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TWI778119B - 用於製造通氣過濾器的方法 - Google Patents

用於製造通氣過濾器的方法 Download PDF

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TWI778119B
TWI778119B TW107129383A TW107129383A TWI778119B TW I778119 B TWI778119 B TW I778119B TW 107129383 A TW107129383 A TW 107129383A TW 107129383 A TW107129383 A TW 107129383A TW I778119 B TWI778119 B TW I778119B
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朴世晶
尹景煥
安秉寅
劉韓率
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南韓商Ｌｇ化學股份有限公司
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Abstract

本發明是關於一種氟系樹脂多孔膜、一種用於製造其的 方法以及一種包含多孔膜的通氣過濾器，在氟系樹脂多孔膜中，基於由單個5微米至300微米層構成的氟系樹脂多孔膜的總厚度，分佈於任一個表面上的節點的厚度比與分佈於形成剩餘部分的另一表面上的節點的厚度比相比，展現出5%或大於5%的差異。

Description

用於製造通氣過濾器的方法
相關申請案的交叉參考
本申請案主張於2017年10月26日向韓國智慧財產局申請的韓國專利申請案第10-2017-0140284號的優先權及權益，所述韓國專利申請案的揭露內容以其全文引用的方式併入本文中。
本發明是關於一種氟系樹脂多孔膜及一種用於製造其的方法，且更特定言之，是關於一種氟系樹脂多孔膜、一種用於製造其的方法以及一種包含所述多孔膜的通氣過濾器，所述氟系樹脂多孔膜允許僅表面因受熱而具有經減小的孔隙率且因此減少水滲透，同時保持內部孔隙率及透氣性。
使用多孔體的通氣過濾器用於各種元件的情況，且例如主要應用於汽車的電氣部件，諸如燈、馬達、各種感測器以及壓力開關。通氣過濾器亦應用於行動電話、攝影機、電動刮鬍刀、電動牙刷、戶外燈以及類似物。
此類通氣過濾器具有極佳的透氣性，且因此主要用於防止由於壓力變化及周圍環境所致的內部保護空間的變形。通氣過濾器使用一般的多孔膜來提供。多孔膜為防止水滲透的同時保持高過濾效率及透氣性所必需。然而，當多孔膜的透氣性增加時， 所形成孔的大小變得更大，其往往會降低防止水滲透的效能。
另外，用作多孔膜的PTFE多層膜通常為本領域中所已知，但根據先前所已知方法，因為一般的熱空氣系統是在熱燒製(thermal firing)時使用，所以相對於透氣性而言，防止水滲透的效果不足。
因此，需要開發新型通氣過濾器，所述新穎通氣過濾器防止透水性劣化，同時使多孔膜具有極佳的透氣性。
本發明的目標是提供一種用於製造氟系樹脂多孔膜的方法、一種藉由以上製造方法所生產的氟系樹脂多孔膜以及包含其的通氣過濾器，所述氟系樹脂多孔膜不僅透氣性極佳而且用於防止水滲透的耐水壓性亦極佳。
本發明提供一種氟系樹脂多孔膜，其中基於由單個5微米至300微米層構成的氟系樹脂多孔膜的總厚度，與分佈於形成剩餘部分的另一表面上的節點的厚度比相比，分佈於一個表面上的節點的厚度比展現出5%或大於5%的差異。
本發明亦提供一種用於製造上述氟系樹脂多孔膜的方法，所述方法包含以下步驟：藉由使用含氟樹脂的組成物來製造預形體；將預形體擠壓及拉伸；以及將經拉伸預形體的任一個表面定位成與加熱構件接觸，且隨 後使其在300℃至500℃下燒製1秒至120秒。
下文中，將更詳細地描述根據本發明的具體實施例的氟系樹脂多孔膜及製造方法。
根據本發明的一個實施例，可提供一種氟系樹脂多孔膜，其中基於由單個5微米至300微米層構成的氟系樹脂多孔膜的總厚度，分佈於任一個表面上的節點的厚度比與分佈於形成剩餘部分的另一表面上的節點的厚度比相比，展現出5%或大於5%的差異。
亦即，氟系樹脂多孔膜為藉由改變由單層構成的多孔膜的頂部表面及底部表面上的節點分佈比而形成的結構，所述結構包含經組態以在多孔膜的節點厚度上具有差異的膜。此外，因為本發明的氟系樹脂多孔膜在兩個表面上呈現出節點比差異，所以其可包含在內部與外部之間具有節點厚度差異的多孔膜。另外，因為多孔膜在兩個表面上展現出節點大小及厚度的差異，所以其亦展現出孔隙率的差異，所述孔隙率的差異可有效防止水滲透。
