KR20140056233A - 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막의 제조 방법 - Google Patents

폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막의 제조 방법 Download PDF

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KR20140056233A
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교코 이시이
세이지 아이자와
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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

표준 비중(SSG)이 2.19 이하인 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 파인 파우더와 액상 윤활제를 포함하는 혼합물을, 플랫 다이를 사용하여 시트 형상으로 압출하여, PTFE 시트를 얻는 공정 A; PTFE 시트를 그 길이 방향을 따라서 한 쌍의 롤 사이를 통과시켜 압연하는 공정 B; 압연한 PTFE 시트를 그 폭 방향으로 연신하는 공정 C; PTFE 시트로부터 액상 윤활제를 제거하는 공정 D; 액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트를 그 길이 방향 및 폭 방향의 각각에 대하여, 예를 들면 면적 연신 배율이 150 내지 700배로 되도록, 연신하여 다공화하는 공정 E를 구비하는 방법을 제공한다. 이 제조 방법에 의하면, PTFE 다공질막의 PF값을 향상시킬 수 있다.

Description

폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING POROUS POLYTETRAFLUOROETHYLENE FILM}
본 발명은, 폴리테트라플루오로에틸렌(이하, 「PTFE」라 함) 다공질막의 제조 방법에 관한 것이며, 특히 방수 통기 부재 및 에어 필터 여과재의 포집층으로서 적합한 특성을 갖는 PTFE 다공질막의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, PTFE 다공질막은, PTFE 파인 파우더와 압출 보조제인 액상 윤활제를 혼합하여 얻은 혼합물을 압출하여 성형하고, 얻어진 성형체를 시트 형상으로 압연하고, 압연하여 얻은 PTFE 시트로부터 액상 윤활제를 제거하고, 액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트를 연신하여 다공화함으로써, 제조된다. 이렇게 하여 얻어진 PTFE 다공질막은, 잘 알려져 있는 바와 같이, 노드(결절)와 피브릴(섬유)로 구성된 다공 구조를 갖는다.
전자 기기 및 조명 기기의 하우징에는 개구부가 형성되는 경우가 있다. 전자 기기에 있어서는, 개구부를 통하여, 하우징의 내부에 수용된 마이크로폰, 스피커 등의 음향 트랜스듀서와 하우징의 외부 사이에서 음향 에너지가 전파된다. 조명 기기의 하우징에 있어서는, 개구부를 통하여, 발광체의 발열에 의해 팽창하는 공기가 외부로 배출된다. 휴대 전화로 대표되는 소형 전자 기기 및 자동차의 헤드라이트로 대표되는 차량용 조명 기기에는 높은 방수성이 요구되는 경우가 있기 때문에, 개구부로부터의 물의 침입을 방지할 필요가 있다. 이 때문에, 이들 기기의 하우징의 개구부에는, 내수성과 통기성(통음성)을 겸비한 방수 통기 부재가 배치되는 경우가 많다.
또한, 전자 기기에 사용되는 방수 통기 부재는, 방수 통음 부재라고도 칭해지지만, 본 명세서에서는, 이후, 방수 통음 부재를 포함하는 개념을 나타내는 용어로서 「방수 통기 부재」를 사용한다.
방수 통기 부재용 PTFE 다공질막의 성능은, 내수성 및 통기성을 지표로 하여 평가되지만, 이들 2개의 특성은 소위 트레이드오프의 관계에 있다. 이 때문에, PTFE 다공질막을 다층막으로 함으로써, 내수성 및 통기성 양쪽이 우수한 방수 통기 부재를 제공하는 시도가 제안되어 있다.
특허 문헌 1에는, 표준 비중이 2.16 이상인 PTFE를 포함하는 제1 미소성 시트와 표준 비중이 2.16 미만인 PTFE를 포함하는 제2 미소성 시트의 적층체를 압착하고, 또한 연신하여, PTFE 다공질막을 제조하는 것이 제안되어 있다. 표준 비중이 큰, 바꿔 말하면 분자량이 작은 PTFE로부터는 통기성이 우수한 PTFE 다공질막이 얻어지는 경향이 있고, 표준 비중이 작은, 바꿔 말하면 분자량이 큰 PTFE에서는 내수성이 우수한 PTFE 다공질막이 얻어지는 경향이 있다. 이와 같은 경향을 고려하여, 특허 문헌 1에서는, 상기 2종류의 PTFE 시트를 조합함으로써, 내수성과 통기성의 양립이 도모되고 있다. 특허 문헌 1의 실시예의 란에는, 내수압이 0.31 내지 0.33㎫, 거얼리수에 의해 표시한 통기도가 3 내지 5초/100㎖(프래지어수(Frazier number)로 환산하면 0.31 내지 0.52㎤/초/㎠ 정도)인 PTFE 다공질막이 얻어진 것이 보고되어 있다.
에어 필터 여과재의 포집층으로서 사용하는 경우, 필요한 강도를 부여하기 위해서, PTFE 다공질막은, 통상, 부직포 등의 통기성 지지재와 접합된다. 통기성 지지재와의 접합은, 열 라미네이트, 접착제를 사용한 라미네이트(접착제 라미네이트) 등에 의해 행해진다.
에어 필터 여과재의 특성으로서는, 압력 손실 및 포집 효율이 중요하지만, 이들 2개의 특성도 트레이드오프의 관계에 있다. 압력 손실과 포집 효율의 밸런스의 우열을 평가하기 위한 지표로서는 PF값이 자주 사용된다. PF값은, 이하의 식 (B-1)에 의해 산출되고, 그 값이 높을수록, 에어 필터 여과재가 고성능인 것을 나타낸다. 식 (B-1)에 있어서의 투과율 PT는, 포집 효율 CE와 식 (B-2)에 나타내어진 관계를 갖는다. PL은 압력 손실을 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
압력 손실과 포집 효율의 밸런스가 우수한 에어 필터 여과재를 얻기 위해서는, 높은 PF값을 갖는 PTFE 다공질막이 필요해진다. 높은 PF값을 갖는 PTFE 다공질막을 제조하기 위해서, 종래부터, PTFE 다공질막의 제조 방법의 각 공정에 있어서의 다양한 개선이 제안되어 왔다.
예를 들면, 특허 문헌 2에는, PTFE 시트를 연신하여 다공화하는 공정에 있어서, 길이 방향(MD 방향)으로의 연신에 이어서 실시되는 PTFE 시트의 폭 방향(TD 방향)으로의 연신에, 큰 연신 속도를 적용하는 것이 제안되어 있다(단락 0023). 또한 예를 들면, 특허문헌 3에는, PTFE 파인 파우더와 액상 윤활제를 혼합하는 공정에 있어서, 액상 윤활제를 다량으로 배합하는 것이 제안되어 있다(단락 0053 내지 0055).
일본 특허 공개 제2010-110914호 공보 일본 특허 공개 제2001-170461호 공보 일본 특허 공개 제2002-301343호 공보
2매의 PTFE 시트의 적층(특허 문헌 1 참조)에 의한 방수 통기 부재로서의 PTFE 다공질막의 개량에는 한계가 있다. 또한, TD 방향으로의 연신 속도의 증대(특허 문헌 2 참조)에 의한 에어 필터 여과재용 PTFE 다공질막의 PF값의 향상에도 한계가 있다. 액상 윤활제의 다량 배합(특허 문헌 3 참조)에 의하면, 피브릴이 세경화됨과 함께 피브릴간의 거리가 확대되어, PF값을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다. 그러나, 이 개선은, PF값의 향상의 대가로, PTFE 다공질막의 단위막 두께당의 포집 성능의 저하를 초래한다. 이것을 보충하기 위해서는 PTFE 다공질막을 후막화할 필요가 있다. 그러나, PF값의 향상에 적합한 막 두께로 하면, PTFE 다공질막의 단위 면적당 질량이 크게 증가한다. 단위 면적당 질량의 증가는, 다공질막을 제조하기 위해서 필요로 하는 PTFE의 사용량의 증가, 바꾸어 말하면 원재료 비용의 상승을 의미한다.
이상의 상황을 감안하여, 본 발명은, 방수 통기 부재, 에어 필터 여과재의 포집층 등으로서 사용되는 PTFE 다공질막의 특성의 향상에 적합한, PTFE 다공질막의 새로운 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은,
표준 비중이 2.19 이하인 PTFE 파인 파우더와 액상 윤활제를 포함하는 혼합물을, 플랫 다이를 사용하여 시트 형상으로 압출하여, PTFE 시트를 얻는 공정 A와,
상기 PTFE 시트를, 상기 공정 A에 있어서의 압출 방향인 상기 시트의 길이 방향을 따라서 한 쌍의 롤 사이를 통과시켜 압연하는 공정 B와,
상기 PTFE 시트를, 상기 시트의 길이 방향에 직교하는 폭 방향으로 연신하는 공정 C와,
상기 공정 B 및 상기 공정 C에 있어서 압연 및 연신된 PTFE 시트로부터 상기 액상 윤활제를 제거하는 공정 D와,
상기 공정 D에 있어서 상기 액상 윤활제가 제거된 PTFE 시트를, 당해 시트의 길이 방향 및 폭 방향의 각각에 대하여 연신하여, PTFE 다공질막을 얻는 공정 E를 구비하는 PTEF 다공질막의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 그 다른 측면으로부터, PTFE 다공질막의 통기 영역을 둘러싸는 접속 영역에 고정용 부재를 접속하는 공정을 구비하는 방수 통기 부재의 제조 방법이며, 본 발명에 의한 PTFE 다공질막의 제조 방법을, 상기 PTFE 다공질막을 준비하는 공정으로서 더 포함하는 방수 통기 부재의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 또 다른 측면으로부터, PTFE 다공질막과 통기성 지지재를 접합하는 공정을 구비하는 에어 필터 여과재의 제조 방법이며, 본 발명에 의한 PTFE 다공질막의 제조 방법을, 상기 PTFE 다공질막을 준비하는 공정으로서 더 포함하는 에어 필터 여과재의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 PTFE 다공질막의 제조 방법은, 방수 통기 부재용 PTFE 다공질막의 제조에 적합하다. 이 제조 방법에 의하면, 내수성 및 통기성의 양쪽이 개선된 PTFE 다공질막을 얻는 것이 가능해진다. 특히, 본 발명에 의하면, 단층이면서도 내수성 및 통기성 양쪽이 우수한 PTFE 다공질막을 제조할 수 있다.
