KR102324520B1 - 연신된 실리콘 막 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가교 가능한 실리콘 조성물 (S)로부터 얇은 다공성 막을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이러한 방법에서, 제1 단계에서 실리콘 조성물 (S)과 기공-형성제 (P) 및 적절하다면 용매 (L)로부터 혼합물을 형성하며; 제2 단계에서 이러한 혼합물을 몰드(mold) 내로 도입하고 이러한 실리콘 조성물 (S)를 가황시키고, 존재하는 임의의 용매 (L)을 제거하여, 기공을 갖는 가교된 막을 형성하며; 제3 단계에서 이러한 가교된 막으로부터 이러한 기공-형성제 (P)를 제거하고; 제4 단계에서 이러한 막의 기공을 연신(stretching)에 의해 개방시킨다. 본 발명은 또한, 이러한 방식으로 제조된 막, 및 반창고에서, 포장재로서, 및 텍스타일 막으로서, 혼합물의 분리를 위한 이의 용도에 관한 것이다.

Description

연신된 실리콘 막
본 발명은 연신된(drawn), 미소공성 실리콘 막의 제조 방법, 및 또한 이러한 방법으로 수득 가능한 막, 및 이들의 용도에 관한 것이다.
막은 얇은 다공성 성형물(molding)이고, 혼합물 분리에 적용된다. 추가의 적용은 예를 들어, 텍스타일 부문에서 통기성, 발수성 막으로서 생긴다. 이러한 맥락에서 종종, 비대칭 미소다공성(microporosity)을 갖는 응고된 폴리우레탄 막이 사용된다(레브-수리라얀 공정(Loeb-Sourirajan process)). 대안적인 미소공성 막은 2축으로 배향된 폴리테트라플루오로에틸렌을 기초로 한다.
레브-수리라얀 공정에 의한 다공성 실리콘 막의 제조는 공지되어 있다. 예를 들어, JP59225703은 실리콘-카르보네이트 공중합체로부터 다공성 실리콘 막의 제조를 교시하고 있다. 이러한 공정은 필름 층 두께를 따라 비등방성(anisotropic) 기공 크기만 생성한다. 또한, 이 경우에는 별개의 침전조(precipitation bath)가 항상 필요하다.
DE102010001482는 추가로, 증발-유도 상 분리에 의한 등방성 실리콘 막의 제조를 교시하고 있다. 그러나, 이러한 방법의 단점은, 열가소성 실리콘 탄성중합체를 필요로 하고, 그 결과 이에 따라 수득 가능한 막은 비교할 만한 얇은 실리콘 고무 시트보다 온도-안정성이 훨씬 더 낮다는 사실이다. 더욱이, 열가소성 실리콘 탄성중합체는, 다공성 막이 이들의 막 구조를 지속된 하중(loading) 하에 변화시키는 것을 유발하는 "콜드 플로(cold flow)"라고 지칭되는 원치 않는 현상을 나타낸다.
대조적으로, US2004234786은 수성 에멀젼으로부터 출발하는 실리콘 고무 막을 교시하고 있거나, 또는 DE102007022787은 섬유-강화된 실리콘 고무 막을 교시하고 있으며, 이들은 이들의 열적 안정성 및 "콜드 플로"의 부재에 의해 구별된다. 그러나, 이들 방법의 단점은 이에 따라 수득 가능한 막만 비-다공성이고, 따라서 이들이 수방벽(water barrier) 층으로서 사용될 수 있는 한편, 이들은 임의의 실질적인 수증기 투과성을 나타내지 않는다는 점이다.
본원에서, 이들 특허 명세서에서 언급된 실리콘 공중합체 대신에, 순수한 실리콘 고무를 기초로 한 얇은 다공성 막을 제조하는 것이 가능하다면, 이들 막은 이들의 가교된 구조를 고려하여 열적으로 안정하고 비-유체이고, 따라서 임의의 "콜드 플로"를 나타내지 않는 것이 유리할 것이다. 마찬가지로, 등방성 다공성 실리콘 막의 제조가 유리할 것이다.
본 발명의 주제는 가교 가능한 실리콘 조성물 (S)로부터 얇은 다공성 막을 제조하는 방법으로서,
제1 단계는 실리콘 조성물 (S)과 기공-형성제 (P) 및 선택적으로 용매 (L)로부터 혼합물을 형성하는 단계를 포함하며,
제2 단계는 상기 혼합물을 몰드(mold) 내로 도입하고 상기 실리콘 조성물 (S)를 가황시키고, 존재하는 임의의 용매 (L)을 제거하는 단계를 포함하며, 이 단계에서 기공을 갖는 가교된 막이 형성되며,
제3 단계는 상기 가교된 막으로부터 상기 기공-형성제 (P)를 제거하는 단계를 포함하고,
제4 단계는 상기 막의 기공을 연신(drawing)에 의해 개방시키는 단계를 포함한다.
놀랍게도, 가교된 실리콘 고무로 제조된 막 내의 기공은 연신에 의해 비가역적으로 개방될 수 있고, 이들 연신된 막은 대칭적으로 등방성 분포를 나타낸다는 것이 본원에서 확인되었다. 추가로, 예상치 못하게도, 막의 연신 후 및 이완(relaxation) 후 층 두께는 연신 전보다 크다. 공지된 실리콘 고무가 사용될 수 있다.
본원에서 연신 절차는 중대한데, 왜냐하면 예를 들어 수증기의 확산이 다수의 인자에 의해 가속화될 수 있기 때문이다.
