TWI668046B - 過濾材的製造方法、過濾材的製造裝置及使用該方法所得之過濾材 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種過濾材的製造方法、過濾材的製造裝置及使用該方法所得之過濾材。本發明的過濾材的製造方法，依序包括以下步驟：浸漬一多孔性基材於一樹脂組成物的含浸步驟；積層一多孔質膜於含浸後的該多孔性基材，得到積層膜的積層步驟；以及乾燥該積層膜，得到過濾材的乾燥步驟。

Description

過濾材的製造方法、過濾材的製造裝置及使用該方法所得之過濾材

本發明係關於一種過濾材的製造方法、過濾材的製造裝置及使用該方法或該裝置所得之過濾材，特別是關於一種耐高溫的過濾材的製造方法、過濾材的製造裝置及使用該方法或該裝置所得之高溫過濾材。

聚四氟乙烯的多孔質膜(ePTFE膜；expanded PTFE membrane)所構成的過濾材，因化學耐性、耐熱性、高疏水性及低摩擦係數，不易被塵餅沾黏而塞孔，具有非常好的過濾效率，且PTFE具有高熔點，可應用於高溫過濾的用途，但是在實用上，為了維持ePTFE的成形性及提高耐久性，通常需要賦予支持體(支持基材或支持膜)，因PTFE的不易沾黏特性，需解決支持體與ePTFE膜的結合之問題。依據應用的領域，可選擇適當的支持體，通常支持體為具有多孔性的基材，例如各種形態的織物，具體地例如梭織布(woven fabric)、不織布、針織布或薄膜等。構成支持體的材料，可為例如聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚酯、聚苯硫醚、聚醯胺、玻璃纖維等。

於專利文獻1(美國專利第8715391號)，揭露一種高溫過濾材，其係由ePTFE膜、基材及介於ePTFE膜與支持基材(支持體)之間的多孔性黏著層所構成，該多孔性黏著層具有高溫黏著的特性。該專利文獻1中，該高溫過濾材主要應用於袋式除塵器，使用多孔性黏著層貼合ePTFE膜與支持基材，然而，構成該多孔性黏著層的材料，除需選擇在高溫下具有黏著性外，形成黏著層時必須控制孔隙度及孔徑分佈(例如藉由膜孔徑分析儀(PMI)測量之孔徑分佈)，且需要先將該多孔性黏著層形成於支持基材上的步驟以及再積層ePTFE膜的步驟，因此該專利文獻1所揭 露之高溫過濾材，因為PTFE的不沾黏特性且黏著劑需於高溫下也具有黏著性，有PTFE用黏著劑的材料選擇困難的問題且製程複雜、良率不佳等的不利生產性的問題。

再者，於專利文獻2(中華民國專利第I618572號)，揭露一種空氣過濾器濾材，其係藉由熱壓合積層2層具有壓花的不織布與位於其中的PTFE多孔質膜所構成之具有3層構造的積層膜，但是如此的方法係藉由2層PET/PE纖維所構成的不織布的熔融而與PTFE接合，有壓力損失而過濾效率降低的問題，以及對PTFE的剛性的改善仍有不足，有破損的可能性，再者，該方法不適用於高溫環境。

鑒於上述之發明背景，為了符合產業上之要求，本發明之目的之一在於提供一種過濾材的製造方法，藉由濕式貼合的方式，浸漬一多孔性基材於一樹脂組成物，然後積層一多孔質膜於該含浸後的該多孔性基材，得到積層膜後，乾燥該積層膜而得到過濾材，其中該樹脂組成物為含有接合用微粒子的懸浮液。再者。本發明藉由表面具有凹凸形狀的雕花輪作為熱壓滾輪，除提供熱能乾燥積層膜外，該等的凹凸形狀提供從積層膜移除流體的通道，以便迅速地乾燥積層膜。

本發明之目的之一在於提供一種過濾材的製造裝置，藉由上述方法及滾輪傳動，可連續地製造過濾材，提高生產性。再者，本發明之目的之一在於提供藉由上述製造方法及/或製造裝置所得之過濾材，無需使用多孔性黏著層貼合多孔質膜於多孔性基材，也無需先形成多孔性黏著層於多孔性基材後再與多孔質膜貼合的2步驟之製造方法，具有製程簡便、生產性佳的優點。

此外，藉由上述樹脂組成物中含有的微粒子，接合多孔質膜於多孔性基材上，又可藉由上述樹脂組成物中含有石墨，提高拉伸強度及耐摺性，可藉由上述樹脂組成物中含有矽油，提高耐溫性(放置於250℃的溫度下100小時的測試)。

