KR20130091664A - 격막 및 이것을 사용한 열교환기 - Google Patents
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Abstract
격막의 방염성을 가일층 개선하는 것을 목적으로 하여, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)과 투습성 수지층(20)의 복합막(30)과, 보강재(40)를 적층한 격막(12)이며, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)의 단위 면적당 중량이 0.5g／㎡ 이상 7g／㎡ 이하이고, 투습성 수지층(20)은, 투습성 수지와, 상기 투습성 수지 100질량부에 대해 5질량부 이상 60질량부 이하의 난연제를 함유하고 있는 격막(12)을 구성한다.
Description
본 발명은, 열(전열)교환막, 가습막, 제습막, 퍼베이퍼레이션 막[예를 들어 물과 다른 액체(에탄올 등)를 분리하기 위한 막] 등으로서 유용한 격막 및 이것을 사용한 열교환기에 관한 것이다.
종래의 전열교환막으로서, 친수성의 난연제가 함침된 종이제의 격막이 사용되고 있다. 그러나 종이제의 격막은 내수성이 낮다. 예를 들어, 열교환기의 사용 상황에 따라서는 결로수가 격막에 부착되는 경우가 있다. 이 결로수가 동결함으로써 격막에 파손이 발생하는 경우가 있다. 또한, 격막에 포함시킨 난연제가 결로수에 의해 용출되어, 격막의 난연성 혹은 잠열 교환 성능이 저하되는 경우도 있다.
특허문헌 1, 2에는, 결로수에 의한 격막의 파괴를 방지하는 것을 목적으로 하여, 다공질 불소 수지막의 표면에 투습성 수지의 연속층을 형성한 적층체를 사용하는 것이 기재되어 있다. 이 적층체는, 통상 부직포 등으로 보강되어 있다. 특허문헌 2에는, 이 적층체의 난연성을 높이기 위해, 투습성 수지층에 난연제를 포함시키는 것이 기재되어 있다.
한편, 특허문헌 3에는, 일렉트릿 필터와 난연 부직포로 구성되는 제진 필터가 기재되어 있고, 일렉트릿 필터와 난연 부직포를 접착하기 위한 접착제에도 난연제를 배합하는 것이 기재되어 있다.
상술한 바와 같이, 각종 분야에 있어서 이용되고 있는 격막은, 만일의 화재시에서도 그 피해를 최소한으로 그치게 하기 위해, 난연제를 사용함으로써 방염성을 향상시키고 있다. 그러나 난연제를 사용하는 기술은 어느 정도의 성숙 영역에 들어가 있어, 방염성을 더욱 향상시키기 위해서는 난연제의 사용뿐만이 아닌 다른 기술적 어프로치를 취하는 것도 요구된다. 그러나 현재 시점에서 유효한 대책은 발견되어 있지 않다.
본 발명은, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막을 사용한 격막에 특화되어 창안된 것으로, 보다 상세하게는, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막과 투습성 수지층의 복합막과, 보강재를 적층한 격막의 방염성을 향상시킨 것이다. 본 발명에서는, 투습성 수지층에 난연제를 사용하면서도, 다른 해결 수단을 병용함으로써, 격막 전체에서의 방염성을 지금까지 이상으로 개선하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명의 격막은, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막과 투습성 수지층의 복합막과, 보강재를 적층한 격막이며, 상기 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막의 단위 면적당 중량을 0.5g／㎡ 이상 7g／㎡ 이하로 하고, 상기 투습성 수지층은, 투습성 수지 100질량부에 대해 5질량부 이상 60질량부 이하의 난연제를 함유시킨 것이다. 특히 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막의 단위 면적당 중량을 7g／㎡ 이하로 함으로써, 격막의 일부에 착화해도, 소화되기까지 격막이 연소되는 거리가 짧아진다. 상세하게는, 후술하는 JIS-Z-2150-A법의 시험 방법에 의해 검증되는 것으로 한다.
상기 격막에 있어서, 상기 복합막 중, 상기 보강재가 상기 투습성 수지층에 고착되어 있는 형태로 하는 것이 바람직하다.
상기 격막에 있어서, 상기 투습성 수지로서 친수성 폴리우레탄 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 격막에 있어서, 상기 보강재가 섬유로 구성되어 있는 형태로 하는 것이 바람직하다.
상기 격막에 있어서, 상기 섬유를 부직포로 하는 것이 바람직하다.
상기 격막에 있어서, 상기 보강재에도 난연제를 첨가하는 것이 보다 바람직하다.
상기 격막에 있어서, 상기 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막의 평균 세공 직경을 0.07 내지 10㎛로 하는 것이 바람직하다.
상기 격막에 있어서, 상기 난연제에 무기계 화합물이 포함되어 있는 형태로 하는 것이 바람직하다.
상기 격막에 있어서, 상기 무기계 화합물로서 안티몬 화합물 또는 금속 수산화물이 포함되어 있는 형태로 하는 것이 바람직하다.
