KR20230029365A - Hydrophilically surface-modified polypropylene fabrics and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a surface modification method for a polypropylene (PP) non-woven fabric surface modified to be hydrophilic, and enables a PP non-woven fabric surface modified to be hydrophilic to be obtained by comprising the steps of: supporting a PP non-woven fabric in a solution of a monomer having an epoxy group; grafting the monomer on the PP surface by irradiating the non-woven fabric with an electron beam; and forming a -SO_3Na group on the PP surface by supporting the monomer-grafted non-woven fabric in a sodium sulfite solution.

Description

친수성으로 표면개질된 폴리프로필렌 부직포 및 그 제조방법{Hydrophilically surface-modified polypropylene fabrics and method of manufacturing the same}Hydrophilically surface-modified polypropylene fabrics and method of manufacturing the same}

본 발명은 친수성으로 표면개질된 폴리프로필렌 부직포의 표면개질방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 반도체 공정에서 사용하는 CMP 슬러리 필터의 PP 소재 표면을 친수성으로 개질하는 표면개질방법에 관한 것이다. The present invention relates to a surface modification method of a polypropylene nonwoven fabric surface-modified to be hydrophilic, and more particularly, to a surface modification method of modifying the surface of a PP material of a CMP slurry filter used in a semiconductor process to be hydrophilic.

반도체 소자는 다수의 얇은 막이 적층되어 있는 구조로 정밀도를 높이기 위해서는 막이 형성될 때마다 거친 면을 평탄화하는 공정이 필요하며 이를 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정이라 하고, 이때 사용되는 연마제가 바로 CMP 슬러리이다. Semiconductor devices have a structure in which many thin films are stacked, and in order to increase precision, a process of flattening the rough surface is required every time a film is formed. .

그런데 CMP 슬러리를 이용한 웨이퍼 연마과정에 있어 슬러리 내 포함된 큰 입자에 의해 웨이퍼 표면에 스크래치가 생기는 문제는 불량률의 증가를 초래하므로 시급히 해결해야 할 중요한 이슈이다.However, in the wafer polishing process using CMP slurry, the problem of scratches on the surface of the wafer due to large particles included in the slurry is an important issue that needs to be addressed urgently because it causes an increase in the defect rate.

이 문제를 해결하기 위한 CMP 슬러리 필터의 사용은 반도체 공정에서 필수적이고, 적절한 필터의 사용에 의해 반도체 불량률의 감소가 가능하며, 결과적으로 전체 공정의 수율은 높아지게 되므로 수요 기업의 요구 등급에 맞는 CMP 슬러리 필터의 개발이 절실히 요구되고 있다.The use of a CMP slurry filter to solve this problem is essential in the semiconductor process, and the semiconductor defect rate can be reduced by using an appropriate filter, and as a result, the yield of the entire process increases. The development of filters is urgently required.

한편, 반도체 제조공정에 적용되는 CMP 슬러리 필터의 모재로는 폴리프로필렌(Polypropylene, 이하 ‘PP’라 함) 부직포가 주로 사용되고 있으며, PP 부직포는 뛰어난 화학 특성 및 기공 구조를 가지고 있고, 다루기가 쉬우며 비용도 저렴하다는 장점을 갖고 있다. 이러한 PP 부직포의 장점때문에 CMP 공정외에도 디스플레이, 2차전지, 바이오 공정 등에서 여과 필터의 소재로 사용되고 있다.On the other hand, polypropylene (hereinafter referred to as 'PP') non-woven fabric is mainly used as the base material of the CMP slurry filter applied to the semiconductor manufacturing process, and the PP non-woven fabric has excellent chemical properties and pore structure, is easy to handle, It also has the advantage of low cost. Because of the advantages of these PP nonwoven fabrics, they are used as materials for filtration filters in displays, secondary batteries, and bio processes in addition to the CMP process.

그러나 표면이 소수성을 띄는 PP 부직포를 사용하게 되면 차압(pressure drop)이 발생하고, 필터의 여과 수명이 단축되는 문제가 있음이 알려져 있으므로 필터 모재의 표면개질이 필요하다. 여기에서 말하는 차압이란 필터 전과 필터 후의 용액의 압력차를 의미하며, 초기 차압은 낮을 수록 좋고, 차압을 기준 이하로 낮추어야 효과적인 필터 작업이 가능하게 된다.However, since it is known that when a PP nonwoven fabric having a hydrophobic surface is used, a pressure drop occurs and the filtration life of the filter is shortened, the surface of the filter base material needs to be modified. The differential pressure here refers to the pressure difference between the solution before and after the filter, and the lower the initial differential pressure, the better, and effective filtering is possible only when the differential pressure is lowered below the standard.

그러므로 CMP 슬러리 필터의 심층형 구조로 구성된 모든 PP 부직포 소재를 친수성으로 개질시킨다면 기존 CMP 슬러리 필터와 비교하여 필터로 인한 차압 발생 개선, 수명 연장 및 여과 효율 향상이 가능할 것으로 기대된다.Therefore, if all the PP nonwoven fabric materials composed of the deep-layer structure of the CMP slurry filter are modified to be hydrophilic, it is expected that it will be possible to improve the generation of differential pressure due to the filter, to extend its lifespan, and to improve the filtration efficiency compared to the existing CMP slurry filter.

