KR20150123154A - 다공막 적층체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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KR20150123154A
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porous
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film
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Abstract

본 발명의 목적은 투기성이 우수하고, 핀 홀의 발생도 없고, 표면 평활성이 높고, 유연성을 갖고, 게다가 취급성 및 성형 가공성이 우수한 다공막 적층체 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
부직포 기재의 적어도 편면에 다공막이 적층되어 있는 다공막 적층체로서, 상기 다공막은 연통성을 갖는 다수의 미소 구멍을 갖고, 해당 미소 구멍의 평균 공경이 0.01 내지 10㎛이고, 다공막 표면의 산술 평균 표면 조도 Sa가 0.5㎛ 이하이고, 다공막 적층체의 투기도의 값이 0.5 내지 30초이고, 다공막 적층체의 인장 강도가 4.0N/15mm 이상이며, 테이프 박리 시험에 의해 상기 기재와 상기 다공막이 계면 박리를 일으키지 않는 것을 특징으로 하는 다공막 적층체를 제공한다.

Description

다공막 적층체 및 그의 제조 방법{MICROPOROUS LAMINATED MEMBRANE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 미세 구멍과 취급 강도를 가진 다공막 적층체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 부직포 기재의 적어도 편면에 연통성을 갖는 다수의 미소 구멍을 갖는 다공막이 적층되어 있는 다공막 적층체와 그의 제조 방법에 관한 것이다.
미세 구멍을 갖고 있는 다공막으로서, 예를 들어 특허문헌 1에는 아미드이미드계 중합체 또는 이미드계 중합체를 포함하는 다공성 필름이 개시되어 있다. 특징으로서 해당 필름의 두께가 5 내지 200㎛, 미소 구멍의 평균 공경이 0.01 내지 10㎛, 공공률(空孔率)이 30 내지 80%, 미소 구멍의 연통성을 나타내는 투기도가 걸리(Gurley)값으로 0.2 내지 29초/100cc인 것을 특징으로 하는 다공성 필름이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는 부직포 상에 다공막이 적층된 적층체가 개시되어 있다. 부직포 기재의 적어도 편면에 연통성을 갖는 다수의 미소 구멍을 갖고, 해당 미소 구멍의 평균 공경이 0.01 내지 10㎛인 다공막이 적층되어 있는 다공막 적층체로서, 테이프 박리 시험에 의해 기재와 다공막이 계면 박리를 일으키지 않는 다공막 적층체가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 3에는 부직포를 기재로 하고, 부직포의 표면에 다공막을 갖고 있는 적층체로서 하배수용 분리막이 개시되어 있다. 부직포로서 셀룰로오스 섬유, 셀룰로오스트리아세테이트 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유를 들 수 있고, 가장 바람직한 조합으로서 폴리에스테르 섬유제 부직포 상에 폴리불화비닐리덴(PVDF)의 다공막을 갖고 있는 적층체가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 4에는 초고분자량 폴리에틸렌의 소결 다공질 시트와 폴리에스테르 부직포가 적층되어 있는 에어 클리너용 필터가 개시되어 있다. 이 필터의 제조법은 이하의 단계를 포함한다.
1. 초고분자량 폴리에틸렌 분말을 금형에 충전하고, 용기에 넣고, 용기 내를 감압으로 한다.
2. 용기 내에 가열 수증기를 도입하여 160℃×6기압으로 5시간 가열한 후, 서냉한다.
3. 제작한 원기둥 형상의 소결 다공질체를 시트 형상으로 절삭한 후에 연신하여 다공질 시트를 얻는다.
4. 다공질 시트 상에 핫 멜트 점착제를 도포하고, 폴리에스테르 부직포를 접합하여 라미네이트한다.
일본 특허 제3963765호 국제 공개 제2007/097249호 일본 특허 공개 제2010-221218호 공보 일본 특허 공개 제2006-257888호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 다공막의 경우, 연통성이 좋은 미세 구멍을 갖고 있기 때문에 강도가 매우 약하고, 취급에 주의를 필요로 하기 때문에, 용도에 제한을 발생시킨다는 문제가 있었다. 필름의 가공시에는 롤·투·롤로 취급되는 경우가 많고, 이에 견딜 수 있는 강도를 확보할 수 없는 경우가 있는 등의 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 적층체의 경우, 부직포를 기재로 하고, 그 위에 다공막을 형성하고 있기 때문에, 부직포에 의해 충분한 강도를 확보하는 것이 가능하게 된다. 그러나, 부직포는 구조상 구멍을 갖기 때문에, 고분자 용액을 부직포 상에 필름 형상으로 유연하여 다공막을 형성하는 방법에서는, 고분자 용액이 부직포의 구멍 내에 침투해 가서 다공막 표면이 울퉁불퉁해지거나 부직포가 부분적으로 노출되거나 핀 홀이 발생하거나 투기성이 악화된다는 문제가 있었다. 그리고, 일반적으로 부직포가 갖는 구멍은 다공막이 갖는 구멍보다 압도적으로 크고, 미시적으로 본 경우 매우 불균질하기 때문에, 고분자 용액의 침투량이 장소에 따라 변동되고, 결과적으로 다공막의 두께도 변동되어, 그 특성으로서의 투기도도 변동된다는 문제가 있었다.
특허문헌 3에 기재된 적층체 경우도, 부직포 기재의 표면에 다공막 수지층을 갖고 이루어지고, 다공막 수지층의 일부가 부직포 기재의 내부에 인입하고 있기 때문에 상기와 마찬가지의 문제가 있다. 또한, 다공막 표면의 개공도(開孔度)가 매우 낮다는 문제나 다공막 수지층 내부에 매크로 보이드가 존재하는 불균질한 구멍 구조를 갖고 있기 때문에, 역시 투기도가 장소에 따라 변동된다는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 4에 기재된 적층체의 경우, 제조법에 따라 공경을 작게 하는 것이나 표면 개구율을 작게 하는 것은 어렵다는 문제가 있었다. 또한, 본 필터의 제조법은 전술한 바와 같이 매우 손이 많이 간다는 문제가 있었다. 또한, 다공질 시트와 폴리에스테르 부직포는 핫 멜트 점착제에 의해 접합되어 있기 때문에 투기성이 저해된다는 문제도 있었다.
그 때문에, 투기성이 우수하고, 핀 홀의 발생도 없고, 표면 평활성이 높고, 유연성을 갖고, 게다가 취급성 및 성형 가공성이 우수한 다공막 적층체 및 그의 제조 방법이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 투기성이 우수하고, 핀 홀의 발생도 없고, 표면 평활성이 높고, 유연성을 갖고, 게다가 취급성 및 성형 가공성이 우수한 다공막 적층체 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
따라서, 본 발명자들이 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 검토한 결과, 부직포 기재의 표면 상에 다공막을 열 융착에 의해 적층함으로써, 투기성이 우수하고, 핀 홀의 발생도 없고, 표면 평활성이 높고, 유연성을 갖고, 게다가 취급성 및 성형 가공성이 우수한 다공막 적층체가 얻어지는 것을 발견하였다. 또한, 일반적인 부직포 기재를 이용하여 도포에 의해 제작된 다공막 적층체에서는 다공막 표면이 울퉁불퉁해지거나 부직포가 부분적으로 노출되거나 핀 홀이 발생하거나 투기성이 악화되고, 사용에 견딜 수 없게 된다는 점을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은,
부직포 기재의 적어도 편면에 다공막이 적층되어 있는 다공막 적층체로서,
상기 다공막은 연통성을 갖는 다수의 미소 구멍을 갖고, 해당 미소 구멍의 평균 공경이 0.01 내지 10㎛이고,
다공막 표면의 하기 측정 방법으로 구해지는 산술 평균 표면 조도 Sa가 0.5㎛ 이하이고,
다공막 적층체의 투기도의 값이 0.5 내지 30초이고,
다공막 적층체의 인장 강도가 4.0N/15mm 이상이며,
하기 테이프 박리 시험에 의해 상기 기재와 상기 다공막이 계면 박리를 일으키지 않는 것을 특징으로 하는 다공막 적층체를 제공한다.
(테이프 박리 시험)
다공막 적층체의 다공막 표면에 마스킹 테이프[데라오카세이사쿠쇼사 제조, 상품명 「필름 마스킹 테이프 No.603(#25)」, 폭 24mm]를 붙이고, 직경 30mm, 200gf 하중의 롤러로 압착한 후, 인장 시험기를 이용하여 박리 속도 50mm/분으로 T형 박리를 행한다.
(산술 평균 표면 조도 Sa의 측정)
광간섭법을 이용한 비접촉식 표면 계측 시스템 VertScan 2.0(가부시키가이샤료까시스템 제조)을 이용하여 표면 형상을 측정함으로써 표면 조도를 산출하였다. 측정 영역은 250㎛×188㎛의 범위로 하였다. 측정 조건은 대물 렌즈=50배, 경통=0.5×바디(Body), 줌 렌즈=릴레이(Relay) 없음, 파장 필터=530화이트(white), 측정 모드=파장(Wave), 시야 사이즈=640×480이다.
상기 산술 평균 표면 조도 Sa가 0.4㎛ 이하인 것이 바람직하다.
상기 산술 평균 표면 조도 Sa가 0.3㎛ 이하인 것이 바람직하다.
상기 산술 평균 표면 조도 Sa가 0.2㎛ 이하인 것이 바람직하다.
상기 투기도의 값이 0.5 내지 20초인 것이 바람직하다.
상기 투기도의 값이 0.5 내지 10초인 것이 바람직하다.
상기 투기도의 값이 0.5 내지 5초인 것이 바람직하다.
상기 고분자 용액이 고분자 성분 8 내지 25중량%, 수용성 중합체 5 내지 50중량%, 물 0 내지 10중량%, 및 수용성 극성 용매 30 내지 82중량%를 포함하는 혼합 용액인 것이 바람직하다.
상기 다공막이 폴리이미드계 수지, 폴리아미드이미드계 수지, 폴리에테르이미드계 수지 및 폴리에테르술폰계 수지로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 부직포 기재가 폴리올레핀계 부직포, 폴리아미드계 부직포, 또는 이들을 부직포의 일부에 포함하는 다층 부직포인 것이 바람직하다.
상기 다공막의 내부의 평균 개공률(공공률)이 30 내지 80%인 것이 바람직하다.
상기 기재의 두께가 10 내지 500㎛인 것이 바람직하다.
하기 고온 방치 시험에 있어서의 형상 변화율이 5% 이내인 것이 바람직하다.
(고온 방치 시험)
다공막과 일체화된 적층체를 약 5cm×10cm의 대략 직사각형으로 정형하고, 상기 대략 직사각형의 직교하는 2변의 길이 a1, b1을 측정하고, 140℃로 조온한 항온조 내에 상기 적층체를 투입하여 30분간 방치하고 나서 상기 적층체를 취출하고, 실온이 될 때까지 방냉한 후에 상기 대략 직사각형의 직교하는 2변의 길이 a2, b2를 측정하고, 하기 식을 이용하여 형상 변화율을 계산하였다.
a1, a2에 의한 형상 변화율(%)={|a2-a1|/a1}×100
b1, b2에 의한 형상 변화율(%)도 마찬가지로 하여 구하고, 이들 값의 평균값을 본 고온 방치 시험에 있어서의 형상 변화율로 하였다.