상기 격막에 있어서, 상기 난연제에 인계 난연제가 포함되어 있는 형태로 하는 것이 바람직하다.
상기 격막에 있어서, 상기 보강재가 열용융성 수지 섬유를 포함하는 형태로 하는 것이 바람직하다.
상기 격막에 있어서, 상기 열용융성 수지 섬유로서 폴리에스테르계 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 격막에 있어서, 상기 보강재가 비열용융성 섬유를 포함하는 형태로 하는 것이 바람직하다.
상기 격막에 있어서, 상기 비열용융성 섬유로서 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 격막에 있어서, 상기 비열용융성 섬유로서 열경화성 수지 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 격막에 있어서, 상기 열경화성 수지 섬유를 폴리이미드 섬유로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 격막을 열교환기에 사용함으로써, 방염성이 향상된 열교환기를 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 본 명세서에서 말하는 「층」 및 「막」은, 모두 그들의 두께를 구별하는 것은 아니다.
본 발명에서는, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막과 투습성 수지층과 적층한 격막을 구성하고, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막의 단위 면적당 중량을 0.5g／㎡ 이상 7g／㎡ 이하로 하고, 투습성 수지층에, 투습성 수지 100질량부에 대해 5질량부 이상 60질량부 이하의 난연제를 함유시키고, 보강재를 적층함으로써, 격막 전체에서의 방염성을 지금까지 이상으로 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 격막의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 다른 격막의 단면도이다.
도 3은 격막을 사용한 열교환기의 일례를 도시하는 것이다.
도 4는 제1 실시예에 있어서의 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량과 방염성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 제2 실시예에 있어서의 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량과 방염성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 다른 격막의 단면도이다.
도 3은 격막을 사용한 열교환기의 일례를 도시하는 것이다.
도 4는 제1 실시예에 있어서의 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량과 방염성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 제2 실시예에 있어서의 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량과 방염성의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 격막에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 격막의 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 격막(12)은, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)과 투습성 수지층(20)의 복합막(30)과, 보강재(40)를 적층한 것이다. 본 발명의 다른 실시 형태로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)과 투습성 수지층(20)의 적층 순서를, 도 1의 예와는 반대로 한 복합막(30)과, 보강재(40)를 적층한 것도 마찬가지로 실시 가능하다.
격막(12)이 일정한 방염 성능을 만족시키기 위해, 투습성 수지층(20)은 투습성 수지 외에 난연제를 함유하고 있다. 상세한 것은 후술하지만, 난연제의 함유 비율은 투습성 수지 100질량부에 대해 5질량부 이상 60질량부 이하이다.
본 발명자들은, 격막(12)의 구성 요소[막(10)]로서 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌이라 하는 특정한 재료를 사용하는 것을 전제로 하여 격막(12)의 방염성을 높이기 위한 연구를 진행해 왔다. 그 결과, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)의 단위 면적당 중량이 7g／㎡ 이하인 경우에, 격막(12)의 방염성이 매우 높아지는 것을 발견하였다. 지금까지는 방염성의 향상에 대해서는 오로지 난연제의 배합에 의존해 왔지만, 본 발명에서는, 투습성 수지층에 난연제를 사용하면서도 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)의 단위 면적당 중량을 특정한 범위로 함으로써, 격막 전체에서의 방염성을 지금까지 이상으로 개선할 수 있는 것이다. 방염성은, JIS-Z-2150-A법[얇은 재료의 방염 시험 방법(45°메켈버너법)]에 기초하는 지표로, 피시험 재료[본 발명에서는 격막(12)]를 불꽃에 근접시켰을 때의 탄화 길이, 잔염, 잔진으로부터 결정된다. 시험 결과는, 방염 1급, 방염 2급, 방염 3급으로 분류되고, 방염 1급이 가장 방염성이 높은 것이다.
본 발명에 있어서 격막(12)의 방염성을 가일층 확실하게 높이기 위해서는, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)의 단위 면적당 중량을 바람직하게는 6g／㎡ 이하, 보다 바람직하게는 5g／㎡ 이하, 더욱 바람직하게는 4g／㎡ 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 방염성의 면에서는 단위 면적당 중량의 하한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)의 파괴를 방지하기 위해 0.5g／㎡ 이상으로 한다. 단위 면적당 중량은, 바람직하게는 0.7g／㎡ 이상, 보다 바람직하게는 1.0g／㎡ 이상, 더욱 바람직하게는 1.5g／㎡ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
이하, 격막(12)의 기본적 구성 요소로 되는 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10), 투습성 수지층(20), 보강재(40)에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
[다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)]
다공질 폴리테트라플루오로에틸렌은, 연신에 의해 다공질화된 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 재료이다. 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)은, 공공률을 높게 하는 것이 가능하다. 또한, 극히 미세한 구멍을 형성할 수 있다.