본 발명의 PTFE 다공질막의 제조 방법은, 에어 필터 여과재용 PTFE 다공질막의 PF값의 개선에도 적합하다. 이 제조 방법에 의하면, 특히, 단위 면적당 중량의 증대를 억제하면서 PTFE 다공질막의 PF값을 향상시키는 것이 가능해진다. 작은 단위 면적당 중량은, 원재료 비용의 삭감뿐만 아니라, 제품 경량화에도 기여하는 바람직한 특징이다. 본 발명에 의하면, 높은 PF값을 가짐과 함께, PTFE의 재료 사용 효율 등의 관점에서도 종래보다도 유리한 PTFE 다공질막 및 에어 필터 여과재를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 의한 방수 통기 부재의 일 형태를 도시하는 단면도(a)와 평면도(b)이다.
도 2는 본 발명에 의한 방수 통기 부재의 다른 일 형태를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 PTFE 다공질막과 종래의 PTFE 다공질막의 내수압 및 통기도를 도시한 도면이다.
도 4는 실시예 A14에 의해 얻은 PTFE 다공질막의 주사형 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 실시예 A15에 의해 얻은 PTFE 다공질막의 SEM 사진이다.
도 6은 실시예 A16에 의해 얻은 PTFE 다공질막의 SEM 사진이다.
도 7은 비교예 A5에 의해 얻은 PTFE 다공질막의 SEM 사진이다.
도 8은 실시예 B2에 의해 얻어진 PTFE 다공질막의 SEM(주사형 전자 현미경) 사진이다.
도 9는 비교예 B3에 의해 얻어진 PTFE 다공질막의 SEM 사진이다.
도 10은 비교예 B4에 의해 얻어진 PTFE 다공질막의 SEM 사진이다.
도 11은 에어 필터 유닛의 일례를 도시하는 사시도이다.
종래, PTFE 파인 파우더와 액상 윤활제를 포함하는 혼합물은, 기본적으로 환봉 형상으로 압출되어 있었다. 이어서 실시되는 압연 공정에서 환봉체는 시트 형상으로 눌려 펴지기 때문에, PTFE 시트를 얻는 것만을 생각하면, 혼합물을 시트 형상으로 압출할 필요는 없기 때문이다. 이에 반해, 본 발명의 제조 방법에서는, 혼합물이 플랫 다이(T다이)를 사용하여 시트 형상으로 압출된다(공정 A).
계속해서, 다이로부터 압출된 PTFE 시트가, 그 길이 방향(MD 방향; 기계 흐름 방향; 공정 A에 있어서의 압출 방향과 같음)을 따라서 한 쌍의 롤 사이를 통과시켜 압연된다(공정 B). 롤을 사용한 압연은 종래부터 실시되고 있었다. 그러나, 종래는, 환봉 형상으로 압출된 PTFE 성형체(PTFE 막대 형상체)에 대하여 압연이 행해지고 있었기 때문에, PTFE 성형체는, 그 길이 방향에 직교하는 폭 방향(TD 방향; 기계 흐름 방향에 직교하는 방향)으로 크게 눌려 펴져 시트 형상으로 성형되고 있었다.
이에 반해, 본 발명에서는, 미리 시트 형상으로 압출된 PTFE 성형체(PTFE 시트)가 압연된다. 이 때문에, PTFE 시트가 늘려지는 방향은, 주로, 롤 표면의 회전 방향, 즉 PTFE 시트의 길이 방향으로 된다. 사용하는 장치는 종래와 기본적으로 동일하지만, PTFE 성형체가 받는 응력 및 그것에 의한 연신의 방향은 종래와 상이하다.
공정 B는, 폭 방향에 대한 PTFE 시트의 길이를 유지하면서 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, PTFE 시트는 그 길이 방향으로만 늘려지게 된다. 이 압연은, 구체적으로는, 한 쌍의 압연롤보다도 시트 흐름 방향의 하류측에 배치한 인장롤에 의해 PTFE 시트를 인장하면서, 그 PTFE 시트를 당해 한 쌍의 압연롤 사이를 통과시켜 압연함으로써, 실시할 수 있다. 이때, 인장롤의 회전 속도를 압연롤의 회전 속도보다도 약간 높게 설정하면, PTFE 시트가 그 폭 방향의 길이를 일정하게 유지하면서 그 길이 방향으로 연신된다.
계속해서, 압연된 PTFE 시트가 그 폭 방향으로 연신된다(공정 C). 이 연신에 의해, PTFE 시트는, 길이 방향 및 폭 방향에 대하여, 액상 윤활제를 포함한 상태에서 순차적으로 늘여지게 된다.
이 후의 공정 D 및 E는, 기본적으로, 종래와 마찬가지로 실시된다. 구체적으로는, 우선, PTFE 시트를 가열함으로써 액상 윤활제가 제거된다(공정 D). 계속해서, PTFE 시트가 그 길이 방향 및 폭 방향으로 연신되어, PTFE 다공질막이 제조된다(공정 E). 공정 E는, PTFE의 융점 미만의 온도에서 실시하는 것이 바람직하다. 그 후, PTFE 다공질막은, PTFE의 융점 이상의 온도로 가열되어, 소성되어도 된다(공정 F).
종래부터 실시되어 온 바와 같이, 공정 E에 있어서는, 원하는 특성이 얻어지도록 연신 배율은 적절히 조정된다. 길이 방향에 대한 연신 배율과 폭 방향에 대한 연신 배율의 곱에 의해 산출되는 연신 면 배율은, PTFE 다공질막의 용도에 따라서 적절히 조정된다. 방수 통기 부재로서 제공하는 경우, 연신 면 배율은, 예를 들면 4배 이상 150배 미만이 적절하다. 통기성과 내수성을 양립시키기 위해서는, 연신 면 배율을 16배 이상 140배 이하, 특히 30배 이상 140배 이하, 경우에 따라서는 50배 이상 140배 이하로 하는 것이 바람직하다. 단, 높은 통기성이 요구되지 않는 경우에는, 연신 면 배율을 16배 이상 30배 미만으로 해도 된다. 한편, 에어 필터 여과재의 포집층으로서 제공하는 경우, 연신 면 배율은 150배 이상 700배 이하가 적절하다.
상기 공정을 거쳐 얻어진 PTFE 다공질막의 막 구조에는 종래의 PTFE 다공질막에서는 관찰되지 않은 새로운 특징이 현저하게 나타나는 경우가 있다. 이 특징의 발현에는, 플랫 다이를 사용한 압출(공정 A)과, 길이 방향 및 폭 방향에 대한 PTFE 시트의 축차 습식 연신(공정 B 및 C)이 기여하고 있다고 생각된다. 보다 구체적으로는, 플랫 다이의 내부에 있어서 가해지는 응력 및 축차 습식 연신에 의해 가해지는 응력에 의해, PTFE 파인 파우더의 피브릴화 특성이 영향을 받고, 이것이 막의 구조의 변화의 요인으로 되고 있다고 생각된다.
이 막 구조의 특징을, 종래의 전형적인 제조 방법, 즉 환봉 형상으로 압출한 PTFE 성형체를 시트 형상으로 압연하고, 폭 방향으로의 습식 연신을 실시하지 않고 다공화를 위한 연신을 실시하는 제조 방법에 의해 얻어진 PTFE 다공질막의 막 구조와 비교하여 설명하면, 이하와 같다.
첫째, 피브릴이 소직경화된다. 둘째, 종래의 막 구조에 있어서의 노드로서는 판별하기 어려울 정도로 「노드」가 매우 작아져, 막 단위 체적당의 「노드」의 개수가 증가한다. 셋째, 연신 방향 이외의 방향으로 연장되는 피브릴의 비율이 높아지는, 바꿔 말하면 피브릴의 배향이 보다 랜덤하게 되어 피브릴이 보다 등방적으로 연장된다. 이들 특징을 보면, PTFE 파인 파우더가 보다 피브릴화되기 쉬워졌다고 생각하는 것이 타당하다. 그리고, 가는 피브릴이 특정한 방향으로의 치우침이 적은 상태에서 연장되고, 게다가 노드가 작게 분할된 막 구조는, 기본적으로, PTFE 다공질막의 내수성 및 통기성의 양쪽의 개선에 적합하다. 특히, 이 막 구조를 갖는 PTFE 다공질막은, 그 통기성을 향상시키기 위해서 연신 면 배율을 인상하면, 피브릴화가 현저하게 촉진되어 통기성뿐만 아니라 내수성도 향상되는 경우가 있다.
또한, 첨부하는 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 여기에서는 「노드」라 칭하기로 한 미소한 입자의 크기 및 형상은, 종래의 노드(도 10 참조)와 크게 상이한 경우가 있다. 이 입자를 종래의 노드(결절)와 동일시해도 되는지에 대해서는 검토의 여지가 있지만, 여기에서는 편의상 이 호칭을 사용하고 있는 것을 양해해 주기 바란다.
원료로서는, 표준 비중이 2.19 이하, 특히 2.16 이하인 PTFE 파인 파우더를 사용하는 것이 바람직하다. 표준 비중(standard specific gravity)은, SSG라고도 칭해지며, 일본 공업 규격(JIS) K6892에 규정되는 측정법에 의해 규정되는 비중이며, 평균 분자량과 부의 상관을 나타내는 경향이 있는 것이 알려져 있다(표준 비중이 작을수록 평균 분자량은 커진다). 예를 들면, 아사히 플루오로폴리머즈사제 풀 루온 CD-123은, 표준 비중 2.155, 평균 분자량 1200만, 동사제 풀루온 CD-145는, 표준 비중 2.165, 평균 분자량 800만, 동사제 풀루온 CD-1은, 표준 비중 2.20, 평균 분자량 200만이다.
본 발명에 의하면, 방수 통기 부재에 적합한 개량된 PTFE 다공질막을 얻을 수 있다. 이 PTFE 다공질막은, 예를 들면 프래지어수에 의해 표시한 통기도를 F [㎤/초/㎠], 내수압을 R[㎫]로 표시하였을 때, 이하의 관계식 (A-1) 내지 (A-3)을 만족시킨다.
Figure pct00003
여기서, 프래지어수는, JIS L1096에 규정되어 있는 프래지어형 시험기에 의해 측정되는 값이며, 내수압은, JIS L1092에 규정되어 있는 내수도 시험기(고압법)에 의해 측정되는 값이다.