다공성 실리콘 막의 제조를 위한 이러한 종류의 절차는 이전까지 기재된 적이 없고, 이러한 방식으로 예상될 수 없었을 것이다.
대칭적으로 등방성 미소다공성의 실리콘 막을 사용함으로써, 예를 들어 텍스타일 막 적용에 필요한 종류의 높은 수증기 투과성을 달성하는 것이 가능하다. 더욱이, 기공의 대칭적으로 등방성 분포는 이들의 기계적 안정성을 유의하게 증가시킨다. 이는 매우 높은 수주관(water column)의 이점에 의해 수반된다. 물은 1 bar 초과의 수압에서만 이러한 실리콘 막을 투과한다.
막을 형성하기 위한 실리콘 조성물 (S)의 가교는 바람직하게는, 예를 들어 축합 반응, 첨가 반응 또는 라디칼 기전을 통해 형성하는 종류의 공유 결합을 통해서이다. 특히 바람직한 것은 최대 300,000　MPa 이하의 점도를 갖는 액체 실리콘, 또는 2,000,000　MPa 초과의 점도를 갖는 젤-유사 또는 고-점도 실리콘의 가교이며, 이러한 실리콘은 예를 들어 Wacker Chemie AG에 의해 브랜드 ELASTOSIL® 하에 판매된다.
사용되는 실리콘 조성물 (S)는 바람직하게는 액체 실리콘(LSR)이다.
바람직한 액체 실리콘(LSR)은 첨가-가교 가능한 실리콘 조성물 (S)이며, 상기 조성물은
(A) 1개 분자 당 2개 이상의 알케닐기를 함유하고 25℃에서 0.2 내지 1000　Pa.s의 점도를 갖는 폴리오르가노실록산,
(B) SiH-작용성 가교제,
(C) 하이드로실릴화 촉매, 및
(I) 저해제
를 포함한다.
알케닐기를 함유하는 폴리오르가노실록산 (A)는 바람직하게는 평균 화학식 (1)의 조성물을 가지고:
R1 xR2 ySiO(4-x-y)/2 (1),
상기 식 (1)에서,
R 1 은 1가, 선택적으로 할로겐-치환된 또는 시아노-치환된 C1-C10 탄화수소 라디칼이며, 지방족 탄소-탄소 다중 결합을 포함하고, 유기 2가 기를 통해 실리콘에 선택적으로 결합되며,
R 2 는 1가, 선택적으로 할로겐-치환된 또는 시아노-치환된 C1-C10 탄화수소 라디칼이며, 지방족 탄소-탄소 다중 결합이 없고, SiC-결합되어 있으며,
x는, 각각의 분자에 2개 이상의 라디칼 R 1 이 존재하도록 음이 아닌 수이고,
y는, (x+y)가 1.8 내지 2.5의 범위에 있도록 음이 아닌 수이다.
알케닐기 R 1 은 SiH-작용성 가교제 (B)와 함께 첨가 반응에 적용 가능하다. 사용되는 알케닐기, 예컨대 비닐, 알릴, 메트알릴, 1-프로페닐, 5-헥세닐, 에티닐, 부타디에닐, 헥사디에닐, 사이클로펜테닐, 사이클로펜타디에닐, 사이클로헥세닐, 바람직하게는 비닐 및 알릴은 전형적으로, 2 내지 6개의 탄소 원자를 가진다.
알케닐기 R 1 가 중합체 사슬 실리콘에 결합될 수 있는 유기 2가 기는 예를 들어, 옥시알킬렌 단위, 예컨대 화학식 (2)의 단위로 구성되며:
-(O)m[(CH2)nO]o- (2),
상기 화학식 (2)에서,
m은 0 또는 1, 특히 0이며,
n은 1 내지 4, 특히 1 또는 2이고,
o는 1 내지 20, 특히 1 내지 5이다.
화학식 (2)의 옥시알킬렌 단위는 좌측면 상에서 실리콘 원자에 결합된다.
라디칼 R 1 은 중합체 사슬의 모든 위치에서, 특히 종결 실리콘 원자에 부착될 수 있다.
비치환된 라디칼 R 2 의 예로는, 알킬 라디칼, 예컨대 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸; 헥실 라디칼, 예컨대 n-헥실; 헵틸 라디칼, 예컨대 n-헵틸; 옥틸 라디칼, 예컨대 n-옥틸 및 이소옥틸 라디칼, 예컨대 2,2,4-트리메틸펜틸; 노닐 라디칼, 예컨대 n-노닐; 데실 라디칼, 예컨대 n-데실; 알케닐 라디칼, 예컨대 비닐, 알릴, n-5-헥세닐, 4-비닐사이클로헥실 및 3-노르보르네닐; 사이클로알킬 라디칼, 예컨대 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 4-에틸사이클로헥실,사이클로헵틸, 노르보르닐 및 메틸사이클로-헥실; 아릴 라디칼, 예컨대 페닐, 비페닐릴, 나프틸; 알카릴 라디칼, 예컨대 o-, m-, p-톨릴 및 에틸페닐; 및 아랄킬 라디칼, 예컨대 벤질, 알파-페닐에틸 및 β-페닐에틸 라디칼이 있다.
치환된 탄화수소 라디칼 R 2 의 예로는, 할로겐화된 탄화수소, 예컨대 클로로메틸, 3-클로로프로필, 3-브로모프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필 및 5,5,5,4,4,3,3-헵타플루오로펜틸, 및 또한 클로로페닐, 디클로로페닐 및 트리플루오로톨릴이 있다.