다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)은, PTFE의 파인 파우더를 성형 조제와 혼합하여 얻어지는 페이스트를 성형하고, 상기 성형체로부터 성형 조제를 제거한 후, 고온 고속도로 연신하고, 또한 필요에 따라 소성함으로써 얻어진다. 그 상세한 것은, 예를 들어 일본 특허 공고 소 51-18991호 공보에 기재되어 있다. 또한, 연신은 1축 연신이어도 되고, 2축 연신이어도 된다. 1축 연신의 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)은, 마이크로적으로는 연신 방향과 대략 직교하는 미세한 섬 형상의 노드(절첩 결정)가 존재하고, 이 노드간을 연결하는 발(blind) 형상의 피브릴(상기 절첩 결정이 연신에 의해 녹아 인출된 직쇄상의 분자속)이 연신 방향으로 배향되어 있는 점에 특징이 있다. 한편, 2축 연신의 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)은, 피브릴이 방사상으로 확장되고, 피브릴을 연결하는 노드가 섬 형상으로 점재하여 피브릴과 노드로 분획된 공간이 다수 존재하는 거미줄 형상의 섬유질 구조로 되어 있는 점에 마이크로적인 특징이 있다. 2축 연신의 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)은, 1축 연신의 것보다도 광폭화가 용이하고, 종방향ㆍ횡방향의 물성 밸런스가 우수하고, 단위 면적당의 생산 비용이 저렴하게 되므로, 특히 적절하게 사용된다.
다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)의 평균 세공 직경은, 예를 들어 0.07 내지 10㎛ 정도이다. 평균 세공 직경이 지나치게 작으면 다공질막(10)의 투습성이 저하되므로, 격막(12)의 투습 능력이 저하되고, 격막(12)을 열교환막으로서 사용하였을 때의 열교환 능력이 저하된다. 보다 바람직한 평균 세공 직경은 0.09㎛ 이상이다. 반대로 평균 세공 직경이 지나치게 크면, 투습성 수지층(20)이 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)의 세공 내에 인입하기 쉬워진다. 이 결과, 투습성 수지의 실질적인 두께(투습 수지부의 두께＋다공질막 내의 투습 수지부의 두께)가 두꺼워져, 수분의 이동 시간이 길어져 투습성이 저하된다. 보다 바람직하게는 5㎛ 이하이다.
또한, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)의 평균 세공 직경은, 콜터 엘렉트로닉스사의 콜터 포로미터를 사용하여 측정한 구멍 직경의 평균값을 의미한다. 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)의 평균 세공 직경은 연신 배율 등에 의해 적절하게 제어할 수 있다.
다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)의 공공률은 상기 평균 세공 직경에 따라 적절하게 설정할 수 있지만, 예를 들어 50％ 이상(바람직하게는 60％ 이상), 98％ 이하(바람직하게는 90％ 이하)인 것이 추장된다.
다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)의 공공률은, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)의 질량 W와, 공공부를 포함하는 겉보기의 체적 V를 측정함으로써 구해지는 부피 밀도 D(D＝W／V:단위는 g／㎤)와, 전혀 공공이 형성되어 있지 않을 때의 밀도 Dstandard(PTFE 수지의 경우에는 2.2g／㎤)를 사용하고, 하기 식에 기초하여 산출할 수 있다. 또한, 체적 V를 산출할 때의 두께는, 다이얼 두께 측정기로 측정하였을(테클락사제 「SM-1201」을 사용하고, 본체 스프링 하중 이외의 하중을 가하지 않는 상태에서 측정하였을) 때의 평균 두께에 의한다.
공공률(％)＝[1-(D／Dstandard)]×100
다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)의 통기도는, 예를 들어 500초 이하, 바람직하게는 10초 이하이다. 통기도의 값이 지나치게 크면, 막의 투습성이 낮아져, 얻어지는 격막(12)의 투습성이 불충분해진다. 또한, 격막(12)을 열교환막이나 퍼베이퍼레이션 막으로서 사용하였을 때에, 열교환 능력의 저하나 분리 효율의 저하가 발생한다. 통기도의 측정법에 대해서는 후술한다.
[투습성 수지층(20)]
투습성 수지층(20)은, 투습성 수지로 이루어지는 무공질의 막 형상의 층으로, 열 및 습기(수증기)는 통과시키지만 공기는 통과시키지 않고, 격막으로서의 기능을 발휘하는 부분이다. 투습성 수지로서는 비수용성의 것을 사용해도 되지만, 본 발명의 격막(12)은 내결로성이 높게 되어 있으므로, 수용성의 것이어도 난수용화함으로써 사용할 수 있다. 난수용화의 방법으로서는, 예를 들어 열처리와 가교제의 첨가를 병용하는 방법이 있다.
투습성 수지로서는, 친수성 폴리우레탄을 들 수 있다. 그 외에, 폴리비닐알코올이나 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴산을 사용할 수 있다.