단, 프래지어수는, JIS L1096에 규정되어 있는 통기성 측정법의 B법(거얼리 시험법)에 의해 측정되는 거얼리수에 의해 표시한 통기도를 G[초/100㎖]로 표시하였을 때, 이하의 관계식 (A-4)를 사용하여 G를 환산함으로써 산출할 수 있는 것이 알려져 있다.
Figure pct00004
또한, 관계식 (A-1) 및 (A-2)와 함께, 이하의 관계식 (A-3a)를 만족시키는 PTFE 다공질막을 얻는 것도 가능하다.
Figure pct00005
본 발명에 의하면, 관계식 (A-2) 및 (A-3)과 함께, 관계식 (A-1a)를 만족시키는 PTFE 다공질막을 얻는 것도 가능하다. 이 PTFE 다공질막은, 비교적 높은 통기성을 요구하는 하우징(예를 들면 자동차의 헤드 램프)에의 사용에 적합하다. 본 발명에 의하면, 관계식 (A-1a)와 함께 관계식 (A-2a)를 만족시키는 PTFE 다공질막을 얻는 것도 가능하다. 또한, 이들 관계식을 만족시키면 관계식 (A-3) 및 관계식 (A-3a)는 자동으로 성립한다.
Figure pct00006
방수 통기 부재는, 그 용도에 따라서는, 한정된 범위의 통기성과 매우 높은 내수압이 요구되는 경우가 있다. 예를 들면, 음향 에너지를 주로 PTFE 다공질막 자체의 진동을 통하여 전파시키는 것을 목적으로 하여 얇은 PTFE 다공질막을 사용하는 형태에서는, 초점을 맞추어야 할 주요한 특성이 내수압으로 된다. 본 발명에 의하면, 이와 같은 용도에 적합한 PTFE 다공질막을 제공하는 것도 가능하다. 이 PTFE 다공질막은, 예를 들면 이하의 관계식 (A-1b) 및 (A-2b)를 만족시키는 것으로 된다. 또한, 이들 관계식을 만족시키면 관계식 (A-3)은 자동으로 성립한다.
Figure pct00007
본 발명에 의하면, R이 0.6 이상인 PTFE 다공질막을 제공할 수도 있다. R의 상한에 특별히 제한은 없지만, 0.9 이하, 또한 0.8 이하이어도 된다.
본 발명에 의하면, 복수층의 PTFE 다공질층을 사용하지 않고, 단층의 상태에 있어서, PTFE 다공질막의 내수성과 통기성의 양쪽을 개선하는 것이 가능하다. 단층막은, 일반적으로 복층막보다도 제조 비용면에서 유리하다. PTFE 다공질막을 구성하는 층의 수는, 예를 들면 주사형 전자 현미경을 사용한 단면 관찰에 의해 정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 에어 필터의 포집층에 적합한 개량된 PTFE 다공질막을 얻을 수 있다. 이 PTFE 다공질막은, 예를 들면 상기 식 (B-1)에 의해 정해지는 PF값이 36 이상이며, 단위 면적당 중량이 0.90g/㎡ 이하이다.
식 (B-1)은 압력의 단위로서 ㎩를 사용하여 다시 기입하면 이하와 같다.
Figure pct00008
이 식에 있어서, PT는, 투과율이며, 식 (B-2)로서 기재한 대로, PT(％)=100-CE(％)에 의해 정해진다. CE는 포집 효율이며, 입자 직경 0.10 내지 0.20㎛의 디옥틸프탈레이트를 사용하여 투과 유속 5.3㎝/초의 조건에서 측정하였을 때의 값에 의해 정해진다. PL은 압력 손실이며, 투과 유속 5.3㎝/초의 조건에서 측정하였을 때의 값에 의해 정해진다.
종래 제안되어 있던 PTFE 다공질막의 PF값의 향상은, 피브릴의 직경을 작게 억제함과 함께 피브릴간 거리를 크게 함으로써, 실현되어 왔다. 피브릴간 거리의 확대에 주목하지 않고 피브릴 직경의 감소에만 주목한 특허 문헌 2에서는, PF값의 최고값은 35이다(실시예 2). 실제로, 피브릴의 소직경화만에 의한 PF값의 향상은, 35 정도에 그 한계가 있다고 생각된다. 특허 문헌 3에 의하면, 피브릴 상호의 간섭에 의해, 피브릴 1개당의 포집 효율이 저하되고, 이에 의해 PF값의 향상이 저해되게 된다(단락 0007-0012). 특허 문헌 3에서는, PTFE 파인 파우더와 혼합하는 액상 윤활제의 양을 증가시켜 PTFE 다공질막의 충전율을 저하시킴으로써, 피브릴간 거리의 확대가 도모되고 있다. 특허 문헌 3의 실시예의 란에는, 실시예 1 및 2로서, 피브릴의 평균 직경(평균 섬유 직경)이 49 내지 53㎚이며 PF값이 39.2 내지 42.0인 PTFE 다공질막이 개시되어 있다. 이들 막의 충전율은 4.0 내지 4.5％이며, 막 두께는 15.0 내지 16.0㎛이다. 따라서, 이들 막의 단위 면적당 중량을 PTFE의 비중에 기초하여 계산하면 1.30 내지 1.56g/㎡ 정도로 된다. 이 값은, PTFE의 재료 사용 효율의 관점에서는 개선의 여지가 있다.
특허 문헌 3에 개시된 PTFE 다공질막은, 종래의 막에 일반적으로 보인 피브릴 및 노드의 형상을 기본적으로 유지한 채로 피브릴간 거리가 커지도록 조정된 것이다. 이 PTFE 다공질막의 단위막 두께당의 포집 효율 CE(t)는 기본적으로 종래와 변함이 없다. 후술하는 방법에 의해 계산하면, 특허 문헌 3의 실시예의 PTFE 다공질막의 CE(t)는 58 내지 60％ 정도이며, 비교예에 의한 CE(t)와 변함이 없다. 특허 문헌 3에 개시된 PTFE 다공질막이 높은 PF값을 실현할 수 있는 실질적인 이유는 압력 손실의 저하에 있다고 생각된다.
상기한 바와 같이, 막을 구성하는 피브릴 및 노드의 형상을 개선함으로써, 후술하는 실시예에 의해 확인되는 바와 같이, PF값이 36 이상이며, 단위 면적당 중량이 0.90g/㎡ 이하인 PTFE 다공질막의 제공이 가능해진다.
본 발명에 의하면, 구체적으로는, PF값을 37 이상, 나아가서 38 이상, 특히 39 이상, 경우에 따라서는 40 이상으로까지 향상시킨 PTFE 다공질막을 제공하는 것도 가능하다. 이 정도로 높은 PF값을 가지면서도, 본 발명에 의한 PTFE 다공질막은, 0.90g/㎡ 이하, 나아가서 0.87g/㎡ 이하, 특히 0.85g/㎡ 이하의 단위 면적당 중량을 가질 수 있다. 작은 단위 면적당 중량은, 말할 필요도 없이, 원료 비용 및 제품 중량의 삭감에 직결되는 바람직한 특징이다. 단위 면적당 중량의 하한에 특별히 제한은 없지만, 본 발명에 의한 PTFE 다공질막의 단위 면적당 중량은, 예를 들면 0.40g/㎡ 이상, 특히 0.50g/㎡ 이상이다.
PTFE 다공질막의 피브릴의 평균 직경(평균 섬유 직경)을 과도하게 작게 하지 않고, PF값의 향상을 도모하는 것도 가능하다. 본 발명에 의한 PTFE 다공질막의 피브릴의 평균 직경은, 예를 들면 55㎚ 이상, 나아가서 57㎚ 이상이다. 지나치게 가늘지 않은 피브릴은 막의 강도 유지에 도움이 된다. 피브릴의 평균 직경의 상한에 특별히 제한은 없지만, 본 발명에 의한 PTFE 다공질막의 피브릴의 평균 직경은, 예를 들면 83㎚ 이하, 특히 80㎚ 이하이다. 본 발명에 의한 PTFE 다공질막은, PF값이 동일 정도로 되는 범위 내에서 비교하는 한에 있어서, 특허 문헌 3에 개시되어 있는 바와 같은 종래의 PTFE 다공질막보다도, 굵은 피브릴 직경을 확보할 수 있다.
본 발명에 의한 에어 필터 여과재용 PTFE 다공질막의 충전율은, 예를 들면 2.7％ 이상, 나아가서 2.9％ 이상이며, 또한 예를 들면 3.9％ 이하이다.
또한, 충전율(FF)은, 하기의 식 (B-3)에 나타내는 대로, 막의 기공률(VC)과 관련지을 수 있다.
Figure pct00009
본 발명에 의하면, 이하의 식 (B-4)에 의해 산출되는 PTFE 다공질막의 막 두께 1㎛당의 포집 효율(CE(t))을 76％ 이상, 나아가서 80％ 이상, 경우에 따라서는 82％ 이상으로 하는 것이 가능하다.
Figure pct00010
여기에서도, CE(포집 효율)는, 상기에서 설명한 측정 조건에 기초하는 값을 채용한다. t는 PTFE 다공질층의 막 두께이며 그 단위는 ㎛이다.
또한, 식 (B-4)는, 투과율 PT, 단위막 두께당의 투과율 PT(t), 포집 효율 CE 및 단위막 두께당의 포집 효율 CE(t)가, PT=PT(t)t, CE(t)=1-PT(t), CE=1-PT의 관계를 만족시키는 것에 기초하여 유도한 것이다.
종래의 제조 방법에 의한 PTFE 다공질막은, 그 막 두께 1㎛당의 포집 효율을 76％ 정도 이상으로 조정하면, 에어 필터 여과재의 용도에 있어서는 지나치게 높은 압력 손실을 나타내는 것이 통례이었지만, 본 발명에 의하면, 상기 정도로 PTFE 다공질막의 막 두께 1㎛당의 포집 효율을 인상해도 압력 손실의 대폭적인 상승을 방지하는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명에 의하면, 막 두께 1㎛당의 포집 효율 CE(t)가 76％ 이상 85％ 미만이며, 이하의 식 (B-5)에 의해 산출되는 PTFE 다공질막의 막 두께 1㎛당의 압력 손실 PL(t)이 13㎩ 이상 20㎩ 미만, 보다 구체적으로는 15㎩ 이상 19.5㎩ 이하인 PTFE 다공질막을 제공하는 것도 가능해진다.