PP 부직포 표면을 친수성으로 개질시키는 방법으로 친수성 고분자 물질을 PP 섬유 제조공정에 배합하는 방법, PP 소재 표면에 친수성 계면활성제를 부착시키는 방법, PP 소재 표면을 술폰화 처리하는 방법 등 다양한 방법이 시도되었다. 그러나 이러한 방법들은 공정이 복잡하고, 시간과 비용이 많이 소요되는 단점이 있어 이를 개선하는 PP 부직포 표면의 친수화 개질방법을 찾는 것은 용이하지 않았다.As a method of modifying the surface of PP nonwoven fabric to be hydrophilic, various methods have been tried, such as mixing a hydrophilic polymer material in the PP fiber manufacturing process, attaching a hydrophilic surfactant to the PP material surface, and sulfonating the PP material surface. . However, these methods have disadvantages in that the process is complicated, time and cost are high, and it was not easy to find a method for hydrophilizing the surface of the PP nonwoven fabric to improve this.

앞선 선행기술로 알려진 공개특허 10-2017-0015140호에서는 PTFE 막을 가스 플라즈마에 노출시켜 전처리하고, 전처리된 막을 친수성 코팅하는 방법을 제안하고 있으나, 본 발명과 같이 소수성 소재 표면에 라디칼을 형성하는 기술은 개시하고 있지 않다.Publication No. 10-2017-0015140, known as the prior art, proposes a method of pre-treating a PTFE membrane by exposing it to gas plasma, and then hydrophilic coating the pre-treated membrane. not starting

한국공개특허 10-2017-0015140호 (2017. 02. 08. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2017-0015140 (2017. 02. 08. Publication)

앞서 언급한 PP 부직포 표면의 친수화 방법들은 공정이 상대적으로 복잡하고, 시간과 비용이 많이 소요되는 단점을 보이고 있으므로 이를 해결할 수 있는 PP 소재 표면의 친수성 표면개질 방법의 개발이 절실히 요구되고 있다.Since the above-mentioned methods for hydrophilizing the surface of PP nonwoven fabric show disadvantages in that the process is relatively complicated and requires a lot of time and cost, there is an urgent need to develop a method for hydrophilic surface modification of the PP material surface that can solve this problem.

본 발명은 폴리프로필렌 부직포를 다음과 같은 단계를 통해 친수성으로 표면개질하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for surface-modifying a polypropylene nonwoven fabric to be hydrophilic through the following steps.

먼저 (1) 1~10㎛ 기공크기를 갖는 폴리프로필렌 부직포를 에폭시기를 갖는 단량체 용액에 담지하는 단계; (2) 상기 부직포에 전자선을 조사하여 폴리프로필렌 표면에 상기 단량체를 그라프팅하는 단계; (3) 상기 단량체가 그라프팅된 부직포를 세척 및 건조한 다음 아황산나트륨(Na2SO3)이 함유된 이소프로필알콜(IPA) 용액에 담지하여 -SO3Na기를 PP 부직포 표면에 형성시키면 CMP 슬러리 필터에 적합한 표면개질된 폴리프로필렌 부직포를 수득할 수 있다.First, (1) supporting a polypropylene nonwoven fabric having a pore size of 1 to 10 μm in a monomer solution having an epoxy group; (2) irradiating the nonwoven fabric with electron beams to graft the monomers onto the polypropylene surface; (3) After washing and drying the nonwoven fabric to which the monomer is grafted, it is immersed in an isopropyl alcohol (IPA) solution containing sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) to form -SO 3 Na groups on the surface of the PP nonwoven fabric, resulting in a CMP slurry filter A surface-modified polypropylene nonwoven fabric suitable for can be obtained.

본 발명의 다른 실시예로서는 상기 (1) 단계는 상기 폴리프로필렌 부직포를 1 내지 10 kGy 세기의 전자선에 노출시키는 것을 특징으로 한다.As another embodiment of the present invention, step (1) is characterized in that the polypropylene nonwoven fabric is exposed to an electron beam of 1 to 10 kGy intensity.

본 발명의 다른 실시예로서는 상기 단량체는 글리시딜 아크릴레이트(GA), 글리시딜 메타아크릴레이트(GMA), 비스페놀A 디글리시딜 에테르(DGEBA) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다. In another embodiment of the present invention, the monomer is characterized in that at least one of glycidyl acrylate (GA), glycidyl methacrylate (GMA), and bisphenol A diglycidyl ether (DGEBA).

본 발명의 다른 실시예로서는 친수성으로 표면개질된 폴리프로필렌 부직포는 반도체 CMP 슬러리 필터용으로 사용되는 것을 특징으로 한다.Another embodiment of the present invention is characterized in that the polypropylene nonwoven fabric surface-modified to be hydrophilic is used for a semiconductor CMP slurry filter.

본 발명의 또 다른 실시예로서는 상기 (3) 단계는 상기 단량체가 그라프팅된 상기 부직포를 아황산나트륨 용액에 담지하는 대신 디에탄올아민(Diethanol amine)이 함유된 에탄올 용액에 담지하여 -N(OH)2기를 PP 부직포 표면에 형성시키는 것을 특징으로 한다.As another embodiment of the present invention, in the step (3), the nonwoven fabric to which the monomer is grafted is supported in an ethanol solution containing diethanolamine instead of supported in a sodium sulfite solution to -N(OH) 2 It is characterized by forming a group on the surface of the PP nonwoven fabric.