상기 기능을 발휘할 수 있는 한 투습성 수지층(20)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.01㎛ 내지 100㎛ 정도, 바람직하게는 0.1 내지 50㎛ 정도, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10㎛ 정도이다. 지나치게 얇으면 코팅의 불균일이나 핀 홀이 발생할 가능성이 있다. 한편, 지나치게 두꺼우면 투습성 수지층(20)의 투습성이 저하되어 버린다.
상기 투습성 수지층(20)은 난연제를 함유하고 있다. 난연제를 포함함으로써 투습성 수지층(20)의 난연성(방염성)을 높일 수 있고, 그 결과 격막(12) 전체의 난연성을 일정 이상으로 확보할 수 있다. 난연제의 함유량은, 투습성 수지 100질량부에 대해 5질량부 이상 60질량부 이하이다. 난연제의 하한값을 5질량부로 한 것은, 난연성의 실효성을 담보하는 관점에서이고, 보다 바람직하게는 8질량부, 더욱 바람직하게는 10질량부로 한다. 한편, 난연제가 60질량부를 초과하여 포함되면 투습성 수지의 함유량이 상대적으로 적어져 버리기 때문에, 투습성 수지층(20)으로서의 기능이 발휘되지 않게 된다. 그로 인해 난연제의 함유량의 상한값을 60질량부로 하였다. 보다 바람직하게는 50질량부, 더욱 바람직하게는 40질량부로 한다. 투습성 수지층(20)에의 첨가 방법은, 투습성 수지의 원재료에 난연제를 첨가하고, 합성 수지 혼합기 등으로 이들을 혼합하면 된다.
난연제의 종류는 특별히 한정되지 않고, 필요로 되는 난연성의 그레이드에 따라 적절하게 결정할 수 있다. 환경에의 영향을 고려하면, 비할로겐계의 난연제를 사용하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 방향족 인산에스테르계의 난연제, 인산구아니딘계의 난연제, 지환식 인산에스테르계의 난연제 등을 사용할 수 있다. 방향족 인산에스테르계의 난연제는 비수용성이고, 보강재(40)를 구성하는 섬유상 수지의 글래스 전이 온도 이상으로 가열되면 섬유에 흡수되므로, 결로수 등과 접촉해도 용출되지 않아, 안정된 난연 효과를 기대할 수 있다. 인산구아니딘계의 난연제나 지환식 인산에스테르계의 난연제는, 흡수성이 있으므로, 흡습제로서의 효과도 기대할 수 있다. 한편, 난연제로서 무기계 화합물을 사용하는 것도 가능하다. 무기계 화합물로서는, 안티몬 화합물 또는 금속 수산화물을 사용할 수 있다.
격막(12) 전체적으로는, JIS-Z-2150-A법에 규정되는 방염 3급 정도나 UL94에 규정되는 VTM-2 정도의 난연성을 만족시키는 것이 바람직하다.
투습성 수지층(20)은, 흡습제를 더 포함하고 있어도 된다. 흡습제를 포함하면 투습성 수지층(20)의 보수량(保水量)을 많게 할 수 있어, 투습성을 더욱 높일 수 있다. 흡습제로서는, 수용성의 염을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬염이나 인산염 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 격막(12)의 통기도는, 예를 들어 3000초 이상이다. 통기도가 지나치게 작으면, 격막에서 이격되어 있는 유체가 혼합될 우려가 있다. 또한, 통기도의 상한은 특별히 한정되지 않고, 전혀 통기되지 않아도 된다. 또한, 통기도는 걸리수(Gurley Number)를 의미한다. 걸리수라 함은, 100㎤의 공기가 1평방인치(6.45c㎡)당의 면적을 1.23㎪의 압력에서 흐르는 데 필요로 하는 시간(초)이다(JIS-P-8117).
또한, 본 발명의 격막(12)의 투습도는, 예를 들어 3000g／㎡／24시간 이상이다. 투습도가 지나치게 낮으면 수증기의 투과가 불충분해지고, 격막(12) 표면에서 수분이 응집하여 결로가 발생하여, 막 열화의 원인으로 된다. 바람직하게는 6000g／㎡／24시간 이상, 보다 바람직하게는 10000g／㎡／24시간 이상이다. 투습도는 높을수록 좋고, 상한은 한정되지 않는다. 또한, 투습도는 JIS-L-1099(B-1법)에 준거하여 측정한 값이다.
[보강재(40)]
상기 보강재(40)는, 상기 복합막(30)을 보강할 수 있고, 또한 피처리 유체(예를 들어, 열교환 및 습도 교환해야 하는 외기 등)와 복합막(30)을 차단하지 않는 정도의 공극(통기성)을 갖는 것이다. 상기 보강재(40)의 공공률은, 예를 들어 30 내지 95％ 정도이다.
보강재(40)는, 통상 섬유상의 수지로 형성되어 있다. 섬유상의 수지를 사용함으로써, 소정의 공공률을 갖는 보강재(40)를 간편하게 제조할 수 있다. 섬유상 수지에 의해 형성되는 보강재(40)는, 직포, 편포, 부직포, 네트 중 어느 것이어도 된다. 특히 바람직한 섬유상 보강재(40)는 부직포이다. 부직포는, 다수의 섬유로 이루어지는 미세한 공극 부분(섬유간의 간극)을 갖고 있으므로, 투습성을 발휘할 수 있다.
