판상형으로써 절곡 필요없이 조립 가능하여 공정이 간단해진다. 또한 통기성이 뛰어나 공기의 압력손실이 없는 저압손 이온교환 화학필터이며, 엠보싱이 되어있어 이온교환능력이 우수한 고효율의 화학필터이다. 본 발명은 반도체, 바이오, 의약 분야의 클린룸에 적용 가능하다.

Description

클린룸 미량가스 제거용 판상형 엠보싱 화학필터 및 이에 대한 제조 방법{Chemical filter for removing cleanroom small amount gas and method for manufacturing the same}

본 발명은 엠보싱된 판상형 기재를 포함하는 클린룸 미량가스 제거용 화학필터 및 이에 대한 제조방법에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 엠보싱된 판상형 기재에 이온교환능력이 있는 비드를 점착하여 공기가 배출되는 방향으로 다수의 엠보싱부가 돌출 형성 되어있고, 이를 적층 조립하여 제조한 화학필터에 관한 것이다.

현재 클린룸에 적용되는 필터는 초기에는 점착 활성탄을 사용하였으나 이는 부피가 크고 무거우며, 사용 중 물리적 힘에 의해 지지체에서 분리되어 이들에 의한 오염물질이 발생되는 단점이 있어 최근에는 사용되지 않고 있다. 현재 64 M DRAM 이상 메모리 생산을 위한 클린룸 적용 화학필터 소재는 이온교환 섬유가 사용되고 있으며 이들 이온교환 섬유는 전자선과 방사선조사법에 의한 합성기술이 개발되어 현재 일본, 미국, 프랑스, 러시아 등 선진국을 중심으로 생산되고 있는 실정이다.

특히 일본에서는 EBARA사, TAKUMA사를 중심으로 전자선 조사법으로 이온교환 섬유를 생산하고, 이를 이용한 화학필터를 생산 공급하고 있다. 그러나 현재 이들 회사에서 생산되고 있는 이온교환 섬유는 이온교환 용량이 최대 3.0 meq/g 으로 낮다. 또한 미국, 프랑스 등에서도 이와 비슷한 소재를 생산하여 공급하고 있으나 이온교환 용량이 3.0 meq/g 이상의 소재는 더 이상 공급되지 않는 실정이다.

한편 러시아에서는 pilot scale 규모로 3.0 meq/g 이상의 소재를 개발하였다는 보고가 있으나 아직 상업화하지는 않고 있는 실정이다. 현재까지 선진 각국의 이 분야에 대한 기술현황을 종합해보면 화학필터 소재는 일본의 경우를 제외하고는 사용용도가 클린룸 소재로 제한되어 있다.

클린룸 필터에는 HEPA, ULPA, 케미칼 필터가 있는데 이중 케미칼 필터는 256 M DRAM 이상의 반도체 부품 제조 공장 클린룸에 매우 중요한 핵심소재이다.

현재 사용되고 있는 화학필터는 이온교환수지나 활성탄을 부직포에 부착시켜 형상유지를 위한 금속 메쉬망을 이용하여 절곡형태를 유지한 것으로 공정 적용 시 압력손실이 커서 효율이 저하되며 절곡 등 복잡한 제조 공정으로 생산원가의 상승은 물론 필터형상의 제약으로 사용 범위에 한계가 있다.

이온교환 섬유 화학필터는 섬유상으로 압력손실이 낮고, 천이나 부직포 섬유 등 원하는 형태로 제조할 수 있는 장점이 있어 초기에는 일본의 EBARA사, TAKUMA사를 중심으로 이들 제품을 수입하고 필터형태로 가공하여 사용하였다. 그러나 흡착속도는 빠르나 섬유 부피가 커서 단위면적당 효율이 낮고 가격이 비싼 단점이 있다.

반면 이온교환 수지는 값이 저렴하고 이온교환 성능은 우수하나 비드형태로 필터제조를 위해서는 이를 부직포 매트릭스에 고정해야 하고 이에 따른 접착제의 사용으로 out-gas가 검출되어 오염의 원인이 있다. 또한 접착제가 수지의 일부를 코팅하여 수지의 효율이 감소되고, 특히 공정압력손실이 커서 사용에 한계가 있고 필터 제조의 어려움과 비드의 탈리 현상이 발생되는 단점이 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 클린룸 미량가스 제거용 화학필터 및 이에 대한 제조 방법을 제공하는데 있다. 보다 상세하게는, 엠보싱된 판상형 기재에 이온교환능력이 있는 비드를 점착하여 공기가 배출되는 방향으로 다수의 엠보싱부가 돌출 형성 되어있고, 이를 적층 조립하여 제조한 화학필터이다. 필터 제조 시 절곡 공정이 필요 없어 제조과정이 간단하며, 압력손실이 낮으며, 아웃가스(out-gas)가 없고, 효율이 높은 판상형 엠보싱 화학필터를 제조함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 화학필터에 있어서,

