KR102242547B1 - Porous fluorine resin film - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기체 및 유체의 흐름이 우수한 불소계 수지 다공성 막 및 이를 포함하는 필터에 관한 것이다. The present invention relates to a fluorine-based resin porous membrane excellent in flow of gas and fluid, and a filter including the same.
Description
본 발명은 기체 및 유체의 흐름이 우수한 불소계 수지 다공성 막 및 이를 포함하는 필터에 관한 것이다. The present invention relates to a fluorine-based resin porous membrane excellent in flow of gas and fluid, and a filter including the same.
다양한 분야에 사용되는 다공성 막은 높은 여과 효율 및 기체 및 액체 투과성을 함께 가질 것을 요구받는다. 이에 따라 다공성 막 내부의 기공 직경 분포를 균일하게 조절하여 특정 압력 하에서 유체가 기공을 통과하는 양을 늘리는 방법이 알려져 있다. Porous membranes used in various fields are required to have high filtration efficiency and gas and liquid permeability together. Accordingly, a method of increasing the amount of fluid passing through the pores under a specific pressure by uniformly adjusting the pore diameter distribution inside the porous membrane is known.
불소계 수지의 다공질 막은, 불소계 수지 자체로부터 기인하는, 높은 내열성, 화학적 안정성, 내후성(weatherability), 불연성, 강도, 비점착성, 저마찰 계수 등의 특성을 가질 수 있고, 이에 더하여, 다공질 체로 제조하는 경우, 가요성(flexibility), 액체 투과성, 입자 포착성(particle collection efficiency), 저유전율 등의 특성을 가질 수 있다. The porous membrane of a fluorine-based resin may have properties such as high heat resistance, chemical stability, weatherability, non-flammability, strength, non-adhesiveness, and low friction coefficient resulting from the fluorine-based resin itself. , Flexibility, liquid permeability, particle collection efficiency, and low dielectric constant.
특히, 이러한 불소계 수지 중, 폴리테트라프루오로에틸렌(PTFE)을 사용하는 다공질 막은 다양한 화합물에 대한 높은 안정성을 가지고 있어, 특히 반도체 관련 분야, 액정 관련 분야 및, 식품, 의료 관련 분야에서, 기체 및 액체 형태의 혼합물에 대한 정밀 여과 필터(멤브레인 필터)로 많이 사용되고 있다. In particular, among these fluorine-based resins, a porous membrane using polytetrafluoroethylene (PTFE) has high stability against various compounds. It is widely used as a microfiltration filter (membrane filter) for liquid mixtures.
이러한 PTFE 막은 PTFE 분말과 윤활제의 혼합물로 구성된 페이스트를 이용하여 예비 성형체를 만들고, 상기 예비 성형체를 압연 혹은 압출 공정에 의해 시트 형태로 성형한 후, 열처리하여 윤활제를 제거하고, 이후 횡(TD) 방향 또는 종(MD) 방향으로 1축 연신하거나, 또는 MD방향으로 연신 후 TD방향으로 연신하는 2축 연신에 의해 제조된다. For this PTFE membrane, a preform is made using a paste composed of a mixture of PTFE powder and a lubricant, and the preform is formed into a sheet form by a rolling or extrusion process, and then heat treated to remove the lubricant, and then in the transverse (TD) direction. Alternatively, it is produced by uniaxial stretching in the longitudinal (MD) direction, or biaxial stretching in which stretching in the TD direction after stretching in the MD direction.
상기와 같이, PTFE 예비 성형체를 압출, 연신하여 제조한 PTFE 다공질체는, 다수의 미세 피브릴과 상기 피브릴에 의해서 서로 연결된 다수의 노드로 이루어지는 미세 구조를 가지고 있으며, 이 미세 구조에 의해 연속 기공성의 다공질 구조를 형성한다.As described above, the PTFE porous body manufactured by extruding and stretching a PTFE preform has a microstructure consisting of a plurality of fine fibrils and a plurality of nodes connected to each other by the fibrils, and by this microstructure, continuous pores It forms a porous structure of the castle.
그러나, PTFE 막 제조 시 압출, 건조, 및 연신 등의 공정에서, 고온 및 고압 환경에 의해, 기공 형상이나 특성이 유지되지 못하는 현상이 발생할 수 있고, 특히 통기성을 유지하면서도 충분한 강도를 확보하기에는 불충분하며, 이에 대한 계속적인 연구가 여전히 필요한 실정이다.However, in processes such as extrusion, drying, and stretching during the manufacture of the PTFE membrane, a phenomenon in which the shape or characteristics of the pores cannot be maintained due to high temperature and high pressure environments, and in particular, it is insufficient to secure sufficient strength while maintaining breathability. However, continuous research on this is still needed.
이에 따라 PTFE 막은 필터 효율의 감소 없이 통기성 또는 유량을 증가시키고 치수 안정성을 개선해야 하는 과제를 안고 있다. Accordingly, the PTFE membrane has a problem to increase air permeability or flow rate and improve dimensional stability without reducing filter efficiency.
본 발명은 기체 및 유체의 흐름이 우수한 불소계 수지 다공성 막을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a fluorine-based resin porous membrane excellent in flow of gas and fluid.
또한, 본 발명은 기체 및 유체의 흐름이 우수한 불소계 수지 다공성 막을 포함하는 필터를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a filter including a fluorine-based resin porous membrane excellent in flow of gas and fluid.
본 명세서에서는, 0.10 내지 0.25㎛의 평균 직경 및 0.28 내지 0.35㎛의 최대 직경을 갖는 기공을 포함하고, 상기 기공의 크기의 정규 분포는 3 내지 20 ㎚의 반치폭을 갖는, 불소계 수지 다공성 막을 제공한다.In the present specification, a fluorine-based resin porous membrane including pores having an average diameter of 0.10 to 0.25 μm and a maximum diameter of 0.28 to 0.35 μm, and a normal distribution of the pore size having a half width of 3 to 20 nm is provided.
또한, 본 명세서에서는, 0.10 내지 0.25㎛의 평균 직경 및 0.28 내지 0.35㎛의 최대 직경을 갖는 기공을 포함하고, 상기 기공 크기의 정규 분포는 3 내지 20 ㎚의 반치폭을 갖는, 불소계 수지 다공성 막을 포함하는 필터를 제공한다.In addition, in the present specification, including pores having an average diameter of 0.10 to 0.25 μm and a maximum diameter of 0.28 to 0.35 μm, and the normal distribution of the pore size has a half width of 3 to 20 nm, including a fluorine-based resin porous membrane Provide a filter.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 불소계 수지 다공성 막 및 불소계 수지 다공성 막을 포함하는 필터에 관하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a filter including a fluorine-based resin porous membrane and a fluorine-based resin porous membrane according to a specific embodiment of the present invention will be described in more detail.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present specification are only used to describe exemplary embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise", "include", or "have" are intended to designate the existence of a feature, number, step, element, or combination of the implemented features, but one or more other features or It is to be understood that the possibility of the presence or addition of numbers, steps, elements, or combinations thereof is not preliminarily excluded.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 상기 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention will be described in detail below and exemplify specific embodiments, as various modifications may be made and may have various forms. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form of disclosure, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
발명의 일 구현예에 따르면, 0.10 내지 0.25㎛의 평균 직경 및 0.28 내지 0.35㎛의 최대 직경을 갖는 기공을 포함하고, 상기 기공의 크기의 정규 분포가 3 내지 20 ㎚의 반치폭을 갖는, 불소계 수지 다공성 막이 제공될 수 있다.According to one embodiment of the invention, including pores having an average diameter of 0.10 to 0.25 μm and a maximum diameter of 0.28 to 0.35 μm, and the normal distribution of the pore size has a half width of 3 to 20 nm, fluorine-based resin porosity A membrane can be provided.