부직포로서는 단위 면적당 중량이 작은 부직포를 사용하는 것이 바람직하고, 난연제를 포함하지 않는 스판본드 부직포, 서멀본드 부직포, 습식 부직포, 혹은 니들 펀치 제법ㆍ스판 레이스ㆍ멜트 블로우 등 그 외 제법으로 만들어진 부직포를 사용할 수도 있다. 부직포의 재료에는 폴리에스테르계ㆍ올레핀계ㆍ스티렌계ㆍ아라미드계, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 등의 용융 수지를 사용한 것이어도 된다.
또한, 격막(12)의 난연성을 가일층 향상시키기 위해, 보강재(40)의 재료로서, 섬유에 난연제를 섞어 넣은 난연 부직포를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 도요 방적 주식회사제의 하임(등록 상표), 아사히카세이 주식회사제의 엘터스 FR(등록 상표)이 있다. 또한, 그들에 사용되어 있는 원면(原綿)을 사용한 난연 부직포도 마찬가지로 사용할 수 있다. 또한, 용융되지 않는 나일론, 아크릴, 탄소 등의 섬유를 사용한 부직포를 사용하는 것도 가능하다.
복합막(30)과 보강재(40)의 접합에는, 예를 들어 접착제를 사용하는 방법을 사용할 수 있다. 접착제로서는 범용의 접착제를 사용할 수도 있지만, 투습성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 격막(12) 전체의 투습도를 유지하기 위해서이다. 투습성 수지 재료로서는, 상기한 바와 같이 친수성 폴리우레탄을 들 수 있는 것 외에, 폴리비닐알코올이나 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴산을 사용할 수 있다. 이와 같은 접착제의 도포 방법으로서는, 예를 들어 투습성 수지를 복합막(30)에 도포한 직후에 경화 전에 보강재(40)를 접합하는 것도 생각된다.
보강재(40)의 섬유 재료로서 열용융성 수지를 사용하면, 복합막(30)과의 접합에는 열융착에 의한 방법을 채용할 수도 있다. 이 경우에는, 접착제를 도포하는 경우에 비해, 격막(12)의 제조 공정을 간략화할 수 있다.
예를 들어, 상기한 도 2에 도시한 바와 같이, 보강재(수지)(40)와 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)을 접합하는 경우에는, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)과 보강재(40)의 고착성을 현저하게 높일 수 있다. 보강재(40)의 일부가 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(10)의 세공으로 침입하기 때문이다.
보강재(40)를 형성하는 섬유는, 열용융성 수지와 비열용융성 수지를 조합하여 사용할 수도 있다. 열용융성 수지를 단독으로 사용하면, 수지가 지나치게 용융되어 치밀한 막을 형성해 버리는 결과, 투습성이 저하되거나, 주름이 발생하는 경우가 있다. 비열용융성 수지와 조합함으로써 치밀한 막의 형성을 방지할 수 있다. 또한, 격막(12)의 표면적을 크게 하기 위해 코러게이트 가공 등의 변형 가공을 실시하는 경우, 열용융성 수지와 비열용융성 수지로 보강재(40)를 형성하면, 열용융성 수지의 작용에 의해 변형 가공시에 형태가 형성되기 쉬워지고, 비열용융성 수지의 작용에 의해 그 형태를 유지하기 쉬워진다.
열용융성 수지와 비열용융성 수지를 조합하여 사용하는 경우, 열용융성 수지와 비열용융성 수지를 혼합한 혼합 섬유를 사용해도 되고, 예를 들어 열용융성 수지가 비열용융성 수지의 주위를 덮고 있는 할섬(割纖) 가능한 구조(splittable structure)의 혼합 섬유를 사용해도 되고, 열용융성 수지와 비열용융성 수지의 양쪽으로 일체 성형된 섬유를 사용해도 된다. 이와 같은 일체형의 섬유로서는, 예를 들어 비열용융성 수지의 주위를 열용융성 수지로 덮은 코어 덮개(core sheath) 구조의 섬유를 들 수 있다.
또한, 상기에 한정되지 않고, 융점 및 재질이 다른 수지로 형성된 코어 덮개 구조의 섬유를 사용할 수도 있다. 또한, 보강재(40)로서, 열용융 수지를 바인더로서 사용하여 비열용융 수지로 이루어지는 섬유군을 일체화한 부직포를 사용하는 것도 가능하다.