為了達到上述目的，根據本發明一實施態樣，提供一種過濾材的製造方法，依序包括以下步驟：浸漬一多孔性基材於一樹脂組成物的 含浸步驟；積層一多孔質膜於含浸後的該多孔性基材，得到積層膜的積層步驟；以及乾燥該積層膜，得到過濾材的乾燥步驟；其中該多孔性基材具有一第1平均孔徑，該多孔質膜具有一第2平均孔徑，以及該過濾材具有一第3平均孔徑，該第1平均孔徑大於該第2平均孔徑，該第3平均孔徑等於或小於該第2平均孔徑。

再者，根據本發明另一實施態樣，提供一種過濾材的製造裝置，包括：第1捲出裝置，由複數滾輪所構成，將長條狀的多孔性基材，連續捲出；第2捲出裝置，由複數滾輪所構成，將長條狀的多孔質膜，連續捲出；含浸裝置，由複數傳遞滾輪及含浸槽所構成，從含浸裝置傳遞該多孔性基材至含浸槽，使該多孔性基材以指定速度通過該含浸槽，其中該含浸槽中包含一樹脂組成物所成的懸浮液，該多孔性基材浸漬於該懸浮液中指定的期間；積層裝置，由一對滾輪所構成，積層經過含浸裝置的該多孔性基材與第2捲出裝置捲出的多孔質膜，得到積層膜；以及乾燥裝置，由至少一對夾持滾輪、複數傳遞滾輪及加熱區所構成，傳遞該積層膜至該至少一對夾持滾輪之間，實施熱壓合，得到過濾材。

再者，根據本發明另一實施態樣，提供一種過濾材，其係使用一多孔質膜，藉由上述本發明的過濾材的製造方法及/或裝置而得之過濾材。

根據本發明的過濾材的製造方法及/或裝置，可提供具有耐化學性、耐溫性、耐摺性、高過濾效率的過濾材，而且無需選用及製作多孔性黏著層，且製程簡便，具有良好的生產性。

1,10‧‧‧製造裝置

101,102‧‧‧捲出裝置

200‧‧‧含浸裝置

300‧‧‧積層裝置

400‧‧‧乾燥裝置

401‧‧‧夾持滾輪

402,403‧‧‧加熱區

500‧‧‧捲取裝置

600‧‧‧驅動及控制裝置

P1‧‧‧多孔性基材(玻纖布)

P2‧‧‧多孔質膜

P3‧‧‧聚四氟乙烯粒子

LF,RF‧‧‧過濾材

圖1係表示根據本發明的過濾材的製造方法之一例的流程圖。

圖2係表示根據本發明的過濾材的製造裝置之一例的方塊圖。

圖3係表示根據本發明的過濾材的製造裝置之一例的側面示意圖。

圖4係表示說明根據本發明的過濾材的接著方式的示意圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配 合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。此外，「A層(或元件)設置於B層(或元件)上」之用語，並不限定為A層直接貼覆接觸B層表面的態樣，例如A層與B層中間尚間隔其他疊層亦為該用語所涵蓋範圍。圖示中，相同的元件係以相同的符號表示。

圖1係表示根據本發明的過濾材的製造方法的流程圖。本發明的過濾材的製造方法，先提供多孔性基材(S10)及多孔質膜(S25)，然後依序進行含浸步驟(S20)、積層步驟(S30)及乾燥步驟(S40)，得到過濾材。於多孔性基材具有一第1平均孔徑，多孔質膜具有一第2平均孔徑，以及過濾材具有一第3平均孔徑的情況，第1平均孔徑大於第2平均孔徑，第3平均孔徑等於或小於第2平均孔徑。

於一實施例，該多孔性基材為玻纖布，該多孔質膜為聚四氯乙烯所構成的膜。

第3平均孔徑，可介於(第2平均孔徑*50%)與(第2平均孔徑*160%)的範圍內，該過濾材具有該第3平均孔徑的分佈比例，可為80%以上。於較佳實施例，其中該第3平均孔徑係介於(第2平均孔徑*90%)與(第2平均孔徑*110%)的範圍內且該過濾材具有該第3平均孔徑的分佈比例為90%以上。