본 발명자들은, 불소계 수지 다공성 막이 0.10 내지 0.25㎛의 평균 직경 및 0.28 내지 0.35㎛의 최대 직경을 갖는 기공을 포함하고, 상기 기공의 크기의 정규 분포가 3 내지 20 ㎚의 반치폭을 갖는 경우, 우수한 기체 및 유체의 흐름을 가지게 되어 통기성이 개선될 수 있고 유량을 향상시킬 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 본 발명을 완성하였다.The present inventors believe that when the fluorine-based resin porous membrane contains pores having an average diameter of 0.10 to 0.25 μm and a maximum diameter of 0.28 to 0.35 μm, and the normal distribution of the pore size has a half width of 3 to 20 nm, excellent gas And it has been confirmed through an experiment that the air permeability can be improved and the flow rate can be improved by having a flow of the fluid, and the present invention was completed.
본 명세서에서, 반치폭(full width at half maximum, FWHM)은 불소계 수지 다공성 막 내부에 형성된 기공을 크기에 따라 분류하여 나타낸 정규 분포에서, 최댓값의 절반이 되는 두 기공 크기의 차이로 정의될 수 있다. In the present specification, the full width at half maximum (FWHM) may be defined as a difference between two pore sizes that are half of the maximum value in a normal distribution expressed by classifying pores formed inside the fluorine-based resin porous membrane according to size.
상기 불소계 수지 다공성 막 내부에는 기공이 형성되어 있으며, 상기 기공의 크기는 평균 직경 및 최대 직경으로 나타낼 수 있다. 이때, 서로 다른 불소계 수지 다공성 막에서 기공의 평균 직경 및 최대 직경이 동일, 유사하더라도 기공의 크기의 분포가 다를 수 있으며, 이에 따라 정규 분포의 그래프의 형태가 달라지게 되고, 따라서 반치폭의 값도 변화하게 된다.The pores are formed inside the fluorine-based resin porous membrane, and the size of the pores may be represented by an average diameter and a maximum diameter. At this time, in different fluorine-based resin porous membranes, even though the average and maximum diameters of the pores are the same or similar, the distribution of the pore sizes may be different, and accordingly, the shape of the graph of the normal distribution is changed, and thus the value of the half width is also changed. It is done.
필터용 미디어로 사용하는 불소계 수지 다공성 막의 경우 입자 제거 효율은 기공의 최대 직경 크기에 의해 좌우되며, 동일한 최대 직경을 갖는 경우, 평균 직경이 커질수록 필터의 처리 능력은 향상되게 된다. 그러나 기공의 평균 직경이 커지게 되면 오히려 입자 제거 효율에는 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서 불소계 수지 다공성 막의 입자 제거 성능을 유지하면서 기공의 평균 직경 및 최대 직경을 변화시키지 않고 유량을 향상시키는 방법으로, 기공의 크기의 정규 분포 상의 반치폭을 넓히는 것이 방법이 될 수 있다.In the case of a fluorine-based resin porous membrane used as a filter medium, the particle removal efficiency is influenced by the maximum diameter size of the pores, and in the case of having the same maximum diameter, the treatment capacity of the filter increases as the average diameter increases. However, if the average diameter of the pores increases, it may adversely affect the particle removal efficiency. Therefore, as a method of improving the flow rate without changing the average diameter and the maximum diameter of the pores while maintaining the particle removal performance of the fluorine-based resin porous membrane, the method may be to widen the half width of the normal distribution of pore sizes.
이에, 본 발명자들은 상기 불소계 수지 다공성 막이 0.10 내지 0.25㎛의 평균 직경 및 0.28 내지 0.35㎛의 최대 직경을 갖는 기공을 포함하면서, 기공의 크기의 분포를 조절하여 상기 기공의 크기의 정규 분포가 3 내지 20 ㎚의 반치폭을 갖게 하여, 기존의 불소계 수지 다공성 막에 비하여 우수한 기체 및 유체의 흐름을 가지는 불소계 수지 다공성 막을 구현하였다.Accordingly, the present inventors have determined that the fluorine-based resin porous membrane includes pores having an average diameter of 0.10 to 0.25 μm and a maximum diameter of 0.28 to 0.35 μm, and by adjusting the distribution of the pore size, the normal distribution of the pore size is 3 to By having a half width of 20 nm, a fluorine-based resin porous membrane having superior gas and fluid flow compared to the existing fluorine-based resin porous membrane was implemented.
상기 0.10 내지 0.25㎛의 평균 직경 및 0.28 내지 0.35㎛의 최대 직경을 갖는 기공을 포함하고, 상기 기공의 크기의 정규 분포가 3 내지 20 ㎚의 반치폭을 갖는, 불소계 수지 다공성 막은, 예를 들어 1) 종 방향(MD) 연신 후 1차 열처리 하는 단계 및 횡 방향(TD) 연신 후 2차 열처리 하는 단계를 포함하는 제조 방법이나, 2) 종 방향(MD)/횡 방향(TD) 연신 속도를 한정하는 제조 방법 등을 통해서 제공 가능하다. The fluorine-based resin porous membrane comprising pores having an average diameter of 0.10 to 0.25 μm and a maximum diameter of 0.28 to 0.35 μm, and having a half width of 3 to 20 nm in a normal distribution of the pore size, for example 1) A manufacturing method including the step of primary heat treatment after stretching in the longitudinal direction (MD) and secondary heat treatment after stretching in the transverse direction (TD), or 2) limiting the stretching speed in the longitudinal direction (MD)/transverse direction (TD) It can be provided through a manufacturing method or the like.
상술한 바와 같이, 상기 기공의 크기의 정규 분포는 3 내지 20 ㎚, 또는 4 내지 18 ㎚, 또는 4 내지 15 ㎚의 반치폭을 가질 수 있으며, 구체적으로 4 내지 7 ㎚ 및 8 내지 15 ㎚ 의 반치폭을 가질 수 있다.As described above, the normal distribution of the size of the pores may have a half width of 3 to 20 nm, or 4 to 18 nm, or 4 to 15 nm, and specifically, a half width of 4 to 7 nm and 8 to 15 nm. I can have it.
상기 기공의 크기의 정규 분포의 반치폭의 값이 20 ㎚를 초과하는 경우 크기가 큰 기공의 비율이 증가하여 제거 효율이 감소되는 문제가 나타날 우려가 있으며, 3 ㎚ 미만인 경우, 기공의 최대 직경 크기 대비 크기가 작은 기공의 비율이 지나치게 증가하여 유량이 저하될 수 있다.If the value of the half width of the normal distribution of the pore size exceeds 20 nm, there is a concern that the ratio of large pores increases and thus the removal efficiency decreases, and if it is less than 3 nm, compared to the maximum diameter size of the pores The proportion of small pores may increase excessively and the flow rate may decrease.
한편, 상술한 바와 같이 상기 불소계 수지 다공성 막 내부에는 기공이 형성되어 있는데, 이러한 기공은 0.10 내지 0.25㎛의 평균 직경 및 0.28 내지 0.35㎛의 최대 직경을 가질 수 있다.Meanwhile, as described above, pores are formed inside the fluorine-based resin porous membrane, and these pores may have an average diameter of 0.10 to 0.25 μm and a maximum diameter of 0.28 to 0.35 μm.