본 발명에 의하면, 막 두께 1㎛당의 포집 효율 CE(t)가 85％ 이상 90％ 이하이며, 이하의 식 (B-5)에 의해 산출되는 PTFE 다공질막의 막 두께 1㎛당의 압력 손실 PL(t)이 18㎩ 이상 25㎩ 이하, 보다 구체적으로는 20㎩ 이상 25㎩ 이하인 PTFE 다공질막을 제공하는 것도 가능해진다.
Figure pct00011
여기에서도, 압력 손실 PL은, 상기에서 설명한 측정 조건에 기초하는 값을 채용한다.
특허 문헌 3에 있어서 제안되어 있는 개선이, 단위막 두께당으로 환산한 포집 효율을 개선하는 것이 아닌 것은 이미 설명하였다. 또한, 본 발명에 의한 개량을 충분히 적용하지 않는 제조 방법에 있어서는, 그 제조 조건을 당업자에게 공지의 방법, 구체적으로는 연신 배율의 조정에 의해 수정하였다고 해도, 막 두께 1㎛당의 포집 효율이 74 내지 75％ 정도로 조정된 다공질막의 1㎛당의 압력 손실은 20㎩를 크게 상회한다(후술하는 비교예 B1을 참조).
본 발명에 의하면, 호모 PTFE 다공질막에 대해서도, 상기 정도로, 높은 PF값과 지나치게 높지 않은 단위 면적당 중량을 양립시키는 것이 가능하다. 호모 PTFE라는 용어는, 주지와 같이, TFE(테트라플루오로에틸렌)만을 단량체로 하는 중합체를 의미한다. 이에 반해, TFE와 함께 그 이외의 단량체를 포함하는 공중합체는, 변성 PTFE라 불린다. 단, 호모 PTFE 다공질막에는, 필요에 따라서, 광 촉매, 카본 블랙, 흡습제 등의 기능성 재료가 첨가되는 경우가 있고, 이 의미에 있어서, 호모PTFE 다공질막은, 호모 PTFE만을 포함하는 막이 아닌 것에는 유의할 필요가 있다. 본 명세서에 있어서의 「호모 PTFE 다공질막」은, 구체적으로는, 막을 구성하는 중합체가 단량체로서 TFE만을 포함하는 다공질막을 의미한다.
또한, 본 발명에 의하면, 복수층의 PTFE 다공질층을 사용하지 않고, 단층의 상태에 있어서, PTFE 다공질막의 높은 PF값과 지나치게 높지 않은 단위 면적당 중량을 양립시키는 것이 가능하다. 단층막은, 일반적으로 복층막보다도 제조 비용면에서 유리하다. 즉, 본 발명에 의한 PTFE 다공질막은 단층막인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 제조 방법을 구성하는 각 공정을 보다 상세하게 설명한다.
공정 A에 있어서의 PTFE 파인 파우더와 액상 윤활제의 혼합비는, 예를 들면 PTFE 파인 파우더 100질량부에 대하여, 액상 윤활제 5 내지 50질량부, 특히 5 내지 30질량부가 적합하다. 액상 윤활제로서는, 종래부터 사용되어 온 탄화수소유, 예를 들면 유동 파라핀, 나프타 등을 사용하면 된다. 본 발명에 있어서는, 액상 윤활제를 다량으로 배합할 필요는 없다.
공정 A에서는, PTFE 파인 파우더를 포함하는 혼합물의 압출에 플랫 다이가 사용된다. 플랫 다이(T다이)로서는, 스트레이트 매니폴드형 T다이, 코트 행거형 T다이, 피시테일형 T다이를 들 수 있다. 공정 A에 있어서의 압출 성형은, 용융물의 압출 성형이 아니라, 보조제를 혼합한 페이스트의 압출 성형이기 때문에, 압출해야 할 혼합물의 점도가 높다. 이 때문에, 상기의 다이 중에서는, 피시테일형 T다이(피시테일 다이)의 사용이 적합하다.
공정 A에 있어서 압출하는 PTFE 시트의 두께는, 0.5 내지 5.0㎜, 특히 1.2 내지 2.0㎜가 적절하다.
공정 B에서는, PTFE 시트가 액상 윤활제를 포함한 상태에서 압연되어, PTFE 시트가 압출 시보다 얇게 늘려져, 두께가 균일화된다. 이 압연은, 예를 들면 PTFE 시트의 폭 방향의 길이가 변화되지 않는 프로세스로서 실시할 수 있다. 이 경우, 공정 B에 있어서의 압연은, PTFE 시트를 그 길이 방향으로만 늘리는 프로세스이다.
공정 B에 있어서의 압연은, 구체적으로는, 한 쌍의 압연롤보다도 시트 흐름 방향의 하류측에 배치한 인장롤에 의해 PTFE 시트를 인장하면서, 그 PTFE 시트를 당해 한 쌍의 압연롤 사이를 통과시켜 압연함으로써, 실시하는 것이 바람직하다. 이때, 인장롤의 회전 속도를 압연롤의 회전 속도보다도 약간 높게 설정하면, PTFE 시트가 그 폭 방향의 길이를 일정하게 유지하면서 그 길이 방향으로 연신된다.
공정 B에 있어서의 PTFE 시트의 압연은, 압연 전의 폭 방향의 길이에 대한 압연 후의 폭 방향의 길이가 90 내지 110％, 바람직하게는 95 내지 105％의 범위로 되도록, 실시하는 것이 바람직하다. 본 명세서에서는, 폭 방향의 길이의 변화가 상기 범위 내에 있는 경우에, 「폭 방향의 길이를 유지하면서」 압연한 것으로 한다.
공정 B에 있어서는, 압연 후의 PTFE 시트의 두께를, 50 내지 2000㎛, 특히 100 내지 900㎛로 하는 것이 바람직하다. 또한, 공정 B에서는, PTFE 시트의 두께를, 압연 전의 두께와 비교하여, 70％ 이하, 예를 들면 5 내지 60％로 하는 것이 바람직하다. 공정 B에 있어서의 PTFE 시트의 두께는, 압연 전의 두께와 비교하여, 30％ 이하, 예를 들면 10 내지 15％로 해도 된다.
공정 C에서는, PTFE 시트가 액상 윤활제를 포함한 상태에서 그 폭 방향으로 연신된다. 이 연신은, 종래부터 폭 방향으로의 연신에 다용되어 온 텐터를 사용하여 실시하면 된다. 공정 C에 있어서의 연신 배율은, 1.2 내지 10배, 특히 2.0 내지 8.0배, 경우에 따라서는 5.0 내지 8.0배가 적당하다. 이 연신 배율이 지나치게 낮으면, 막 구조를 충분히 변화시키는 것이 어려워진다. 한편, 이 연신 배율이 지나치게 높으면, 길이 방향에 있어서의 강도 저하나 막 두께의 불균일화가 발생하는 경우가 있다.
공정 D에서는, 폭 방향으로 연신한 PTFE 시트로부터 액상 윤활제가 제거된다. 이 공정은, 종래대로, PTFE 시트를 건조시킴으로써, 구체적으로는 액상 윤활제를 포함하는 PTFE 시트를 액상 윤활제의 제거에 적합한 온도로 유지함으로써, 실시하면 된다. 건조에 적합한 온도는 100 내지 300℃ 정도이다.
또한, 공정 B에 있어서의 압연 및 공정 C에 있어서의 연신은, PTFE 시트에 액상 윤활제가 유지된 상태에서 실시할 필요가 있다. 이 때문에, PTFE 시트의 온도를, 100℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이하, 경우에 따라서는 40℃ 이하로 유지하면서 실시하는 것이 바람직하다.
공정 E에서는, 액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트가 그 길이 방향 및 폭 방향으로 축차적으로 연신되어 다공화된다. 길이 방향 및 폭 방향으로의 연신에는, 종래대로, 각각, 롤의 회전 속도의 상이를 이용하는 롤 연신법, 텐터를 사용하는 텐터 연신법에 의해 실시하면 된다. 길이 방향으로의 연신과 폭 방향으로의 연신은 어느 것을 먼저 실시해도 상관없다.
공정 E에 있어서의 연신 배율은, 얻어지는 PTFE 다공질막의 막 구조 및 막 특성에 큰 영향을 준다. 공정 E에 있어서의 연신 배율은, 원하는 막 특성에 따라서, 적당히, 적절히 설정하면 된다.
적절한 연신 배율은, 공정 E에 이를 때까지의 각 공정에서의 압연, 연신 등의 조건에 따라서 변화하기 때문에, 그 바람직한 범위를 일률적으로 기술하는 것은 어렵다. 방수 통기 부재로서 제공하는 경우, 통상은, 그 길이 방향으로의 연신 배율에 대해서는 2 내지 50배, 특히 4 내지 20배가, 그 폭 방향으로의 연신 배율에 대해서는 3 내지 70배, 특히 4 내지 30배가 적합하다. 에어 필터 여과재의 포집층으로서 제공하는 경우, 통상은, 그 길이 방향으로의 연신 배율에 대해서는 5 내지 30배, 특히 10 내지 20배가, 그 폭 방향으로의 연신 배율에 대해서는 10 내지 40배, 특히 20 내지 30배가 적합하다. 길이 방향으로의 연신(세로 연신)의 배율과 폭 방향으로의 연신(가로 연신)을 적산하여 구해지는 배율, 즉 연신 면 배율의 바람직한 범위는 상기에 예시한 대로이다. 에어 필터 여과재의 포집층으로서 제공하는 경우, 연신 면 배율은, 압력 손실을 저하시키기 위해서, 250배 이상, 특히 300배 이상이 바람직하고, 포집 효율의 대폭적인 저하를 방지하기 위해서, 700배 이하, 특히 600배 이하가 바람직하다. 에어 필터 여과재용 PTFE 다공질막에 대한 바람직한 연신 면 배율은, 300배 이상 700배 이하이다.
공정 E에 있어서의 연신은, PTFE의 융점(327℃) 미만의 온도, 예를 들면 60 내지 300℃, 특히 110 내지 150℃에서 실시하는 것이 바람직하다. 공정 E에 있어서의 연신에 의해 가는 피브릴의 생성이 촉진된다.
공정 F에서는, PTFE 다공질막이 PTFE의 융점 이상의 온도로 가열된다. 이 가열 공정은, 일반적으로 「소성」이라 불리며, PTFE 다공질 시트의 강도의 향상을 가져온다. 소성 온도는 327 내지 460℃가 적절하다.