본 발명에 의하면, 친수성으로 표면개질된 PP 부직포 소재에 의해 차압 개선 효과 및 여과 효율 향상을 보이게 된다. 또한 본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.According to the present invention, the PP nonwoven fabric material surface-modified to be hydrophilic shows the effect of improving the differential pressure and the improvement of the filtration efficiency. In addition, the effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리프로필렌 부직포의 표면개질방법의 공정 순서도이다.
도 2는 표면개질전 PP와 아황산나트륨에 의해 표면개질된 PP의 물 젖음성을 나타내며 (a)는 물접촉 시점에서의 표면을 촬영한 도면이고, (b)는 물 접촉 이후 5초가 경과한 시점에서 PP 표면을 촬영한 도면이다.
도 3은 5 중량% 농도의 아황산나트륨으로 처리된 PP 표면의 물 접촉각 변화를 촬영한 도면이다.
1 is a process flow chart of a method for surface modification of polypropylene nonwoven fabric according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the water wettability of PP before surface modification and PP surface modified by sodium sulfite. This is a drawing of the PP surface.
FIG. 3 is a photograph of the change in water contact angle of the PP surface treated with sodium sulfite at a concentration of 5% by weight.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in the detailed description. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

또한 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.In addition, since the description of the present invention is only an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiment can be changed in various ways and can have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들의 내용을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the contents of embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리프로필렌 부직포의 표면개질방법의 공정 순서도이다. 1 is a process flow chart of a method for surface modification of polypropylene nonwoven fabric according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, PP 부직포의 표면개질방법은 PP 부직포를 에폭시기를 갖는 단량체 용액에 담지하는 단계(S100), 상기 PP 부직포에 전자선을 조사하여 상기 단량체를 PP 표면에 그라프팅하는 단계(S200), 상기 단량체가 그라프팅된 PP 부직포를 세척 및 건조한 다음 아황산나트륨(Na2SO3)이 함유된 이소프로필알콜(IPA) 용액에 담지하여 -SO3Na기를 PP 부직포 표면에 형성시키는 단계(S300)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the surface modification method of the PP nonwoven fabric is a step of supporting the PP nonwoven fabric in a monomer solution having an epoxy group (S100), irradiating the PP nonwoven fabric with an electron beam to graft the monomer to the PP surface (S200) , Washing and drying the PP nonwoven fabric grafted with the monomer, and then immersing it in an isopropyl alcohol (IPA) solution containing sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) to form a -SO 3 Na group on the surface of the PP nonwoven fabric (S300) includes

이하 본 발명에 따른 폴리프로필렌 부직포의 표면개질방법을 단계에 따라 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the surface modification method of polypropylene nonwoven fabric according to the present invention will be described in detail step by step.

먼저, PP 부직포 담지단계(S100)는 1~10㎛ 기공크기를 갖는 폴리프로필렌 부직포를 에폭시기를 갖는 단량체 용액에 담지하는 단계이다. 이 때 사용될 수 있는 단량체로는 글리시딜 아크릴레이트(GA:glycidyl acrylate), 글리시딜 메타크릴레이트(GMA:glycidyl methacrylate), 비스페놀A 디글리시딜 에테르(DGEBA:bis-phenol-A diglycidyl ether) 중 어느 하나 이상일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 GMA를 예로 들어 설명하기로 한다. First, the PP nonwoven fabric supporting step (S100) is a step of supporting a polypropylene nonwoven fabric having a pore size of 1 to 10 μm in a monomer solution having an epoxy group. Examples of monomers that can be used at this time include glycidyl acrylate (GA: glycidyl acrylate), glycidyl methacrylate (GMA: glycidyl methacrylate), and bis-phenol-A diglycidyl ether (DGEBA: bis-phenol-A diglycidyl ether). ) may be any one or more of Hereinafter, for convenience of description, GMA will be described as an example.

이 단계에서는 깨끗하게 세척되고 건조된 폴리프로필렌(PP) 부직포를 글리시딜 메타크릴레이트(GMA)가 녹아 있는 아세톤 또는 에탄올 용액에 담지하여 밀봉하는 작업이 이루어진다.In this step, the polypropylene (PP) nonwoven fabric, which has been cleaned and dried, is immersed in an acetone or ethanol solution in which glycidyl methacrylate (GMA) is dissolved to seal it.

이때 표면개질을 위하여 모재로 사용된 폴리프로필렌은 1~10㎛의 기공크기를 갖는 부직포를 사용한다. 기공 크기가 1㎛보다 작으면 에너지가 높은 전자선 조사 시 기공이 훼손될 수 있으며, 결과적으로 기공 내까지 충분히 표면개질반응이 일어날 수 없게 된다. 반면 기공 크기가 10㎛ 보다 크게 되면 표면개질반응이 일어날 수 있는 전체 비표면적이 줄어들 뿐만 아니라 CMP 슬러리내 큰 입자를 제거하는 데 효과적이지 못하게 되어 입자제거율이 떨어지게 된다.At this time, polypropylene used as a base material for surface modification uses a non-woven fabric having a pore size of 1 to 10 μm. If the pore size is smaller than 1 μm, the pores may be damaged when irradiated with high-energy electron beams, and as a result, the surface modification reaction cannot sufficiently occur within the pores. On the other hand, when the pore size is larger than 10 μm, the total specific surface area in which the surface modification reaction can occur is reduced, and the particle removal rate is lowered because it is not effective in removing large particles in the CMP slurry.