구체적으로, 상기 불소계 수지 다공성 막 내 포함되는 기공의 평균 직경(Mean Pore Size)은 0.10 내지 0.25㎛, 또는 0.12 내지 0.23㎛, 또는 0.15 내지 0.21㎛일 수 있는데, 상기 불소계 수지 다공성 막 내부의 기공이 상기 범위의 평균 직경을 가지는 경우, 기공 크기 분포가 최적화 제거 효율을 확보할 수 있으면서도 유량을 확보할 수 있으나, 0.25㎛를 초과하는 경우 기공 크기가 지나치게 커져 여과 효율이 저하될 우려가 있으며, 0.10㎛ 미만인 경우, 기공의 크기가 지나치게 작아져 기체 및 유체의 흐름이 불리할 수 있다. Specifically, the mean pore size of the pores included in the fluorine-based resin porous membrane may be 0.10 to 0.25 μm, or 0.12 to 0.23 μm, or 0.15 to 0.21 μm, and the pores inside the fluorine-based resin porous membrane may be In the case of having an average diameter in the above range, the pore size distribution can secure the optimum removal efficiency while securing the flow rate, but when it exceeds 0.25 μm, the pore size may become too large and the filtration efficiency may decrease, and 0.10 μm If it is less than that, the size of the pores becomes too small, and the flow of gas and fluid may be disadvantageous.
한편, 상기 불소계 수지 다공성 막 내 포함되는 기공의 최대 직경(Max Pore Size)은 0.28 내지 0.35㎛, 또는 0.29 내지 0.34㎛, 또는 0.30 내지 0.33㎛일 수 있다. Meanwhile, the maximum pore size of the pores included in the fluorine-based resin porous membrane may be 0.28 to 0.35 μm, or 0.29 to 0.34 μm, or 0.30 to 0.33 μm.
상기 불소계 수지 다공성 막 내부의 기공이 상기 범위의 최대 직경을 가지는 경우, 필터링 및 유량 확보에 가장 적합하여 우수한 여과 효율을 나타낼 수 있으나, 0.35㎛를 초과하는 경우 기공의 크기가 너무 커서 해당 사이즈의 입자를 필터링 하는 것이 불가능하며, 0.28㎛ 미만인 경우, 제거 효율은 확보할 수 있으나 유량이 감소하여 필터의 처리 능력이 저하될 수 있다. When the pores inside the fluorine-based resin porous membrane have the maximum diameter within the above range, it is most suitable for filtering and securing flow rate and thus exhibits excellent filtration efficiency, but when the pore size exceeds 0.35 μm, the pore size is too large and particles of the corresponding size It is impossible to filter the filter, and if it is less than 0.28 μm, removal efficiency can be ensured, but the flow rate decreases, thereby deteriorating the processing capability of the filter.
한편, 상기 불소계 수지 다공성 막은 5 내지 100 ㎛, 또는 10 내지 80 ㎛, 또는 20 내지 50 ㎛의 두께를 가질 수 있는데, 상기한 기공 조건과 더불어 상기 두께 범위를 충족할 때, 통기성 및 여과 효율의 균형이 좋게 나타낼 수 있다.On the other hand, the fluorine-based resin porous membrane may have a thickness of 5 to 100 µm, or 10 to 80 µm, or 20 to 50 µm, and when it meets the thickness range in addition to the above-described pore conditions, the balance of breathability and filtration efficiency This can be nicely represented.
구체적으로, 상기 불소계 수지 다공성 막의 두께가 100 ㎛를 초과하는 경우 유량이 감소하고 원재료 소모가 크며, 5 ㎛ 미만인 경우, 고객사에서 필터 제조 시 수율이 감소할 우려가 있다.Specifically, when the thickness of the fluorine-based resin porous membrane exceeds 100 μm, the flow rate decreases and the consumption of raw materials is large, and when the thickness is less than 5 μm, there is a concern that the yield may decrease when the filter is manufactured by the customer.
한편, 상기 불소계 수지 다공성 막은 버블 포인트(Bubble Point)가 1 내지 49psi, 또는 10 내지 35 psi 일 수 있다. Meanwhile, the fluorine-based resin porous membrane may have a bubble point of 1 to 49 psi, or 10 to 35 psi.
상기 버블 포인트(psi)는 모세관 유동 기공측정기에서 습윤 곡선이 그려지는 시작점의 압력을 의미하는 것으로, 불소계 수지 다공성 막 내의 최대 기공 크기를 반영한다. 구체적으로 버블 포인트는 분리막 샘플을 용액에 적셔 포어 안을 용액으로 채우고, 압력을 증가시키면서 공기를 불어넣을 때 큰 포어 안에 채워진 용액이 먼저 압력에 밀려 이동하게 되며, 이 때의 압력을 버블 포인트 압력이라 한다. The bubble point (psi) refers to the pressure at the starting point at which the wetting curve is drawn in the capillary flow porosimeter, and reflects the maximum pore size in the fluorine-based resin porous membrane. Specifically, the bubble point is that when a separator sample is wetted in a solution and filled with a solution in the pore, and when air is blown while increasing the pressure, the solution filled in the large pore is first pushed and moved by the pressure, and the pressure at this time is called the bubble point pressure. .
상기 불소계 수지 다공성 막이, 모세관 유동 기공측정기 습윤 및 건조 곡선에서 상기한 범위 내의 버블 포인트 압력(psi)을 나타낼 경우, 기공 크기가 다양하게 분포하여 통기도가 향상될 수 있다.When the fluorine-based resin porous membrane exhibits a bubble point pressure (psi) within the above-described range in the capillary flow porosimeter wetting and drying curve, the pore size may be variously distributed and thus air permeability may be improved.
한편, 상기 불소계 수지 다공성 막은 50 내지 90%, 또는 50 내지 80%, 또는 55 내지 75%의 기공도를 가질 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 기공도는 다공성 막의 용도에 따라 적합한 범위에서 조절될 수 있다.Meanwhile, the fluorine-based resin porous membrane may have a porosity of 50 to 90%, or 50 to 80%, or 55 to 75%, but the present invention is not limited thereto, and the porosity is suitable according to the use of the porous membrane. Can be adjusted in a range.
이때, 상기 불소계 수지 다공성 막의 기공도는, 다공성 막의 부피 및 중량으로부터 밀도를 구한 후, 하기 수학식 1에 따라 결정하였다:At this time, the porosity of the fluorine-based resin porous membrane was determined according to Equation 1 below, after obtaining the density from the volume and weight of the porous membrane:
[수학식 1][Equation 1]
기공도(%)={1-(중량[g]/(두께[cm]×면적[cm2]×진밀도[g/cm3]))}×100Porosity (%)={1-(Weight[g]/(Thickness[cm]×Area[cm 2 ]×True density[g/cm 3 ]))}×100
상기 수학식 1에서, 상기 진밀도는 불소계 수지의 진밀도 2.2g/cm3로 하였다. In Equation 1, the true density was 2.2 g/cm 3 of the fluorine-based resin.
한편, 상기 구현예의 불소계 수지는 구체적인 예가 한정되는 것은 아니며, 통상적으로 사용 가능한 불소계 화합물일 수 있다. 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 공중합체(FEP), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 코폴리머 수지(ETFE), 테트라플루오로에틸렌- 클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(TFE/CTFE) 및 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 수지(ECTFE)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 불소계 화합물일 수 있다.Meanwhile, the fluorine-based resin of the above embodiment is not limited to a specific example, and may be a fluorine-based compound that can be used in general. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer It may be one or more fluorine-based compounds selected from the group consisting of resin (ETFE), tetrafluoroethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (TFE/CTFE), and ethylene-chlorotrifluoroethylene resin (ECTFE).
상기 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 불소계 수지는 내열성 및 내약품성이 매우 우수한 플라스틱이며, 상기 불소계 수지로 제조한 다공성 불소계 수지 복합막은 부식성 기체 및 액체용 필터 매체, 전기분해용 투과성 막 및 전지 분리기로서 광범위하게 이용될 수 있으며, 또한 반도체 산업분야에서 사용되는 다양한 기체 및 액체를 정밀 여과하는데 사용될 수 있다.The fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) is a plastic having excellent heat resistance and chemical resistance, and the porous fluorine-based resin composite membrane made of the fluorine-based resin is a filter medium for corrosive gases and liquids, a permeable membrane for electrolysis, and a battery. It can be widely used as a separator, and can also be used to fine filter various gases and liquids used in the semiconductor industry.