보강재(40)를 형성하는 섬유에 사용하는 수지로서는 흡습성이 낮은 수지가 추장된다. 흡습성이 높을수록, 결로하였을 때에 강도가 저하되어, 격막(12)이 변형되거나 파손되기 쉬워져 버린다. 흡습성이 낮은 수지로서는, 예를 들어 아크릴계 수지나 나일론계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리유산계 수지, 폴리올레핀계 수지 등을 들 수 있다. 흡방습성이 높은 보강재도, 또한 투습 성능이 높아지므로 추장된다. 흡습성이 높은 수지로서는 비닐론, 우레탄 등을 들 수 있다. 또한, 난연제를 사용하는 경우, 폴리올레핀계 수지의 표면 에너지는 높기 때문에, 난연제의 고정이 곤란해진다. 따라서 난연제를 사용하는 경우에는, 폴리올레핀계 이외의 수지(예를 들어, 아크릴계 수지나 나일론계 수지, 비닐론계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리유산계 수지 등)를 적절하게 사용할 수 있다.
보강재(40)의 단위 면적당 중량으로서는 2 내지 100g／㎡, 바람직하게는 3 내지 50g／㎡, 더욱 바람직하게는 5 내지 40g／㎡로 하는 것이 바람직하다. 단위 면적당 중량이 지나치게 작으면 보강의 실효를 달성할 수 없고, 한편 단위 면적당 중량이 지나치게 크면 전열교환 효율이 저하되어 버리기 때문이다. 보강재(40)의 단위 면적당 중량이 지나치게 커지면 격막(12)의 투습 능력이 저하되고, 나아가서는 이 격막(12)을 사용하는 장치(열교환기, 가습기, 제습기 등)가 대형화한다. 또한, 격막(12)을 열교환막으로서 사용하였을 때에는, 열교환 능력이 저하된다. 한편, 보강재(40)의 단위 면적당 중량이 지나치게 작으면 격막(12)의 가공성을 저하시킨다.
보강재(40)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 5㎛ 이상(바람직하게는 10㎛ 이상), 1000㎛ 이하(바람직하게는 500㎛ 이하) 정도이다.
[열교환기]
상기 격막(12)의 용도의 일례로서, 격막(12)을 사용한 열교환기에 대해 설명한다. 도 3은 격막(12)을 사용한 열교환기의 일례를 도시하는 것이다.
도 3 중, 부호 1은 세퍼레이터, 부호 12는 열교환막으로서 사용되는 격막, 부호 3은 배출 공기의 흐름, 부호 4는 흡입 공기의 흐름을 각각 나타내고 있다. 세퍼레이터(1)는 파형 형상을 나타내고 있고, 격막(12)과 교대로 적층되어 있다. 이때, 세퍼레이터(1)의 파형 방향은, 인접하는 다른 세퍼레이터(1)의 파형 방향과 서로 직교하도록 배치하여 배출 공기와 흡입 공기의 유로를 형성하고 있다.
예를 들어, 배출 공기(3)가 난방실내의 따뜻하게 가습된 공기이고, 흡입 공기(4)가 옥외의 찬 건조한 공기의 경우, 양자가 세퍼레이터(1)와 격막(12)으로 형성되는 각 유로를 통과할 때, 격막(12)을 통해 열과 습기의 교환이 행해진다. 그 결과, 흡입 공기(4)는 따뜻해지는 동시에, 가습된 상태에서 난방실내로 흡입된다. 따라서 난방실내의 난방 효율이 상승하는 동시에 실내의 공기의 습도 조절도 가능해진다.
실시예
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니고, 상기ㆍ후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
(제1 실시예)
다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막(다공질 PTFE 막)의 단위 면적당 중량이 다른 5종류의 격막 시료(시료 번호 1A 내지 5A)를 준비하여 각 시료의 방염성 등을 확인하는 시험을 행하였다. 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량은 각각, 3g／㎡, 6g／㎡, 9g／㎡, 12g／㎡, 20g／㎡이다.
투습성 수지 재료로서 친수성 폴리우레탄 수지(다우 케미컬사제 「하이폴 2000」)를 사용하고, 친수성 폴리우레탄 수지 100질량부에 대해 닛카 화학(주)제 인계 난연제(상품명 「닛카파이논」)를 40질량부 혼합한 것을 다공질 PTFE 막에 약 10g／㎡의 비율로 코팅함으로써 다공질 PTFE 막과 투습성 수지층의 복합막을 얻었다.
보강재로서, 인계 난연제를 공중합한 폴리에스테르 섬유로 이루어지는 스판본드 부직포[도요 방적 주식회사제의 하임(등록 상표) H3201(단위 면적당 중량 20g／㎡, 두께 0.15mm)]를 사용하였다. 상기 친수성 폴리우레탄 수지가 경화되기 전에 보강재와 복합막을 접합하여 격막으로 하였다.
표 1은 각 시료의 사양과 시험 결과를 나타내는 것이다. 도 4는 표 1 중에서도 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량과 방염성의 관계를 그래프로 한 것이다.