기체, 액체, 고체의 필터, 분리막, 전지나 캐패시터의 세퍼레이터 또는 그 일부로서 이용되는 것이 바람직하다.
상기 부직포 기재와 다공막의 적층법이 열 융착에 의한 것이고, 다공막을 구성하는 수지의 유리 전이 온도＞부직포를 구성하는 수지의 융점인 것이 바람직하다.
상기 다공막이 고분자 용액을 기재 상에 필름 형상으로 유연한 후, 응고액에 유도하고, 기재로부터 박리시킨 막 단체를 이어서 건조시킴으로써 얻어진 것임이 바람직하다.
본 발명의 다공막 적층체는 다수의 미소 구멍을 갖는 다공막을 갖기 때문에 유연성이 우수함과 함께 투기성이 우수하고, 핀 홀의 발생도 없고, 표면 평활성이 높고, 게다가 해당 다공막은 기재에 배접되어 있기 때문에, 공극률을 갖는 경우이어도 충분한 강도를 발휘할 수 있고, 내절성, 취급성이 매우 우수하다. 본 발명에 따르면, 상기 특성을 갖고, 막질이 균일한 다공막 적층체를 간이한 방법으로 안정되게 제조할 수 있다. 이렇게 하여 얻어지는 다공막 적층체는 상기 특성을 갖기 때문에 기체나 액체나 고체의 필터나 분리막, 전지용이나 캐패시터의 세퍼레이터 또는 그 일부로서 이용 가능하다. 예를 들어 액체 분리막, 고체 분리막, 가스분리막 또는 그 일부로서 이용 가능하다.
구체적으로는 백 필터, 집진 필터, 공조 필터, 자동차의 필터(에어 클리너, 오일 클리너, 실내 청정 필터, 외기 도입 필터 등) 등을 들 수 있다. 그 외에도 회로용 기판, 전지용 세퍼레이터, 전자파 실드나 전자파 흡수체 등의 전자파 제어재, 전해 콘덴서, 저유전율 재료, 쿠션재, 잉크 수상(受像) 시트, 시험지, 절연재, 단열재, 세포 배양 기재, 방사선 차폐 매트용 재료, 흡유재 등의 광범위한 기판 재료로서 이용 가능하다.
도 1은 제조예 1에서 제작된 다공막 표면의 전자 현미경 사진(SEM 사진)이다.
도 2는 제조예 2에서 제작된 다공막 표면의 전자 현미경 사진(SEM 사진)이다.
본원 발명의 다공막 적층체에 대하여 상세를 설명한다.
[테이프 박리 시험]
본 발명의 다공막 적층체는 상기 테이프 박리 시험에 의해 상기 기재와 상기 다공막이 계면 박리를 일으키지 않는다.
상기 테이프 박리 시험은 다공막 적층체의 다공막 표면에 24mm 폭의 데라오카세이사쿠쇼사 제조 마스킹 테이프[필름 마스킹 테이프 No.603(#25)]를 붙이고, 직경 30mm, 200gf 하중의 롤러로 압착한 후, 인장 시험기를 이용한 박리 속도 50mm/분으로 T형 박리에 의해 행하여진다. 즉, 상기 기재와 상기 다공막이 상기 테이프 박리 시험에서 계면 박리가 일어나지 않을 정도의 층간 밀착 강도로 적층되어 있는 것을 의미하고 있다.
본 발명의 다공막 적층체는 상기한 바와 같이 상기 기재와 상기 다공막이 특정한 층간 밀착 강도로 직접 적층된 구성을 갖기 때문에 유연성과 우수한 공공 특성을 구비하는 한편, 적당한 강성을 갖기 때문에 취급성이 향상되어 있다. 또한, 다공막을 구성하는 고분자 성분을 넓게 선택할 수 있기 때문에 다양한 분야의 재료로서 적용 가능하다는 이점이 있다. 상기 기재와 상기 다공막의 층간 밀착 강도는 각 층을 구성하는 소재의 종류나 계면의 물리적 특성을 적절히 설정함으로써 조정할 수 있다.
[부직포 기재]
본 발명의 다공막 적층체는 부직포 기재의 적어도 편면에 다공막이 적층되어 있는 구성을 갖고 있다.
상기 부직포 기재는 단층이어도 되고, 동일하거나 또는 상이한 소재를 포함하는 복수의 층으로 이루어져도 된다. 상기 복수의 층은 복수의 부직포를 필요에 따라 접착제 등을 이용하여 적층하거나 제조 단계에서 적층한 적층 필름이어도 되고, 코팅, 증착, 스퍼터 등의 처리가 실시되어 얻어지는 것일 수도 있다.
상기 부직포 기재에는 조면화 처리, 접착 용이화 처리, 정전기 방지 처리, 샌드블라스트 처리(샌드매트 처리), 코로나 방전 처리, 플라즈마 처리, 케미컬 에칭 처리, 워터 매트 처리, 화염 처리, 산 처리, 알칼리 처리, 산화 처리, 자외선 조사 처리, 실란 커플링제 처리 등 표면 처리가 실시되어 있어도 된다.
또한, 상기 표면 처리를 복수 조합하여 행하는 것도 가능하다. 예를 들어 상기 기재에 대하여 먼저 코로나 방전 처리, 플라즈마 처리, 화염 처리, 산 처리, 알칼리 처리, 산화 처리, 자외선 조사 처리 등의 어느 하나의 처리를 실시한 후, 실란 커플링제 처리를 행하는 방법 등을 이용할 수 있다. 상기 기재의 종류에 따라서는 상기 방법은 실란 커플링제의 단독 처리와 비교하여 처리가 강화되는 경우가 있다. 상기 실란 커플링제로서는 신에츠가가쿠고교사 제조나 재팬에너지사 제조의 제품을 들 수 있다.
상기 부직포 기재의 두께는 예를 들어 10 내지 500㎛, 바람직하게는 10 내지 300㎛, 보다 바람직하게는 10 내지 200㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 100㎛이다. 두께가 너무 얇아지면 취급이 어려워지는 한편, 너무 두꺼운 경우에는 유연성이 저하되는 경우가 있다.
상기 부직포 기재의 단위 면적당 중량은 강도 유지와 유연성의 관점에서 예를 들어 2 내지 250g/m2, 바람직하게는 2 내지 150g/m2, 보다 바람직하게는 2 내지 100g/m2, 더욱 바람직하게는 2 내지 50g/m2이다.
상기 부직포 기재의 밀도는 적당한 투기성 확보의 관점에서 예를 들어 0.05 내지 0.90g/cm3, 바람직하게는 0.10 내지 0.80g/cm3, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 0.70g/cm3이다.
상기 부직포 기재의 투기도는 30초 이하인 것이 바람직하고, 20초 이하인 것이 보다 바람직하고, 10초 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 투기도의 측정 한계는 0.1초 정도인데, 상기 기재에는 그 투기도가 0.1초 미만인 것도 포함된다.
상기 부직포 기재와 상기 다공막의 밀착성을 향상시키는 관점에서, 상기 부직포 기재에 있어서의 상기 다공막을 적층하는 측의 표면에는 예를 들어 샌드블라스트 처리(샌드매트 처리), 코로나 방전 처리, 산 처리, 알칼리 처리, 산화 처리, 자외선 조사 처리, 플라즈마 처리, 케미컬 에칭 처리, 워터 매트 처리, 화염 처리, 실란 커플링제 처리 등의 적절한 표면 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 상기 실란 커플링제로서는 상기에 예시된 것을 이용할 수 있다. 상기 표면 처리는 복수를 조합하여 실시되어도 되고, 부직포 기재에 따라서는 상기 실란 커플링제 처리와 그 밖의 처리를 조합하여 실시되는 것이 바람직하다.
(부직포)
부직포란 섬유를 배열시키고, 접착제 또는 섬유 자신의 융착력이나 얽힘력에 의해 섬유 상호를 접합시켜 얻어지는 시트 형상의 것을 가리키고, 소위 페이퍼도 포함하는 개념으로 한다. 상기 부직포는 초지법, 멜트 블로우법, 스판 본드법, 니들 펀치법, 일렉트로 스피닝법 등의 일반적으로 알려진 방법으로 제조할 수 있다.
부직포의 기재를 구성하는 수지의 종류는 융점이나 내약품성 등에 따라 선택할 수 있다. 상기 부직포로서는 시판품을 이용할 수 있다. 예를 들어 닛폰바이린사 제조의 폴리올레핀 부직포(상품명 「FT-330N」), 히로세제지사 제조의 폴리올레핀 부직포(상품명 「06HOP-2」, 「06HOP-4」, 「HOP-10H」, 「HOP-30H」, 「HOP-60HCF」, 「HOP-80H」) 등이 입수 가능하다. 그 외에도 히로세제지사 제조의 2층 부직포(상품명 「05EP-50」, 「15EP-50」) 등이 입수 가능하다.
부직포로서는 (다공막을 구성하는 수지의 유리 전이 온도)＞(부직포를 구성하는 수지의 융점)인 것이 바람직하고, 이러한 것이라면 특별히 제한은 없다. 폴리올레핀 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아미드 부직포 등이 바람직하게 이용되지만, 이들의 2층 부직포, 다층 부직포이어도 된다. 보다 바람직하게는 폴리올레핀 부직포, 2층 부직포로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종을 이용할 수 있다.
현재 일반적으로 입수 가능한 부직포로서는 폴리올레핀계 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌)를 포함하는 것이 많고, 이외에는 2층 부직포(예를 들어 폴리프로필렌/폴리에스테르계 수지의 적층품)도 있다. 이들은 많은 종류가 있고, 비용적으로도 저렴하기 때문에 바람직하다.
상기 부직포 기재로서 전술한 부직포를 이용하고 있기 때문에, 해당 기재 표면에 열 융착 등의 방법에 의해 다공막을 적층함으로써 우수한 층간 밀착 강도로 적층할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 유연성과 우수한 공공 특성을 구비하는 한편, 적당한 강성을 갖기 때문에 취급성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
[다공막]
상기 다공막은 주성분이 예를 들어 고분자 성분으로 구성되어 있다. 상기 고분자 성분으로서는 상기 다공막을 형성 가능하면 특별히 한정되지 않고, 상기 다공막을 구성하는 재료에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 고분자 성분으로서는 예를 들어 폴리이미드계 수지, 폴리아미드이미드계 수지, 폴리에테르술폰계 수지, 폴리에테르이미드계 수지, 폴리카르보네이트계 수지, 폴리페닐렌술피드계 수지, 액정성 폴리에스테르계 수지, 방향족 폴리아미드계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리벤조옥사졸계 수지, 폴리벤조이미다졸계 수지, 폴리벤조티아졸계 수지, 폴리술폰계 수지, 셀룰로오스계 수지, 아크릴계 수지 등의 플라스틱 등을 들 수 있다. 이들 고분자 성분은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용하여도 되고, 또한 상기 수지의 공중합체(그래프트 중합체, 블록 공중합체, 랜덤 공중합체 등)를 단독으로 또는 조합하여 이용하는 것도 가능하다. 또한, 상기 수지의 골격(중합체쇄)을 주쇄 또는 측쇄에 포함하는 중합물을 이용하는 것도 가능하다. 이러한 중합물의 구체예로서 폴리실록산과 폴리이미드의 골격을 주쇄에 포함하는 폴리실록산 함유 폴리이미드 등을 들 수 있다.