한편, 상기 불소계 수지 다공성 막은, ASTM D 737 기준에 의해 0.2 내지 0.8 ㎤/sec/㎠의 공기투과도를 가질 수 있고, 0.1 ㎫의 압력에서 5 내지 30 ㎖/min ㎠ 의 유량을 가질 수 있다.Meanwhile, the fluorine-based resin porous membrane may have an air permeability of 0.2 to 0.8 cm 3 /sec/cm 2 according to ASTM D 737 standards, and may have a flow rate of 5 to 30 ml/min cm 2 at a pressure of 0.1 MPa.
상기 공기투과도 및 유량의 값이 높을수록, 기체 및 유체의 흐름이 우수하여 통기성이 향상될 수 있고 여과 효율이 개선될 수 있는데, 특히, 상기 불소계 수지 다공성 막은, 기공의 크기의 분포를 통해 반치폭의 값을 조절하여 종래의 다공성 막과 기공의 평균 직경 및 최대 직경이 유사 함에도 불구하고 높은 통기성 및 우수한 여과 효율을 나타낼 수 있다.The higher the values of the air permeability and flow rate, the better the flow of gas and fluid, so that the air permeability can be improved and the filtration efficiency can be improved.In particular, the fluorine-based resin porous membrane has a half width through distribution of the pore size. By adjusting the value, although the average diameter and the maximum diameter of the pores are similar to that of the conventional porous membrane, high air permeability and excellent filtration efficiency may be exhibited.
한편, 상기 불소계 수지 다공성 막은 통상의 방법에 의해 제조될 수 있으며, 일례로 하기의 방법에 의해 제조될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 다공성 막의 용도에 따라 적절한 범위에서 변형 및 조절될 수 있다.On the other hand, the fluorine-based resin porous membrane may be prepared by a conventional method, for example, may be prepared by the following method. However, it is not limited thereto, and may be modified and adjusted within an appropriate range according to the use of the porous membrane.
상기 일 실시예에 따르면, 상기 불소계 수지 다공성 막은, 다공성 불소계 수지 필름을 종 방향(MD) 연신하고, 융점 이상 소결 온도 미만의 온도에서 12초 이내로 열처리하는 단계(단계 1); 및 상기 열처리된 불소계 수지 필름을 횡 방향 연신 후, 불소계 수지 필름의 융점 이상의 온도에서 소결 처리 하는 단계(단계 2)를 포함하는, 제조방법에 의해 제조될 수 있다.According to the exemplary embodiment, the fluorine-based resin porous membrane comprises the steps of stretching the porous fluorine-based resin film in a longitudinal direction (MD) and heat-treating at a temperature equal to or higher than the melting point and less than the sintering temperature within 12 seconds (step 1); And sintering the heat-treated fluorine-based resin film in a transverse direction and then sintering at a temperature equal to or higher than the melting point of the fluorine-based resin film (step 2).
이하, 상기 일 실시예에 따른 불소계 수지 다공성 막의 제조방법을 각 단계 별로 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the fluorine-based resin porous membrane according to the embodiment will be described in detail for each step.
단계 1은 다공성 불소계 수지 필름을 종 방향(MD) 연신 후 1차 열처리하는 단계이다. 상기 다공성 불소계 수지 필름은 통상 불소계 수지의 다공성 막 제조에 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. Step 1 is a step of first heat treatment after stretching the porous fluorine-based resin film in the longitudinal direction (MD). The porous fluorine-based resin film may be used without particular limitation as long as it is generally used for manufacturing a porous film of a fluorine-based resin.
예를 들면, 상기 다공성 불소계 수지 필름은, 불소계 수지와 윤활제를 포함하는 불소계 수지 포함 조성물을 압출 및 압연하여 불소계 수지 필름을 제조하는 단계; 및 상기 불소계 수지 필름을 열처리하여 윤활제를 제거하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다. 이에 따라 상기 일 구현예에 따른 불소계 수지 다공성 막은 상기한 다공성 불소계 수지 필름의 제조단계를 더 포함할 수 있다. For example, the porous fluorine-based resin film may include extruding and rolling a fluorine-based resin-containing composition including a fluorine-based resin and a lubricant to prepare a fluorine-based resin film; And heat-treating the fluorine-based resin film to remove the lubricant. Accordingly, the fluorine-based resin porous membrane according to the embodiment may further include the step of preparing the porous fluorine-based resin film.
구체적으로, 상기 불소계 수지 포함 조성물은 불소계 수지를 윤활제와 혼합함으로써 제조될 수 있다.Specifically, the fluorine-based resin-containing composition may be prepared by mixing a fluorine-based resin with a lubricant.
상기 불소계 수지로는 통상 불소계 수지 막에 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있으며, 구체적인 예로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 공중합체(FEP), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 코폴리머 수지(ETFE), 테트라플루오로에틸렌- 클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(TFE/CTFE) 또는 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 수지(ECTFE) 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 이중에서도 다공성 막의 내약품성, 내열성, 내후성 및 불연성을 개선시킬 수 있는 점을 고려할 때 PTFE 수지가 사용될 수 있다.The fluorine-based resin may be used without limitation as long as it is usually used for a fluorine-based resin film, and specific examples include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), and tetrafluoro. Ethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer resin (ETFE), tetrafluoroethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (TFE/CTFE) or ethylene-chlorotrifluoroethylene resin (ECTFE) and the like, and any one or a mixture of two or more of them may be used. Among these, PTFE resin can be used in consideration of the fact that it can improve the chemical resistance, heat resistance, weather resistance, and non-flammability of the porous membrane.
또한, 상기 PTFE 수지는 에멀젼 중합 등 통상의 방법에 의해 제조될 수 있으며, 분말 형태로 사용될 수 있다. 이때 불소계 수지 다공성 막 제조시 제조 효율 및 제조되는 불소계 수지 다공성 막의 물성 개선 효과를 고려할 때, 상기 PTFE 수지는 평균 입자 크기가 0.2 내지 0.3 ㎛인 복수 개의 1차 입자가 응집된 2차 입자일 수 있으며, 이때 2차 입자의 평균 입자 크기는 400 내지 700 ㎛일 수 있다. In addition, the PTFE resin may be prepared by a conventional method such as emulsion polymerization, and may be used in the form of a powder. At this time, when considering the manufacturing efficiency and the effect of improving the physical properties of the produced fluorine-based resin porous membrane when manufacturing the fluorine-based resin porous membrane, the PTFE resin may be a secondary particle in which a plurality of primary particles having an average particle size of 0.2 to 0.3 μm are aggregated. , In this case, the average particle size of the secondary particles may be 400 to 700 μm.
또한, 이와 같은 입자 구조 및 크기 범위를 충족하는 조건하에서 상기 PTFE 수지는 벌크밀도(bulk density)(수지 1L 당 중량)가 400 내지 600 g/L인 것일 수 있다. In addition, the PTFE resin may have a bulk density (weight per 1 L of resin) of 400 to 600 g/L under conditions satisfying such a particle structure and size range.
한편, 상기 윤활제는 불소계 수지 분말의 표면을 적시면서 압출을 용이하게 하는 역할을 하는 것으로, 시트 형태로의 성형 후 열에 의한 증발 추출 등의 방법에 의해 제거가 가능한 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 유동파라핀, 나프타, 화이트 오일, 톨루엔, 크실렌 등의 탄화수소 오일, 각종 알코올류, 케톤류, 에스테르류 등이 사용될 수 있다. Meanwhile, the lubricant serves to facilitate extrusion while wetting the surface of the fluorine-based resin powder, and may be used without particular limitation as long as it can be removed by a method such as evaporation extraction by heat after molding into a sheet form. As specific examples, hydrocarbon oils such as liquid paraffin, naphtha, white oil, toluene and xylene, various alcohols, ketones, esters, and the like may be used.