본 발명에 의한 PTFE 다공질막의 막 두께는, 특별히 제한되지 않지만, 1㎛ 내지 300㎛, 나아가서 2㎛ 내지 50㎛가 적합하다. 특히 에어 필터의 포집층으로서 제공하는 경우, PTFE 다공질막의 막 두께는, 5 내지 15㎛, 나아가서 7 내지 13㎛가 적합하고, 예를 들면 8 내지 12㎛로 해도 된다.
본 발명에 의한 PTFE 다공질막은 방수 통기막으로서 적합한 특성을 가질 수 있다. 이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 의한 방수 통기 부재의 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1에 도시한 방수 통기 부재는, PTFE 다공질막(1)과, 통기를 확보해야 할 하우징에 PTFE 다공질막(1)을 고정하기 위한 고정용 부재(2)를 구비하고 있다. 고정용 부재(2)는, PTFE 다공질막(1)의 통기 영역(3)을 둘러싸는 접속 영역에 있어서 PTFE 다공질막(1)에 접속되어 있다. 고정용 부재(2)의 PTFE 다공질막(1)에 접속된 면과 반대측 면은, 하우징에 형성된 개구부를 둘러싸도록 하우징의 표면에 접합되어, 하우징에 PTFE 다공질막(1)을 고정한다. 이 상태에서, 하우징의 개구부 및 통기 영역(3) 내의 막(1)을 통과하는 공기에 의해 하우징의 통기성이 확보되고, PTFE 다공질막(1)의 내수성에 의해 하우징에의 물의 침입이 방지된다.
도 1에서는 링 형상의 고정용 부재(2)가 사용되고 있지만, 고정용 부재(2)의 형상이 링 형상에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 1에 도시한 고정용 부재(2)는 양면 테이프이지만, 고정용 부재(2)의 형상이 테이프 형상에 한정되는 것도 아니다. 고정용 부재(2)로서, 하우징의 개구에 끼워 맞춤 가능하게 성형된 수지 부재를 사용해도 된다.
도 2에 도시한 방수 통기 부재는, PTFE 다공질막(1)과 함께, 복수의 고정용 부재(2a, 2b)를 구비하고 있다. 고정용 부재(2a, 2b)는, 고정용 부재(2)(도 1)와 마찬가지로, 막면에 직교하는 방향으로부터 관찰하였을 때 링 형상의 형상을 갖고, PTFE 다공질막(1)의 양쪽 주면에 있어서 통기 영역(3)을 둘러싸고 있다. 이 방수 통기 부재는, 예를 들면 전자 기기의 하우징의 내부에 있어서의 사용에 적합하다. 이 경우, 예를 들면 고정용 부재(2a)는 하우징 내부에 배치되는 기기(예를 들면 스피커)에 접합되고, 고정용 부재(2b)는 하우징의 개구부를 둘러싸도록 하우징의 내면에 접합된다.
또한, 본 발명에 의한 PTFE 다공질막은 에어 필터의 포집층으로서 적합한 특성을 가질 수 있다. 본 발명에 의하면, 피브릴의 평균 직경(평균 섬유 직경)의 큰 저하를 방지하면서 PF값을 향상시킨 PTFE 다공질막을 제공할 수도 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 평균 섬유 직경을 55㎚ 이상, 나아가서 57㎚ 이상, 특히 58㎚ 이상, 경우에 따라서는 60㎚ 이상, 예를 들면 55 내지 83㎚, 특히 55 내지 80㎚로 유지하면서, PF값을 36 이상, 나아가서 37 이상, 특히 38 이상, 경우에 따라서는 40 이상으로까지 향상시킨 PTFE 다공질막을 제공할 수 있다. 평균 섬유 직경이 큰 PTFE 다공질막은, 강도의 유지에 유리하다.
또한, 본 발명에 의하면, 99.999％ 이상(9가 연속하는 개수를 사용하는 형식에 의해 표시하여 5N 이상), 나아가서 99.9999％(6N) 이상, 특히 99.99999％(7N) 이상, 특히 99.999999％(8N) 이상의 포집 효율을 갖는 PTFE 다공질막을 제공하는 것이 가능하다. 이 정도로 높은 포집 효율을 가지면서, 본 발명의 PTFE 다공질막은, 예를 들면 220㎩ 이하, 경우에 따라서는 200㎩ 이하의 압력 손실을 동시에 나타낼 수 있다.
얻어진 PTFE 다공질막을 에어 필터용 여과재로서 사용하기 위해서는, 통기성 지지재와 적층하는 것이 바람직하다. 이 적층 공정은, 종래부터 실시되어 온 방법에 따라서, PTFE 다공질막과 통기성 지지재를 접합함으로써 실시하면 된다.
통기성 지지재를 구성하는 섬유는, 열가소성 수지, 구체적으로는 폴리올레핀(예를 들면 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)), 폴리에스테르(예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)), 폴리아미드, 혹은 이들의 복합재로 구성된 것이 바람직하다.
통기성 지지재로서는, 직포, 부직포, 펠트 등을 사용할 수 있지만, 부직포가 다용되고 있다. 바람직한 통기성 지지재로서 알려져 있는 대표적인 부직포는, 심초 구조를 갖는 복합 섬유를 포함하고, 심성분(예를 들면 PET)의 융점이 초성분(예를 들면 PE)의 융점보다도 높은 것이다. 이 부직포는, 초성분을 용융시켜 PTFE 다공질막과 접합시키는 열 라미네이트에 적합하다.
PTFE 다공질막과 통기성 지지재의 적층은, 상술한 열 라미네이트 외에, 접착제 라미네이트 등에 의해 실시할 수도 있다. 접착제 라미네이트에서는, 예를 들면 핫 멜트 타입의 접착제의 사용이 적당하다.
PTFE 다공질막과 통기성 지지재의 적층 구조는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, PTFE 다공질막의 양면에 적어도 1층의 통기성 지지재를 배치한 구성(전형적으로는, 통기성 지지재/PTFE 다공질막/통기성 지지재의 3층 구성)으로 하는 것이 바람직하다. 단, 필요에 따라서, 2층의 PTFE 다공질막을 사용한 구성(예를 들면, 통기성 지지재/PTFE 다공질막/통기성 지지재/PTFE 다공질막/통기성 지지재의 5층 구성) 등으로 해도 된다. 또한, 용도에 따라서는, 직경이 가는 통기성 지지재를 프리필터로서 사용하는 구성(예를 들면, 기류 상류측으로부터, 통기성 지지재(프리필터)/통기성 지지재/PTFE 다공질막/통기성 지지재의 4층 구성)을 채용하는 것도 가능하다.
통상, 에어 필터 여과재는, 이것도 공지의 방법에 의해 플리트 가공된다. 플리트 가공은, 예를 들면 레시프로식의 가공기를 사용하여, 교대로 또한 평행하게 여과재의 표면 상에 설정된 산 접기선 및 골 접기선에 의해 여과재를 연속한 W자 형상으로 접어 넣음으로써, 실시된다. 플리트 가공된 에어 필터 여과재는, 에어 필터 팩이라 불리는 경우가 있다. 에어 필터 팩에는, 플리트 가공된 형상을 유지하기 위해서 스페이서가 배치되는 경우가 있다. 스페이서로서는, 비드라 불리는 수지의 끈 형상체가 자주 사용된다. 비드는, 산 접기(골 접기)선에 직교하는 방향(산 넘어 골을 건너 나아가는 방향)을 따라서, 바람직하게는 복수개의 비드가 소정의 간격을 유지하면서 이 방향을 따라서 진행하도록, 여과재 상에 배치된다. 비드는, 바람직하게는 여과재의 표리면 양쪽 상에 배치된다. 비드는, 전형적으로는, 폴리아미드, 폴리올레핀 등의 수지를 용융하여 도포함으로써 형성된다.
플리트 가공된 에어 필터 여과재(에어 필터 팩)는, 필요에 따라서, 그 주연부를 프레임체(지지 프레임)에 의해 지지하여, 에어 필터 유닛으로 가공된다. 프레임체로서는, 에어 필터의 용도 등에 따라서, 금속제 또는 수지제의 부재가 사용된다. 수지제의 프레임체를 사용하는 경우에는, 사출 성형법에 의해 프레임체를 성형함과 동시에 이 프레임체에 여과재를 고정해도 된다. 도 11에 에어 필터 유닛의 일례를 도시한다. 에어 필터 유닛(30)은, 플리트 가공된 에어 필터 여과재(10)와, 에어 필터 여과재(10)의 외측 테두리부를 고정하는 프레임체(20)를 포함한다.
본 발명에 의하면, 1매의 단층의 PTFE 다공질막과, 이 다공질막의 양면에 배치된 통기성 지지재로 구성되고, 포집 효율이 99.999999％(8N) 이상, 압력 손실이 250㎩ 이하, PF값이 35 이상 45 이하인, 에어 필터 여과재를 제공하는 것도 가능해진다. 종래, 단층의 PTFE 다공질막 1매만을 입자 포집층으로 하는 에어 필터 여과재의 포집 효율은, 압력 손실을 250㎩ 정도 이하로 억제한다는 조건 하에서는, 8N대에는 도달하지 않았다. 이 여과재의 제작예는, 이하에 기술하는 실시예의 일부(실시예 B1 내지 B3)로서 기술되어 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[방수 통기 부재]
(실시예 A1)
PTFE 파인 파우더(아사히 플루오로폴리머즈사제 「풀루온 CD-123N」(SSG2.155)) 100중량부에 액상 윤활제(도데칸) 19중량부를 균일하게 혼합하고, 이 혼합물을 환봉 형상으로 예비 성형하였다. 계속해서, 이 성형체를, 피시테일 다이를 장착한 압출기를 사용하여 시트 형상으로 압출하였다. 압출한 PTFE 시트의 두께는 1.5㎜, 폭은 20㎝이었다.
또한, PTFE 시트를 1쌍의 금속 압연롤 사이를 통과시켜 압연하였다. 이 압연은, 압연의 전후에 있어서 PTFE 시트의 폭 방향의 길이에 변화가 없도록, 압연롤의 하류측에 배치한 롤을 사용하여 PTFE 시트를 그 길이 방향으로 인장하면서 실시하였다. 압연하여 얻은 PTFE 시트의 두께는 0.2㎜이었다.