그 중에서도 상기 고분자 성분의 바람직한 예로서 내열성이 있고, 내약품성, 전기 특성이 우수한 폴리아미드이미드계 수지 또는 폴리이미드계 수지를 주성분으로 하는 것을 들 수 있다. 폴리아미드이미드계 수지는 통상 무수 트리멜리트산과 디이소시아네이트의 반응, 또는 무수 트리멜리트산 클로라이드와 디아민의 반응에 의해 중합한 후, 이미드화함으로써 제조할 수 있다. 폴리이미드계 수지는 예를 들어 테트라카르복실산 성분과 디아민 성분의 반응에 의해 폴리아믹산을 얻고, 그것을 추가로 이미드화함으로써 제조할 수 있다. 다공막을 폴리이미드계 수지로 구성하는 경우에는, 이미드화하면 용해성이 나빠지기 때문에 먼저 폴리아믹산의 단계에서 다공막을 형성하고 나서 이미드화(열이미드화, 화학 이미드화 등)되는 경우가 많다. 상기 고분자 성분의 다른 바람직한 예로서 폴리에테르이미드계 수지, 폴리에테르술폰계 수지를 주성분으로 하는 것을 들 수 있다.
수지제이며 내열성이 있는 것으로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계 다공막도 알려져 있는데, 이것도 마찬가지로 사용 가능하다.
상기 다공막의 두께는 예를 들어 1 내지 100㎛, 바람직하게는 1 내지 50㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 20㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 10㎛이다. 두께가 너무 얇아지면 안정되게 제조하는 것이 어려워지고, 한편 너무 두꺼운 경우에는 투기성이 나빠진다는 문제가 있다.
상기 다공막은 연통성을 갖는 다수의 미소 구멍을 갖고, 해당 미소 구멍의 평균 공경(=필름 내부의 평균 공경)이 0.01 내지 10㎛인데, 바람직하게는 0.05 내지 5㎛이고, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 2㎛이다. 평균 공경이 상기 범위 밖인 경우에는 용도에 따른 원하는 효과가 얻어지기 어려운 점에서 공공 특성이 떨어지고, 예를 들어 사이즈가 너무 작은 경우에는 투기성의 저하, 쿠션 성능의 저하, 잉크의 침투성의 저하, 절연성이나 단열성의 저하 등을 야기하는 경우가 있고, 너무 큰 경우에는 여과 성능이 저하되거나 잉크가 확산하거나 미세한 배선을 형성하기 어려워지는 경우가 있다.
상기 다공막의 내부의 평균 개공률(공공률)은 예를 들어 30 내지 80%, 바람직하게는 40 내지 80%, 더욱 바람직하게는 45 내지 80%이다. 공공률이 상기 범위 밖인 경우에는 용도에 대응하는 원하는 공공 특성이 얻어지기 어렵고, 공공률이 너무 낮으면 투기성이 저하되거나 유전율이 올라가거나 쿠션 성능이 저하되거나 잉크가 침투하지 않거나 단열성이 저하되거나 기능성 재료를 충전하여도 원하는 효과를 얻지 못하는 경우가 있고, 공공률이 너무 높으면 강도나 내절성이 떨어질 가능성이 있다.
상기 다공막의 표면의 개공률(표면 개공률)은 예를 들어 48% 이상(예를 들어 48 내지 80%)이고, 바람직하게는 60 내지 80% 정도이다. 표면 개공률이 너무 낮으면 투과 성능이 충분하지 않은 경우가 발생하는 것 외에, 공공에 기능성 재료를 충전하여도 그 기능을 충분히 발휘할 수 없는 경우가 있고, 너무 높으면 강도, 내절성이 저하되기 쉬워진다.
상기 다공막의 표면의 표면 조도(산술 평균 표면 조도 Sa)는 0.5㎛ 이하인데, 바람직하게는 0.4㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.3㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.2㎛ 이하이다. 표면 조도가 너무 크면 평활성이 없어지고, 예를 들어 액체를 여과할 때에 기포가 붙기 쉬워지고, 그 부분은 필터로서의 기능이 상실되는 경우가 있다. 또한, 여과시에 포착(또는 포집)한 미립자가 불균질하게 걸림으로써, 여과의 효율이 떨어지거나 여과 속도가 불안정해지는 경우가 있다. 또한, 표면 조도(산술 평균 표면 조도 Sa)는 광간섭법을 이용한 비접촉식 표면 계측 시스템을 이용하여 표면 형상을 측정함으로써, 실시예에 기재된 방법에 의해 구할 수 있다.
상기 다공막은 상기 부직포 기재의 적어도 편면에 형성되어 있으면 되고, 양면에 형성되어 있어도 된다.
상기 다공막에는 내약품성의 부여 처리가 실시되어 있어도 된다. 그 결과, 다공막 적층체에 내약품성이 부여되고, 다공막 적층체의 다양한 이용 형태에 있어서 용제, 산, 알칼리 등에 접촉한 경우에 층간 박리, 팽윤, 용해, 변질 등의 문제를 피할 수 있는 점에서 유리하다. 내약품성의 부여 처리로서는 열, 자외선, 가시광선, 전자선, 방사선 등에 의한 물리적 처리; 다공막에 내약품성 고분자 등을 피복하는 화학적 처리 등을 들 수 있다.
상기 다공막은 내약품성 고분자에 의해 피복되어 있어도 된다. 이러한 다공막 적층체는 예를 들어 다공막의 표면이나 내부의 미소 구멍의 표면에 내약품성의 피막이 형성되고, 내약품성을 갖는 적층체를 구성할 수 있다. 여기서 약품이란 종래의 다공성 필름을 구성하는 수지를 용해, 팽윤, 수축, 분해하여 다공성 필름으로서의 기능을 저하시키는 것으로서 공지된 것을 들 수 있고, 다공막 및 기재의 구성 수지의 종류에 따라 달라 일률적으로 말할 수는 없지만, 이러한 약품의 구체예로서 디메틸술폭시드(DMSO), N,N-디메틸포름아미드(DMF), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 2-피롤리돈, 시클로헥사논, 아세톤, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 락트산에틸, 아세토니트릴, 염화메틸렌, 클로로포름, 테트라클로로에탄, 테트라히드로푸란(THF) 등의 강한 극성 용매; 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨 등의 무기염; 트리에틸아민 등의 아민류; 암모니아 등의 알칼리를 용해한 수용액이나 유기 용매 등의 알칼리 용액; 염화수소, 황산, 질산 등의 무기산; 아세트산, 프탈산 등의 카르복실산을 갖는 유기산 등의 산을 용해한 수용액이나 유기 용매 등의 산성 용액; 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
상기 내약품성 고분자 화합물은 강한 극성 용매, 알칼리, 산 등의 약품에 우수한 내성을 갖고 있어도 되고, 예를 들어 페놀계 수지, 크실렌계 수지, 요소계 수지, 멜라민계 수지, 벤조구아나민계 수지, 벤조옥사진계 수지, 알키드계 수지, 트리아진계 수지, 푸란계 수지, 불포화 폴리에스테르, 에폭시계 수지, 규소계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리이미드계 수지 등의 열경화성 수지 또는 광경화성 수지; 폴리비닐알코올, 아세트산셀룰로오스계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 불소계 수지, 프탈산계 수지, 말레산계 수지, 포화 폴리에스테르, 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 키틴, 키토산 등의 열가소성 수지 등을 들 수 있다. 이들 고분자 화합물은 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 고분자 화합물은 공중합물이어도 되고, 그래프트 중합물이어도 된다.
이러한 내약품성 고분자에 의해 피복된 다공막으로 구성되어 있는 다공막 적층체는, 상기 강한 극성 용매, 알칼리, 산 등의 약품과 접촉한 경우에도 다공막이 용해하거나 팽윤하여 변형되거나 하는 등의 변질이 전혀 발생하지 않거나 사용 목적이나 용도에 영향이 없을 정도로 변질을 억제할 수 있다. 예를 들어 다공막과 약품이 접촉하는 시간이 짧은 용도에서는 그 시간 내에서 변질되지 않을 정도의 내약품성이 부여되어 있으면 된다.
또한, 상기 내약품성 고분자 화합물은 동시에 내열성을 갖는 경우가 많기 때문에, 상기 다공막이 상기 내약품성 고분자 화합물로 피복되기 전과 비교하여 내열성이 저하될 우려는 적다.
상기 다공막을 구성하는 미소 구멍에는 기능성 재료가 충전되어 있어도 된다. 상기 기능성 재료로서는 예를 들어 페라이트 미립자, 금속 미립자(금속 산화물 미립자 등의 금속 함유 미립자를 포함함), 카본 블랙, 카본 나노 튜브, 풀러렌, 산화티타늄, 티타늄산바륨 등을 들 수 있다.
상기 기능성 재료의 충전 조건은 특별히 한정되지 않지만, 서브마이크로미터 내지 마이크로미터 단위의 분해능으로 충전함으로써, 다공막이 원래 갖는 공공 특성의 손실을 억제하고, 또한 기능성 재료의 충전량을 조정하기 쉬운 등의 취급성, 조작성을 향상시킬 수 있어 바람직하다. 기능성 재료를 충전하는 경우, 다공막의 미소 구멍이 너무 작으면 기능성 재료가 충전되기 어렵고, 너무 크면 기능성 재료의 충전을 서브마이크로미터 내지 마이크로미터 단위로 제어하는 것이 어려워지기 때문에, 미소 구멍의 평균 공경은 상기 수치 범위 내인 것이 바람직하고, 필름 표면의 최대 공경은 15㎛ 이하가 바람직하다.
[부직포 기재와 다공막의 조합]
상기 부직포 기재와 상기 다공막의 밀착성의 관점에서, 상기 부직포 기재와 상기 다공막을 구성하는 성분으로서 양호한 밀착성(친화성)을 발휘할 수 있는 소재를 조합하여 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 상기 다공막이 폴리이미드계 수지, 폴리아미드이미드계 수지, 폴리에테르이미드계 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계 다공막 및 폴리에테르술폰계 수지로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하고, 상기 부직포 기재가 폴리올레핀 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아미드 부직포 등이 바람직하게 이용되는데, 이들의 2층 부직포, 다층 부직포로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다공막이 폴리이미드계 수지, 폴리아미드이미드계 수지, 폴리에테르이미드계 수지 및 폴리에테르술폰계 수지로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하고, 상기 부직포 기재가 폴리올레핀 부직포, 폴리에스테르 부직포 등이 바람직하게 이용되는데, 이들의 2층 부직포, 다층 부직포로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 다공막이 폴리이미드계 수지, 폴리아미드이미드계 수지, 폴리에테르이미드계 수지 및 폴리에테르술폰계 수지로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하고, 상기 부직포 기재가 폴리올레핀 부직포, 폴리에스테르 부직포 등이 바람직하게 이용되는데, 이들의 2층 부직포로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 다공막이 상기 수지를 포함하는 경우, 그 함유율은 상기 다공막 전체에 대하여 예를 들어 80 내지 100중량%이고, 90 내지 100중량%인 것이 바람직하고, 95 내지 100중량%인 것이 보다 바람직하다.