한편, 불소계 수지 필름에 대한 연신을 통해 다공성 막을 제조하는 경우, 고온 고압 조건에서 불소계 수지 입자로부터 미세 피브릴이 형성되고, 상기 피브릴에 의해서 서로 연결된 노듈 구조에 의해 미세 기공을 형성할 수 있는데, 피브릴의 연결 및 불소계 수지 입자 간 결합을 단단하게 형성하고, 크기가 작은 기공을 가지는 다공성 막을 제조하기 위해서는, 윤활제의 사용을 최소화 해야 한다. 그러나, 수지 대비 윤활제의 함량이 너무 적은 경우, 예비 성형체를 제조하고, 압연, 압출을 진행하는 공정 등에서, 예비 성형체 표면에 부하가 심해지기 때문에, 표면 기공이 막히고, 매끈한 표면이 형성되는, 표면 필름화 현상이 발생할 수 있게 된다. 표면 필름화 현상이 발생하는 경우, 표면에 기공이 사라지기 때문에, 건조 공정 등에서 윤활제가 밖으로 배출되지 못하는데, 외부로 배출되지 못한 윤활제는, 이후 연신 등의 공정에서 높은 열에 의해 기화되어, 막 내부에서 박리를 일으키거나, 샘플 내부를 들뜨게 하는, 불량 발생의 원인이 된다.On the other hand, in the case of manufacturing a porous membrane through stretching of a fluorine-based resin film, fine fibrils are formed from the fluorine-based resin particles under high temperature and high pressure conditions, and micropores may be formed by a nodule structure connected to each other by the fibrils. In order to firmly form the connection of fibrils and bonds between the fluorine-based resin particles and to manufacture a porous membrane having small pores, the use of lubricants should be minimized. However, if the content of the lubricant is too small relative to the resin, since the load on the surface of the preform becomes severe in the process of manufacturing the preform, rolling, and extruding, the surface pores are clogged and a smooth surface is formed, a surface film. Burning phenomenon may occur. When surface filming occurs, since pores disappear on the surface, the lubricant cannot be discharged to the outside during a drying process, but the lubricant that cannot be discharged to the outside is vaporized by high heat in subsequent processes such as stretching, It may cause peeling or cause defects to lift the inside of the sample.
이에 따라 본 발명에 있어서 상기 윤활제는 불소계 수지 100 중량부에 대하여 10 내지 30 중량부, 보다 구체적으로는 15 내지 30중량부로 사용될 수 있다.Accordingly, in the present invention, the lubricant may be used in an amount of 10 to 30 parts by weight, more specifically 15 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the fluorine-based resin.
한편, 상기 불소계 수지와 윤활제의 혼합 후, 혼합물 내 각 성분의 균일 혼합을 위해 일정 시간 동안 숙성하는 공정이 선택적으로 더 수행될 수 있다. Meanwhile, after mixing the fluorine-based resin and the lubricant, a process of aging for a predetermined time for uniform mixing of each component in the mixture may be selectively further performed.
상기 숙성은 구체적으로 30 내지 50 ℃의 온도에서 12 내지 24시간 동안 유지함으로써 수행될 수 있다.The aging may be specifically performed by holding at a temperature of 30 to 50 °C for 12 to 24 hours.
또한, 상기 혼합 및 선택적으로 숙성 공정 후 압출 공정 수행에 앞서, 상기 혼합물에 대해 압력을 인가하여 예비성형체(preform)를 형성하는 공정이 선택적으로 더 수행될 수 있다.In addition, prior to performing the extrusion process after the mixing and selective aging process, a process of forming a preform by applying pressure to the mixture may be selectively further performed.
상기 예비성형체 형성 공정은 구체적으로, 상기 혼합물 또는 숙성된 혼합물에 대해 1 내지 5 MPa의 압력을 인가함으로써 수행될 수 있다. Specifically, the preform forming process may be performed by applying a pressure of 1 to 5 MPa to the mixture or the aged mixture.
이어서, 상기한 공정을 통해 수득한 혼합물을 압출 및 압연하여 불소계 수지 필름을 제조하는 공정이 수행될 수 있다.Subsequently, a process of manufacturing a fluorine-based resin film by extruding and rolling the mixture obtained through the above-described process may be performed.
이때, 압출 후 제조되는 불소계 수지 필름의 두께는 약 3000 ㎛이며, 이후 압연 후 불소계 수지 필름의 두께는 80 내지 600 ㎛일 수 있다. 상기한 두께 범위를 가질 때 보다 우수한 불소계 수지 다공성 막의 효과를 나타낼 수 있다.At this time, the thickness of the fluorine-based resin film prepared after extrusion may be about 3000 µm, and the thickness of the fluorine-based resin film after rolling may be 80 to 600 µm. When it has the above-described thickness range, the effect of the fluorine-based resin porous membrane may be more excellent.
상기 압출 및 압연 공정은 제조되는 불소계 수지 필름의 두께가 상기한 범위를 갖도록 하는 것을 제외하고는, 통상의 방법에 따라 수행될 수 있다. The extrusion and rolling process may be performed according to a conventional method, except that the thickness of the fluorine-based resin film to be produced has the above-described range.
구체적으로 상기 압출 공정은 25 내지 50℃의 온도 및 1 내지 40MPa의 압력 하에서 수행될 수 있고, 상기 압연 공정은 30 내지 100℃의 온도 및 10 내지 30MPa의 압력 하에서 수행될 수 있다. Specifically, the extrusion process may be performed under a temperature of 25 to 50°C and a pressure of 1 to 40 MPa, and the rolling process may be performed under a temperature of 30 to 100°C and a pressure of 10 to 30 MPa.
또한, 상기 압연 공정은 상기한 불소계 수지 필름의 두께를 고려하여 1회 수행될 수도 있고, 또는 2회 이상의 다단계로 수행될 수 있다. 일례로 2회 수행시, 상기 혼합물에 대해 1 내지 3 mm의 두께로 1차 압출한 다음, 80 내지 600 ㎛ 두께의 시트로 2차 압출을 할 수 있다. In addition, the rolling process may be performed once in consideration of the thickness of the fluorine-based resin film, or may be performed in multiple steps of two or more times. For example, when performed twice, the mixture may be first extruded to a thickness of 1 to 3 mm, and then a second extrusion may be performed into a sheet having a thickness of 80 to 600 μm.
다음으로 상기에서 제조한 불소계 수지 필름을 열처리하여 윤활제를 제거하는 공정이 수행될 수 있다.Next, a process of removing the lubricant by heat treatment of the fluorine-based resin film prepared above may be performed.
상기 열처리시 온도는 상기 윤활제를 제거할 수 있는 온도이면 특별히 제한되지 않으며, 구체적으로는 120 내지 200 ℃, 보다 구체적으로는 150 내지 180 ℃에서 윤활제가 완전히 제거될 수 있는 시간 동안 수행될 수 있다.The temperature during the heat treatment is not particularly limited as long as it is a temperature at which the lubricant can be removed, and specifically, it may be performed at 120 to 200°C, more specifically 150 to 180°C for a period of time during which the lubricant can be completely removed.
다음으로 상기에서 제조한 다공성 불소계 수지 필름에 대한 종 방향 연신 공정이 수행될 수 있다.Next, a longitudinal stretching process may be performed on the porous fluorine-based resin film prepared above.
상기 연신 공정은 상이한 속도로 회전하는 롤 사이에서 수행되거나 또는 오븐에서 텐터(tenter)를 사용하여 수행될 수 있다.The stretching process may be performed between rolls rotating at different speeds or may be performed using a tenter in an oven.