한편, 사용된 GMA 용액은 30 내지 70 중량% 농도의 GMA 용액(용매는 아세톤)을 사용하였다. GMA 단량체의 농도가 30 중량%보다 낮게 되면 PP 표면에 그라프팅되는 비율이 낮아지게 되고 결과적으로 개질되는 표면의 면적이 줄어들게 된다. 반대로 GMA의 농도가 70 중량% 보다 크게 되면 표면개질 비율은 큰 차이가 없는 반면 동종중합체(homopolymer)를 형성하기가 쉬어 불필요한 손실을 야기한다. On the other hand, the GMA solution used was a 30 to 70% by weight GMA solution (solvent: acetone). When the concentration of the GMA monomer is lower than 30% by weight, the grafting ratio on the PP surface is reduced, and as a result, the area of the surface to be modified is reduced. Conversely, when the concentration of GMA is greater than 70% by weight, the surface modification ratio does not have a large difference, but it is easy to form a homopolymer, causing unnecessary loss.

이렇게 준비된 GMA 용액에 폴리프로필렌 부직포를 담지하고 이를 밀봉한다.A polypropylene nonwoven fabric is supported in the prepared GMA solution and sealed.

그 다음 단계인 전자선 조사단계(S200)는 상기 부직포 표면에 에폭시기를 갖는 단량체를 그라프팅시키기 위해 전자선을 조사하는 단계이다. 이 단계에서 전자선 대신 다른 방사선, 예를 들어 감마선, 이온빔, 알파선 및 베타선 등을 사용할 수 있으며 이에 제한되지 않는다.The next step, the electron beam irradiation step (S200), is a step of irradiating an electron beam to graft a monomer having an epoxy group on the surface of the nonwoven fabric. In this step, other radiations such as gamma rays, ion beams, alpha rays, and beta rays may be used instead of electron beams, but are not limited thereto.

전자선의 조사선량은 1~10 kGy를 사용하는 것이 바람직하다. 만약 조사선량이 1 kGy 보다 작은 경우 그라프팅 반응이 일어나지 않고, 전자선의 세기가 10 kGy 보다 큰 경우 PP 표면에서 그라프팅이 일어나는 대신 용액상에서 GMA 단량체들 간에 동종중합체를 만드는 비율이 높아지게 된다. 기공이 1~10㎛인 PP 표면에 효과적인 그라프팅을 하기 위해서는 1~10 kGy 조사선량을 이용하는 것이 바람직하다.The irradiation dose of the electron beam is preferably 1 to 10 kGy. If the irradiation dose is less than 1 kGy, the grafting reaction does not occur, and if the electron beam intensity is greater than 10 kGy, instead of grafting on the PP surface, the ratio of making homopolymers between GMA monomers in the solution phase increases. It is preferable to use an irradiation dose of 1 to 10 kGy for effective grafting on a PP surface having pores of 1 to 10 μm.

한편, 본 발명에서는 전자선과 같은 방사선을 이용하였으나, UV, 플라즈마 등도 PP와 같은 고분자 표면개질에 적용될 수 있다. 다만 UV나 플라즈마 등은 연속공정이 실질적으로 불가능하여 실험실 수준에서만 가능하다는 단점이 있다.Meanwhile, in the present invention, radiation such as an electron beam is used, but UV, plasma, etc. can also be applied to surface modification of polymers such as PP. However, since continuous processes such as UV or plasma are practically impossible, it is possible only at the laboratory level.

본 발명에서는 GMA를 그라프팅하기 위해, PP 부직포를 GMA 용액(용매는 아세톤)에 담지한 채로 전자선을 조사하는 동시조사법을 예로 들고 있으나, PP 부직포에 먼저 전자선을 조사한 다음 GMA 용액에 일정시간 담지함으로써 그라프팅을 유도하는 전조사법도 적용될 수 있다.In the present invention, in order to graft GMA, a simultaneous irradiation method in which electron beams are irradiated while the PP nonwoven fabric is immersed in a GMA solution (the solvent is acetone) is cited as an example. A preirradiation method that induces grafting can also be applied.

전조사법이 적용되는 경우, 폴리프로필렌 부직포 표면으로부터 내부 깊숙이 자유라디칼을 발생시키기 위해 부직포가 수분을 충분히 함유토록 한 다음 전자선을 조사할 수 있다. 이 경우 전자선의 에너지가 수분을 매개체로 기공 내부 깊숙이 전달됨으로써 자유라디칼 형성에 유리하게 된다. 이 경우 소수성인 PP 표면을 고려하여 상대적으로 친수성이 덜한 에탄올, 아세톤 등이 사용될 수 있다.When the pre-irradiation method is applied, electron beams may be irradiated after allowing the non-woven fabric to sufficiently contain moisture in order to generate free radicals from the surface of the polypropylene non-woven fabric to the inside. In this case, the energy of the electron beam is transferred deep inside the pores through moisture as a medium, which is advantageous for the formation of free radicals. In this case, considering the hydrophobic PP surface, relatively less hydrophilic ethanol, acetone, etc. may be used.