계속해서, 텐터를 사용하여, 압연한 PTFE 시트를, 액상 윤활제를 포함한 채로의 상태에서 그 폭 방향으로 3배로 연신하였다. 그 후, 연신한 PTFE 시트를 150℃로 유지하여 액상 윤활제를 제거하였다.
계속해서, 액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트를, 2축 연신기를 사용하여, 300℃의 분위기 중에 있어서 길이 방향 및 폭 방향으로 각각 4배씩 연신하여, 미소성PTFE 다공질막을 얻었다. 액상 윤활제를 제거하고 나서 실시한 연신의 연신 면 배율은 16배이다.
마지막으로, 미소성 PTFE 다공질막을, 열풍 발생로를 사용하여 380℃에서 소성하여, 띠 형상의 PTFE 다공질막을 얻었다. 이 PTFE 다공질막의 두께는 30㎛이었다.
(실시예 A2)
액상 윤활제를 포함한 채로의 상태에서 실시하는 폭 방향으로의 연신 배율을 5배로 한 것 이외는 실시예 A1과 마찬가지로 하여, 두께 17㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(실시예 A3)
액상 윤활제를 포함한 채로의 상태에서 실시하는 폭 방향으로의 연신 배율을 7배로 한 것 이외는 실시예 A1과 마찬가지로 하여, 두께 11㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(실시예 A4)
PTFE 파인 파우더로서 듀퐁사제 「601A」, SSG2.150을 사용한 것 이외는 실시예 A1과 마찬가지로 하여, 두께 20㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(실시예 A5)
액상 윤활제를 포함한 채로의 상태에서 실시하는 폭 방향으로의 연신 배율을 5배로 한 것 이외는 실시예 A4와 마찬가지로 하여, 두께 17㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(실시예 A6)
액상 윤활제를 포함한 채로의 상태에서 실시하는 폭 방향으로의 연신 배율을 7배로 한 것 이외는 실시예 A4와 마찬가지로 하여, 두께 14㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(실시예 A7)
액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트의 길이 방향 및 폭 방향으로의 연신 배율을 각각 8배로 한 것 이외는 실시예 A1과 마찬가지로 하여, 두께 9㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다. 이 실시예에서는, 액상 윤활제를 제거하고 나서 실시한 연신의 연신 면 배율이 64배로 된다.
(실시예 A8)
액상 윤활제를 포함한 채로의 상태에서 실시하는 폭 방향으로의 연신 배율을 5배로 한 것 이외는 실시예 A7과 마찬가지로 하여, 두께 5㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(실시예 A9)
액상 윤활제를 포함한 채로의 상태에서 실시하는 폭 방향으로의 연신 배율을 7배로 한 것 이외는 실시예 A7과 마찬가지로 하여, 두께 3㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(실시예 A10)
액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트의 길이 방향 및 폭 방향으로의 연신 배율을 각각 8배로 한 것 이외는 실시예 A4와 마찬가지로 하여, 두께 6㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(실시예 A11)
액상 윤활제를 포함한 채로의 상태에서 실시하는 폭 방향으로의 연신 배율을 5배로 한 것 이외는 실시예 A10과 마찬가지로 하여, 두께 4㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(실시예 A12)
액상 윤활제를 포함한 채로의 상태에서 실시하는 폭 방향으로의 연신 배율을 7배로 한 것 이외는 실시예 A10과 마찬가지로 하여, 두께 3㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(실시예 A13)
압연 후의 PTFE 시트의 두께가 0.4㎜로 되도록 금속 압연롤의 간격을 조정한 것 이외는 실시예 A10과 마찬가지로 하여, 두께 10㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다. 이 압연도, 압연의 전후에 있어서 PTFE 시트의 폭 방향의 길이에 변화가 없도록, 압연롤의 하류측에 배치한 롤을 사용하여 PTFE 시트를 그 길이 방향으로 인장하면서 실시하였다.
(실시예 A14)
PTFE 파인 파우더로서 다이킨사제 「폴리프론 F-104」, SSG2.17을 사용한 것 이외는 실시예 A7과 마찬가지로 하여, 두께 30㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(실시예 A15)
액상 윤활제를 포함한 채로의 상태에서 실시하는 폭 방향으로의 연신 배율을 5배로 한 것 이외는 실시예 A14와 마찬가지로 하여, 두께 3㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(실시예 A16)
액상 윤활제를 포함한 채로의 상태에서 실시하는 폭 방향으로의 연신 배율을 7배로 한 것 이외는 실시예 A14와 마찬가지로 하여, 두께 2㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(비교예 A1)
압연한 후의 액상 윤활제를 포함한 상태에 있는 PTFE 시트를 그 폭 방향으로 연신하는 공정을 생략한 것 이외는 실시예 A1과 마찬가지로 하여, 두께 120㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(비교예 A2)
압연한 후의 액상 윤활제를 포함한 상태에 있는 PTFE 시트를 그 폭 방향으로 연신하는 공정을 생략한 것 이외는 실시예 A4와 마찬가지로 하여, 두께 110㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(비교예 A3)
압연한 후의 액상 윤활제를 포함한 상태에 있는 PTFE 시트를 그 폭 방향으로 연신하는 공정을 생략한 것 이외는 실시예 A7과 마찬가지로 하여, 두께 20㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(비교예 A4)
압연한 후의 액상 윤활제를 포함한 상태에 있는 PTFE 시트를 그 폭 방향으로 연신하는 공정을 생략한 것 이외는 실시예 A13과 마찬가지로 하여, 두께 50㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(비교예 A5)
압연한 후의 액상 윤활제를 포함한 상태에 있는 PTFE 시트를 그 폭 방향으로 연신하는 공정을 생략한 것 이외는 실시예 A14와 마찬가지로 하여, 두께 40㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(비교예 A6)
압연 후의 PTFE 시트의 두께가 0.6㎜로 되도록 금속 압연롤의 간격을 조정한 것 이외는 비교예 A3과 마찬가지로 하여, 두께 60㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다. 이 압연도, 압연의 전후에 있어서 PTFE 시트의 폭 방향의 길이에 변화가 없도록, 압연롤의 하류측에 배치한 롤을 사용하여 PTFE 시트를 그 길이 방향으로 인장하면서 실시하였다.
(비교예 A7)
압연 후의 PTFE 시트의 두께가 0.8㎜로 되도록 금속 압연롤의 간격을 조정한 것 이외는 비교예 A4와 마찬가지로 하여, 두께 80㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다. 이 압연도, 압연의 전후에 있어서 PTFE 시트의 폭 방향의 길이에 변화가 없도록, 압연롤의 하류측에 배치한 롤을 사용하여 PTFE 시트를 그 길이 방향으로 인장하면서 실시하였다.
(비교예 A8)
압연 후의 PTFE 시트의 두께가 0.4㎜로 되도록 금속 압연롤의 간격을 조정한 것 이외는 비교예 A5과 마찬가지로 하여, 두께 50㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다. 이 압연도, 압연의 전후에 있어서 PTFE 시트의 폭 방향의 길이에 변화가 없도록, 압연롤의 하류측에 배치한 롤을 사용하여 PTFE 시트를 그 길이 방향으로 인장하면서 실시하였다.
(비교예 A9)
PTFE 파인 파우더(다이킨사제 「폴리프론 F-104」, SSG2.17) 100중량부에 액상 윤활제(도데칸) 19중량부를 균일하게 혼합하고, 이 혼합물을 환봉 형상으로 예비 성형하였다. 계속해서, 이 성형체를, 환봉 형상으로 페이스트 압출하였다. 압출한 PTFE 시트의 직경은 44㎜이었다.
또한, 환봉 형상의 성형체를 150kN으로 30분간 프레스하여 두께 0.2㎜의 시트로 하고, 또한 1쌍의 금속 압연롤 사이를 통과시켜 압연하였다. 이 압연은, 압연의 전후에 있어서 PTFE 시트의 폭 방향의 길이에 변화가 없도록, 압연롤의 하류측에 배치한 롤을 사용하여 PTFE 시트를 그 길이 방향으로 인장하면서 실시하였다. 이후는 비교예 A1과 마찬가지로 하여, 두께 80㎛의 PTFE 다공질막을 얻었다.
(비교예 A10)
액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트의 길이 방향 및 폭 방향으로의 연신 배율을 각각 4배로 한 것 이외는 비교예 A5와 마찬가지로 하여, 두께 120㎛의 PTFE 다공질막을 제작하였다.
(비교예 A11)
PTFE 파인 파우더로서 아사히 플루오로폴리머즈제 「풀루온 CD-1」, SSG2.20을 사용한 것 이외는 실시예 A7과 마찬가지의 방법에 의해, PTFE 다공질막의 제작을 시도하였다. 그러나, 길이 방향 및 폭 방향에 대하여 각각 8배로 연신한 바, 막이 파단되었다.
(비교예 A12)
PTFE 파인 파우더로서 아사히 플루오로폴리머즈제 「풀루온 CD-1」, SSG2.20을 사용한 것 이외는 실시예 A8과 마찬가지의 방법에 의해, PTFE 다공질막의 제작을 시도하였다. 그러나, 액상 윤활제를 포함한 채로의 상태에서 폭 방향으로 5배의 배율로 연신한 바, 막이 파단되었다.
실시예 A1 내지 A16 및 비교예 A1 내지 A10으로부터 얻은 PTFE 다공질막에 대하여, 내수압 및 통기도를 측정하였다. 내수압은, JIS L1092에 규정되어 있는 내수도 시험기(고압법)에 의해 측정하였다. 또한, 통기도는, JIS P8117에 규정되어 있는 거얼리 시험기에 의해 거얼리수 G[초/100㎖]를 측정하고, 관계식 (A-4)를 사용하여 G를 프래지어수 F로 환산하였다. 단, 통기도가 높은 PTFE 다공질막에 대해서는, 측정의 정밀도를 올리기 위해서, 거얼리수의 측정을 100㎖가 아니라 300㎖의 공기를 사용하여 실시하고, 이 결과로부터 100㎖의 공기가 PTFE 다공질막을 통과하는 시간을 산출하여, 거얼리수 G를 구하였다. 300㎖의 공기를 사용한 경우에는, 얻어진 값의 1/3의 수치를 관계식 (A-4)의 G에 대입하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
측정한 내수압 및 통기도를 도 3에 도시한다. 도 3에 있어서의 ○ 및 ●는 실시예를, ×는 비교예를 각각 나타낸다. 또한, E와 함께 부여되어 있는 숫자는 실시예 A의 번호이며, C와 함께 부여되어 있는 숫자는 비교예 A의 번호이다.