홀이 형성되고 또한 엠보싱된 판상형 기재;

상기 엠보싱된 판상형 기재 면에 적층된 점착층;

상기 점착층에 점착되어 적층된 이온교환능력이 있는 비드;

를 포함한 화학필터에 관한 것이다. 본 발명의 모식도를 하기 도1에 나타내었다.

본 발명에 따른 화학필터는 무절곡형 엠보싱 화학필터인 것을 특징으로 한다. 보다 상세하게는, 엠보싱된 판상형 기재에 이온교환능력이 있는 비드를 점착하여 공기가 배출되는 방향으로 다수의 엠보싱부가 돌출 형성 되어있는 화학필터에 관한 것이다.

본 발명 화학필터는 판상형으로써 절곡 필요없이 조립 가능하여 공정이 간단해진다. 또한 통기성이 뛰어나 공기의 압력손실이 없는 저압손 이온교환 화학필터이며, 엠보싱이 되어있어 이온교환능력이 우수한 고효율의 화학필터이다. 본 발명은 반도체, 바이오, 의약 분야의 클린룸에 적용 가능하다.

상기 엠보싱된 판상형 기재는 엠보싱의 평균직경이 0.3~0.5cm이고 평균높이가 0.1~0.2cm인 것을 특징으로 한다. 상기 엠보싱된 판상형 기재는 도2에 나타내었다. 상기 엠보싱된 판상형 기재의 엠보싱의 직경과 높이를 상기 범위에서 초과할 경우 공기의 체류시간이 짧아져서 효율성이 떨어지며, 상기 범위보다 작을 경우 공기의 체류시간을 증가하나 높은 압력이 형성되어 효율이 감소하고 화학필터에 부착되어 있는 비드가 탈착될 수 있다.

상기 엠보싱된 판상형 기재는 바람직하게는 폴리스티렌 또는 폴리프로필렌으로 이루어진 것이 좋으며, 엠보싱의 형태를 가진 기재를 제조함으로써 상기 기재는 위아래가 볼록한 형태로 되어 있다. 이는 필터에서 공기의 체류시간의 증가를 통해 미량가스의 흡착 효율을 증가시키기 위함이다.

상기 엠보싱된 판상형 기재는 홀을 형성하고 있으므로 본 발명에 의한 화학필터를 적층할 시 공기의 와류를 형성시켜 체류시간을 증가시키며 필터의 미량가스의 흡착 효율을 증가시킬 수 있다.

본 발명에 의한 화학필터는 이온교환능력이 2.0 ~ 3.5meq/g인 것을 특징으로 한다. 상기 점착층은 보다 바람직하게는 스티렌-이소프렌-스티렌을 사용하는 것이 좋다.그리고 본 발명에 의한 화학필터는 상기 엠보싱된 기재, 상기 점착층 및 상기 이온교환능력이 있는 비드가 적층된 구조를 하나의 단위로 하였을때 2개 이상의 단위가 적층된 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는 상기 이온교환능력이 있는 비드는 이온교환수지인 것을 사용하는 것이 좋다.

또한 본 발명은,

폴리스티렌 또는 폴리프로필렌을 진공 성형을 통하여 홀이 형성하고 또한 엠보싱된 판상형 기재를 제조하는 단계;

상기 엠보싱된 판상형 기재에 이온교환능력이 있는 비드를 점착하는 단계;

를 포함하는 화학필터 제조방법을 제공한다. 본 발명은 화학필터 제조 시 절곡 공정이 필요 없어 제조과정이 간단하며, 압력손실이 낮으며, out-gas가 없고, 효율이 높은 판상형 엠보싱 화학필터를 제조할 수 있다.

상기 진공성형을 보다 구체적으로 직경이 0.1~0.5cm이고 높이가 0.01~0.1cm인 엠보싱 금형에 압력을 가하여 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 화학필터 제조방법에서 상기 엠보싱된 판상형 기재는 엠보싱의 평균직경이 0.3~0.5cm이고 평균높이가 0.1~0.2cm인 것을 특징으로 한다.