상기 부직포 기재가 상기 수지 또는 섬유를 포함하는 경우, 그 함유율은 상기 부직포 기재 전체에 대하여 예를 들어 60 내지 100중량%이고, 80 내지 100중량%인 것이 바람직하고, 90 내지 100중량%인 것이 보다 바람직하다.
[다공막 적층체]
본 발명의 다공막 적층체는 상기 부직포 기재와 상기 다공막이 우수한 밀착성으로 일체화된 구조를 갖기 때문에, 높은 기계적 강도를 구비하고 있다. 그 때문에, 다공막 적층체의 총 두께가 예를 들어 100㎛ 미만 정도의 얇은 경우에도 충분한 강도를 발휘할 수 있는 점에서 유리하다.
본 발명의 다공막 적층체의 바람직한 형태는 상기 부직포 기재의 편면 또는 양면이 다공막에 의해 피복되어 있고, 연통성을 갖는 다수의 미소 구멍을 갖고, 해당 미소 구멍의 평균 공경이 0.01 내지 10㎛인 다공막을 갖는 다공막 적층체이고, 그 다공막의 두께가 1 내지 100㎛이고, 공공률이 30 내지 80%이고, 부직포 기재의 두께가 10 내지 500㎛이다. 이러한 다공막 적층체는 다공막 및 기재를 구성하는 재료나 두께, 제조 조건 등을 적절히 설정함으로써 제조할 수 있다.
상기 다공막 적층체의 투기도의 값은 0.5 내지 30초이지만, 바람직하게는 0.5 내지 20초이고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 10초이고, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5초이다. 투기도가 상기 범위이기 때문에 높은 투기성을 유지할 수 있고, 다공막 적층체는 기체나 액체의 필터, 전지용이나 캐패시터의 세퍼레이터 등으로서 유용하다. 또한, 다공막 적층체의 투기도의 값은 걸리식 덴소미터 B형을 이용하고, JIS P8117에 준하여 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.
상기 다공막 적층체의 인장 강도는 4.0N/15mm 이상인데, 바람직하게는 5.0N/15mm 이상이고, 보다 바람직하게는 6.0N/15mm 이상이고, 더욱 바람직하게는 8.0N/15mm 이상이다. 인장 강도가 일정 이상이기 때문에, 다공막 적층체의 강도나 유연성을 유지할 수 있고, 취급성이 좋다. 또한, 다공막 적층체의 인장 강도는 만능 인장 시험기를 이용하여 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.
하기 고온 방치 시험에 있어서의 형상 변화율은 예를 들어 5% 이내, 바람직하게는 4% 이내, 보다 바람직하게는 3% 이내이다. 형상 변화율이 상기 범위 내이면 고온하에서도 형상이 유지되고, 전극의 단락이 일어나기 어렵고, 결과적으로 안전성이 향상되고, 다공막 적층체는 전지용이나 캐패시터의 세퍼레이터 등으로서 유용하다.
(고온 방치 시험)
다공막과 일체화된 적층체를 약 5cm×10cm의 대략 직사각형으로 정형하고, 상기 대략 직사각형의 직교하는 2변의 길이 a1, b1을 측정하고, 140℃로 조온한 항온조 내에 상기 적층체를 투입하여 30분간 방치하고 나서 상기 적층체를 취출하고, 실온이 될 때까지 방냉한 후에 상기 대략 직사각형의 직교하는 2변의 길이 a2, b2를 측정하고, 하기 식을 이용하여 형상 변화율을 계산하였다.
a1, a2에 의한 형상 변화율(%)={|a2-a1|/a1}×100
b1, b2에 의한 형상 변화율(%)도 마찬가지로 하여 구하고, 이들 값의 평균값을 본 고온 방치 시험에 있어서의 형상 변화율로 하였다.
본 발명의 다공막 적층체는 기재의 적어도 편면에 다공막이 적층되어 있으면 되고, 기재의 양면에 다공막을 가져도 된다. 또한, 상기 다공막에는 기능성 재료가 충전되어 있어도 되고, 복수의 다공막을 갖는 경우에는 동일하거나 또는 상이한 종류의 기능성 재료가 충전되어 있어도 된다.
본 발명의 다공막 적층체는 상기 다공막이 갖는 공공 특성을 그대로 이용하거나 또는 상기 다공막의 공공을 기능성 재료로 기능화하거나 함으로써, 필터, 분리막, 세퍼레이터로서 또는 그 일부로서 이용 가능하다.
또한, 본 발명의 다공막 적층체에는 원하는 특성을 부여하기 위해서 필요에 따라 열처리나 피막 형성 처리가 실시되어 있어도 된다.
본 발명의 다공막 적층체는 상기 구성을 갖기 때문에 광범위한 분야에 있어서 다양한 용도에 적용할 수 있다. 특히 필터, 분리막, 세퍼레이터로서 또는 그 일부로서의 이용이 적합하고, 예를 들어 액체 분리막, 고체 분리막, 가스 분리막 또는 그 일부로서 이용 가능하다. 그 외에도 회로용 기판, 방열재(히트 싱크, 방열판 등), 전지용 세퍼레이터, 전자파 실드나 전자파 흡수체 등의 전자파 제어재, 전해 콘덴서, 저유전율 재료, 쿠션재, 잉크 수상 시트, 시험지, 절연재, 단열재, 세포 배양 기재, 방사선 차폐 매트용 재료, 흡유재 등의 광범위한 기판 재료로서 이용 가능하다.
구체적으로는 백 필터, 집진 필터, 공조 필터, 자동차의 필터(에어 클리너, 오일 클리너, 실내 청정 필터, 외기 도입 필터 등) 등에 적합하다.
그 외에도 회로용 기판, 방열재(히트 싱크, 방열판 등), 전지용 세퍼레이터, 전자파 실드나 전자파 흡수체 등의 전자파 제어재, 전해 콘덴서, 저유전율 재료, 쿠션재, 잉크 수상 시트, 시험지, 절연재, 단열재, 세포 배양 기재, 방사선 차폐 매트용 재료, 흡유재 등의 광범위한 기판 재료로서 이용 가능하다.
부직포 자체도 필터, 분리막, 세퍼레이터에 사용 가능하다고 생각되지만, 공경은 최소이어도 수십㎛ 이상 되어 미세한 것을 포집할 수 없었다.
본 발명의 다공막 적층체는 필터, 분리막, 세퍼레이터로서 적절하게 이용할 수 있다. 부직포 기재에 다공막이 형성되어 있기 때문에 기재는 충분한 강도를 확보할 수 있다. 다공성 필름은 공공률이 높기 때문에 다공성 필름 단체로는 강도가 충분하지 않았던 용도에도 전개할 수 있을 가능성이 있다. 본 발명의 다공막 적층체를 이용한 필터로서는 예를 들어 물 등의 수용액이나 용제의 여과나 공기 등의 기체의 여과용 필터; 서브마이크로미터 이상의 이물을 제거할 수 있는 폐수 처리용 필터; 적혈구의 분리 등의 혈액 등의 여과용 필터; 분진, 꽃가루, 곰팡이, 진드기의 사해 등을 공기로부터 분리하는 에어컨용 필터 등을 들 수 있다. 본 발명의 다공막 적층체는 또한 에어컨에 이용되는 산소 부화막용 기재로서 이용하는 것도 가능하다.
그 외에도 예를 들어 잉크젯 프린터용 필터로서의 사용 등을 들 수 있다. 잉크젯 프린터에서는 잉크젯 헤드의 미세한 구멍으로부터 잉크를 막힘 없이 안정되게 토출시키기 위해서 목적에 따라 다양한 필터가 사용되고 있다. 메이커에 따라 다양한 명칭이 사용되고 있지만, 캡슐 필터, 잉크 충전 필터, 벌크 필터, 헤드 보호용 라스트 찬스 필터, 잉크 댐퍼(필터 댐퍼)용 필터, 기포 억제 필터, 인라인 필터 등을 그 예로서 들 수 있다.
그 외에도 예를 들어 의료 관계에서 사용되는 필터로서의 사용 등을 들 수 있다. 의료 관계에서는 혈액의 동결 보존이나 생식 세포(정자나 난자), 배양한 세포, 생물학적 샘플이나 소재의 동결 보존을 위해서 액체 질소 등이 사용된다. 이러한 용도로 사용되는 액체 질소 등은 바이러스 등의 이물을 제거할 필요가 있다. 바이러스는 약 0.1 내지 0.2㎛ 정도이므로 액체 질소를 본 발명의 다공막 적층체로 여과함으로써 바이러스의 제거가 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 다공막 적층체는 시험지로서 이용할 수도 있다. 시험지는 실험용, 의료용 등으로 널리 이용되고 있고, 예를 들어 pH 시험지(예를 들어 리트머스 시험지), 수질 검사 시험지(예를 들어 이온 시험지), 오일 시험지, 수분 시험지, 오존 시험지, 요시험지, 혈액 시험지 등을 들 수 있다. 상기 이온 시험지는 금속 이온이나 음이온을 정성적 또는 정량적으로 조사할 수 있다. 요시험지는 요당, 요단백, 잠혈 등을 정량적으로 조사할 수 있다. 혈액 시험지는 혈당값 등을 정량적으로 조사할 수 있다. 이 시험지는 측정 방법이 간이하기 때문에 사용 기회가 해마다 증가하고 있다.
본 발명의 다공막 적층체는 다공막이 기재에 밀착하고 있기 때문에, 취급하는 데 있어서 충분한 강도를 확보할 수 있다. 또한, 다공막은 판정에 사용되는 지시약을 흡착할 수 있기 때문에 바람직한 매체이다. 또한, 물 등의 용제, 오줌, 혈액 등의 샘플을 유지할 수 있기 때문에 이들 용도에서의 사용에 적합하다.
본 발명의 다공막 적층체는 또한 전지용 세퍼레이터로서 바람직하게 이용할 수 있다. 전지용 세퍼레이터는 정부극을 분리함과 함께 전해액의 유지성이 우수하여 이온 도전성이 양호할 필요가 있다. 또한, 내열성, 유연성, 강도 등의 다양한 특성을 구비하고 있을 것이 요구된다. 본 발명의 다공막 적층체에 의하면, 이들 특성을 밸런스 좋게 발휘할 수 있기 때문에 각종 전지용 세퍼레이터로서 매우 유용하다.
전지용 세퍼레이터는 과거의 발화 사고나 자동차용 용도나 산업용 용도에서의 안전성 향상을 위해서 고내열성이 요구되고 있고, 본 발명의 다공막 적층체는 이 점으로부터도 유용하다.
본 발명의 다공막 적층체에서는 물에 내성이 있는 부직포를 기재로서 사용할 수 있기 때문에 부직포 기재의 팽윤을 방지할 수 있다.