도 3에 파선 화살표로 나타낸 바와 같이, 압연 후의 두께를 변화시킴으로써, PTFE 다공질막을 후막화하면, 내수압은 높아지지만 통기도는 낮아진다. 이와 같이, 내수압과 통기도는, 통상, 트레이드오프의 관계가 있기 때문에, 그 양쪽을 개선하는 것은 어렵다. 또한, 도 3에 일점쇄선의 화살표로 나타낸 바와 같이, 다이로부터의 압출 형상을 환봉으로부터 피시테일 다이에 의한 시트 형상으로 변경한 것만으로는 통기도는 오히려 저하된다. 각 비교예는, 도 3에 실선으로 나타낸 직선보다도 하방에 존재한다(R<-0.1F+0.5).
각 비교예와 대비하면, 각 실시예의 PTFE 다공질막은, 단층막이면서도, 내수성 및 통기성이 높은 레벨로 균형을 이루고 있어, 도 3의 직선보다도 상방에 플롯되어 있다(R≥-0.1F+0.5).
실시예 중에서도, 표준 비중 2.16 이하의 PTFE 파인 파우더를 사용하고, 공정 C에 있어서의 연신(습식 연신)의 배율을 5.0배 이상으로 설정하고, 공정 E에 있어서의 연신(건식 연신)의 면 배율을 50배 이상 140배 이하로 하여 얻은 실시예 A8, A9, A11, A12의 PTFE 다공질막은, 프래지어 통기도 F가 1 내지 4㎤/초/㎠이며 내수압 R이 0.5 내지 1㎫의 특성을 나타내어, 내수성 및 통기성이 특히 높은 레벨로 양립하고 있었다.
도 3에는, 건식 연신의 면 배율을 16배(50배 미만)로 한 실시예를 그룹 A로 하고, 표준 비중이 2.17(2.16 초과)인 PTFE 파인 파우더를 사용한 실시예를 그룹 B로 하여 표시하고, 습식 연신 배율을 3배(5배 미만)로 한 실시예를 검정색 동그라미(●)에 의해 나타냈다. 이들 그룹에 포함되는 실시예와 비교하면, 실시예 A8, A9, A11, A12는 내수성 및 통기성의 밸런스가 우수한 것을 이해할 수 있다.
Figure pct00012
실시예 A14 내지 A16로부터 얻은 PTFE 다공질막의 주사형 전자 현미경(SEM) 사진을 도 4 내지 도 6에 도시한다. 또한, 비교예 A5로부터 얻은 SEM 사진을 도 7로서 나타낸다. 어느 SEM 사진도 지면 상하 방향이 길이 방향(MD 방향)이다. 도 4 내지 도 6의 PTFE 다공질막의 막 구조는, 종래의 제법으로부터 얻어진 PTFE 다공질막의 막 구조(도 7)와 비교하면, 소직경화된 피브릴, 노드로서는 판별하기 어려울 정도로 작은 다수의 「노드」 및 연신 방향 이외의 방향으로 신장하는 피브릴의 증가에 의해 특징지어진다.
[에어 필터 여과재]
PTFE 다공질막 및 에어 필터 여과재의 특성의 측정 방법은 이하와 같이 하였다.
[압력 손실]
샘플(PTFE 다공질막, 여과재)을 유효 면적 100㎠의 원형 홀더에 세트하고, 입구측과 출구측에 압력차를 부여하고, 샘플의 투과 유속을 유량계로 5.3㎝/sec로 조정하였을 때의 압력 손실을 압력계(마노미터)로 측정하였다. 측정은, 1샘플에 대하여 8개의 부위에서 실시하고, 그 평균값을 압력 손실로 하였다.
[포집 효율]
압력 손실의 측정과 동일한 장치를 사용하여, 샘플(PTFE 다공질막 및 에어 필터 여과재)의 투과 유속을 5.3㎝/sec로 하여, 상류측에 다분산 디옥틸프탈레이트(DOP)를 0.10㎛ 내지 0.20㎛의 입자가 약 107/리터로 되도록 흘리고, 이것을 하류측 농도를 파티클 카운터로 측정하고, 이하의 식 (B-6)에 기초하여 포집 효율 CE(％)를 구하였다.
Figure pct00013
단, 측정 대상으로 한 입자는 0.10 내지 0.20㎛의 범위의 것이다.
[평균 섬유 직경]
PTFE 다공질막을 막면에 수직인 방향으로부터 촬영한 SEM 사진(배율 10000배)을 준비하였다. 이 사진을 A4 크기로 인쇄하고, 이 사진에, PTFE 다공질막의 길이 방향에 상당하는 방향을 따라서 1개의 측정선을 긋고, 그 선 상에 있는 섬유(피브릴)의 직경을, 노기스를 사용하여 측정하였다. 단, 상기의 측정선은 사진의 중앙에 그은 것으로 하였다. 또한, 섬유가 중첩되어 측정선 상에 있어서 그 섬유의 직경을 측정할 수 없을 때는, 사진 상에서 그 섬유를 찾아, 측정 가능한 개소에서 직경을 측정하였다. 측정값으로부터, SEM 사진에 있어서의 실제 치수를 나타내는 기준선(도 8 내지 도 10의 우측 아래에 표시)을 표선으로 하여 실제의 직경으로 환산하였다.
[충전율]
PTFE 다공질막을 직경 47㎜의 원형으로 펀칭하여 시료로 하였다. 이 시료의 막 두께를 배율 1000배의 단면 SEM 사진으로부터 측정하였다. 또한, 이 시료의 중량을 측정하고, 이하의 식 (B-7)에 기초하여 충전율을 측정하였다.
Figure pct00014
여기서, W는 시료의 중량(단위 [g]), SG는 PTFE 수지의 비중(단위 [g/㎤]), T는 막 두께(단위 [㎝]), S는 시료의 면적(17.349㎠)이다.
(실시예 B1)
PTFE 파인 파우더(다이킨사제 「폴리프론 F-104」, SSG2.171) 100중량부에 액상 윤활제(도데칸) 19중량부를 균일하게 혼합하여 혼합물을 얻었다. 계속해서, 이 혼합물을, 피시테일 다이를 장착한 압출기를 사용하여 시트 형상으로 압출하였다. 압출한 PTFE 시트의 두께는 1.5㎜, 폭은 20㎝이었다.
또한, PTFE 시트를 1쌍의 금속 압연롤 사이를 통과시켜 압연하였다. 이 압연은, 압연의 전후에 있어서 PTFE 시트의 폭 방향의 길이에 변화가 없도록, 압연롤의 하류측에 배치한 롤을 사용하여 PTFE 시트를 그 길이 방향으로 인장하면서 실시하였다. 압연하여 얻은 PTFE 시트의 두께는 200㎛이었다.
계속해서, 텐터를 사용하여, 압연한 PTFE 시트를, 액상 윤활제를 포함한 채로의 상태에서 그 폭 방향으로 4배로 연신하였다. 그 후, 연신한 PTFE 시트를 150℃로 유지하여 액상 윤활제를 제거하였다.
계속해서, 액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트를, 롤 연신법에 의해 280℃의 연신 온도에서 그 길이 방향으로 12배로 연신하고, 또한 텐터 연신법에 의해 110℃의 연신 온도에서 그 폭 방향으로 30배로 연신하여, 미소성 PTFE 다공질막을 얻었다. 액상 윤활제를 제거하고 나서 실시한 연신의 연신 면 배율은 360배이다.
마지막으로, 미소성 PTFE 다공질막을, 열풍 발생로를 사용하여 400℃에서 소성하여, 띠 형상의 PTFE 다공질막을 얻었다.
상기 PTFE 다공질막을, 2매의 심초 구조의 부직포(단위 면적당 중량 30g/㎡, 심성분 PET, 초성분 PE, 겉보기 밀도 0.158g/㎠, 엠보싱 면적 비율 15％, 두께 0.19㎜) 사이에 끼움 지지하고, 이것을 180℃로 가열된 한 쌍의 롤 사이를 통과시킴으로써 열 라미네이트하여, 3층 구조의 에어 필터 여과재(폭 1200㎜, 길이 200m의 긴 여과재)를 얻었다.
계속해서, 얻어진 에어 필터 여과재에 플리트 가공(산 높이(플리트 폭) 50㎜, 산수 186)을 실시하였다. 플리트 가공된 에어 필터 여과재를 절단하고, 그 주연부를 금속제의 지지 프레임에 접착제를 사용하여 접합하여, 에어 필터 유닛(크기 : 610㎜×610㎜, 두께 65㎜)을 얻었다.
(실시예 B2)
액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트의 길이 방향으로의 연신 배율을 14배로 한 것 이외는 실시예 B1과 마찬가지로 하여, PTFE 다공질막을 제작하였다. 또한, 이 PTFE 다공질막을 사용하여, 실시예 B1과 마찬가지로 하여 에어 필터 유닛을 제작하였다.
(실시예 B3)
액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트를 폭 방향으로 연신할 때의 연신 온도를 60℃로 한 것 이외는 실시예 B2와 마찬가지로 하여, PTFE 다공질막을 제작하였다. 또한, 이 PTFE 다공질막을 사용하여, 실시예 B1과 마찬가지로 하여 에어 필터 유닛을 제작하였다.
(실시예 B4)
액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트를 폭 방향으로 연신할 때의 연신 온도를 160℃로 한 것 이외는 실시예 B2와 마찬가지로 하여, PTFE 다공질막을 제작하였다. 또한, 이 PTFE 다공질막을 사용하여, 실시예 B1과 마찬가지로 하여 에어 필터 유닛을 제작하였다.
(실시예 B5)
액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트의 길이 방향으로의 연신 배율을 27배로 한 것 이외는 실시예 B2와 마찬가지로 하여, PTFE 다공질막을 제작하였다. 또한, 이 PTFE 다공질막을 사용하여, 실시예 B1과 마찬가지로 하여 에어 필터 유닛을 제작하였다.
(실시예 B6)
PTFE 파인 파우더로서 아사히 플루오로폴리머즈사제 「풀루온 CD-145」(SSG2.165)를 사용한 것 이외는 실시예 B2와 마찬가지로 하여, PTFE 다공질막을 제작하였다. 또한, 이 PTFE 다공질막을 사용하여, 실시예 B1과 마찬가지로 하여 에어 필터 유닛을 제작하였다.