다음으로 아황산나트륨(Na2SO3)으로 표면개질하는 단계(S300)는 앞서 제조된 GMA가 그라프팅된 PP 부직포(이하 'pp-g-GMA'라 함)를 세척 및 건조한 다음 상기 부직포를 아황산나트륨(Na2SO3)이 함유된 이소프로필알콜(IPA) 용액에 담지하여 PP 부직포 표면을 -SO3Na기로 표면개질하는 단계이다. 이 과정에서 PP 표면에 그라프팅된 GMA 내의 에폭시기가 끊어지고 아황산나트륨(-SO3Na)기가 PP 표면에 결합한다.(그림 1 참조)Next, in the step of surface modification with sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) (S300), the previously prepared PP nonwoven fabric grafted with GMA (hereinafter referred to as 'pp-g-GMA') is washed and dried, and then the nonwoven fabric is This is a step of surface-modifying the surface of the PP nonwoven fabric with -SO 3 Na group by immersing it in an isopropyl alcohol (IPA) solution containing sodium sulfate (Na 2 SO 3 ). In this process, the epoxy group in the GMA grafted on the PP surface is broken, and the sodium sulfite (-SO 3 Na) group is bonded to the PP surface (see Figure 1).

Figure pat00001
Figure pat00001

<그림 1. GMA 및 아황산나트륨에 의한 PP 표면개질 메커니즘><Figure 1. Mechanism of PP surface modification by GMA and sodium sulfite>

한편, 본 발명에서는 폴리프로필렌(PP)을 CMP 슬러리용 필터의 모재로 사용하였으나, 비표면적이 넓은 다공성의 고분자 필터라면 어느 종류든 가능하다. 예를 들어 폴리에틸렌(PE)과 폴리에테르술폰(PES), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등도 본 발명의 필터의 모재로 사용될 수 있다.On the other hand, in the present invention, polypropylene (PP) is used as the base material of the filter for CMP slurry, but any type of porous polymer filter having a large specific surface area is possible. For example, polyethylene (PE), polyethersulfone (PES), polyvinylidene fluoride (PVDF), and polytetrafluoroethylene (PTFE) may also be used as the base material of the filter of the present invention.

[실시예 1] 아황산나트륨에 의한 PP 표면개질 방법[Example 1] PP surface modification method by sodium sulfite

물 접촉각이 142.6°인 PP 부직포를 GMA 단량체가 70 중량% 농도인 아세톤 용액에 담지하고 이를 밀봉한 뒤, 전자선을 이용하여 10 kGy의 선량으로 이를 조사한다. 생성된 동종중합체와 미반응한 GMA를 제거하기 위해 상기 PP 부직포를 아세톤으로 세척하고 이를 건조하여 GMA가 그라프팅된 PP 부직포(pp-g-GMA)를 얻는다. 이 과정에서 PP 부직포의 무게가 증가하는 것을 확인하였으며 이를 통해 GMA 그라프팅이 원활히 진행됨을 확인하였고, 이때, pp-g-GMA 부직포의 물 접촉각은 140.1°였다. A PP nonwoven fabric having a water contact angle of 142.6° is immersed in an acetone solution containing 70% by weight of GMA monomer, sealed, and then irradiated with an electron beam at a dose of 10 kGy. In order to remove the produced homopolymer and unreacted GMA, the PP nonwoven fabric is washed with acetone and dried to obtain a GMA-grafted PP nonwoven fabric (pp-g-GMA). In this process, it was confirmed that the weight of the PP nonwoven fabric increased, and through this, it was confirmed that the GMA grafting proceeded smoothly. At this time, the water contact angle of the pp-g-GMA nonwoven fabric was 140.1 °.

다음으로 아황산나트륨(Na2SO3)을 20 중량% IPA 수용액에 5, 10, 15, 20 중량% 농도로 용해시켜 Na2SO3 용액을 제조한다. 그리고, 앞서 제조된 GMA가 그라프팅된 부직포를 서로 다른 농도의 Na2SO3/IPA 용액에 60℃ 조건에서 24시간 동안 담지한다. 그 다음 상기 부직포를 증류수로 2회 세척한 다음 60℃ 조건에서 건조함으로써 최종적으로 -SO3Na기로 표면개질 된 PP 부직포를 얻는다.Next, sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) is dissolved in a 20 wt % IPA aqueous solution at concentrations of 5, 10, 15, and 20 wt % to prepare a Na 2 SO 3 solution. In addition, the previously prepared GMA-grafted nonwoven fabric is immersed in Na 2 SO 3 /IPA solutions of different concentrations at 60° C. for 24 hours. Then, the nonwoven fabric is washed twice with distilled water and then dried at 60° C. to finally obtain a PP nonwoven fabric surface-modified with -SO 3 Na group.

[실시예 2] 디에탄올아민(Diethanol amine)에 의한 PP 표면개질 방법[Example 2] PP surface modification method by diethanol amine

디에탄올아민(Diethanol amine)을 에탄올을 용매로 사용하여 0.1 내지 1.0M 농도의 디에탄올아민 용액을 제조한다. 그리고, 실시예 1에서 제조된 GMA가 그라프팅된 부직포(pp-g-GMA)를 서로 다른 농도의 디에탄올아민 용액에 70℃ 조건에서 24시간 동안 담지한다. 그 다음 상기 부직포를 에탄올로 2회 세척한 다음 60℃ 조건에서 건조함으로써 최종적으로 디에탄올아민기로 표면개질 된 PP 부직포를 얻는다. A diethanolamine solution having a concentration of 0.1 to 1.0M is prepared using ethanol as a solvent. In addition, the GMA-grafted nonwoven fabric (pp-g-GMA) prepared in Example 1 was immersed in diethanolamine solutions of different concentrations at 70° C. for 24 hours. Then, the nonwoven fabric is washed twice with ethanol and then dried at 60° C. to finally obtain a PP nonwoven fabric surface-modified with a diethanolamine group.