표 1 및 도 4로부터, 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량이 20g／㎡인 시료 5A는, 격막의 탄화 길이가 17㎝이고 방염성은 불합격이었다. 이에 대해, 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량이 9g／㎡, 12g／㎡인 시료 3A, 4A에서는, 격막의 탄화 길이가 14 내지 15㎝이고 방염 3급에 합격하고 있었다. 그리고 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량이 3g／㎡, 6g／㎡인 시료는, 놀랍게도 격막의 탄화 길이가 4㎝로 현격히 감소하고 있고, 방염성이 1급에 합격할 정도이었다. 또한, 난연 내구성(온수 침지 후의 방염성이다. 상세하게는 후술함)도 저하되지 않았다. 이들 결과로부터 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량이 7g／㎡ 이하(바람직하게는 6g／㎡ 이하)인 경우에는 방염성이 현격히 우수하다고 할 수 있다.
(제2 실시예)
다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량 또는 보강재의 종류가 다른 6종류의 격막 시료(시료 번호 1B 내지 6B)를 준비하여 각 시료의 방염성 등을 확인하는 시험을 행하였다. 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량은 각각, 3g／㎡, 3g／㎡, 6g／㎡, 9g／㎡, 12g／㎡, 12g／㎡이다.
투습성 수지 재료로서 친수성 폴리우레탄 수지(다우 케미컬사제 「하이폴 2000」)를 사용하고, 친수성 폴리우레탄 수지 100질량부에 대해 닛카 화학(주)제 인계 난연제(상품명 「닛카파이논」)를 40질량부 혼합한 것을 다공질 PTFE 막에 약 10g／㎡의 비율로 코팅함으로써 다공질 PTFE 막과 투습성 수지층의 복합막을 얻었다.
보강재로서, 난연제를 포함하지 않는 폴리에스테르 섬유로 이루어지는 스판본드 부직포[도요 방적(주)제의 에쿠레(등록 상표):상품 번호 3151A(단위 면적당 중량 15g／㎡, 두께 0.12mm), 또는 상품 번호 3201A(단위 면적당 중량 20g／㎡, 두께 0.15mm)]를 사용하였다. 상기 친수성 폴리우레탄 수지가 경화되기 전에 보강재와 복합막을 접합하여 격막으로 하였다.
표 2는 각 시료의 사양과 시험 결과를 나타내는 것이다. 도 5는 표 2 중에서도 상품 번호 3151A(단위 면적당 중량 15g／㎡)를 사용한 시료(1B, 3B, 4B, 5B)의 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량과 방염성의 관계를 그래프로 한 것이다.
표 2로부터, 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량이 9 내지 12g／㎡인 시료 4B 내지 6B에서는, 격막의 탄화 길이가 16 내지 18㎝이고 방염성이 불합격이었다. 이에 대해, 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량이 3 내지 6g／㎡인 시료 1B 내지 3B에서는, 제1 실시예와 마찬가지로 격막의 탄화 길이가 4 내지 5㎝로 현격히 감소하고 있고, 방염성이 1급에 합격하는 것이었다. 또한, 난연 내구성도 저하되지 않았다.
보강재로서 난연제를 포함하지 않는 섬유를 사용하고 있음에도 불구하고, 제2 실시예에서는, 표 2 및 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 실시예와 마찬가지로 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량이 7g／㎡ 이하(바람직하게는 6g／㎡ 이하)인 경우에는 방염성이 현격히 우수하다.
(제3 실시예)
다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량이 다른 5종류의 격막 시료(시료 번호 1C 내지 5C)를 준비하여 각 시료의 방염성 등을 확인하는 시험을 행하였다. 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량은 각각, 3g／㎡, 6g／㎡, 9g／㎡, 12g／㎡, 20g／㎡이다.
투습성 수지 재료로서 친수성 폴리우레탄 수지(다우 케미컬사제 「하이폴 2000」)를 사용하고, 친수성 폴리우레탄 수지를 다공질 PTFE 막에 약 10g／㎡의 비율로 코팅함으로써 다공질 PTFE 막과 투습성 수지층의 복합막을 얻었다. 제3 실시예에서는, 투습성 수지막에 난연제를 혼합하고 있지 않다.
보강재로서, 인계 난연제를 공중합한 폴리에스테르 섬유로 이루어지는 스판본드 부직포[도요 방적 주식회사제의 하임(등록 상표) H3201(단위 면적당 중량 20g／㎡, 두께 0.18mm)]를 사용하였다. 상기 친수성 폴리우레탄 수지가 경화되기 전에 보강재와 복합막을 접합하여 격막으로 하였다. 표 3은 각 시료의 사양과 시험 결과를 나타내는 것이다.
표 3으로부터, 다공질 연신 PTFE의 단위 면적당 중량의 대소에 관계없이, 모든 시료에 있어서 방염성이 불합격이었다. 이것으로부터, 격막의 일부를 구성하는 투습성 수지층에는 난연제를 함유시킬 필요가 있는 것이 확인된다.
(제4 실시예)
투습성 수지막에 혼합되는 난연제의 배합 비율이 다른 3종류의 격막 시료(시료 번호 1D 내지 3D)를 준비하여 각 시료의 방염성 등을 확인하는 시험을 행하였다. 다공질 PTFE 막의 단위 면적당 중량은 3g／㎡이다.