상기 엠보싱된 판상형 기재에 이온교환능력이 있는 비드를 점착하는 단계는 보다 구체적으로 핫멜트를 도포하고 양이온 수지를 부착하여 제조할 수 있다. 상기 엠보싱된 판상형 기재에 이온교환능력이 있는 비드를 점착시 스티렌-이소프렌-스티렌을 사용하여 점착하는 것이 좋으며, 보다 구체적으로 스티렌-이소프렌-스티렌을 핫멜트 분사장치를 이용하여 도포하고 양이온 수지를 엠보싱 판상형 기재에 부착할 수 있다. 상기 스티렌-이소프렌-스티렌은 아웃가스가 발생하지 않아 바람직하다. 하기 도3은 본 발명에 의한 화학필터를 나타낸 것이다.

상기 진공성형은 폴리스티렌은 160~170℃에서 수행하고, 폴리프로필렌은 220~230℃에서 수행하는 것이 바람직하다. 폴리스티렌의 용융온도는 160~170℃이고, 폴리프로필렌의 용융온도는 220~230℃ 이다. 상기 진공성형시 판상형 기재의 용융온도보다 높을 경우 제조된 판상형 기재가 균일한 엠보싱을 나타내지 않으며, 결함이 나타날 수 있고, 용융온도보다 낮을 경우 판상형 기재 자체의 제조가 힘들 수 있다.

상기 이온교환능력이 있는 비드는 이온교환수지인 것을 특징으로 한다.

상기 화학필터는 상기 엠보싱된 기재, 상기 점착층 및 상기 이온교환능력이 있는 비드가 적층된 구조를 하나의 단위로 하였을때 2개 이상의 단위가 적층된 것을 특징으로 한다. 하기 도4는 화학필터를 2개 이상 적층된 것을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 클린룸 미량가스 제거용 판상형 엠보싱 화학필터는 판상형으로써 절곡 필요없이 조립 가능하여 공정이 간단해진다. 또한 통기성이 뛰어나 공기의 압력손실이 없는 저압 이온교환 화학필터이며, 엠보싱이 되어있어 이온교환능력이 우수한 고효율의 화학필터이다. 본 발명은 반도체, 바이오, 의약 분야의 클린룸에 적용 가능하다.

도 1은 룸 미량가스 제거용 판상형 엠보싱 화학필터 제조에 대한 모식도 이다.
도 2는 엠보싱된 판상형 기재의 도면이다.
도 3은 실시예1을 나타낸 것이다.
도 4는 상기 실시예1을 적층한 것이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하고자 한다. 하지만 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 여러 가지 변형 또는 수정할 수 있다.

[실시예1]

홀이 형성되고 또한 엠보싱된 판상형 기재 제조

엠보싱된 판상형 기재를 제조하기 위하여 펀치와 엠보싱이 가능한 압축성형용 엠보싱 금형을 제작하였다. 폴리스티렌 시트를 금형위에 놓고 성형온도를 120℃에서 10분 이내로 성형압력 200kg/cm²로 가압하여 엠보싱된 판상형 기재를 제조하였다.

화학필터제조

Amorphorse a-polyolefin hot melt(APAO)를 상기 제조된 기재에 가압펌프를 이용하여 일정하게 도포하고, APAO가 도포된 기재를 컨베이어 위에 올려두고 속도를 3.0m/min로 설정한 후 가동하여 이온교환수지(삼양사. TRILITE SCR-BH)를 고르게 양면에 살포하여 화학필터를 제조하였다.

상기 APAO는 핫멜트로써 용융온도는 170℃로 하였으며, 열 이송 펌프로 이송하여 압축공기를 이용하여 웹 스프레이 방식으로 기재 표면에 도포하였다. 상기 이온교환수지는 과량 도포하여 압출 로울러로 압착시켜 기재에 점착되도록 하였고, 미부착된 이온교환수지는 제거하여 화학필터를 제조하였다.

[실시예2]

실시예1을 하나의 단위로 하여 하나 더 적층하여 제조하였으며 2층구조의 화학필터를 제조하였다.

[실시예3]

실시예1을 하나의 단위로 하여 2층을 더 적층하여 제조하였으며, 따라서 3층구조의 화학필터를 제조하였다.

[실시예4]

실시예1을 하나의 단위로 하여 3층을 더 적층하여 제조하였으며, 따라서 4층구조의 화학필터를 제조하였다.

[실시예5]

상기 실시예1과 동일하게 실시하되 폴리스티렌 시트대신에 폴리프로필렌을 사용한 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예1과 동일하게 실시하였다.

[실시예6]

상기 실시예2과 동일하게 실시하되 폴리스티렌 시트대신에 폴리프로필렌을 사용한 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예2와 동일하게 실시하였다.