R 2 는 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자를 가진다. 메틸 및 페닐이 특히 바람직하다.
구성분 (A)는 또한, 예를 들어 알케닐기 함량, 알케닐기의 성질 또는 구조적으로 상이한 다양한 알케닐-함유 폴리오르가노실록산의 혼합물일 수 있다.
알케닐-함유 폴리오르가노실록산 (A)의 구조는 선형, 환식 또는 분지형일 수 있다. 분지형 폴리오르가노실록산을 초래하는 트리작용성 및/또는 테트라작용성 단위의 수준은 전형적으로 매우 낮으며, 바람직하게는 20 몰% 이하이고, 특히 0.1 몰% 이하이다.
비닐-함유 폴리디메틸실록산을 사용하는 것이 특히 바람직하며, 이의 분자는 화학식 (3)에 따른 것이고:
(ViMe2SiO1/2)2(ViMeSiO)p(Me2SiO)q (3),
상기 화학식 (3)에서, 음이 아닌 정수 p 및 q는 하기 관계식을 충족시킨다: p ≥ 0, 50 < (p+q) < 20,000, 바람직하게는 200 < (p+q) < 1000, 및 0 < (p+1)/(p+q) < 0.2. 특히 p는 0이다.
25℃에서 폴리오르가노실록산 (A)의 점도는 바람직하게는 0.5 내지 500 Pa.s, 특히 1 내지 100 Pa.s, 매우 바람직하게는 1 내지 50　Pa.s이다.
1개 분자 당 2개 이상의 SiH 작용기를 함유하는 오르가노실리콘 화합물 (B)는 바람직하게는 평균 화학식 (4)를 가지며:
HaR3 bSiO(4-a-b)/2 (4),
상기 화학식 (4)에서,
R 3 은 1가, 선택적으로 할로겐-치환된 또는 시아노-치환된 C1-C18 탄화수소 라디칼이며, 지방족 탄소-탄소 다중 결합이 없고, SiC-결합되어 있고,
a 및 b는 음이 아닌 정수이되,
단, 0.5 < (a+b) < 3.0 및 0 < a < 2이고, 1개 분자 당 2개 이상의 실리콘-결합된 수소 원자가 존재한다.
R 3 의 예는 R 2 에 대해 지시된 라디칼이다. R 3 은 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자를 가진다. 메틸 및 페닐이 특히 바람직하다.
1개 분자 당 3개 이상의 SiH 결합을 함유하는 오르가노실리콘 화합물 (B)의 사용이 바람직하다. 사용되는 오르가노실리콘 화합물 (B)가 1개 분자 당 단지 2개의 SiH 결합만 갖는 경우, 1개 분자 당 3개 이상의 알케닐기를 갖는 폴리오르가노실록산 (A)를 사용하는 것이 권고할 만하다.
실리콘 원자에 직접 결합된 수소 원자만 기초로 하는 오르가노실리콘 화합물 (B)의 수소 함량은 바람직하게는 0.002 중량% 내지 1.7 중량%의 수소, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 1.7 중량%의 수소로 존재한다.
오르가노실리콘 화합물 (B)는 바람직하게는 1개 분자 당 3개 이상 내지 600개 이하의 실리콘 원자를 함유한다. 1개 분자 당 4 내지 200개의 실리콘 원자를 함유하는 오르가노실리콘 화합물 (B)의 사용이 바람직하다.
오르가노실리콘 화합물 (B)의 구조는 선형, 분지형, 환식 또는 망(network)-유사일 수 있다.
특히 바람직한 오르가노실리콘 화합물 (B)는 화학식 (5)의 선형 폴리오르가노실록산이며:
(HR4 2SiO1/2)c(R4 3SiO1/2)d(HR4SiO2/2)e(R4 2SiO2/2)f (5),
상기 화학식 (5)에서,
R 4 는 R 3 의 의미를 가지고,
음이 아닌 정수 c, d, e 및 f는 하기 관계식을 충족시킨다: (c+d)=2, (c+e) > 2, 5 < (e+f) < 200 및 1 < e/(e +f) < 0.1.
SiH-작용성 오르가노실리콘 화합물 (B)는 바람직하게는, 알케닐기에 대한 SiH 기의 몰비가 0.5 내지 5, 특히 1.0 내지 3.0이 되게 하는 양으로, 가교 가능한 실리콘 물질에 존재한다.
사용되는 하이드로실릴화 촉매 (C)는 첨가-가교 실리콘 조성물의 가교 과정에서 발생하는 하이드로실릴화 반응을 촉매하는 임의의 공지된 촉매일 수 있다.
사용되는 하이드로실릴화 촉매 (C)는 특히, 백금, 로듐, 팔라듐, 루테늄 및 이리듐으로 구성된 군으로부터 선택되는 금속 및 이들의 화합물이다.
백금 및 백금 화합물의 사용이 바람직하다. 특히 바람직한 것은 폴리오르가노실록산에서 가용성인 백금 화합물이다. 사용되는 가용성 백금 화합물은 예를 들어, 화학식 (PtCl2 .올레핀)2 및 H(PtCl3 .올레핀)의 백금-올레핀 착화합물일 수 있으며, 이 경우, 2 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알켄, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 부텐과 옥텐의 이성질체, 또는 5 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알켄, 예컨대 사이클로펜텐, 사이클로헥센 및 사이클로헵텐이 바람직하게 사용된다. 가용성 백금 촉매는 추가로, 화학식 (PtCl2C3H6)2의 백금-사이클로프로판 착화합물, 헥사클로로백금산과 알코올, 에테르 및 알데하이드의 반응 생성물, 또는 이들의 혼합물, 또는 에탄올 용액 중 소듐 비카르보네이트의 존재 하에 헥사클로로백금산과 메틸비닐사이클로테트라실록산의 반응 생성물을 포함한다. 백금과 비닐실록산, 예컨대 sym-디비닐테트라메틸디실록산의 착화합물이 특히 바람직하다.