구체적으로 상기 연신 공정은 2 내지 20배, 보다 구체적으로는 3 내지 15배의 연신 배율로 상기 불소계 수지 필름을 종 방향 연신함으로써 수행될 수 있다. 상기한 조건에서 종 방향 연신 공정의 수행시 피브릴 길이가 짧아지는 것을 방지할 수 있고, 그 결과 평균 기공 크기를 증가시켜 높은 통기성을 얻을 수 있다. Specifically, the stretching process may be performed by stretching the fluorine-based resin film in the longitudinal direction at a stretching ratio of 2 to 20 times, more specifically 3 to 15 times. When performing the longitudinal stretching process under the above-described conditions, it is possible to prevent the fibril length from shortening, and as a result, the average pore size can be increased to obtain high air permeability.
또한, 상기 연신 공정은 불소계 수지 필름의 융점 근처 또는 이하에서 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 100 내지 320 ℃, 보다 구체적으로는 200 내지 300 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기한 온도 범위에서 연신 공정이 수행될 때 다공성 구조 형성이 유리하다.In addition, the stretching process may be performed near or below the melting point of the fluorine-based resin film, more specifically 100 to 320 °C, more specifically 200 to 300 °C. When the stretching process is performed in the above temperature range, it is advantageous to form a porous structure.
한편, 상기 종 방향 연신 공정 후, 연신된 불소계 수지 필름에 대해 융점 이상이며, 불소계 수지 필름이 소결되는 소결 온도 미만의 온도에서의 열처리가 수행될 수 있다. On the other hand, after the longitudinal stretching process, heat treatment at a temperature equal to or higher than the melting point of the stretched fluorine-based resin film and lower than the sintering temperature at which the fluorine-based resin film is sintered may be performed.
상기 불소계 수지 필름은 DSC (시차 열 분석법)으로 측정한 융점이 327 내지 333 ℃다. 또한 MD 방향으로 연신 후 열처리를 한 불소계 수지 필름을 시차 열 분석법으로 열용량 값(ΔH) 측정함으로써 Crystallinity의 변화를 알 수 있으며, 이를 통해 불소계 수지 필름의 소성 정도를 가늠할 수 있다. 이에 따라 상기 불소계 필름의 소성도에 영향을 미치지 않는 온도는 340 ℃ 미만이다. 따라서 상기 열처리는 불소계 수지 필름의 융점 이상 340 ℃ 미만의 온도에서 1 내지 12초 동안 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 330 ℃ 이상 340℃ 미만의 온도에서 5 내지 12초 동안, 보다 더 구체적으로는 334 내지 339 ℃에서 5 내지 10초 동안 수행될 수 있다.The fluorine-based resin film has a melting point of 327 to 333°C as measured by DSC (differential thermal analysis). In addition, by measuring the heat capacity value (ΔH) of the fluorine-based resin film that has been stretched in the MD direction and then heat-treated by a differential thermal analysis method, it is possible to know the change in crystallinity, and through this, the degree of sintering of the fluorine-based resin film can be estimated. Accordingly, the temperature that does not affect the plasticity of the fluorine-based film is less than 340 °C. Therefore, the heat treatment may be performed for 1 to 12 seconds at a temperature of not less than 340° C. of the fluorine-based resin film, and more specifically, at a temperature of not less than 330° C. and less than 340° C. for 5 to 12 seconds, and more specifically It can be carried out for 5 to 10 seconds at 334 to 339 °C.
상기 종 방향으로의 연신에 의해 다공질화한 불소계 수지 필름은 치수 안정성이 나쁘고 상온에서도 수축할 가능성이 있다. 이에 대해 상기한 조건에서의 1차 열처리를 통해 열 고정함으로써 이 같은 수축을 방지할 수 있다.The fluorine-based resin film made porous by stretching in the longitudinal direction has poor dimensional stability and may shrink even at room temperature. On the other hand, it is possible to prevent such shrinkage by heat fixing through the first heat treatment under the above-described conditions.
단계 2는 상기 단계 1에서 열처리된 불소계 수지 필름을 횡 방향으로 연신 후 불소계 수지 필름의 융점 이상의 온도에서 소결 처리 하여 불소계 다공성 수지 막을 제조하는 단계이다.Step 2 is a step of preparing a fluorine-based porous resin film by stretching the fluorine-based resin film heat-treated in step 1 in the transverse direction and then sintering the fluorine-based resin film at a temperature equal to or higher than the melting point of the fluorine-based resin film.
구체적으로 상기 단계 2에 있어서 연신 공정은 2 내지 50배, 보다 구체적으로는 10 내지 30배의 연신 비율로 상기 불소계 수지 필름을 횡 방향 연신함으로써 수행될 수 있다. 또, 상기 연신 공정은 불소계 수지 필름의 융점 근처 또는 이하에서 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 100 내지 400 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기한 조건에서 횡 방향 연신 공정의 수행시 평균 기공 크기를 작게 하면서도 기공도를 증가시킴으로써 횡 방향의 수축 저항성을 향상시킬 수 있다.Specifically, the stretching process in Step 2 may be performed by stretching the fluorine-based resin film in a transverse direction at a stretching ratio of 2 to 50 times, more specifically 10 to 30 times. In addition, the stretching process may be performed near or below the melting point of the fluorine-based resin film, and more specifically, may be performed at a temperature of 100 to 400 °C. When performing the transverse stretching process under the above-described conditions, the shrinkage resistance in the transverse direction may be improved by increasing the porosity while reducing the average pore size.
이어서 횡방향 연신된 불소계 수지 필름에 대해 융점 이상에서의 소결 처리가 수행될 수 있다.Subsequently, a sintering treatment at a melting point or higher may be performed on the fluorine-based resin film stretched in the transverse direction.
구체적으로 상기 소결 공정은 연신된 불소계 수지 필름을 열 고정하여 최종 제조되는 불소계 필름 다공성 막의 열수축을 방지하기 위한 것으로, 350 내지 450 ℃의 온도에서, 9 내지 100 초 동안 수행될 수 있다. 이와 같은 조건에서의 소결 처리에 의해 최종 제조되는 불소계 수지 다공성 막 내 기공 분포를 보다 좁게 할 수 있다. Specifically, the sintering process is to prevent heat shrinkage of the finally produced fluorine-based film porous film by heat fixing the stretched fluorine-based resin film, and may be performed for 9 to 100 seconds at a temperature of 350 to 450 °C. By the sintering treatment under such conditions, the pore distribution in the finally produced fluorine-based resin porous film can be made narrower.
상기한 제조방법에 의해 제조되는 불소계 수지의 다공성 막은, 연신 공정 별로 수행되는 열처리를 통해 연신된 불소계 수지 필름이 열고정화 됨으로써 열수축율, 특히 100 ℃ 이하에서의 열수축률이 크게 개선될 수 있다. In the porous membrane of the fluorine-based resin manufactured by the above-described manufacturing method, the heat shrinkage rate, particularly, the heat shrinkage rate at 100° C. or lower, can be greatly improved by heat-cleaning the fluorine-based resin film stretched through heat treatment performed for each stretching process.
또한, 상기한 제조방법에 의해 제조되는 불소계 수지의 다공성 막은 열처리시 소성이 일어나지 않도록 하는 제어 조건 하에서 수행됨으로써, 불소계 수지 필름내 기공의 크기와 기공도의 변화를 방지할 수 있다. 이에 따라 미세한 기공 크기를 가지면서도 높은 기공도를 유지할 수 있어 소정의 압력하에서 단위시간당 상기 다공성 막을 통과하는 유체의 양도 상대적으로 높아지게 되고, 그 결과 여과 효율 및 투과성이 발란스 좋게 개선될 수 있다. In addition, since the porous membrane of the fluorine-based resin prepared by the above-described manufacturing method is performed under controlled conditions such that sintering does not occur during heat treatment, changes in the size and porosity of the pores in the fluorine-based resin film can be prevented. Accordingly, it is possible to maintain a high porosity while having a fine pore size, so that the amount of fluid passing through the porous membrane per unit time under a predetermined pressure is also relatively high, and as a result, filtration efficiency and permeability can be improved with good balance.