於一實施例，該樹脂組成物為一懸浮液，包括聚四氯乙烯樹脂及水。

於一實施例，該樹脂組成物更包括選自石墨及矽油所成群的至少一種或其組合。

樹脂組成物，可包括PTFE粒子、石墨粒子、矽油、分散劑、乳化劑、水等。藉由樹脂組成物中含有的微粒子，接合多孔質膜於多孔性基材上，又可藉由樹脂組成物中含有石墨，提高拉伸強度及耐摺性，可藉由樹脂組成物中含有矽油，提高耐溫性。於本說明書，所謂耐溫性，係指放置於250℃的溫度下100小時的測試後具有120kgf以上的拉伸強度及根據ASTM D2176的耐摺測試為1500次以上。PTFE粒子，可使用習知的PTFE 粒子，例如可使用PTFE的懸浮液，具體地例如可使用3M 5060-GZ的市售品。石墨粒子，可使用習知的石墨粉末，例如具有3-6μm的平均粒徑之石墨粉末。矽油，可使用市售品，例如DOW Corning ET-4327。PTFE粒子的添加量，對懸浮液100重量%而言，例如為5~25重量%，較理想為10~20重量%，更理想為12~18重量%。石墨粒子的添加量，對懸浮液100重量%而言，例如為0.1~15重量%，較理想為0.5~10重量%，更理想為1~5重量%。矽油的添加量，對懸浮液100重量%而言，例如為0~15重量%，較理想為0.01~10重量%，更理想為0.02~10重量%。

於一實施例，於該乾燥步驟，藉由一對滾輪及/或加熱區，實施加熱及施加壓力，乾燥該積層膜。

於一實施例，該一對滾輪中之一為表面具有凹凸形狀的雕花輪。

於一實施例，該一對滾輪中之一的表面溫度為280~320℃的範圍。

於一實施例，於該乾燥步驟，藉由設置280~320℃的溫度範圍的加熱區，乾燥該積層膜。

圖2係表示根據本發明的過濾材的製造裝置之一例的方塊圖。如圖2所示，本發明的過濾材的製造裝置1，包括捲出裝置101及102、含浸裝置200、積層裝置300、乾燥裝置400、捲取裝置500及驅動及控制裝置600。捲取裝置101提供多孔性基材(P1)，捲取裝置102提供多孔質膜(P2)，含浸裝置200浸漬多孔性基材(P1)於樹脂組成物(懸浮液)中，積層裝置300積層浸漬後的多孔性基材(P1)與多孔質膜(P2)，得到積層膜，乾燥裝置400乾燥積層膜，得到過濾材(LF或RF)，捲取裝置500捲取過濾材。驅動及控制裝置600，驅動及控制本發明的過濾材的製造裝置，實施上述過濾材的製造方法。

以下，更具體地說明本發明的製造裝置。圖3係表示根據本發明的過濾材的製造裝置之一例的側面示意圖。過濾材的製造裝置10，係一滾輪式連續製造裝置，包括捲出裝置101及102(第1捲出裝置、第2捲出裝置)、含浸裝置200、積層裝置300、乾燥裝置400、捲取裝置500，其 中未圖示驅動及控制裝置。根據本發明的製造裝置，可更包含張力控制器等。乾燥裝置400，可包括加熱區401及402、一對夾持滾輪403。捲出裝置101，將長條狀的多孔性基材，連續捲出；捲出裝置102，將長條狀的多孔質膜，連續捲出。含浸裝置200，從捲出裝置101傳遞多孔性基材至含浸槽，使該多孔性基材以指定速度通過含浸槽，其中含浸槽中包含樹脂組成物所成的懸浮液，多孔性基材浸漬於懸浮液中指定的期間。積層裝置300，積層從含浸裝置200傳遞的該多孔性基材與捲出裝置102捲出的多孔質膜，得到積層膜。乾燥裝置400，包括一對夾持滾輪401、複數傳遞滾輪及加熱區402及403所構成，傳遞該積層膜至一對夾持滾輪400之間，實施熱壓合，得到過濾材。

於一實施例，一對夾持滾輪中之一為表面具有凹凸形狀的雕花輪。藉由表面具有凹凸形狀的雕花輪作為熱壓滾輪，除提供熱能乾燥積層膜外，該等的凹凸形狀提供從積層膜移除流體的通道，以便迅速地乾燥積層膜。雕花輪的表面溫度，可為280~320℃的範圍。熱壓合的壓力，可由調整一對夾持滾輪之間的距離而控制。