하이드로실릴화 촉매 (C)는 예를 들어, 하이드로실릴화 촉매를 함유하는 미소캡슐, 또는 폴리오르가노실록산 입자의 형태를 포함하여 임의의 요망되는 형태로 사용될 수 있다.
하이드로실릴화 촉매 (C)의 수준은 바람직하게는, 첨가-가교 가능한 실리콘 조성물 (S)가 0.1 내지 200 중량 ppm, 특히 0.5 내지 40　중량 ppm의 Pt 함량을 갖도록 선택된다.
예를 들어 에티닐사이클로헥사놀은 저해제 (I)로서 사용될 수 있다.
실리콘 조성물 (S)는 하나 이상의 충전제 (D)를 포함할 수 있다. 50　m2/g 이하의 BET 표면적을 갖는 비-강화성 충전제 (D)는 예를 들어, 석영, 규조토, 칼슘 실리케이트, 지르코늄 실리케이트, 제올라이트, 금속 옥사이드 분말, 예컨대 알루미늄 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 철 옥사이드 또는 아연 옥사이드 및/또는 이들의 혼합 옥사이드, 바륨 설페이트, 칼슘 카르보네이트, 석고, 실리콘 니트라이드, 실리콘 카바이드, 보론 니트라이드, 유리 분말 및 플라스틱 분말을 포함한다. 강화성 충전제, 즉, 50　m2/g 이상, 특히 100 내지 400　m2/g의 BET 표면적을 갖는 충전제는 예를 들어, 발열성(pyrogenous) 실리카, 침전 실리카, 알루미늄 하이드록사이드, 카본 블랙, 예컨대 퍼너스(furnace) 블랙 및 아세틸렌 블랙, 및 큰 BET 표면적의 실리콘-알루미늄 혼합 옥사이드를 포함한다.
상기 충전제 (D)는 예를 들어, 오르가노실란, 오르가노실리잔 및/또는 오르가노실록산을 이용한 처리로 인해, 또는 알콕시기로의 하이드록실기의 에테르화로 인해 소수성화된 상태로 존재할 수 있다. 1가지 유형의 충전제 (D)가 사용될 수 있으며; 2개 이상의 충전제 (D)의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
실리콘 조성물 (S)의 충전제 함량 (D)는 바람직하게는 3 중량% 이상, 보다 바람직하게는 5 중량% 이상, 특히 10 중량% 이상 및 40 중량% 이하이다.
실리콘 조성물 (S)는 선택적으로, 가능한 성분을 추가의 구성분 (E)로서 0 중량% 내지 70 중량%, 바람직하게는 0.0001 중량% 내지 40 중량%로 포함할 수 있다. 이들 성분은 예를 들어, 상기 폴리오르가노실록산 (A) 및 (B) 이외의 수지-유형 폴리오르가노실록산, 접착 촉진제, 안료, 염료, 가소제, 유기 중합체, 열 안정화제 및 저해제일 수 있다. 이는 염료 및 안료와 같은 성분을 포함한다. 요변성(thixotroping) 구성분, 예컨대 미분 실리카 또는 다른 상업적으로 입수 가능한 요변성 첨가제가 또한, 구성분으로서 존재할 수 있다. 바람직하게는 0.5 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.3 중량% 이하, 특히 0.1 중량% 미만의 퍼옥사이드가 또한, 보다 양호한 가교를 위한 추가의 구성분 (E)로서 존재할 수 있다.
유용한 기공-형성제 (P)는 실리콘과 비혼화성인 모든 유기 저분자량 화합물을 포함한다.
기공-형성제 (P)의 예로는, 단량체성, 올리고머성 및 중합체성 글리콜이 있다.
화학식 (6)의 글리콜을 사용하는 것이 바람직하며:
R5-O[(CH2)gO]h-R5 (6),
상기 화학식 (6)에서,
R 5 는 수소, 메틸, 에틸 또는 프로필을 나타내며,
g는 1 내지 4, 특히 1 또는 2의 값을 나타내고,
h는 1 내지 20, 특히 1 내지 5의 값을 나타낸다.
글리콜의 바람직한 예로는, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 모노메틸디에틸렌 글리콜, 디메틸디에틸렌 글리콜, 트리메틸디에틸렌 글리콜, 저분자량 폴리글리콜 예컨대 폴리에틸렌 글리콜 200, 폴리에틸렌 글리콜 400, 폴리프로필렌 글리콜 425 및 폴리프로필렌 글리콜 725가 있다.
기공-형성제 (P)는 모두 실리콘 조성물 (S) 100 중량부를 기준으로, 바람직하게는 20 내지 2000 중량부, 보다 바람직하게는 30 내지 300　중량부, 특히 50 내지 200 중량부의 양으로 첨가된다.