또한, 종래 미세 두께의 다공성 막은 여과 시 적용 압력으로 인해 그 형상이나 내부에 분포하는 기공의 직경 등이 변화할 수 있고, 막 자체가 파열되는 등의 이유로 여과 특성이 크게 저하될 수 있는데, 상기 제조방법에 따라 제조되는 불소계 수지 다공성 막은 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라, 제조 과정 및 여과 운전 과정에서도 그 형태나 내부 기공 등의 형상 등이 크게 변하지 않는 특성을 가질 수 있다. In addition, the conventional micro-thick porous membrane may change its shape or the diameter of pores distributed inside due to the applied pressure during filtration, and the filtration characteristics may be greatly degraded due to the rupture of the membrane itself. The fluorine-based resin porous membrane manufactured according to the method may not only have excellent mechanical properties, but also may have properties that do not significantly change its shape or shape, such as internal pores, during the manufacturing process and the filtration operation process.
이에 따라 상기 일 구현예에 따른 상기한 제조방법에 의해, 0.10 내지 0.25㎛의 평균 직경 및 0.28 내지 0.35㎛의 최대 직경을 갖는 기공을 포함하고, 상기 기공의 크기의 정규 분포는 3 내지 20 ㎚의 반치폭을 갖는, 불소계 수지 다공성 막이 제공될 수 있다. Accordingly, by the above-described manufacturing method according to the embodiment, pores having an average diameter of 0.10 to 0.25 μm and a maximum diameter of 0.28 to 0.35 μm are included, and the normal distribution of the size of the pores is 3 to 20 nm. A fluorine-based resin porous membrane having a half width can be provided.
상기 불소계 수지 다공성 막은 부식성 기체 및 액체용 필터 매체, 전기분해용 투과성 막 및 전지 분리기로서 광범위하게 이용될 수 있으며, 또한 반도체 산업분야에서 사용되는 다양한 기체 및 액체를 정밀 여과하는데 사용될 수 있다. The fluorine-based resin porous membrane may be widely used as a filter medium for corrosive gases and liquids, a permeable membrane for electrolysis, and a battery separator, and may also be used to finely filter various gases and liquids used in the semiconductor industry.
발명의 다른 구현예에 따르면, 0.10 내지 0.25㎛의 평균 직경 및 0.28 내지 0.35㎛의 최대 직경을 갖는 기공을 포함하고, 상기 기공의 크기의 정규 분포가 3 내지 20 ㎚의 반치폭을 갖는, 불소계 수지 다공성 막을 포함하는 필터가 제공될 수 있다.According to another embodiment of the invention, including pores having an average diameter of 0.10 to 0.25 μm and a maximum diameter of 0.28 to 0.35 μm, and the normal distribution of the pore size has a half width of 3 to 20 nm, fluorine-based resin porosity A filter comprising a membrane may be provided.
본 발명자들은, 0.10 내지 0.25㎛의 평균 직경 및 0.28 내지 0.35㎛의 최대 직경을 갖는 기공을 포함하면서, 기공의 크기의 분포를 조절하여 상기 기공의 크기의 정규 분포가 3 내지 20 ㎚의 반치폭을 갖게 하여, 기존의 불소계 수지 다공성 막에 비하여 우수한 기체 및 유체의 흐름을 가지는 불소계 수지 다공성 막을 구현하였고, 이를 포함하는 필터를 고안하였다.The present inventors, while including pores having an average diameter of 0.10 to 0.25㎛ and a maximum diameter of 0.28 to 0.35㎛, by adjusting the distribution of the size of the pores to have a normal distribution of the size of the pores have a half width of 3 to 20 ㎚. Thus, a fluorine-based resin porous membrane having superior gas and fluid flow compared to the existing fluorine-based resin porous membrane was implemented, and a filter including the same was devised.
상기 필터는 상기 불소계 수지 다공성 막을 포함함에 따라, 높은 통기성 및 우수한 여과 효율을 나타낼 수 있다.As the filter includes the fluorine-based resin porous membrane, it may exhibit high air permeability and excellent filtration efficiency.
이때, 상기 필터는 상기 불소계 수지 다공성 막 외에, 부직포, 직물, 메쉬 또는 스크린과 같은 필터 요소 등을 더 포함할 수 있으며, 평판형, 주름형, 나선형 또는 중공 실린더 형 등의 다양한 형태를 가질 수 있다. In this case, the filter may further include a filter element such as a non-woven fabric, fabric, mesh, or screen in addition to the fluorine-based resin porous membrane, and may have various shapes such as a flat plate type, a pleated type, a spiral type, or a hollow cylinder type. .
또한, 상기 필터는 상술한 상기 불소계 수지 다공성 막을 포함하는 것인바, 이 분야에 잘 알려진 방법에 따라 제공되며 사용될 수 있다.In addition, since the filter includes the above-described fluorine-based resin porous membrane, it may be provided and used according to a method well known in the art.
본 발명은 기체 및 유체의 흐름이 우수한 불소계 수지 다공성 막을 제공할 수 있다.The present invention can provide a fluorine-based resin porous membrane excellent in flow of gas and fluid.
또한, 본 발명은 기체 및 유체의 흐름이 우수한 불소계 수지 다공성 막을 포함하는 필터를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a filter including a fluorine-based resin porous membrane excellent in flow of gas and fluid.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. The invention will be described in more detail in the following examples. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.
하기 실시예에서 제조된 불소계 수지 다공성 막의 기공의 직경과 기공의 분포는 PMI社의 포로메트리(porometry) 장비를 사용하여 측정하였다.The pore diameter and pore distribution of the fluorine-based resin porous membrane prepared in the following examples were measured using a porometry device of PMI.
유체(wetting liquid)로 표면 장력이 15.9 dyne/㎝인 Galwick을 사용하였고, 구체적으로 샘플을 Galwick 용액에 적셔 기공을 용액으로 채우고, 압력을 증가시키면서 공기를 불어넣을 때 큰 기공 안에 채워진 용액이 먼저 압력에 밀려 이동하게 하여 버블 포인트 압력을 측정하였다. As the wetting liquid, Galwick with a surface tension of 15.9 dyne/cm was used. Specifically, when the sample was wetted in a Galwick solution to fill the pores with the solution, and when air was blown while increasing the pressure, the solution filled in the large pores was first pressured. The bubble point pressure was measured by being pushed to and moving.
측정된 결과를 바탕으로 기공의 크기 분포를 얻을 수 있으며, 평균 기공을 100%로 기준하여 상대적인 백분율로 나타내었다.Based on the measured results, the size distribution of the pores can be obtained, and the average pore size is expressed as a relative percentage based on 100%.
실시예 1Example 1
PTFE 레진 F106C(Dakin사) 100중량부에 대하여 윤활제(Isopar H) 22중량부를 혼합하여 불소계 수지 포함 조성물을 제조한 후 상온에서 24시간 동안 숙성하였다. 이어, 4 MPa의 압력을 가하여 preform block을 제조하고, paste 압출 장비를 이용하여 시트 형태로 압출한 후, 압연 roll을 이용하여 500 ㎛ 두께로 압연하여 PTFE 필름을 제조하였다. A composition containing a fluorine-based resin was prepared by mixing 22 parts by weight of a lubricant (Isopar H) with respect to 100 parts by weight of PTFE resin F106C (Dakin), and then aged at room temperature for 24 hours. Subsequently, a preform block was prepared by applying a pressure of 4 MPa, extruded in a sheet form using a paste extrusion equipment, and then rolled to a thickness of 500 μm using a rolling roll to prepare a PTFE film.