그림 2는 GMA 및 디에탄올아민에 의한 PP 표면개질 메커니즘을 나타낸 도면이다.Figure 2 shows the mechanism of PP surface modification by GMA and diethanolamine.

Figure pat00002
Figure pat00002

<그림 2. GMA 및 디에탄올아민에 의한 PP 표면개질 메커니즘><Figure 2. Mechanism of PP surface modification by GMA and diethanolamine>

[비교예 1] 디에틸렌 트리아민(Diethylene triamine:DETA)에 의한 PP 표면개질 방법[Comparative Example 1] PP surface modification method by diethylene triamine (DETA)

DETA를 에탄올을 용매로 하여 0.1 내지 1.0M 농도의 용액으로 만든 다음 실시예 1에서 만들어진 GMA가 그라프팅된 PP 부직포(pp-g-GMA)를 70℃ 조건에서 24시간 동안 담지하여 처리하였다. 이후 상기 부직포를 에탄올로 세척 후 60℃에서 건조하여 표면이 DETA에 의해 표면개질된 PP 부직포를 얻었다. DETA was made into a solution of 0.1 to 1.0 M concentration using ethanol as a solvent, and then the GMA-grafted PP nonwoven fabric (pp-g-GMA) prepared in Example 1 was supported and treated at 70 ° C for 24 hours. Thereafter, the nonwoven fabric was washed with ethanol and dried at 60° C. to obtain a PP nonwoven fabric whose surface was modified by DETA.

[실험예 1] 친수성 평가[Experimental Example 1] Evaluation of hydrophilicity

본 발명에 의한 PP 표면개질의 친수화 실험결과를 표 1에 실었다. 표 1은 PP 표면개질을 위한 표면개질제의 종류 및 농도에 따른 물 접촉각의 변화 및 소요 시간을 나타내는 표이다. 이 실험에서 물 접촉각은 액체 방울과 필터 소재 표면이 이루는 각을 측정하였다.(측정기기 모델: KRUSS, DSA 100)Table 1 shows the hydrophilization test results of the PP surface modification according to the present invention. Table 1 is a table showing the change in water contact angle and the required time according to the type and concentration of the surface modifier for PP surface modification. In this experiment, the water contact angle was measured by measuring the angle between the liquid droplet and the surface of the filter material. (Measurement device model: KRUSS, DSA 100)

표면개질제
종류
surface modifier
type
농도density 초기 물 접촉각initial water contact angle 최종 물 접촉각final water contact angle 물 접촉각이 0이 되는 데
걸리는 시간(sec)
When the water contact angle is zero
Time taken (sec)
Na2SO3
(실시예 1)
Na 2 SO 3
(Example 1)
5 중량%5% by weight 107.2°107.2° 0.060.06
10 중량%10% by weight 129°129° 0.300.30 15 중량%15% by weight 150.7°150.7° 0.300.30 20 중량%20% by weight 122.7°122.7° 0.300.30 Diethanol amine
(실시예 2)
Diethanol amine
(Example 2)
0.1 M0.1M 128.8°128.8° 3030
0.2 M0.2M 137.8°137.8° 3030 0.5 M0.5M 128.1°128.1° 2525 1.0 M1.0M 136.2°136.2° 3030 Diethylene triamine
(비교예 1)
Diethylene triamine
(Comparative Example 1)
0.1 M0.1M 141.1°141.1° 141.1°141.1° 변하지 않음unchanging
0.2 M0.2M 140.0°140.0° 140.0°140.0° 변하지 않음unchanging 0.5 M0.5M 138.9°138.9° 138.9°138.9° 변하지 않음unchanging 1.0 M1.0M 139.8°139.8° 139.8°139.8° 변하지 않음unchanging

상기 표 1에서 알 수 있듯이 실시예 1과 실시예 2의 경우에는 표면개질제의 농도에 상관없이 표면개질에 의해 물 접촉각이 0°즉, 표면이 친수화가 되었음을 알 수 있는 반면, DETA에 의해 표면개질된 경우에는 시간이 지나도 물 접촉각이 변하지 않은 것으로 보아 친수화가 되지 않음을 알 수 있다.As can be seen from Table 1, in the case of Examples 1 and 2, regardless of the concentration of the surface modifier, it can be seen that the water contact angle was 0 °, that is, the surface became hydrophilic by surface modification, whereas the surface was modified by DETA. In the case of this, it can be seen that the water contact angle does not change over time, indicating that it is not hydrophilic.

그 중 실시예 1인 아황산나트륨에 의해 표면개질된 경우에는 PP 부직포의 표면에 친수성인 -SO3기가 결합되어 있기 때문에 표면이 친수화가 된 것으로 보이며, 실시예 2인 디에탄올아민에 의해 표면개질된 경우에는 PP 부직포의 표면에 친수성인 -OH기가 결합되어 있기 때문에 친수성을 띄는 것으로 판단된다.Among them, in the case of surface modification with sodium sulfite in Example 1, the surface of the PP nonwoven fabric appears to be hydrophilic because the hydrophilic -SO 3 group is bonded to the surface of the PP nonwoven fabric, and in Example 2, surface modification with diethanolamine In this case, it is judged to be hydrophilic because the -OH group, which is hydrophilic, is bonded to the surface of the PP nonwoven fabric.