용매 (L)의 예로는, 에테르, 특히 지방족 에테르, 예컨대 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 메틸 t-부틸 에테르, 디이소프로필 에테르, 디옥산 또는 테트라하이드로푸란, 에스테르, 특히 지방족 에스테르, 예컨대 에틸 아세테이트 또는 부틸 아세테이트, 케톤, 특히 지방족 케톤, 예컨대 아세톤 또는 메틸 에틸 케톤, 입체 장해된(sterically hindered) 알코올, 특히 지방족 알코올, 예컨대 i-프로판올, t-부탄올, 아미드, 예컨대 DMF, 방향족 탄화수소, 예컨대 톨루엔 또는 자일렌, 지방족 탄화수소 예컨대 펜탄, 사이클로펜탄, 헥산, 사이클로헥산, 헵탄, 하이드로클로로카본, 예컨대 메틸렌 클로라이드 또는 클로로포름이 있다.
0.1 MPa에서 120℃ 이하의 비등점 또는 비등 범위를 갖는 용매 또는 용매 혼합물이 바람직하다.
용매 (L)은 바람직하게는, 방향족 또는 지방족 탄화수소에 관한 것이다.
용매 (L)이 사용되는 경우, 관련된 양은 모두 실리콘 조성물 (S) 100 중량부를 기준으로, 바람직하게는 1 내지 300 중량부, 보다 바람직하게는 10 내지 200　중량부, 특히 20 내지 100 중량부이다.
실리콘 조성물 (S), 기공-형성제 (P) 및 선택적으로 용매 (L)은 바람직하게는, 제1 단계에서 예를 들어 Turrax® 또는 Speedmixer®를 이용하여 고 전단력을 적용함으로써 균질한 혼합물로 전환된다.
제1 단계에서, 혼합물이 제조되는 온도는 바람직하게는 0℃ 이상, 보다 바람직하게는 10℃ 이상, 특히 20℃ 이상, 60℃ 이하, 보다 바람직하게는 50℃ 이하이다.
균질한 혼합물은 모두 실리콘 조성물 (S) 100 중량부를 기준으로, 바람직하게는 1 중량부 이하, 보다 바람직하게는 0.1 중량부 이하의 계면활성제를 포함하고, 보다 특히 계면활성제를 포함하지 않는다.
제2 단계에서, 혼합물은 바람직하게는 예를 들어 블레이드 코팅에 의해 적용되어, 얇은 막을 형성한다.
막의 제조 시, 제2 단계에서 혼합물은 바람직하게는 기판에 적용된다.
제조될 수 있는 얇은 다공성 막의 바람직한 기하학적 구현예는 호일, 튜브, 섬유, 중공 섬유, 매트, 임의의 고정된 형태로 제약되지 않지만 사용되는 기판에 매우 대체로 의존하는 기하학적 형상이다. 기판에 적용되는 혼합물은 바람직하게는, 호일로 추가로 가공된다.
기판은 바람직하게는, 금속, 금속 옥사이드, 중합체 또는 유리를 포괄하는 군으로부터의 하나 이상의 물질을 포함한다. 본원에서 기판은 원칙적으로, 임의의 기하학적 형상으로 제약되지 않는다. 그러나, 플레이트, 호일, 텍스타일 시트 기판, 우븐(woven) 또는 바람직하게는 넌-우븐(non-woven) 메쉬 형태, 또는 보다 바람직하게는 넌우븐 웹 형태의 기판을 사용하는 것이 바람직하다.
중합체를 기초로 하는 기판은 예를 들어, 폴리-아미드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르설폰, 폴리에스테르, 폴리설폰, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리우레탄, 폴리비닐 클로라이드, 셀룰로스 아세테이트, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에테르 글리콜, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리아릴에테르케톤, 폴리아크릴로-니트릴, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 함유한다. 본원에서, 80℃ 이상의 유리 전이 온도 Tg를 갖는 중합체가 바람직하다. 유리를 기초로 하는 기판은 예를 들어, 석영 유리, 납 유리, 플로트 유리(float glass) 또는 라임-소다 유리(lime-soda glass)를 함유한다.
바람직한 메쉬 또는 웹 기판은 유리, 탄소, 아라미드(aramid), 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 공중합체 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유를 함유한다.
기판의 층 두께는 바람직하게는 ≥ 1　μm, 보다 바람직하게는 ≥　10　μm, 보다 더 바람직하게는 ≥　100　μm, 바람직하게는 ≤　2　mm, 보다 바람직하게는 ≤　100　μm, 보다 더 바람직하게는 ≤　50　μm이다. 기판의 층 두께에 대한 가장 바람직한 범위는 상기 언급된 값으로부터 제제화 가능한 범위이다.
다공성 막의 두께는 주로, 코팅 높이에 의해 결정된다.
혼합물을 기판에 적용하는 임의의 기술적으로 공지된 형태는 다공성 막을 제조하는 데 이용될 수 있다.
이러한 혼합물은 바람직하게는, 블레이드를 사용하여 또는 메니스커스(meniscus) 코팅, 캐스팅, 분무, 침지(dipping), 스크린 인쇄, 요판 인쇄(intaglio printing), 트랜스퍼 코팅, 그라비어 코팅 또는 스핀-온-디스크(spin-on-disk)를 통해 기판에 적용된다. 이렇게 해서 적용된 혼합물은 바람직하게는 ≥ 10　μm, 보다 바람직하게는 ≥　100　μm, 특히 ≥　200　μm, 바람직하게는 ≤　10,000　μm, 보다 바람직하게는 ≤　5000　μm, 특히 ≤　1000　μm의 필름 두께를 가진다. 필루 두께에 가장 바람직한 범위는 상기 언급된 값으로부터 제제화 가능한 범위이다.