제조한 PTFE 필름을 150 ℃의 가열 오븐에서 Roll to Roll 공정으로 열처리하여 윤활제(Isopar H)를 완전히 제거한 후, 300 ℃에서 roll 속도 차이를 이용하여 종 방향으로 6 배 연신을 실시하고, 335℃에서 9초간 열처리하였다. 열처리한 종 방향 연신 PTFE 필름을 300 ℃에서 roll 속도 차이를 이용하여 횡 방향으로 15 배 연신하고, 필름을 가열 roll을 이용하여 380 ℃에서 13초 동안 열처리하여, 기공의 평균 직경 및 최대 직경이 각각 0.18㎛ 및 0.33㎛이고, 기공 분포의 반치폭이 5.39㎚이며, 두께가 36.3㎛인 불소계 수지 다공성 막을 제조하였다. The manufactured PTFE film is rolled to roll in a heating oven at 150 ℃. After heat treatment was performed to completely remove the lubricant (Isopar H), stretching was performed six times in the longitudinal direction using the difference in roll speed at 300°C, followed by heat treatment at 335°C for 9 seconds. The heat-treated longitudinal stretched PTFE film was stretched 15 times in the transverse direction at 300 °C using the difference in roll speed, and the film was heat treated at 380 °C for 13 seconds using a heating roll, so that the average diameter and the maximum diameter of the pores were respectively A fluorine-based resin porous membrane having a thickness of 0.18 µm and 0.33 µm, a half width of a pore distribution of 5.39 nm, and a thickness of 36.3 µm was prepared.
실시예 2Example 2
종 방향(MD) 연신 후 340도에서 15초간 열처리 하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 기공의 평균 직경 및 최대 직경이 각각 0.19㎛ 및 0.30㎛이고, 기공 분포의 반치폭이 10.96㎚이며, 두께가 35.0㎛인 불소계 수지 다공성 막을 제조하였다.The same method as in Example 1 was carried out except for performing heat treatment at 340 degrees for 15 seconds after stretching in the longitudinal direction (MD), and the average and maximum diameters of the pores were 0.19 μm and 0.30 μm, respectively, and the half width of the pore distribution was 10.96 nm. , A fluorine-based resin porous membrane having a thickness of 35.0 μm was prepared.
상기 실시예에서 제조된 불소계 수지 다공성 막의 두께, 기공의 평균 직경, 기공의 최대 직경 및 기공 분포의 반치폭의 값을 정리하면 하기 표 1과 같다.Table 1 below summarizes the values of the thickness of the fluorine-based resin porous membrane prepared in the above example, the average diameter of the pores, the maximum pore diameter, and the half width of the pore distribution.
실험예Experimental example
상기 실시예에서 제조된 불소계 수지 다공성 막에 대하여 아래의 특성을 측정 또는 평가하였고, 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다.The following properties were measured or evaluated for the fluorine-based resin porous membrane prepared in the above example, and the results are summarized in Table 2 below.
(1) 공기투과도(㎤/sec/㎠):(1) Air permeability (cm3/sec/cm2):
ASTM D 737규정에 따른 프레이져(Frazier) 시험방법을 이용하여 불소계 수지 다공성 막의 공기투과도를 측정하였다. 구체적으로는, 125㎩의 드레인(drain) 압력에서 단면적 38 ㎠의 시편으로 유입되는 공기의 양(㎤/sec/㎠)을 측정하였다. The air permeability of the fluorine-based resin porous membrane was measured using the Fraser test method according to ASTM D 737. Specifically, the amount of air flowing into the specimen having a cross-sectional area of 38 cm 2 (cm 3 /sec/cm 2) was measured at a drain pressure of 125 Pa.
(2) 유량 (㎖/min ㎠):(2) Flow rate (ml/min cm2):
불소계 수지 다공성 막을 투과하는 액체의 유량을 측정하기 위하여, 0.1 ㎫의 압력에서, 지름이 50㎜인 원형의 불소계 수지 다공성 막으로 유입되는 이소프로필 알코올(IPA, Propan-2-ol)의 양을 측정하여 유량을 계산하였다.To measure the flow rate of liquid passing through the fluorine-based resin porous membrane, measure the amount of isopropyl alcohol (IPA, Propan-2-ol) flowing into the circular fluorine-based resin porous membrane with a diameter of 50 mm at a pressure of 0.1 MPa. The flow rate was calculated.
실험결과, 불소계 수지 다공성 막의 입자 제거 성능을 유지하면서 기공의 평균 직경 및 최대 직경을 변화시키지 않고, 기공의 크기의 분포를 조절하여 상기 기공의 크기의 정규 분포가 3 내지 20 ㎚의 반치폭을 갖게 하여, 통기성 및 유량이 우수한 불소계 수지 다공성 막을 얻을 수 있었다.As a result of the experiment, while maintaining the particle removal performance of the fluorine-based resin porous membrane, the average diameter and the maximum diameter of the pores were not changed, and the distribution of the pore size was adjusted so that the normal distribution of the pore size had a half width of 3 to 20 nm. , It was possible to obtain a fluorinated resin porous membrane excellent in air permeability and flow rate.
Claims (10)
0.28 내지 0.35㎛의 최대 직경을 갖는 기공을 포함하고,
상기 기공의 크기의 정규 분포는 4 내지 18 ㎚의 반치폭을 가지며,
5 내지 100 ㎛의 두께를 갖는, 불소계 수지 다공성 막.
An average diameter of 0.10 to 0.25 μm, and
It contains pores having a maximum diameter of 0.28 to 0.35 μm,
The normal distribution of the pore size has a half width of 4 to 18 nm,
A fluorine-based resin porous membrane having a thickness of 5 to 100 μm.
상기 불소계 수지 다공성 막의 버블 포인트가 10 내지 35 psi인, 불소계 수지 다공성 막.
The method of claim 1,
The bubble point of the fluorine-based resin porous membrane is 10 to 35 psi, the fluorine-based resin porous membrane.
상기 불소계 수지 다공성 막은 50 내지 90 %의 기공도를 갖는, 불소계 수지 다공성 막.
The method of claim 1,
The fluorine-based resin porous membrane has a porosity of 50 to 90%, the fluorine-based resin porous membrane.
상기 불소계 수지는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 공중합체(FEP), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 코폴리머 수지(ETFE), 테트라플루오로에틸렌- 클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(TFE/CTFE) 및 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 수지(ECTFE)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 불소계 화합물을 포함하는, 불소계 수지 다공성 막.
The method of claim 1,
The fluorine-based resin is polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene-tetrafluoroethylene co A fluorine-based compound comprising at least one fluorine-based compound selected from the group consisting of polymer resin (ETFE), tetrafluoroethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (TFE/CTFE), and ethylene-chlorotrifluoroethylene resin (ECTFE). Resin porous membrane.
상기 불소계 수지 다공성 막은 ASTM D 737 기준에 의해 0.2 내지 0.8 ㎤/sec/㎠의 공기투과도를 갖는, 불소계 수지 다공성 막.
The method of claim 1,
The fluorine-based resin porous membrane has an air permeability of 0.2 to 0.8 cm 3 /sec/cm 2 according to ASTM D 737 standards.
상기 불소계 수지 다공성 막을 투과하는 액체의 유량은 0.1 ㎫의 압력에서 5 내지 30 ㎖/min ㎠인, 불소계 수지 다공성 막.
The method of claim 1,
The flow rate of the liquid passing through the fluorine-based resin porous membrane is 5 to 30 ml/min cm2 at a pressure of 0.1 MPa, the fluorine-based resin porous membrane.
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