[다공막 적층체의 제조 방법]
본 발명의 다공막 적층체는 상기 다공막을 고분자 용액을 필름 기재 상에 필름 형상으로 유연하고, 응고액에 접촉시켜 다공화 처리를 실시하는 등의 방법에 의해 제조한 후, 상기 부직포 기재의 적어도 편면에 다공막을 열 융착 등의 방법에 의해 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이하, 상세하게 설명한다.
(다공막 단체의 제조 방법)
상기 다공막은 예를 들어 고분자 용액을 필름 기재 상에 필름 형상으로 유연하고, 응고액에 접촉시켜 다공화 처리를 실시한 후, 필름 기재로부터 박리시키고, 그 후 건조시켜 다공막을 얻는 방법 등에 의해 제조할 수 있다. 응고액에 접촉시켜 다공질화하는 방법으로서는 예를 들어 습식 상 전환법에 의해 필름을 얻는 방법(예를 들어 일본 특허 공개 제2001-145826호 공보 참조), 건식 상 전환법(예를 들어 국제 공개 공보 WO98/25997호 팸플릿 등 참조), 및 용매 치환 속도 조정재를 이용하는 방법(예를 들어 일본 특허 공개 제2000-319442호 공보, 일본 특허 공개 제2001-67643호 공보 참조) 등의 공지된 방법을 이용 가능하다.
상기 다공막은 폴리올레핀계 다공막으로 대표되는 수지 다공막의 제조 방법으로도 제조할 수도 있다. 수지 다공막의 제조 방법에는 크게 구별하면 추출 공정으로 다공질화하는 습식법과 연신 공정으로 다공질화하는 건식법의 2가지 방법을 들 수 있다. 전자의 방법으로서는 예를 들어 일본 특허 공개 소58-59072호 공보에 기재된 방법을 들 수 있다. 일본 특허 공개 소58-59072호 공보에서는 가소제 등을 수지와 함께 이겨 넣어 용융 압출한 후, 추출조에서 가소제 등을 추출하여 다공질화하는 제조 방법이 개시되어 있다.
한편, 후자의 방법으로서는 예를 들어 일본 특허 공개 소62-121737호 공보에 기재된 방법을 들 수 있다. 일본 특허 공개 소62-121737호 공보에서는 용융 압출한 원재료에 라멜라정을 형성시키고, 세로 1축 연신에 의해 라멜라정의 사이를 개열시켜 다공질화하는 제조 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 의하면, 습식법과는 달리 추출 공정이 불필요하게 되고, 공정을 간소화할 수 있다. 또한, 건식법을 이용한 2축 연신 다공막의 제조 방법으로서 국제 공개 제2007/098339호에 기재된 방법을 들 수 있다. 국제 공개 제2007/098339호에는 공지된 세로 1축 연신에서 얻은 다공막을 열간으로 세로 방향으로 완화하면서 가로 연신하는 기술이 개시되어 있다.
폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계 다공막도 폴리올레핀계 다공막과 마찬가지의 방법으로 제조할 수 있다.
유연에 제공하는 고분자 용액으로서는 예를 들어 다공막을 구성하는 소재가 되는 고분자 성분, 수용성 중합체, 수용성 극성 용매, 필요에 따라 물을 포함하는 혼합 용액 등을 이용할 수 있다.
상기 다공막을 구성하는 소재가 되는 고분자 성분으로서는 수용성 극성 용매에 용해성을 갖고 상 전환법에 의해 필름을 형성할 수 있는 것이 바람직하고, 상기에 예시한 것을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 이용할 수 있다. 또한, 상기 다공막을 구성하는 고분자 성분 대신에 해당 고분자 성분의 단량체 성분(원료)이나 그의 올리고머, 이미드화나 환화 등의 이전의 전구체 등을 이용하여도 된다.
유연에 제공하는 고분자 용액에 대한 수용성 중합체나 물의 첨가는 막 구조를 스펀지 형상으로 다공화하기 위해서 효과적이다. 상기 수용성 중합체로서는 예를 들어 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 다당류 등이나 그의 유도체 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 폴리비닐피롤리돈은 필름 내부에 있어서의 보이드의 형성을 억제하고, 필름의 기계적 강도를 향상할 수 있는 점에서 바람직하다. 이 수용성 중합체는 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 다공화의 관점에서 상기 수용성 중합체의 분자량은 200 이상이 좋고, 바람직하게는 300 이상, 특히 바람직하게는 400 이상(예를 들어 400 내지 20만 정도)이고, 특히 분자량 1000 이상이어도 된다. 물의 첨가에 의해 보이드 직경을 조정할 수 있고, 예를 들어 중합체 용액에 대한 물의 첨가량을 증가시키면 보이드 직경을 크게 하는 것이 가능하게 된다.
상기 수용성 중합체는 막 구조를 스펀지 형상으로 하기에 매우 유효하고, 상기 수용성 중합체의 종류와 양을 변경함으로써 다양한 구조를 얻는 것이 가능하다. 그 때문에, 상기 수용성 중합체는 원하는 공공 특성을 부여하는 목적에서 다공막을 형성할 때의 첨가제로서 매우 적절하게 이용된다. 한편, 상기 수용성 중합체는 최종적으로는 다공막을 구성하지 않는, 제거해야 할 불필요한 성분이다. 습식 상 전환법을 이용하는 방법에 있어서는, 상기 수용성 중합체는 물 등의 응고액에 침지하여 상 전환하는 공정에 있어서 용이하게 세정 제거된다. 이에 대하여 건식 상 전환법에 있어서는 다공막을 구성하지 않는 성분(불필요한 성분)은 가열에 의해 제거되고, 수용성 중합체를 가열에 의해 제거하는 것은 습식 상 전환법을 이용한 경우일수록 용이하지 않다. 이와 같이 건식 상 전환법을 이용한 경우보다도 습식 상 전환법을 이용하는 제조 방법은 원하는 공공 특성을 갖는 다공막을 용이하게 제조할 수 있는 점에서 유리하다.
상기 수용성 극성 용매로서는 예를 들어 디메틸술폭시드, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 2-피롤리돈 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있고, 상기 고분자 성분으로서 사용하는 수지의 화학 골격에 따라 용해성을 갖는 것(고분자 성분의 양용매)을 사용할 수 있다.
유연에 제공하는 중합체 용액으로서는 다공성 필름을 구성하는 소재가 되는 고분자 성분 8 내지 25중량%, 수용성 중합체 5 내지 50중량%, 물 0 내지 10중량%, 수용성 극성 용매 30 내지 82중량%를 포함하는 혼합 용액 등이 바람직하다. 이때, 고분자 성분의 농도가 너무 낮으면 다공막의 두께가 불충분해지거나 원하는 공공 특성이 얻어지기 어려워지거나 한다. 또한, 고분자 성분의 농도가 너무 높으면 공공률이 작아지는 경향이 있다. 수용성 중합체는 필름 내부를 균질한 스펀지 형상의 다공 구조로 하기 위해서 첨가하는데, 이때 농도가 너무 낮으면 필름 내부에 10㎛를 초과하는 거대 보이드가 발생하여 균질성이 저하된다. 또한, 수용성 중합체의 농도가 너무 높으면 용해성이 나빠지는 것 외에, 50중량%를 초과하는 경우에는 필름 강도가 약해지는 등의 문제가 발생하기 쉽다. 물의 첨가량은 보이드 직경의 조정에 이용할 수 있고, 첨가량을 증가시킴으로써 직경을 크게 하는 것이 가능하게 된다.
고분자 용액을 필름 형상으로 유연할 때에 해당 필름을 상대 습도 70 내지 100%, 온도 15 내지 90℃를 포함하는 분위기하에 0.2 내지 15분간 유지한 후, 고분자 성분의 비용제를 포함하는 응고액에 유도하는 것이 바람직하다. 유연 후의 필름 형상물을 상기 조건에 둠으로써, 다공막을 균질하고 연통성이 높은 상태로 할 수 있다. 그 이유로서는 가습하에 둠으로써 수분이 필름 표면으로부터 내부에 침입하고, 고분자 용액의 상 분리를 효율적으로 촉진하기 때문이라고 생각된다. 특히 바람직한 조건은 상대 습도 90 내지 100%, 온도 30 내지 80℃이고, 상대 습도 약 100%(예를 들어 95 내지 100%), 온도 40 내지 70℃이다. 공기 중의 수분량이 이보다 적은 경우에는 표면의 개공률이 충분하지 않게 되는 문제가 발생하는 경우가 있다.
상기 다공막의 제조 방법에 의하면, 예를 들어 연통성을 갖는 다수의 미소 구멍을 갖고, 해당 미소 구멍의 평균 공경이 0.01 내지 10㎛인 다공막을 용이하게 성형할 수 있다. 본 발명에 있어서의 다공막을 구성하는 다공막의 미소 구멍의 직경, 공공률, 개공률은 상기한 바와 같이 고분자 용액의 구성 성분의 종류나 양, 물의 사용량, 유연시의 습도, 온도 및 시간 등을 적절히 선택함으로써 원하는 값으로 조정할 수 있다.
상 전환법에 이용하는 응고액으로서는 고분자 성분을 응고시키는 용제이면 되고, 고분자 성분으로서 사용하는 고분자의 종류에 따라 적절히 선택되는데, 예를 들어 폴리아미드이미드계 수지 또는 폴리아믹산을 응고시키는 용제이면 되며, 예를 들어 물; 메탄올, 에탄올 등의 1가 알코올, 글리세린 등의 다가 알코올 등의 알코올; 폴리에틸렌글리콜 등의 수용성 고분자; 이들의 혼합물 등의 수용성 응고액 등을 사용할 수 있다.
상기 다공막의 제조 방법에 있어서는 응고액에 유도하여 필름 기재 표면에 다공막을 성형한 후, 박리하고, 그대로 건조시킴으로써 다공막이 제조된다. 건조는 응고액 등의 용제 성분을 제거할 수 있는 방법이면 특별히 한정되지 않고, 가열하이어도 되고, 실온에 의한 자연 건조이어도 된다. 가열 처리의 방법은 특별히 제한되지 않고, 열풍 처리, 열 롤 처리, 또는 항온조나 오븐 등에 투입하는 방법이어도 되고, 다공막을 소정의 온도로 컨트롤할 수 있는 것이면 된다. 가열 온도는 예를 들어 실온 내지 600℃ 정도의 광범위에서 선택할 수 있다. 가열 처리시의 분위기는 공기, 질소, 불활성 가스의 어느 것이어도 된다. 공기를 사용하는 경우가 가장 저렴하지만, 산화 반응을 수반할 가능성이 있다. 이를 피하는 경우에는 질소나 불활성 가스를 사용하는 것이 좋고, 비용면에서는 질소가 적합하다. 가열 조건은 생산성, 다공막의 물성 등을 고려하여 적절히 설정된다. 건조시킴으로써 다공막을 얻을 수 있다.