제2 단계에서 혼합물은 바람직하게는 0℃ 이상, 보다 바람직하게는 10℃ 이상, 보다 특히 20℃ 이상, 60℃ 이하, 보다 바람직하게는 50℃ 이하의 온도에서 몰드에 도입된다.
후속적으로, 제3 단계에서, 몰드 내에 도입된 혼합물은 가황된다.
저-비점 용매 (L)이 사용되는 경우, 가황 전에, 예를 들어 혼합물로부터 용매를 증발시킴으로써 제거하는 것이 유리하다.
하나의 바람직한 구현예에서, 용매 (L)은 가황과 동시에 증발된다.
혼합물의 가교는 바람직하게는 30℃ 내지 250℃, 특히 150℃ 내지 210℃에서 바람직하게는 광을 이용한 조사 또는 가열에 의해 영향을 받는다.
기공-형성제 (P)는 제3 단계에서 당업자에게 친숙한 임의의 방법에서 막으로부터 제거될 수 있다. 예로는, 추출, 증발, 점진적 용매 교환, 또는 용매를 이용한 기공-형성제 (P)의 단순 세척(simple washing-off)이 있다. 적합한 용매의 예로는, 물 및 상기 언급된 용매 (L)이 있다.
본 발명의 마찬가지로 바람직한 구현예에서, 기공-형성제 (P)는 제3 단계에서 추출에 의해 제거된다.
본원에서 추출은 바람직하게는, 형성된 다공성 구조를 파괴하지 않지만 기공 형성제 (P)와 쉽게 혼화성인 용매를 이용하여 수행된다. 물을 추출용매(extractant)로서 사용하는 것이 특히 바람직하다. 추출은 바람직하게는 20℃ 내지 100℃의 온도에서 수행된다. 바람직한 추출 시간은 특정 시스템에 대해 몇몇 시험에서 결정될 수 있다. 추출 시간은 바람직하게는 1초 이상 내지 수 시간이다. 또한, 동작은 또한, 1회 초과 반복될 수 있다.
막은 바람직하게는, 제3 단계 후, 바람직하게는 20℃ 내지 120℃의 온도에서 바람직하게는 0.0001 MPa 내지 0.1 MPa의 압력 하에 건조되어 용매를 제거한다.
제4 단계에서 연신은 막의 기공을 개방시킨다. 연신은 바람직하게는 0℃ 내지 100℃, 보다 바람직하게는 10℃ 내지 50℃에서 수행된다.
제4 단계에서 연신은 1축으로 또는 2축으로 수행될 수 있다. 연신은 바람직하게는 2축으로 수행된다.
단면을 따라 균일하며 대칭적으로 등방성인 기공 분포를 갖는 막을 제조하는 것이 바람직하다. 0.1　μm 내지 20　μm의 기공 크기를 갖는 미소공성 막을 제조하는 것이 특히 바람직하다.
막은 바람직하게는, 등방성 기공 분포를 가진다.
절차를 따라 수득된 막은 일반적으로, 다공성 구조를 가진다. 자유 부피는 바람직하게는 5 부피% 이상, 보다 바람직하게는 20 부피% 이상, 특히 35 부피% 이상, 90 부피% 이하, 보다 바람직하게는 80 부피% 이하, 특히 75 부피% 이하이다.
이렇게 해서 수득된 막은 예를 들어 혼합물의 분리에 사용될 수 있다. 대안적으로, 막은 기판으로부터 들어올려질 수 있고, 그 후에 추가의 지지체 없이 직접적으로 사용되거나, 또는 예를 들어 핫 프레스(hot press) 또는 라미네이터(laminator) 내에서 바람직하게는 승온에서 및 압력의 이용에 의해 선택적으로 다른 기판, 예컨대 우븐, 넌우븐 또는 호일에 적용될 수 있다. 다른 기판에의 접착성을 개선하기 위해, 접착 촉진제가 사용될 수 있다.
완결된(finalized) 막은 바람직하게는 1　μm 이상, 보다 바람직하게는 10　μm 이상, 특히 50　μm 이상, 바람직하게는 10,000　μm 이하, 보다 바람직하게는 2000　μm 이하, 특히 1000　μm 이하, 보다 더 바람직하게는 100　μm 이하의 층 두께를 가진다.
이렇게 해서 수득된 막은 바람직하게는 혼합물의 분리를 위해, 막으로서 직접적으로 사용될 수 있다.
다공성 막은 추가로, 반창고에서도 사용될 수 있다. 마찬가지로, 물질의 포장, 특히 제조 후 예를 들어 추가의 숙성 공정을 여전히 받는 식품의 포장에서 다공성 막을 사용하는 것이 바람직하다. 막은 특히 바람직하게는 텍스타일 막으로서, 특히 텍스타일 라미네이트의 구성(construction) 시 발수성 및/또는 통기성 층으로서 사용된다.
상기 화학식에서 상기 부호는 모두, 서로 독립적으로 이들 각각의 의미를 가진다. 실리콘 원자는 모든 화학식에서 4가이다.
후속하는 실시예에서, 다르게 언급되지 않는 한, 모든 양 및 퍼센트는 중량에 의한 것이며, 모든 압력은 101.3 kPa(abs.)이고, 모든 온도 및 점도 데이터는 25℃이다.