以下說明構成本發明的過濾材之積層膜的多孔性基材與多孔質膜的接著機制。圖4係表示說明根據本發明的過濾材的接著方式的示意圖。以玻纖布為多孔性基材(P1)與ePTFE膜(P2)貼合後在不同溫度進行熱壓合後，利用電子顯微鏡(SEM)觀察膜面的表面，判斷加熱區與熱壓的溫度對膜面的影響。如圖4(b)所示，使用玻纖布作為多孔性基材的情況，圖4(b)的上圖表示貼合前的玻纖布(P1)的示意圖，圖4(b)的左下圖表示經過相較高溫的貼合膜(LF)的示意圖，圖4(b)的右下圖表示經過相較低溫的貼合膜(RF)的示意圖，玻璃纖維的經緯交接處會有結點，在SEM影像中，可以觀察到這些結點，在貼合ePTFE膜後經過乾燥、加熱及加壓後，出現因加壓使得ePTFE膜與玻纖上的微熔PTFE顆粒結合處，此部分可視為膜與玻纖布接著力好壞與否的關鍵，亦即由玻纖布的經緯結點的清晰與否判斷兩者接著的好壞。雖然溫度越高，接著點越多，接著越好，但是因膜微熔受壓力而改變表面形貌，膜面的網狀結構被破壞可能影響到透氣率，因此鍛燒溫度需控制在多孔質膜與玻纖布的接著力為適 當的範圍的溫度以上，例如280℃以上，但因隨著溫度的提高，透氣率也會有負面的影響，鍛燒溫度需控制320℃以下，較理想為310℃以下，更理想為300℃以下。

範例

以下，藉由範例，更具體地說明本發明，但並不因此限定本發明之範圍。本範例使用E-glass玻璃纖維布，其規格如表1所示，但本發明使用的多孔性基材不限於上述例。

使用固含量為60重量%的PTFE懸浮液，調配15%PTFE懸浮液，以其為主要配方，根據ASTM-D5035測試方法進行測試，表2中表示在常態及經過耐溫測試後的測試的結果。表2中，PTFE懸浮液配方，係指PTFE粒子為15重量%的懸浮液。退漿玻纖布為比較例1，而浸漬於15%PTFE懸浮液之玻纖布樣品為範例1，浸漬於15%PTFE和2.25%Graphite的懸浮液之玻纖布樣品為範例2。於範例2，PTFE粒子與石墨的重量百分比為15%、2.25%，範例3，PTFE粒子、石墨、矽油的重量百分比為15%、2.25%、1.125%。

使用的玻纖布的透氣率為30.8cm³/s/cm²，使用的ePTFE的透氣率為5cm³/s/cm²，其平均孔徑為1.0μm，厚度為15μm，PTFE粒子的熔點為331℃，其軟化點為110℃，平均粒徑為246nm。

表2中「披覆率」，定義為披覆於玻纖布的樹脂組成物的固體成分對原本玻纖布的重量百分比例。透氣率，係將樣品大小剪裁至15cm*15cm正方形樣布，根據ASTM-D737測試方法量測其樣品之透氣率。耐摺測試，係根據ASTM-D2176進行耐摺測試，將樣品布剪裁至長15cm寬1.5cm之大小，測量玻纖布經向之耐摺度。拉伸強度，係根據ASTM-D5035 測試方法進行測試，將樣品布剪裁至長15cm寬2.5cm之大小，測量玻纖布經向之最大拉伸強度。耐溫測試，係將樣品玻纖布置於高溫爐中，以250℃溫度下放置100小時烘烤後，以耐摺度以及拉伸強度的結果來比較未經耐溫測試之樣品來檢測其耐溫情況。孔徑分析，係將樣品布剪裁至直徑1.25cm之圓形，以膜孔徑分析儀(PMI)分析其孔徑分布情形。

再者，降低披覆率時，可提高透氣率。

鍛燒溫度(滾輪表面溫度)為280℃時的孔徑分析，可以觀察到孔徑分布集中在0.85~1μm，其餘的孔徑大小相較下很稀少，其平均孔徑為0.9354μm；在鍛燒溫度300℃的孔徑分析，孔徑分布集中於0.95~1.05μm可見鍛燒溫度在300℃時對孔徑分布無明顯影響，無很大的變異，其平均孔徑0.9827μm；而在320℃的鍛燒溫度的分析，觀察到較小的孔徑分布有上升的趨勢，極有可能是鍛燒溫度的提高，造成膜結構因微熔而縮小孔徑所導致，因此孔徑分布開始有向左移的現象，其平均孔徑0.9624μm；在340℃的孔徑分析，孔徑分布開始不集中，不僅小孔徑分布，大孔徑分布也有增加的趨勢，可見膜面結構有很大的改變，導致其孔徑分布由窄分布改變至寬分布，其平均孔徑為0.7753μm。