이렇게 하여 얻어진 다공막에는 열, 가시광선, 자외선, 전자선, 방사선 등을 이용하여 가교 처리를 더 실시하여도 된다. 상기 처리에 의해 다공막을 구성하는 전구체의 중합, 가교, 경화 등이 진행하여 고분자 화합물을 형성하고, 다공막이 고분자 화합물로 구성되어 있는 경우에는 가교나 경화 등이 진행하고, 강성이나 내약품성 등의 특성이 한층 향상된 다공막을 얻을 수 있다. 예를 들어 폴리이미드계 전구체를 이용하여 성형한 다공막에는 열 이미드화 또는 화학 이미드화 등을 더 실시함으로써 폴리이미드 다공막을 얻을 수 있다. 폴리아미드이미드계 수지를 이용하여 성형된 다공막에는 열 가교를 실시할 수 있다. 또한, 열 가교는 응고액에 유도한 후, 건조에 제공하기 위한 가열 처리와 동시에 실시하는 것도 가능하다.
(부직포 기재와 다공막의 적층)
상기 부직포 기재와 다공막의 적층법은 열 융착 등에 의해 합리적으로 제조할 수 있다. 이때, (다공막을 구성하는 수지의 유리 전이 온도)＞(부직포를 구성하는 수지의 융점)인 것이 바람직하다.
구체적인 제조 방법을 설명한다. 부직포 기재의 적어도 편면 상에 다공막을 탑재하고, 다공막측으로부터 또는 양측으로부터 열원으로 가열하고, 다공막과 접하고 있는 부직포 기재 표면을 약간 용융시킴으로써 부직포 기재와 다공막이 밀착한 적층체를 얻을 수 있다. 이때, 다공막, 부직포 기재 또는 양쪽을 마찰 등으로부터 보호하기 위해서 보호 필름을 편측 또는 양측에 탑재하는 것도 바람직하다. 열원은 다리미, 라미네이터, 가열 롤 등을 이용할 수 있고, 라미네이트 장치, 히트 시일 장치, 캘린더 장치, 롤 프레스 장치 등을 사용하여도 된다.
(다공막을 구성하는 수지의 유리 전이 온도)＞(부직포를 구성하는 수지의 융점)인 것이 바람직한 것은, 미세 구멍을 갖는 다공막은 열에 의한 영향을 거의 또는 전혀 받지 않고, 부직포 기재만을 약간 용융시키기 때문이다. 가열은 부직포가 용융하고, 다공막과 밀착할 수 있으면 되고, 필요 이상의 가열은 부직포의 구멍 폐색을 초래할 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다. 가열 온도는 (다공막을 구성하는 수지의 유리 전이 온도)와 (부직포를 구성하는 수지의 융점)의 사이로 하는 것이 바람직하고, (다공막을 구성하는 수지의 유리 전이 온도)＞(가열 온도)≥(부직포를 구성하는 수지의 융점)이 바람직하다. 이때의 가열 온도는 다공막과 부직포 기재가 접하고 있는 시점의 온도이다. 예를 들어 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀은 융점이 130 내지 165℃ 정도이므로 가열 온도는 140 내지 170℃ 정도이면 된다.
일반적인 부직포는 걸리식 투기도계로 측정한 투기도는 측정 한계인 0.1초 이하이기 때문에, 열 융착으로 폴리올레핀계 부직포의 일부가 열 변형하여도 투기도에는 거의 영향을 미치지 않는다. 단, (부직포를 구성하는 수지의 융점) 이상에서 장시간 유지하는 것은 바람직하지 않다. 열 융착을 컨트롤하는 기술적인 포인트는 가열 온도, 열원의 이동 속도, 압력 등이며, 이들을 적절하게 컨트롤하는 것이 중요하다.
고분자 용액을 기재 상에 필름 형상으로 유연한 후, 응고액에 유도하고, 기재로부터 박리시킨 막 단체를 이어서 건조시킴으로써 얻어진 다공막과 부직포 기재를 열 융착 등에 의해 적층하는 것이고, 다공막을 구성하는 수지의 유리 전이 온도＞부직포를 구성하는 수지의 융점인 것이 바람직하다.
이러한 방법으로 우수한 공공 특성을 갖는 다공막과 기재가 직접 적층된 다공막 적층체를 용이하게 얻을 수 있다.
상기 다공막 적층체의 제조 방법에 의하면, 상기 기재의 편면 또는 양면이 상기 다공막에 의해 피복되어 있고, 상기 다공막은 연통성을 갖는 다수의 미소 구멍을 갖고, 해당 미소 구멍의 평균 공경이 0.01 내지 10㎛인 다공막을 갖는 적층체를 용이하게 얻을 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 테이프 박리 시험, 평균 공경의 측정, 다공막의 내부의 평균 개공률(공공률)의 측정, 투기도 시험, 고온 방치 시험, 산술 평균 표면 조도 Sa(표면 조도)의 측정, 인장 강도의 측정은 이하의 방법으로 행하였다.
(테이프 박리 시험)
(ⅰ) 다공막 적층체의 다공막 표면에 하기의 테이프를 붙이고, 하기의 롤러로 접착 부분을 덧그려 테이프를 압착한다.
(ⅱ) 하기의 만능 인장 시험기를 이용하여 50mm/분의 조건으로 T형 박리를 행한다.
(ⅲ) 다공막과 내열 부직포 기재의 계면 박리의 유무를 관찰한다.
·테이프: 데라오카세이사쿠쇼 제조,
(상품명 「필름 마스킹 테이프 No.603(#25)」, 24mm 폭)
·롤러: 직경 30mm, 200gf 하중
·만능 인장 시험기: (주)오리엔테크사 제조,
(상품명 「TENSILON RTA-500」)
또한, 실시예 1에 있어서의 필름의 평균 공경 및 공공률은 이하의 방법으로 산출하였다. 이들 평균 공경 및 공공률은 전자 현미경 사진의 가장 앞에 보이는 미소 구멍만을 대상으로 하여 구해져 있고, 사진 안쪽에 보이는 미소 구멍은 대상 외로 하였다.
(평균 공경의 측정)
전자 현미경 사진으로부터 적층체의 표면 또는 단면이 임의의 30점 이상인 구멍에 대하여 그의 면적을 측정하고, 그의 평균값을 평균 구멍 면적 Save로 하였다. 구멍이 진원이라고 가정하고, 하기 식을 이용하여 평균 구멍 면적으로부터 공경에 환산한 값을 평균 공경으로 하였다. 여기서 π는 원주율을 나타낸다.
표면 또는 내부의 평균 공경[㎛]=2·(Save/π)1/2
(다공막의 내부의 평균 개공률(공공률)의 측정)
비교예 1에서는 다공막은 부직포 내부까지 인입하고, 기재와 일체화되어 있기 때문에, 그대로로는 다공막 내부의 공공률의 측정은 어렵다. 따라서, 기재로서 PET 부직포 대신에 PET 필름(테이진듀퐁사 제조, 상품명 「HS74AS」: 두께 100㎛)을 이용하고, 원액을 PET 필름의 접착 용이면 상에 캐스트 후, 수중에 침적하여 응고시키고, 계속하여 PET 필름으로부터 박리하여 건조시켜 얻은 다공성 필름을 이용하여 측정하고, 내부의 공공률을 하기 식으로부터 산출하였다. 기재가 없는 것은 그대로 하기 식으로부터 산출하였다.
V는 필름의 체적[cm3], W는 다공막의 중량[g], ρ는 다공막 소재의 밀도[g/cm3]를 나타낸다. 폴리아미드이미드의 밀도는 1.45[g/cm3], 폴리에테르이미드의 밀도는 1.27[g/cm3]로 하였다.
공공률[%]=100-100·W/(ρ·V)
(투기도 시험)
투기도는 테스터산교가부시키가이샤 제조의 걸리식 덴소미터 B형을 이용하고, JIS P8117에 준하여 측정하였다. 초수는 디지털 오토 카운터로 측정하였다. 투기도(걸리값)의 값이 작을수록 공기의 투과성이 높은 것, 즉 다공막에 있어서의 미소 구멍의 연통성이 높은 것을 의미한다. 또한, 기재의 투기도, 다공막 적층체의 투기도 모두 특별히 언급이 없는 한 본 시험법으로 평가하였다.
(고온 방치 시험)
다공막과 일체화된 적층체를 약 5cm×10cm의 대략 직사각형으로 정형하고, 직교하는 2변 a, b의 거리를 측정함으로써 샘플의 형상 변화를 평가하였다. 먼저, 초기의 거리 a1, b1을 측정하였다. 이어서, 140℃로 조온한 항온조 내에 샘플을 투입하여 30분간 방치하였다. 다음으로 샘플을 취출하고, 실온이 될 때까지 방냉한 후에 거리 a2, b2를 측정하였다. 하기 식을 이용하여 a, b의 각각의 변화율을 계산하였다.
고온 방치 후의 a의 변화율(%)={|a2-a1|/a1}×100
b의 변화율도 마찬가지의 방법으로 산출하였다.
(산술 평균 표면 조도 Sa(표면 조도)의 측정)
광간섭법을 이용한 비접촉식 표면 계측 시스템 VertScan 2.0(가부시키가이샤료카시스템 제조)을 이용하여 표면 형상을 측정함으로써 표면 조도를 산출하였다. 측정 영역은 250㎛×188㎛의 범위로 하였다. 측정 조건은 대물 렌즈=50배, 경통=0.5×바디, 줌 렌즈=릴레이 없음, 파장 필터=530화이트, 측정 모드=파장, 시야 사이즈=640×480이다. 표면 조도로서 산술 평균 표면 조도(Sa)를 이용하였다.
(인장 강도의 측정)
크기 15×150mm의 시험편을 샘플 제작시의 MD 방향(흐름 방향)에 두고, 만능 인장 시험기를 이용하고, 척간 거리를 100mm로 하여 매분 약 200mm의 속도로 시험편을 인장하고, 그 인장 강도를 측정하였다. 단위는 N/15mm로 나타냈다.
[제조예 1]
폴리아미드이미드계 수지 용액(도요보세키사 제조의 상품명 「바이로막스 HR11NN」; 고형분 농도 15중량%, 용제 NMP, 용액 점도 20dPa·s/25℃) 100중량부에 수용성 중합체로서 폴리비닐피롤리돈(분자량 5.5만) 35중량부를 첨가하여 제막용 원액으로 하였다. 유리판 상에 기재로서 테이진듀퐁사 제조의 PET 필름(두께 100㎛: 상품명 「HS74AS」)의 접착 용이면을 위로 해 두고, 해당 PET 필름 상에 25℃로 유지한 원액을 필름 어플리케이터를 사용하여 캐스트하였다. 캐스트시의 필름 어플리케이터와 PET 필름의 갭은 51㎛로 행하였다. 캐스트 후 빠르게 습도 약 100%, 온도 50℃의 용기 중에 4분간 유지하였다. 그 후, 수중에 침지하여 응고·세정하고 있으면, 저절로 PET 필름으로부터 다공막이 박리되었다.
실온하에서 자연 건조시킴으로써 다공막을 얻었다. 다공막의 두께는 약 23㎛였다. 이 다공막을 전자 현미경으로 관찰한 결과, 다공막의 표면에 존재하는 구멍의 평균 공경은 약 0.5㎛이고, 다공막 내부는 거의 균질하여 전역에 걸쳐 평균 공경이 약 0.5㎛인 연통성을 갖는 미소 구멍이 존재하고 있었다. 또한, 다공막 내부의 공공률은 70%였다. 다공막의 투기도를 측정한 결과 평균 4초(3회의 측정값 4초, 4초, 4초)였다. 도 1에 제조예 1에서 얻어진 다공막 표면의 전자 현미경 사진(SEM 사진)을 나타낸다.