점도의 결정:
다르게 지시되지 않는 한, 점도는 DIN EN 53019에 따른 회전식 점도측정법(rotational viscometry)에 의해 결정된다. 다르게 지시되지 않는 한, 모든 점도 데이터는 25℃ 및 0.1013 MPa의 대기압에서 유효하다.
사용된 실리콘:
실리콘 조성물 베이스 물질:
종결적으로 비닐-작용화된 폴리디메틸실록산(점도 1000 mPas)
발열성 실리카
H-중합체 1000:
Si-H 작용화된 실리콘/Si-H 함량 0.11 mmol/g
가교제 H014:
Si-H 작용화된 실록산/Si-H 함량 1.5 mmol/g
저해제 PT 88: 에티닐사이클로헥사놀
Cat EP: 하이드로실릴화를 위한 백금-함유 촉매
비닐 중합체 20000: 종결적으로 비닐-작용화된 폴리디메틸실록산(점도 20,000 mPas)
실시예 1: 추가의 용매를 이용한 액체 실리콘 고무 용액의 제조
26.67 g의 실리콘 조성물 베이스 물질, 13.33 g의 비닐중합체 20000 및 66.08 g의 톨루엔을 KOMET PTFE 자기 교반 막대를 함께 이용하여 250　ml 실험용 유리 플라스크 내에 롤러 층(bed) 상에서 밤새 용해시면서 도입한다. 3.618 g의 가교제 H014, 0.4 g의 저해제 PT 88 및 0.04 g의 촉매 EP를 균질한 용액 내로 칭량하고, 교반하면서 용해시킨다. 이후, 70.49 g의 트리에틸렌 글리콜을 격렬히 교반하면서 서서히 적가하고, 생성된 혼합물이 균질해질 때까지 계속 교반한다.
실시예 2 - 본 발명이 아님: PTFE 호일 상에서 다공성 실리콘 고무 막의 제조
실시예 1로부터의 중합체 용액을 PE 비커 내에 도입하고, 2500 rpm 및 0% 진공에서 1분 동안 균질화한 후, SpeedMixer DAC 400.1 V-DP 내에서 2500 rpm 및 100% 진공에서 1분 동안 탈기시킨다. 250 μm 두께의 필름을 후속해서 수동으로, 상자-유형 필름-연신 프레임을 사용하여 Teflon® 유리 섬유 호일 상으로 서서히 적용시키고, 용매를 110℃에서 순환식 공기 건조 캐비넷 내에서 증발시키며, 이때 필름을 동시적으로 가황시킨다. 가황 후, 기공-형성제를 포함하는 가교된 실리콘 필름을 실온에서 수조 내에 8시간 이상 동안 넣고, 중합체 막을 실온에서 건조한다.
실시예 2로부터의 연신되지 않은 막을 도 1에 제시한다. 기공은 주로 밀어넣어지고(pushed-in), 대칭적으로 등방성으로 분포되지 않는다.
실시예 3: PTFE 호일 상에서 다공성 실리콘 고무 막의 제조
실시예 1로부터의 중합체 용액을 PE 비커 내에 도입하고, 2500 rpm 및 0% 진공에서 1분 동안 균질화하고, SpeedMixer DAC 400.1 V-DP에서 2500 rpm 및 100% 진공에서 1분 동안 탈기시킨다. 250 μm 두께의 필름을 후속해서 수동으로, 상자-유형 필름-연신 프레임을 사용하여 Teflon® 유리 섬유 호일 상으로 서서히 적용시키고, 용매를 110℃에서 순환식 공기 건조 캐비넷 내에서 증발시키며, 이때 필름을 동시적으로 가황시킨다. 가황 후, 기공-형성제를 포함하는 가교된 실리콘 필름을 실온에서 수조 내에 8시간 이상 동안 넣는다. 세척된 중합체 필름이 건조된 후, 기공은 2축 연신에 의해 개방된다.
실시예 3으로부터의 연신된 막을 도 2에 제시한다. 기공은 주로 형상이 구형이고, 대칭적으로 등방성으로 분포된다.
실시예 4: 2축으로 연신된 실리콘 막의 수증기 투과성 성능의 결정
수증기 투과성을 JIS 1099 A1 방법에 의해 결정한다.
수증기 투과성은 100 μm의 층 두께에서 5642 g/m2*24h이다.
실시예 5 - 본 발명이 아님: 연신되지 않은 실리콘 막의 수증기 투과성 성능의 결정
수증기 투과성을 JIS 1099 A1 방법에 의해 결정한다.
수증기 투과성은 500 μm의 층 두께에서 2542 g/m2*24h이다.
실시예 6: 압력 시험
압력 하에 막의 기계적 안정성을 시험하기 위해, 막을 2개의 고무 롤러 사이에 3일 동안 놔두고, 상기 고무 롤러들은 7 kg 중량의 적용된 압력을 이용하여 서로 누른다. 막의 형태는 압력 하에서도 심지어 보유된다.
실시예 7: 추가의 용매를 이용한 액체 실리콘 고무 용액의 제조
40.00 g의 실리콘 조성물 베이스 물질 및 66.42 g의 톨루엔을 KOMET PTFE 자기 교반 막대를 이용하여 250　ml 실험용 유리 플라스크 내에 롤러 층 상에서 밤새 용해시면서 도입한다. 3.84 g의 가교제 H014, 0.4 g의 저해제 PT 88 및 0.04 g의 촉매 EP를 균질한 용액 내로 칭량하고, 교반하면서 용해시킨다. 이후, 70.49 g의 트리에틸렌 글리콜을 격렬히 교반하면서 서서히 적가하고, 생성된 혼합물이 균질해질 때까지 계속 교반한다.