綜上所述，根據本發明的過濾材的製造方法及/或裝置，可提供具有化學耐性、耐溫性、耐摺性、高過濾效率的過濾材，而且無需選用及製作多孔性黏著層，且製程簡便，具有良好的生產性。

以上雖以特定範例、實施例說明本發明，但並不因此限定本發明之範圍，只要不脫離本發明之要旨，熟悉本技藝者瞭解在不脫離本發明的意圖及範圍下可進行各種變形或變更。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

Claims (17)

1. 一種過濾材的製造方法，依序包括以下步驟：浸漬一多孔性基材於一樹脂組成物的含浸步驟；積層一多孔質膜於含浸後的該多孔性基材，得到積層膜的積層步驟；以及乾燥該積層膜，得到過濾材的乾燥步驟；其中該多孔性基材具有一第1平均孔徑，該多孔質膜具有一第2平均孔徑，以及該過濾材具有一第3平均孔徑，該第1平均孔徑大於該第2平均孔徑，該第3平均孔徑等於或小於該第2平均孔徑。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該多孔性基材為玻纖布，該多孔質膜為聚四氯乙烯所構成的膜。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該第3平均孔徑係介於(第2平均孔徑*90%)與(第2平均孔徑*110%)的範圍內且該過濾材具有該第3平均孔徑的分佈比例為90%以上。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該樹脂組成物為一懸浮液，包括聚四氯乙烯樹脂及水。
5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該樹脂組成物更包括選自石墨及矽油所成群的至少一種或其組合。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於該乾燥步驟，藉由一對滾輪及/或加熱區，實施加熱及施加壓力，乾燥該積層膜。
7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該一對滾輪中之一為表面具有凹凸形狀的雕花輪。
8. 如申請專利範圍第6或7項所述之方法，其中該一對滾輪中之一的表面溫度為280~320℃的範圍。
9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於該乾燥步驟，藉由設置280~320℃的溫度範圍的加熱區，乾燥該積層膜。
10. 一種過濾材的製造裝置，包括：第1捲出裝置，由複數滾輪所構成，將長條狀的多孔性基材，連續捲出；第2捲出裝置，由複數滾輪所構成，將長條狀的多孔質膜，連續捲出； 含浸裝置，由複數傳遞滾輪及含浸槽所構成，從積層裝置傳遞該多孔性基材至含浸槽，使該多孔性基材以指定速度通過該含浸槽，其中該含浸槽中包含一樹脂組成物所成的懸浮液，該多孔性基材浸漬於該懸浮液中指定的期間；積層裝置，由一對滾輪所構成，積層經過含浸裝置的該多孔性基材與第2捲出裝置捲出的多孔質膜，得到積層膜；以及乾燥裝置，由至少一對夾持滾輪、複數傳遞滾輪及加熱區所構成，傳遞該積層膜至該至少一對夾持滾輪之間，實施熱壓合，得到過濾材。
11. 如申請專利範圍第10項所述之裝置，其中該至少一對夾持滾輪中之一為表面具有凹凸形狀的雕花輪，該雕花輪的表面溫度為280~320℃的範圍。
12. 如申請專利範圍第10項所述之裝置，更包括：驅動及控制裝置，用以驅動及控制滾輪；以及捲取過濾材的裝置，用以捲取經過該乾燥裝置所得之過濾材。
13. 如申請專利範圍第10項所述之裝置，其中熱壓合的壓力，係由調整一對夾持滾輪之間的距離而決定。
14. 一種過濾材，其係使用一多孔質膜，藉由如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之方法或如申請專利範圍第10項至第13項中任一項所述之裝置製造所得之過濾材。
15. 如申請專利範圍第14項所述之過濾材，其中該過濾材，在常溫下的拉伸強度為300kgf以上，放置於250℃的溫度下100小時後根據ASTM-D5035的拉伸強度為100kgf以上。
16. 如申請專利範圍第14項所述之過濾材，其中該過濾材的透氣率為該多孔質膜透氣率的15%以上。
17. 如申請專利範圍第14項所述之過濾材，其中該過濾材的平均孔徑為該多孔質膜的平均孔徑的95%~105%的範圍。