[제조예 2]
폴리에테르이미드계 수지 용액(닛폰GE플라스틱 제조, 상품명 「울템 1000P」; 고형분 농도 18중량%, 용제 NMP) 100중량부에 수용성 중합체로서 폴리비닐피롤리돈(분자량 5.5만) 30중량부를 첨가하여 제막용 원액으로 하였다.
유리판 상에 기재로서 테이진듀퐁사 제조의 PET 필름(두께 100㎛: 상품명 「HS74AS」)의 접착 용이면을 위로 해 두고, 해당 PET 필름 상에 25℃로 유지한 원액을 필름 어플리케이터를 사용하여 캐스트하였다. 캐스트시의 필름 어플리케이터와 PET 필름의 갭은 51㎛로 행하였다. 캐스트 후 빠르게 습도 약 100%, 온도 50℃의 용기 중에 4분간 유지하였다. 그 후, 수중에 침지하여 응고·세정하고 있으면, 저절로 PET 필름으로부터 다공막이 박리되었다. 실온하에서 자연 건조시킴으로써 다공막을 얻었다. 다공막의 두께는 약 24㎛였다. 이 다공막을 전자 현미경으로 관찰한 결과, 다공막의 표면에 존재하는 구멍의 평균 공경은 약 1㎛이고, 다공막 내부는 거의 균질하여 전역에 걸쳐 평균 공경이 약 1㎛의 연통성을 갖는 미소 구멍이 존재하고 있었다. 또한, 다공막 내부의 공공률은 73%였다. 다공막의 투기도를 측정한 결과 평균 4초(3회의 측정값 3초, 4초, 4초)였다. 도 2에 제조예 2에서 얻어진 다공막 표면의 전자 현미경 사진(SEM 사진)을 나타낸다.
[실시예 1]
제조예 1의 폴리아미드이미드계 다공막을 닛폰바이린 제조 폴리올레핀 부직포(두께 약 250㎛, 단위 면적당 중량 약 80g/m2, 밀도 약 0.36g/cm3, 투기도 0.1초: 상품명 「FT-330N」) 상에 중첩하고, 그것을 둘로 접은 PET 필름(도레이사 제조, 두께 100㎛: 제품명 「루미러 S10」)의 사이에 끼워 책상 위에 두었다. 마츠시타덴키산교사 제조 스팀 다리미(제품 번호: NI-R70)의 온도 설정을 중(약 150℃)으로 하고, 설정 온도에 도달한 상태에서 PET 필름마다 폴리아미드이미드계 다공막측으로부터 가열하였다. 스팀 다리미의 이동 속도는 약 60cm/분으로 하였다.
상기 방법에 의해 폴리아미드이미드계 다공막과 폴리올레핀 부직포가 일체화된 적층체를 얻었다. 적층체의 총 두께는 약 313㎛였다. 폴리아미드이미드계 다공막측은 유리 전이 온도가 약 300℃이기 때문에 변화는 보이지 않았다.
얻어진 적층체에 대하여 테이프 박리 시험을 행한 결과, 부직포와 다공막이 계면 박리를 일으키지 않았다. 이 적층체를 전자 현미경으로 관찰한 결과, 다공막의 표면에 존재하는 구멍의 평균 공경은 약 0.5㎛였다. 적층체의 투기도를 측정한 결과 평균 4초(3회의 측정값 4초, 5초, 4초)이고, 적층 전의 폴리아미드이미드계 다공막의 값과 동일하였다. 적층체로 한 것에 의한 투기성의 악화는 보이지 않고, 편차도 거의 없었다.
또한, 고온 방치 후의 변화율은 a, b 모두 1.0%이고, 적층체의 고온 방치에 의한 형상의 변화는 거의 보이지 않았다. 본 적층체의 고온하에서 형상 안정성이 우수한 것이 확인되었다.
[실시예 2]
제조예 1의 폴리아미드이미드계 다공막을 닛폰바이린 제조 폴리올레핀 부직포(두께 약 250㎛, 단위 면적당 중량 약 80g/m2, 밀도 약 0.36g/cm3, 투기도 0.1초: 상품명 「FT-330N」) 위에 중첩하고, 그것을 둘로 접은 PI 필름(도레이듀퐁사 제조, 두께 25㎛: 제품명 「캡톤 100H」)의 사이에 끼웠다. 아이리스오야마사 제조 라미네이터(제품 번호: LFA341D)의 온도 설정 눈금을 13(약 150℃)으로 하고, 설정 온도에 도달한 상태에서 PI 필름마다 양측으로부터 가열하였다. 라미네이터의 라미네이트 속도는 약 47cm/분이었다.
상기 방법에 의해 폴리아미드이미드계 다공막과 폴리올레핀 부직포가 일체화된 적층체를 얻었다. 적층체의 총 두께는 약 249㎛였다. 양측으로부터 가열하였기 때문에, 폴리올레핀 부직포의 면의 표면이 약간 열 용융하고, 평활성이 증가해 있었다. 폴리아미드이미드계 다공막측은 유리 전이 온도가 약 300℃이기 때문에 변화는 보이지 않았다.
얻어진 적층체에 대하여 테이프 박리 시험을 행한 결과, 부직포와 다공막이 계면 박리를 일으키지 않았다. 이 적층체를 전자 현미경으로 관찰한 결과, 다공막의 표면에 존재하는 구멍의 평균 공경은 약 0.5㎛였다. 적층체의 투기도를 측정한 결과 평균 5초(측정값 5초, 5초, 4초)이고, 적층 전의 폴리아미드이미드계 다공막의 값과 거의 동일하고, 편차도 거의 없었다. 적층체로 한 것에 의한 투기성의 악화는 보이지 않았다.
또한, 고온 방치 후의 변화율은 a, b 각각 1.4%, 1.5%이고, 적층체의 고온 방치에 의한 형상의 변화는 거의 보이지 않았다. 본 적층체의 고온하에서 형상 안정성이 우수한 것이 확인되었다.
[실시예 3]
실시예 2에 있어서 부직포로서 히로세제지 제조의 편면 폴리에스테르, 편면 폴리프로필렌의 2층 부직포(두께 약 105㎛, 단위 면적당 중량 약 50g/m2, 밀도 약 0.43g/cm3, 투기도 0.1초: 상품명 「05EP-50」)를 이용하고, 폴리아미드이미드계 다공막을 2층 부직포의 폴리프로필렌측 상에 중첩한 점 이외에는 실시예 2와 마찬가지의 조작을 행하여 부직포와 다공막이 일체화된 적층체를 얻었다. 적층체의 총 두께는 약 135㎛였다. 양측으로부터 가열하였지만, 폴리에스테르의 융점은 약 260℃이기 때문에, 폴리에스테르 부직포의 면의 표면에 변화는 보이지 않았다. 폴리아미드이미드계 다공막측은 유리 전이 온도가 약 300℃이기 때문에 변화는 보이지 않았다.
얻어진 적층체에 대하여 테이프 박리 시험을 행한 결과, 부직포와 다공막이 계면 박리를 일으키지 않았다. 이 적층체를 전자 현미경으로 관찰한 결과, 다공막의 표면에 존재하는 구멍의 평균 공경은 약 0.5㎛였다. 적층체의 투기도를 측정한 결과 평균 4초(3회의 측정값 4초, 4초, 4초)이고, 적층 전의 폴리아미드이미드계 다공막의 값과 동일하고, 편차도 없었다. 적층체로 한 것에 의한 투기성의 악화는 보이지 않았다.
또한, 고온 방치 후의 변화율은 a, b 각각 0%, 0.5%이고, 적층체의 고온 방치에 의한 형상의 변화는 거의 보이지 않았다. 본 적층체의 고온하에서 형상 안정성이 우수한 것이 확인되었다.
[실시예 4]
실시예 2에 있어서 부직포로서 히로세제지 제조의 편면 폴리에스테르, 편면 폴리프로필렌의 2층 부직포(두께 약 93㎛, 단위 면적당 중량 약 50g/m2, 밀도 약 0.42g/cm3, 투기도 0.1초: 상품명 「15EP-50」)를 이용하고, 폴리아미드이미드계 다공막을 2층 부직포의 폴리프로필렌측 상에 중첩한 점 이외에는 실시예 2와 마찬가지의 조작을 행하여 부직포와 다공막이 일체화된 적층체를 얻었다. 적층체의 총 두께는 약 131㎛였다. 양측으로부터 가열하였지만, 폴리에스테르의 융점은 약 260℃이기 때문에, 폴리에스테르 부직포의 면의 표면에 변화는 보이지 않았다. 폴리아미드이미드계 다공막측은 유리 전이 온도가 약 300℃이기 때문에 변화는 보이지 않았다.
얻어진 적층체에 대하여 테이프 박리 시험을 행한 결과, 부직포와 다공막이 계면 박리를 일으키지 않았다. 이 적층체를 전자 현미경으로 관찰한 결과, 다공막의 표면에 존재하는 구멍의 평균 공경은 약 0.5㎛였다. 적층체의 투기도를 측정한 결과 평균 4초(3회의 측정값 4초, 4초, 4초)이고, 적층 전의 폴리아미드이미드계 다공막의 값과 동일하고, 편차도 없었다. 적층체로 한 것에 의한 투기성의 악화는 보이지 않았다.
또한, 고온 방치 후의 변화율은 a, b 각각 0.4%, 0.5%이고, 적층체의 고온 방치에 의한 형상의 변화는 거의 보이지 않았다. 본 적층체의 고온하에서 형상 안정성이 우수한 것이 확인되었다.
[실시예 5]
실시예 2에 있어서 부직포로서 히로세제지 제조 폴리올레핀 부직포(두께 약 13㎛, 단위 면적당 중량 약 2.6g/m2, 밀도 약 0.20g/cm3, 투기도 0.1초: 상품명 「06HOP-2」)를 이용한 점 이외에는 실시예 2와 마찬가지의 조작을 행하여 폴리아미드이미드계 다공막과 폴리올레핀 부직포가 일체화된 적층체를 얻었다. 적층체의 총 두께는 약 38㎛였다. 양측으로부터 가열하였기 때문에, 폴리올레핀 부직포의 면의 표면이 약간 열 용융하고, 평활성이 증가해 있었다. 폴리아미드이미드계 다공막측은 유리 전이 온도가 약 300℃이기 때문에 변화는 보이지 않았다.
얻어진 적층체에 대하여 테이프 박리 시험을 행한 결과, 부직포와 다공막이 계면 박리를 일으키지 않았다. 이 적층체를 전자 현미경으로 관찰한 결과, 다공막의 표면에 존재하는 구멍의 평균 공경은 약 0.5㎛였다. 적층체의 투기도를 측정한 결과 평균 5초(3회의 측정값 4초, 4초, 5초)이고, 적층 전의 폴리아미드이미드계 다공막의 값과 거의 동일하였다. 적층체로 한 것에 의한 투기성의 악화는 보이지 않았다.