실시예 8 - 본 발명이 아님: PTFE 호일 상에서 다공성 실리콘 고무 막의 제조
중합체 용액(실시예 7)을 PE 비커 내에 도입하고, 2500 rpm 및 0% 진공에서 1분 동안 균질화한 후, SpeedMixer DAC 400.1 V-DP 내에서 2500 rpm 및 100% 진공에서 1분 동안 탈기시킨다. 250 μm 두께의 필름을 후속해서 수동으로, 상자-유형 필름-연신 프레임을 사용하여 Teflon® 유리 섬유 호일 상으로 서서히 적용시키고, 용매를 110℃에서 순환식 공기 건조 캐비넷 내에서 증발시키며, 이때 필름을 동시적으로 가황시킨다. 가황 후, 기공-형성제를 포함하는 가교된 실리콘 필름을 실온에서 수조 내에 8시간 이상 동안 넣고, 중합체 막을 실온에서 건조한다.
실시예 9: PTFE 호일 상에서 다공성 실리콘 고무 막의 제조
중합체 용액(실시예 7)을 PE 비커 내에 도입하고, 2500 rpm 및 0% 진공에서 1분 동안 균질화한 후, SpeedMixer DAC 400.1 V-DP 내에서 2500 rpm 및 100% 진공에서 1분 동안 탈기시킨다. 250 μm 두께의 필름을 후속해서 수동으로, 상자-유형 필름-연신 프레임을 사용하여 Teflon® 유리 섬유 호일 상으로 서서히 적용시키고, 용매를 110℃에서 순환식 공기 건조 캐비넷 내에서 증발시키며, 이때 필름을 동시적으로 가황시킨다. 가황 후, 기공-형성제를 포함하는 가교된 실리콘 필름을 실온에서 수조 내에 8시간 이상 동안 넣는다. 세척된 중합체 필름을 건조한 후, 기공을 2축 연신에 의해 개방시킨다.
실시예 10: 2축으로 연신된 실리콘 막의 수증기 투과성 성능의 결정
수증기 투과성을 JIS 1099 A1 방법에 의해 결정한다.
실시예 9로부터의 막의 수증기 투과성은 55 μm의 층 두께에서 3895 g/m2*24h이다.
실시예 11 - 본 발명이 아님: 연신되지 않은 실리콘 막의 수증기 투과성 성능의 결정
수증기 투과성을 JIS 1099 A1 방법에 의해 결정한다.
실시예 8로부터의 막의 수증기 투과성은 54 μm의 층 두께에서 1767 g/m2*24h이다.

Claims (11)

  1. 첨가-가교 가능한 실리콘 조성물 (S)로부터 얇은 다공성 막을 제조하는 방법으로서,
    상기 조성물 (S)는
    (A) 1개 분자 당 2개 이상의 알케닐기를 함유하고 25℃에서 0.2 내지 1000　Pa.s의 점도를 갖는 폴리오르가노실록산,
    (B) SiH-작용성 가교제,
    (C) 하이드로실릴화 촉매, 및
    (I) 저해제
    를 포함하며,
    상기 방법에서,
    제1 단계는 실리콘 조성물 (S)과 기공-형성제 (P)로부터의 혼합물; 또는 실리콘 조성물 (S)과 기공-형성제 (P)와 용매 (L)로부터 혼합물을 형성하는 단계를 포함하며,
    제2 단계는 상기 혼합물을 몰드(mold) 내로 도입하고 상기 실리콘 조성물 (S)를 가황시키고, 상기 혼합물이 용매 (L)을 포함하는 경우, 상기 용매 (L)을 제거하는 단계를 포함하며, 이 단계에서 기공을 갖는 가교된 막이 형성되며,
    제3 단계는 상기 가교된 막으로부터 상기 기공-형성제 (P)를 제거하는 단계를 포함하고,
    제4 단계는 상기 막의 기공을 연신(drawing)에 의해 개방시키는 단계를 포함하고,
    상기 연신이 2축으로(biaxially) 수행되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 SiH-작용성 가교제 (B)가 평균 화학식 (4)를 갖는 오르가노실리콘 화합물이고:
    HaR3 bSiO(4-a-b)/2 (4),
    상기 식 (4)에서,
    R3 은 1가, 비치환된, 또는 할로겐-치환된 또는 시아노-치환된 C1-C18 탄화수소 라디칼이며, 지방족 탄소-탄소 다중 결합이 없고, SiC-결합되어 있고,
    a 및 b는 음이 아닌 정수이되,
    단, 0.5<(a+b)<3.0 및 0<a<2이고, 1개 분자 당 2개 이상의 실리콘-결합된 수소 원자가 존재하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하이드로실릴화 촉매 (C)가 백금, 로듐, 팔라듐, 루테늄 및 이리듐으로 구성된 군으로부터 선택되는 금속 및 이들의 화합물로부터 선택되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 조성물 (S)가 하나 이상의 충전제 (D)를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기공-형성제 (P)가 단량체성, 올리고머성 및 중합체성 글리콜로부터 선택되는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 조성물 (S) 100 중량부를 기준으로, 상기 기공-형성제 (P)가 20 내지 2000 중량부로 첨가되는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조 가능한 막.
  8. 제7항에 있어서,
    반창고에서, 또는 텍스타일 막으로서, 혼합물을 분리하기 위해 사용되는, 막.
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