투습성 수지 재료로서 친수성 폴리우레탄 수지(다우 케미컬사제 「하이폴 2000」)를 사용하고, 친수성 폴리우레탄 수지 100질량부에 대해 닛카 화학(주)제 인계 난연제(상품명 「닛카파이논」)를 20질량부 혼합한 것(시료 2D), 40질량부 혼합한 것(시료 3D), 전혀 혼합하지 않는 것(시료 1D)의 3종류를, 각각 다공질 PTFE 막에 약 10g／㎡의 비율로 코팅함으로써, 다공질 PTFE 막과 투습성 수지층의 복합막을 얻었다.
보강재로서, 인계 난연제를 공중합한 폴리에스테르 섬유로 이루어지는 스판본드 부직포[도요 방적 주식회사제의 하임(등록 상표) H3201(단위 면적당 중량 20g／㎡, 두께 0.15mm)]를 사용하였다. 상기 친수성 폴리우레탄 수지가 경화되기 전에 보강재와 복합막을 접합하여 격막으로 하였다. 표 4는 각 시료의 사양과 시험 결과를 나타내는 것이다.
표 4로부터, 투습성 수지막에 난연제를 함유시킨 시료 2D와 시료 3D에서는, 방염 1급이 얻어지고 있어, 투습성 수지층에는 난연제를 함유시킬 필요가 있는 것이 제3 실시예와 마찬가지로 확인되었다.
상기 각 실험예에서 얻어진 격막의 통기도는 모두 10000초 이상이었다. 또한, 격막의 다른 물성을 이하와 같이 하여 평가하였다.
(1) 방염성
JIS-Z-2150-A법에 준거하여(가열 시간 10초) 격막의 방염성을 조사하였다. 시험 후의 투습성 격막 재료의 탄화 길이를 조사하고, 이하의 기준으로 평가하였다.
합격(방염 1급):탄화 길이가 50㎜ 이하
합격(방염 2급):탄화 길이가 50㎜ 초과, 100mm 이하
합격(방염 3급):탄화 길이가 100㎜ 초과, 150mm 이하
불합격 :탄화 길이가 150㎜ 초과
(2) 난연 내구성
격막을 50℃의 온수에 5시간 침지하여 건조한 후, 상기 JIS-Z-2150-A법에 따라서 시험을 한 경우의 방염성이다. 온수의 침지 후에 다시 방염성을 시험한 것은, 결로 등을 상정하여, 난연제 유출에 의한 성능 열화의 유무를 조사하기 위해서이다.
본 발명의 격막은, 열교환기, 가습기, 제습기, 퍼베이퍼레이션 막을 사용한 분리 장치 등, 방염성이 요구되는 용도 전반에 이용하는 것이 가능하다. 그 외에, 건재 용도, 차량용의 자재, 소방복ㆍ전투복 등의 방화복 용도에도 사용할 수 있다.
10 : 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막
20 : 투습성 수지층
30 : 복합막
40 : 보강재
12 : 격막
20 : 투습성 수지층
30 : 복합막
40 : 보강재
12 : 격막
Claims (17)
- 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막과 투습성 수지층의 복합막과, 보강재를 적층한 격막이며, 상기 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막의 단위 면적당 중량이 0.5g／㎡ 이상 7g／㎡ 이하이고, 상기 투습성 수지층은, 투습성 수지와, 상기 투습성 수지 100질량부에 대해 5질량부 이상 60질량부 이하의 난연제를 함유하고 있는, 격막.
- 제1항에 있어서, 상기 보강재가 상기 투습성 수지층에 고착되어 있는, 격막.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투습성 수지가 친수성 폴리우레탄 수지인, 격막.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강재가 섬유로 구성되어 있는, 격막.
- 제4항에 있어서, 상기 섬유가 부직포인, 격막.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강재에 난연제가 첨가되어 있는, 격막.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 막의 평균 세공 직경이 0.07 내지 10㎛인, 격막.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 난연제에 무기계 화합물이 포함되어 있는, 격막.
- 제8항에 있어서, 상기 무기계 화합물로서 안티몬 화합물 또는 금속 수산화물이 포함되어 있는, 격막.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 난연제에 인계 난연제가 포함되어 있는, 격막.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강재가 열용융성 수지 섬유를 포함하는, 격막.
- 제11항에 있어서, 상기 열용융성 수지 섬유가 폴리에스테르계 섬유인, 격막.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강재가 비열용융성 섬유를 포함하는, 격막.
- 제13항에 있어서, 상기 비열용융성 섬유가 탄소 섬유인, 격막.
- 제13항에 있어서, 상기 비열용융성 섬유가 열경화성 수지 섬유인, 격막.
- 제15항에 있어서, 상기 열경화성 수지 섬유가 폴리이미드 섬유인, 격막.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 격막을 사용한, 열교환기.
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