또한, 아황산나트륨에 의해 표면개질된 경우에는 0.3초 이내에 물 접촉각이 0°가 되는 반면, 디에탄올아민에 의해 표면개질된 경우에는 25 내지 30초가 걸리는 것으로 나타나 아황산나트륨에 의해 표면개질하는 방식이 보다 더 효과적임을 알 수 있다.In addition, when the surface is modified with sodium sulfite, the water contact angle becomes 0° within 0.3 seconds, whereas when the surface is modified with diethanolamine, it takes 25 to 30 seconds. found to be more effective.

도 2는 아황산나트륨으로 표면개질된 PP에 대해 물을 스포이드로 떨어뜨린 다음 카메라로 관찰한 결과이다. 도 2에서 알 수 있듯이 (a) 물 접촉 시점에는 표면개질전 PP와 표면개질된 PP가 큰 차이가 없으나, (b) 물 접촉 후 5초가 경과한 시점에서는 표면개질 전 PP는 최초 상태 그대로인 반면, 표면개질된 PP는 물에 젖어 있음을 알 수 있다. 이로부터 아황산나트륨에 의해 표면개질된 PP의 표면이 친수성으로 변하였음을 확인할 수 있었다. 2 is a result of observing with a camera after water was dropped with a pipette on PP surface-modified with sodium sulfite. As can be seen in FIG. 2, (a) there is no significant difference between PP before surface modification and PP after surface modification at the time of contact with water, but (b) at the time of 5 seconds after contact with water, PP before surface modification is in its initial state, It can be seen that the surface-modified PP is wet with water. From this, it was confirmed that the surface of the PP surface-modified by sodium sulfite was changed to be hydrophilic.

추가적으로 도 3은 5 중량% 농도의 아황산나트륨으로 처리된 PP 표면의 물 접촉각 변화에 따른 실시간 사진이다. 도 3에서 알 수 있듯이 아황산나트륨으로 처리된 PP 표면은 측정 시작 후 0.06초 만에 물 접촉각이 0이 되어 PP에 물이 스며드는 것을 알 수 있어, PP 표면의 친수화 정도가 높음을 알 수 있었다. Additionally, FIG. 3 is a real-time photograph of the water contact angle change of the PP surface treated with 5% by weight of sodium sulfite. As can be seen in FIG. 3, the PP surface treated with sodium sulfite had a water contact angle of 0 0.06 seconds after the start of the measurement, indicating that water permeated the PP, indicating that the PP surface was highly hydrophilic.

[실험예 2] 필터 성능평가[Experimental Example 2] Filter performance evaluation

본 발명에 의한 필터의 성능평가에 대한 실험 결과를 표 2에 실었다. 본 실험에서 차압과 유량은 실험 장치에 필터를 설치하고 실험 조건을 일정하게 유지한 다음 증류수를 흘려주면서 측정하였다. 이 때 부직포 소재의 기공크기는 Capillary flow porometer(PMI, CFP-1500AE)를 이용하여 측정하였고, 입자제거율은 입도분석기를 이용하여 필터 투과 전후의 입자수로 제거율을 측정하였다.(측정기기 모델: PAMAS, SVSS) Table 2 shows the experimental results for performance evaluation of the filter according to the present invention. In this experiment, the differential pressure and flow rate were measured by installing a filter in the experimental device, keeping the experimental conditions constant, and then flowing distilled water. At this time, the pore size of the nonwoven material was measured using a capillary flow porometer (PMI, CFP-1500AE), and the particle removal rate was measured by the number of particles before and after permeation of the filter using a particle size analyzer. (Measuring device model: PAMAS , SVSS)

기존 필터existing filter Na2SO3으로 표면개질된 필터(5 중량%)Filter surface modified with Na 2 SO 3 (5% by weight) Diethanolamine으로 표면개질된 필터(1.0 M)Diethanolamine-modified filter (1.0 M) DETA로 표면개질된 필터(1.0M)Filter surface modified with DETA (1.0M) 초기 차압
[kg/cm2]
initial foreclosure
[kg/cm 2 ]
0.40.4 0.1 이하0.1 or less 0.2 이하0.2 or less 0.40.4
유량
[L/min]
flux
[L/min]
0.60.6 0.70.7 0.650.65 0.60.6
소재 기공크기
[㎛]
material pore size
[μm]
66 66 66 66
입자제거율
[1㎛ 기준]
particle removal rate
[Based on 1㎛]
99.9%99.9% 99.9%99.9% 99.9%99.9% 99.9%99.9%
물 접촉각
[o]
water contact angle
[ o ]
142.6142.6 0 (0.06초 후)0 (after 0.06 seconds) 0 (30초 후)0 (after 30 seconds) 139.8139.8

상기 표 2에서 알 수 있듯이 기존 필터 및 DETA로 표면개질된 필터에 비해 아황산나트륨으로 표면개질된 필터와 디에탄올아민으로 표면개질된 필터는 초기 차압은 작고, 유량은 많은 것으로 나타났다. 이러한 결과로 볼 때 본 발명인 친수화된 표면을 갖는 폴리프로필렌 필터를 사용하게 되면 필터 설치 후 공정 안정화에 소요되는 시간이 단축되어 보다 효과적인 공정이 가능함을 확인할 수 있다.As can be seen from Table 2, the initial differential pressure was small and the flow rate was high in the filter surface-modified with sodium sulfite and the filter surface-modified with diethanolamine, compared to the conventional filter and the filter surface-modified with DETA. From these results, it can be seen that the use of the polypropylene filter having a hydrophilized surface according to the present invention shortens the time required for process stabilization after installing the filter, enabling a more effective process.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only presented as specific examples to easily explain the technical content of the present invention and help understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition to the embodiments disclosed herein, it is obvious to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be implemented.