[실시예7]

상기 실시예3과 동일하게 실시하되 폴리스티렌 시트대신에 폴리프로필렌을 사용한 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예3과 동일하게 실시하였다.

[실시예8]

상기 실시예4과 동일하게 실시하되 폴리스티렌 시트대신에 폴리프로필렌을 사용한 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예4와 동일하게 실시하였다.

[비교예1]

상기 실시예1과 동일하게 실시하되 폴리스티렌 시트대신에 폴리프로필렌 절곡형 기재를 사용한 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예1과 동일하게 실시하였다.

[비교예2]

상기 실시예 2와 동일하게 실시하되 폴리스티렌 시트대신에 폴리프로필렌절곡형 기재를 사용한 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예2와 동일하게 실시하였다.

[비교예3]

상기 실시예3과 동일하게 실시하되 폴리스티렌 시트대신에 폴리프로필렌절곡형 기재를 사용한 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예3과 동일하게 실시하였다.

[비교예4]

상기 실시예4와 동일하게 실시하되 폴리스티렌 시트대신에 폴리프로필렌 절곡형 기재를 사용한 것에 차이가 있으며, 나머지는 상기 실시예4와 동일하게 실시하였다.

[시험예1]

상기 실시예1 내지 8과 비교예1 내지 4의 기본 이온교환 성능을 유입되는 암모늄 가스 속도(Velocity(m/min))의 변화에 따라 이온교환용량을 측정하여 하기 표1 내지 표3에 나타내었다.

이온교환용량을 측정하기 위한 방법은 다음과 같다.

상기 제조된 실시예1 내지 8과 비교예1 내지 4를 각각 1 N HCl 수용액으로 세척하고, 이를 다시 세척수의 pH가 중성이 될 때까지 증류수를 이용하여 세척한 후, 50 ℃의 진공 오븐에서 건조하였다. 건조된 화학필터소재를 정량하여 250 ml 삼각플라스크에 넣은 후 0.1 N NaOH 수용액 100 ml를 가하고 24시간 교반하여 평형에 도달하도록 하였다. 교반 후 상등액 20 ml를 분취하여 0.1 N HCl 용액으로 적정한 후, 다음의 식 1을 이용하여 이온교환용량을 측정하였다. 또한 각각의 이온교환용량은 5회 측정하여 그 결과 값의 평균치를 구하였다.

여기서 IEC는 이온교환용량을 나타내며 VHCl와 VNaOH은 HCl과 NaOH의 전체 부피이며, NHCl와 NNaOH은 노르말 농도이다.

표1

[표2]

[표3]

[시험예2]

상기 실시예1에 의해 제조된 화학필터의 암모니아에 대한 흡착테스트를 실시하여 그 결과를 하기 표4에 나타내었다.

표4 는 현재 판매되고 있는 삼양사의 제품의 과 실시예 1과 동일 조건에서 비교한 것이다.

표4

Claims (13)

1. 홀이 형성되고 또한 엠보싱된 판상형 기재;
   상기 엠보싱된 판상형 기재 면에 적층된 점착층; 및
   상기 점착층에 점착되어 적층된 이온교환능력이 있는 비드;
   를 포함하며, 상기 엠보싱된 기재, 상기 점착층 및 상기 이온교환능력이 있는 비드가 적층된 구조를 하나의 단위로 하였을 때 2개 이상의 단위가 적층된 화학필터.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 엠보싱된 판상형 기재는 폴리스티렌 또는 폴리프로필렌으로 이루어진 화학필터.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 화학필터는 이온교환능력이 2.0~3.5meq/g인 화학필터.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 점착층은 스티렌-이소프렌-스티렌인 화학필터.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 이온교환능력이 있는 비드는 이온교환수지인 화학필터.
8. 폴리스티렌 또는 폴리프로필렌을 진공 성형을 통하여 홀이 형성되고 또한 엠보싱된 판상형 기재를 제조하는 단계;
   상기 엠보싱된 판상형 기재에 이온교환능력이 있는 비드를 점착하는 단계; 및
   비드가 점착된 판상형 기재를 하나의 단위로 하여 2개 이상의 단위를 적층하는 단계;
   를 포함하는 화학필터 제조방법.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,
    상기 엠보싱된 판상형 기재에 이온교환능력이 있는 비드를 점착시 스티렌-이소프렌-스티렌을 사용하여 점착하는 화학필터 제조방법.
11. 삭제
12. 제8항에 있어서,
    상기 이온교환능력이 있는 비드는 이온교환수지인 화학필터 제조방법.
13. 삭제

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