(실시예 B7)
PTFE 파인 파우더로서 아사히 플루오로폴리머즈사제 「풀루온 CD-123N」(SSG2.155)을 사용한 것 이외는 실시예 B2와 마찬가지로 하여, PTFE 다공질막을 제작하였다. 또한, 이 PTFE 다공질막을 사용하여, 실시예 B1과 마찬가지로 하여 에어 필터 유닛을 제작하였다.
(실시예 B8)
액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트의 길이 방향으로의 연신 배율을 18배로 한 것 이외는 실시예 B7과 마찬가지로 하여, PTFE 다공질막을 제작하였다. 또한, 이 PTFE 다공질막을 사용하여, 실시예 B1과 마찬가지로 하여 에어 필터 유닛을 제작하였다.
(비교예 B1)
압연한 후의 액상 윤활제를 포함한 상태에 있는 PTFE 시트를 그 폭 방향으로 연신하는 공정을 생략하고, 액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트의 길이 방향으로의 연신 배율을 10배로 한 것 이외는 실시예 B2와 마찬가지로 하여, PTFE 다공질막을 제작하였다. 또한, 이 PTFE 다공질막을 사용하고, 실시예 B1과 마찬가지로 하여 에어 필터 유닛을 제작하였다.
(비교예 B2)
액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트의 길이 방향으로의 연신 배율을 14배로 한 것 이외는 비교예 B1과 마찬가지로 하여, PTFE 다공질막을 제작하였다. 또한, 이 PTFE 다공질막을 사용하여, 실시예 B1과 마찬가지로 하여 에어 필터 유닛을 제작하였다.
(비교예 B3)
액상 윤활제를 제거한 PTFE 시트의 길이 방향으로의 연신 배율을 18배로 한 것 이외는 비교예 B1과 마찬가지로 하여, PTFE 다공질막을 제작하였다.
또한, 이 PTFE 다공질막을 사용하여, 실시예 B1과 마찬가지로 하여 에어 필터 유닛을 제작하였다. 단, 비교예 B3에서는, 에어 필터 여과재를, PTFE 다공질막 2매와 부직포 3매를 PTFE 다공질막의 양측에 부직포가 배치되도록 적층한 5층 구성으로 하였다.
(비교예 B4)
PTFE 파인 파우더로서 아사히 플루오로폴리머즈사제 「풀루온 CD-1」(SSG2. 20)을 사용한 것 이외는 실시예 B2와 마찬가지로 하여, PTFE 다공질막을 제작하고자 하였다. 그러나, 액상 윤활제를 제거한 후에 폭 방향으로 연신하는 공정에서 시트가 파단되어, 다공질막을 얻을 수 없었다. 이 때문에, 폭 방향으로의 연신 배율을 10배로 저감시키는 한편, 막의 다공화를 촉진하기 위해서 길이 방향으로의 연신 배율을 20배로 인상하였다. 이에 의해, 실시예 B2와 막 두께가 동일한 PTFE 다공질막을 얻었다. 또한, 이 비교예에서는, 소성 공정(공정 F)에 있어서의 소성 온도를 360℃로 하였다. 또한, 이 PTFE 다공질막을 사용하여, 실시예 B1과 마찬가지로 하여 에어 필터 유닛을 제작하였다.
각 실시예 및 비교예로부터 얻은 PTFE 다공질막 및 에어 필터 유닛에 대하여, 특성을 측정한 결과를 표 2 및 표 3에 나타낸다. 또한, 실시예 B2, 비교예 B3 및 비교예 B4로부터 얻은 PTFE 다공질막의 SEM 사진을 도 8 내지 도 10에 도시한다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 각 실시예로부터는, PF값이 36 이상, 단위 면적당 중량이 0.90g/㎡ 이하, 평균 섬유 직경이 55 내지 83㎚인 PTFE 다공질막이 얻어졌다. 도 8로부터, PTFE 다공질막의 피브릴이 가늘고, 그 연장되는 방향이 랜덤하며, 노드가 세분화되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 B5로부터 얻어진 PTFE 다공질막은, 연신 면 배율이 약간 지나치게 높았기 때문에, 포집 효율이 낮아졌다.
Figure pct00015
Figure pct00016
비교예 B1 내지 B3에서는, 폭 방향으로의 습식 연신을 실시하지 않았기 때문에, PF값의 향상은 한정된 것으로 되었다. 이들의 비교예로부터는, 도 9에 도시한 바와 같이, 피브릴이 약간 굵은 PTFE 다공질막이 얻어졌다. 비교예 B4로부터 얻어진 PTFE 다공질막의 PF값은 매우 불충분하였다. 이 다공질막은, 도 10에 도시한 바와 같이, 노드가 미세화되지 않고, 또한 피브릴이 연장되는 방향도 연신된 2방향으로 거의 한정된 구조를 갖고 있었다.
또한, 실시예 B2, B6 내지 B8로부터 얻은 PTFE 다공질막은, 막 두께 1㎛당의 포집 효율이 76％ 이상 85％ 미만, 막 두께 1㎛당의 압력 손실이 13㎩ 이상 19.5㎩ 이하의 PTFE 다공질막으로 되었다. 실시예 B1, B3으로부터 얻은 PTFE 다공질막은, 막 두께 1㎛당의 포집 효율이 85％ 이상 90％ 이하, 막 두께 1㎛당의 압력 손실이 20㎩ 이상 25㎩ 이하의 PTFE 다공질막으로 되었다. 이 정도로까지 단위막 두께당의 특성이 양호한 PTFE 다공질막을 제조할 수 있었던 것은, 상술한 제조 방법의 개량에 의한 것이다.
또한, 실시예 B1 내지 B3으로부터 얻어진 에어 필터 여과재는, 단층의 PTFE 다공질막 1매와, 이 다공질막의 양면에 각각 1매씩 배치된 부직포 2매로 구성된 간소한 3층 구성의 여과재임에도 불구하고, 포집 효율 8N 이상, 압력 손실 250㎩ 이하, PF값 35 이상 45 이하(실시예 B1, B2에 대해서는 PF값 37 이상)의 특성을 나타냈다.
실시예 B1 내지 B3의 에어 필터 여과재는, 매우 높은 포집 효율과 함께 실용적인 범위의 압력 손실을 갖는 것이며, 입자의 포착을 중시하는 필터링 용도에 특히 적합하다. 종래부터 알려져 있던 PF값이 높은 PTFE 다공질막은, PF값을 올리기 위해서 피브릴간 거리를 크게 하는 것을 우선하고 있었기 때문에, 그 막을 사용한 여과재의 실체적인 특징은 포집 효율의 높음이 아니라 압력 손실의 낮음에 있었다(특허 문헌 3). 이것을 고려하면, 압력 손실이 아니라 포집 효율을 대폭 개선하여 PF값을 향상시킨 것으로서, 본 발명에 의한 에어 필터 여과재, 특히 실시예 B1 내지 B3의 여과재는, 지금까지의 여과재에는 볼 수 없었던 특징을 갖는다.
PTFE 다공질막에는, 차폐성과 투과성의 양립, 바꿔 말하면 대상물 또는 에너지의 선택적 투과가 요구되는 경우가 많고, 본 발명에 의한 PTFE 다공질막이 특징적으로 갖는 막 구조는, 기본적으로, 선택적 투과의 레벨의 향상에 적합하다고 생각된다. 본 발명에 의한 PTFE 다공질막은, 방수 통기 부재, 에어 필터 여과재, 나아가 그 밖의 용도에 있어서 선택적 투과의 레벨 향상을 가져오는 것으로서 유용하다.

Claims (10)

  1. 표준 비중이 2.19 이하인 폴리테트라플루오로에틸렌 파인 파우더와 액상 윤활제를 포함하는 혼합물을, 플랫 다이를 사용하여 시트 형상으로 압출하여, 폴리테트라플루오로에틸렌 시트를 얻는 공정 A와,
    상기 폴리테트라플루오로에틸렌 시트를, 상기 공정 A에 있어서의 압출 방향인 상기 시트의 길이 방향을 따라서 한 쌍의 롤 사이를 통과시켜 압연하는 공정 B와,
    상기 폴리테트라플루오로에틸렌 시트를, 상기 시트의 길이 방향에 직교하는 폭 방향으로 연신하는 공정 C와,
    상기 공정 B 및 상기 공정 C에 있어서 압연 및 연신된 폴리테트라플루오로에틸렌 시트로부터 상기 액상 윤활제를 제거하는 공정 D와,
    상기 공정 D에 있어서 상기 액상 윤활제가 제거된 폴리테트라플루오로에틸렌 시트를, 당해 시트의 길이 방향 및 폭 방향의 각각에 대하여 연신하여, 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막을 얻는 공정 E
    를 구비하는 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막을 폴리테트라플루오로에틸렌의 융점 이상의 온도에서 소성하는 공정 F를 더 구비하는 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공정 B에 있어서, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 시트의 상기 폭 방향에 대한 길이를 유지하면서 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 시트를 압연하는 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물에 있어서의 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 파인 파우더와 상기 액상 윤활제의 혼합비를, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 파인 파우더 100질량부에 대하여, 상기 액상 윤활제 5 내지 50질량부의 범위로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플랫 다이가 피시테일 다이인 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공정 E에 있어서, 상기 길이 방향의 연신 배율과 상기 폭 방향의 연신 배율의 곱을 4배 이상 150배 미만으로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공정 E에 있어서, 상기 길이 방향의 연신 배율과 상기 폭 방향의 연신 배율의 곱을 150배 이상 700배 이하로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공정 E에 있어서, 상기 길이 방향의 연신 배율과 상기 폭 방향의 연신 배율의 곱을 300배 이상 700배 이하로 하는 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막의 제조 방법.
  9. 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막의 통기 영역을 둘러싸는 접속 영역에 고정용 부재를 접속하는 공정을 구비하는 방수 통기 부재의 제조 방법이며,
    제1항에 기재된 제조 방법을, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막을 준비하는 공정으로서 더 포함하는 방수 통기 부재의 제조 방법.
  10. 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막과 통기성 지지재를 접합하는 공정을 구비하는 에어 필터 여과재의 제조 방법이며,
    제1항에 기재된 제조 방법을, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막을 준비하는 공정으로서 더 포함하는 에어 필터 여과재의 제조 방법.
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