끝으로 본 발명은 하기 기관의 지원을 받아 완성이 되었음을 밝힙니다.Finally, it is revealed that the present invention has been completed with the support of the following organizations.

과제고유번호: D2020139Assignment identification number: D2020139

부처명: 경기도Department name: Gyeonggi-do

연구관리전문기관: 경기도경제과학진흥원Research management institution: Gyeonggi-do Economics and Science Promotion Agency

연구사업명: 경기도 기술개발사업Research project name: Gyeonggi-do technology development project

연구과제명: 표면개질 시스템을 이용한 반도체 공정용 친수성 CMP 슬러리 필터 개발Title of research project: Development of hydrophilic CMP slurry filter for semiconductor process using surface modification system

기여율: 1/1Contribution rate: 1/1

주관기관: 주식회사 앱스필Organized by: Absfil Co., Ltd.

연구기간: 2020.09.01~2021.08.31.Research period: 2020.09.01 ~ 2021.08.31.

S100: PP 부직포 담지 단계 S200: 전자선 조사단계
S300: 아황산나트륨에 의한 표면개질단계
S100: PP nonwoven fabric supporting step S200: Electron beam irradiation step
S300: Surface modification step by sodium sulfite

Claims (6)

하기 단계로 제조되는 친수성으로 표면개질된 폴리프로필렌 부직포의 제조방법으로서,
(1) 1~10㎛ 기공크기를 갖는 폴리프로필렌 부직포를 에폭시기를 갖는 단량체 용액에 담지하는 단계;
(2) 상기 부직포에 전자선을 조사하여 폴리프로필렌 표면에 상기 단량체를 그라프팅하는 단계;
(3) 상기 단량체가 그라프팅된 부직포를 세척 및 건조한 다음 아황산나트륨(Na2SO3)이 함유된 이소프로필알콜(IPA) 용액에 담지하여 -SO3Na기를 PP 부직포 표면에 형성시키는 단계.
As a method for producing a polypropylene nonwoven fabric surface-modified with hydrophilicity produced by the following steps,
(1) supporting a polypropylene nonwoven fabric having a pore size of 1 to 10 μm in a monomer solution having an epoxy group;
(2) irradiating the nonwoven fabric with electron beams to graft the monomers onto the polypropylene surface;
(3) Washing and drying the nonwoven fabric to which the monomer is grafted, and then immersing in an isopropyl alcohol (IPA) solution containing sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) to form -SO 3 Na groups on the surface of the PP nonwoven fabric.
제1항에 있어서,
상기 (1) 단계는 상기 폴리프로필렌 부직포를 1 내지 10 kGy 세기의 전자선에 노출시키는 것을 특징으로 하는, 친수성으로 표면개질된 폴리프로필렌 부직포의 제조방법.
According to claim 1,
The step (1) is a method for producing a polypropylene nonwoven fabric surface-modified with hydrophilicity, characterized in that exposing the polypropylene nonwoven fabric to an electron beam of 1 to 10 kGy intensity.
제1항에 있어서,
상기 단량체는 글리시딜 아크릴레이트(GA), 글리시딜 메타크릴레이트(GMA), 비스페놀A 디글리시딜 에테르(DGEBA) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 친수성으로 표면개질된 폴리프로필렌 부직포의 제조방법.
According to claim 1,
The monomer is at least one of glycidyl acrylate (GA), glycidyl methacrylate (GMA), and bisphenol A diglycidyl ether (DGEBA) manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 폴리프로필렌 부직포는 CMP 슬러리 필터용으로 반도체 공정에서 사용되는 것을 특징으로 하는, 친수성으로 표면개질된 폴리프로필렌 부직포의 제조방법.
According to claim 1,
The polypropylene nonwoven fabric is a method for producing a polypropylene nonwoven fabric surface-modified with hydrophilicity, characterized in that it is used in a semiconductor process for a CMP slurry filter.
제1항에 있어서,
상기 (3) 단계는 상기 단량체가 그라프팅된 상기 부직포를 아황산나트륨 용액에 담지하는 대신 디에탄올아민(Diethanol amine)이 함유된 에탄올 용액에 담지하여 -N(OH)2기를 PP 부직포 표면에 형성시키는 단계인,
친수성으로 표면개질된 폴리프로필렌 부직포의 제조방법.
According to claim 1,
In the step (3), the nonwoven fabric to which the monomer is grafted is supported in an ethanol solution containing diethanolamine instead of being supported in a sodium sulfite solution to form -N (OH) 2 groups on the surface of the PP nonwoven fabric step,
A method for producing a polypropylene nonwoven fabric surface-modified to be hydrophilic.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 방법에 의해 제조된 친수성으로 표면개질된 폴리프로필렌 부직포.
A polypropylene nonwoven fabric surface-modified to a hydrophilicity prepared by the method of any one of claims 1 to 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100363339B1 (en) * 1994-11-22 2003-02-11 가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼 Method for producing the separation functional fiber and ion exchange fiber produced therefrom
US20170015140A1 (en) 2014-06-11 2017-01-19 Kyb Corporation Caster unit
KR20210017508A (en) * 2019-08-08 2021-02-17 김성수 A depth filter for filtering CMP slurry and manufacturing method thereof
KR20210069831A (en) * 2019-12-04 2021-06-14 주식회사 앱스필 Surface-Modified polypropylene fabrics for removing metallic ions and method of manufacturing the same

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