또한, 고온 방치 후의 변화율은 a, b 각각 1.6%, 0.7%이고, 적층체의 고온 방치에 의한 형상의 변화는 컬이 발생하였을 뿐이었다. 본 적층체의 고온하에서 형상 안정성이 우수한 것이 확인되었다.
[실시예 6]
실시예 2에 있어서 부직포로서 히로세제지 제조 폴리올레핀 부직포(두께 약 13㎛, 단위 면적당 중량 약 2.6g/m2, 밀도 약 0.20g/cm3, 투기도 0.1초: 상품명 「06HOP-2」)를 이용한 점과, 제조예 2의 폴리에테르이미드계 다공막을 이용한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지의 조작을 행하여 폴리에테르이미드계 다공막과 폴리올레핀 부직포가 일체화된 적층체를 얻었다. 적층체의 총 두께는 약 39㎛였다. 양측으로부터 가열하였기 때문에, 폴리올레핀 부직포의 면의 표면이 약간 열 용융하고, 평활성이 증가해 있었다. 폴리에테르이미드계 다공막측은 유리 전이 온도가 약 217℃이기 때문에 변화는 보이지 않았다.
얻어진 적층체에 대하여 테이프 박리 시험을 행한 결과, 부직포와 다공막이 계면 박리를 일으키지 않았다. 이 적층체를 전자 현미경으로 관찰한 결과, 다공막의 표면에 존재하는 구멍의 평균 공경은 약 1㎛였다. 적층체의 투기도를 측정한 결과 평균 4초(3회의 측정값 5초, 4초, 3초)이고, 적층 전의 폴리에테르이미드계 다공막의 값과 동일하고, 편차도 얼마 안되었다. 적층체로 한 것에 의한 투기성의 악화는 보이지 않았다.
또한, 고온 방치 후의 변화율은 a, b 각각 0.2%, 0.6%이고, 적층체의 고온 방치에 의한 형상의 변화는 컬이 발생하였을 뿐이었다. 본 적층체의 고온하에서 형상 안정성이 우수한 것이 확인되었다.
[비교예 1]
폴리아미드이미드계 수지 용액(도요보세키사 제조의 상품명 「바이로막스 HR11NN」; 고형분 농도 15중량%, 용제 NMP, 용액 점도 20dPa·s/25℃) 100중량부에 수용성 중합체로서 폴리비닐피롤리돈(분자량 5.5만) 40중량부를 첨가하여 제막용 원액으로 하였다. 유리판 상에 닛폰바이린사 제조의 PET 부직포(두께 130㎛, 단위 면적당 중량 약 90g/m2, 밀도 약 0.69g/cm3, 투기도 0.1초: 상품명 「MF-90」)를 두고, 해당 부직포 상에 25℃로 유지한 원액을 필름 어플리케이터를 사용하여 캐스트하였다. 캐스트시의 필름 어플리케이터와 부직포의 갭은 51㎛로 행하였다. 캐스트 후 빠르게 습도 약 100%, 온도 50℃의 용기 중에 4분간 유지하였다. 그 후, 수중에 침지하여 응고·세정하고, 계속하여 부직포로부터 박리시키지 않고 수중으로부터 취출하고, 종이 웨스에 탑재하고, 실온하에서 자연 건조시킴으로써 부직포와 다공막이 일체화된 적층체를 얻었다. 적층체의 총 두께는 약 147㎛였다.
얻어진 적층체에 대하여 테이프 박리 시험을 행한 결과, 부직포와 다공막이 계면 박리를 일으키지 않았다. 이 적층체를 전자 현미경으로 관찰한 결과, 다공막이 부직포에 밀착하고 있고, 다공막의 표면에 존재하는 구멍의 평균 공경은 약 0.2㎛이고, 다공막 내부는 거의 균질하여 전역에 걸쳐 평균 공경이 약 0.2㎛인 연통성을 갖는 미소 구멍이 존재하고 있었다. 또한, 다공막 내부의 공공률은 70%였다. 적층체의 투기도를 측정한 결과, 평균 136초(3회의 측정값 142초, 170초, 96초)였다. 실시예 1 내지 6의 적층체 샘플과 비교하여 매우 투기성이 나쁘고, 또한 편차도 매우 큰 것을 알았다.
실시예 1 내지 6, 비교예 1의 적층체의 표면 조도 Sa의 값을 표 1에 나타낸다. 본 발명의 열 융착(히트 시일)에 의해 얻어진 적층체 표면은 매우 작은 표면 조도를 가지고 있지만, 비교예의 도포에 의해 얻어진 적층체 표면은 상대적으로 아주 큰 표면 조도를 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 본 발명의 적층체는 표면이 평활하고, 또한 투기성이 높지만, 비교예의 적층체는 부직포 내에 다공막이 깊게 인입하기 때문에, 투기성이 저해되는 것이 확인되었다.
Figure pat00001
표 2에 고온 방치 시험의 결과를 정리하였다. 또한, 비교를 위해서 시판되는 폴리올레핀계 세퍼레이터로서 셀가드사 제조의 세퍼레이터(두께 약 25㎛, 제품 번호 2500)의 고온 방치 시험을 행한 결과, 시험 후에는 세퍼레이터는 특히 한변 방향으로 현저하게 수축하고, 또한 컬이 발생하였다. 폴리올레핀계 세퍼레이터의 고온하에서 형상 안정성이 매우 떨어져 있는 것이 확인되었다. 한편, 본 발명의 적층체는 고온하에서의 형상 안정성이 확인되었다.
Figure pat00002
표 3에 실시예 1 내지 6의 적층체와 제조예 1 내지 2의 다공막의 인장 강도 측정 결과를 나타냈다. 제조예 1 내지 2의 다공막과 비교하여 실시예 1 내지 6의 적층체는 인장 강도가 커져 있고, 취급성이 개선되어 있는 것이 확인되었다.
Figure pat00003
본 발명의 다공막 적층체는 공공 특성이나 표면 평활성이 우수하고, 내열성과 유연성을 갖고, 게다가 취급성 및 성형 가공성이 우수하기 때문에, 특히 고온하에서 사용되는 필터, 분리막, 세퍼레이터로서 또는 그 일부로서 유용하다.

Claims (17)

  1. 부직포 기재의 적어도 편면에 다공막이 적층되어 있는 다공막 적층체로서,
    상기 다공막은 연통성을 갖는 다수의 미소 구멍을 갖고, 해당 미소 구멍의 평균 공경이 0.01 내지 10㎛이고,
    다공막 표면의 하기 측정 방법으로 구해지는 산술 평균 표면 조도 Sa가 0.5㎛ 이하이고,
    다공막 적층체의 투기도의 값이 0.5 내지 30초이고,
    다공막 적층체의 인장 강도가 4.0N/15mm 이상이며,
    하기 테이프 박리 시험에 의해 상기 기재와 상기 다공막이 계면 박리를 일으키지 않는 것을 특징으로 하는 다공막 적층체.
    (테이프 박리 시험)
    다공막 적층체의 다공막 표면에 마스킹 테이프[데라오카세이사쿠쇼사 제조, 상품명 「필름 마스킹 테이프 No.603(#25)」, 폭 24mm]를 붙이고, 직경 30mm, 200gf 하중의 롤러로 압착한 후, 인장 시험기를 이용하여 박리 속도 50mm/분으로 T형 박리를 행한다.
    (산술 평균 표면 조도 Sa의 측정)
    광간섭법을 이용한 비접촉식 표면 계측 시스템 VertScan 2.0(가부시키가이샤료카시스템 제조)을 이용하여 표면 형상을 측정함으로써 표면 조도를 산출하였다. 측정 영역은 250㎛×188㎛의 범위로 하였다. 측정 조건은 대물 렌즈=50배, 경통=0.5×바디(Body), 줌 렌즈=릴레이(Relay) 없음, 파장 필터=530화이트(white), 측정 모드=파장(Wave), 시야 사이즈=640×480이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다공막이 고분자 용액을 기재 상에 필름 형상으로 유연한 후, 응고액에 유도하고, 기재로부터 박리시킨 막 단체를 이어서 건조시킴으로써 얻어진 것인 다공막 적층체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 산술 평균 표면 조도 Sa가 0.4㎛ 이하인 다공막 적층체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 산술 평균 표면 조도 Sa가 0.3㎛ 이하인 다공막 적층체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 산술 평균 표면 조도 Sa가 0.2㎛ 이하인 다공막 적층체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 투기도의 값이 0.5 내지 20초인 다공막 적층체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 투기도의 값이 0.5 내지 10초인 다공막 적층체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 투기도의 값이 0.5 내지 5초인 다공막 적층체.
  9. 제2항에 있어서, 상기 고분자 용액이 고분자 성분 8 내지 25중량%, 수용성 중합체 5 내지 50중량%, 물 0 내지 10중량%, 및 수용성 극성 용매 30 내지 82중량%를 포함하는 혼합 용액인 다공막 적층체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공막이 폴리이미드계 수지, 폴리아미드이미드계 수지, 폴리에테르이미드계 수지 및 폴리에테르술폰계 수지로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 다공막 적층체.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부직포 기재가 폴리올레핀계 부직포, 폴리아미드계 부직포, 또는 이들을 부직포의 일부에 포함하는 다층 부직포인 다공막 적층체.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공막의 내부의 평균 개공률(開孔率, 공공률(空孔率))이 30 내지 80%인 다공막 적층체.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재의 두께가 10 내지 500㎛인 다공막 적층체.
  14. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 고온 방치 시험에 있어서의 형상 변화율이 5% 이내인 다공막 적층체.
    (고온 방치 시험)
    다공막과 일체화된 적층체를 약 5cm×10cm의 대략 직사각형으로 정형하고, 상기 대략 직사각형의 직교하는 2변의 길이 a1, b1을 측정하고, 140℃로 조온한 항온조 내에 상기 적층체를 투입하여 30분간 방치하고 나서 상기 적층체를 취출하고, 실온이 될 때까지 방냉한 후에 상기 대략 직사각형의 직교하는 2변의 길이 a2, b2를 측정하고, 하기 식을 이용하여 형상 변화율을 계산하였다.
    a1, a2에 의한 형상 변화율(%)={|a2-a1|/a1}×100
    b1, b2에 의한 형상 변화율(%)도 마찬가지로 하여 구하고, 이들 값의 평균값을 본 고온 방치 시험에 있어서의 형상 변화율로 하였다.
  15. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 기체, 액체, 고체의 필터, 분리막, 전지나 캐패시터의 세퍼레이터, 또는 그 일부로서 이용되는 다공막 적층체.
  16. 상기 부직포 기재와 다공막의 적층법이 열 융착에 의한 것이고, 다공막을 구성하는 수지의 유리 전이 온도＞부직포를 구성하는 수지의 융점인 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 다공막 적층체를 얻는 다공막 적층체의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 다공막이 고분자 용액을 기재 상에 필름 형상으로 유연한 후, 응고액에 유도하고, 기재로부터 박리시킨 막 단체를 이어서 건조시킴으로써 얻어진 것인 다공막 적층체의 제조 방법.
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