在此情況下，如本文中所使用，術語「節點(node)」意謂在藉由拉伸諸如PTFE的氟樹脂所產生的多孔膜中形成的結(nodule)。另外，多孔膜具有由多個精細小纖維(精細纖維)以及藉由小纖維彼此連接的多個節點(結)構成的精細結構，所述精細結構為此等精細結構連續連接的結構。此外，在本發明中，可藉由以下操作來進行用於量測及確證分佈於氟系樹脂多孔膜中的節點的方法：觀測掃描電子顯微鏡(SEM)影像，區分厚小纖維與厚節點，檢查形成得較厚的節點的厚度，以及隨後計算平均節點的厚度比。
在本說明書中，氟系樹脂多孔膜可指包含第一層，其中分佈有具有0.1微米至10微米的直徑的節點；以及第二層，其中分佈有0.105微米至15微米的節點。第一層可為藉由稍後描述的熱處理減小其孔隙率的層，且第二層可為保持其孔隙率的層。
因此，在根據本發明的氟系樹脂多孔膜中，基於由單個5微米至300微米層構成的氟系樹脂多孔膜的總厚度，任一個表面上的節點的厚度可在0.1微米至10微米的範圍內，且形成剩餘部分的另一表面上的節點的厚度可在0.105微米至15微米的範圍內。
在氟系樹脂多孔膜中，視構成膜的兩個表面上的節點的分佈差異而定，分佈於內部的任一個表面的孔的直徑分佈與相對不同的另一表面相比，是精確且均勻的，且其可防止在預定壓力下每個單位時間內穿過多孔膜的水的滲透。
更佳地，基於氟系樹脂多孔膜的總厚度，分佈於任一個表面上的節點的厚度比與分佈於形成剩餘部分的另一表面上的節點的厚度比相比，展現出5%至40%的差異。
在透氣性為0.5秒/100立方公分至100秒/100立方公分的條件下，如上文所描述的本發明的多孔膜可具有10千帕至300千帕的耐水壓性。
多孔膜可具有150奈米至900奈米的平均孔徑及300奈米至2500奈米的最大孔徑。
此類氟系樹脂多孔膜可具有0.10公克/立方公分至1.00公克/立方公分的密度及5微米至300微米的總厚度。
氟系樹脂多孔膜可為經單軸或雙軸拉伸的層壓物。
氟系樹脂多孔膜可藉由使用各種構件來產生。
作為實例，氟系樹脂多孔膜可藉由以下方法來產生：諸如在拉伸之後使用配備有輥的加熱構件的製造方法、在拉伸期間藉由張力控制利用外力將壓力施加至一個表面的方法，或增加拉伸區段中的一個表面上的接觸輥的加熱溫度的方法。
在此等方法當中，為了最有效地保持尺寸穩定性且允許節點比的差異，在拉伸之後使用配備有輥的加熱構件的方法可為較佳的。
因此，根據本發明的另一較佳實施例，將描述在拉伸之後使用配備有輥的加熱構件的方法。
根據本發明，可提供一種用於製造氟系樹脂多孔膜的方法，所述方法包含以下步驟：藉由使用含氟樹脂的組成物來製造預形體；將預形體擠壓及拉伸；以及將經拉伸預形體的一個表面定位成與加熱構件接觸，且隨後使其在300℃至500℃下燒製1秒至120秒。
因為本發明的氟系樹脂多孔膜並不藉由一般層壓方法來控制節點厚度及孔比(pore ratio)，而是使用由單層形成的多孔膜，所以可藉由簡易方法來提供具有極佳效能的膜。因此，根據本發明的方法的多孔膜由單層組成。
具體言之，根據本發明，在產生預形體的製程中，為了僅在由單層形成的多孔膜的任一側的表面上減小孔隙率並增大耐水壓性，可將使用諸如輥的加熱構件的燒製方法應用於已經歷擠壓及拉伸步驟的預形體。
在本發明中，根據上述方法，形成單層氟基多孔膜的一個表面上的節點分佈相對於另一側可以5%或大於5%來區分。鑒 於以上，藉由與習知方法相比，證實在保持相同透氣性的狀態下的耐水壓性較優良，且在用作通氣過濾器時可防止水滲透，而完成本發明。
本發明的氟系樹脂多孔膜具有極佳的透氣性，且可有效地防止水滲透，同時對氣體及水以外的液體具有高滲透性。
更具體言之，在用於製造本發明的氟基多孔膜的方法中，藉由使用含氟樹脂的組成物來產生預形體，且經由擠壓及拉伸步驟或類似步驟使預形體形成為薄片形式，且隨後在將薄片的任一個表面定位成與加熱構件接觸的狀態下來燒製預形體。
特定言之，根據本發明，提供一種允許僅一表面因受熱而具有經減小的孔隙率，且因此減少水滲透同時保持內部孔隙率及透氣性的方法。
根據以上方法，在所獲得多孔膜的一個表面上的孔隙率變形，且基於多孔膜的總厚度，任一個表面上的節點的厚度與另一表面(亦即多孔膜的剩餘部分側)上的節點的厚度相比，展現出差異(圖1)。在此情況下，在節點的厚度改變的部分，僅將熱施加至多孔膜的所述表面上，且在縱向方向上的孔隙率減小了。
較佳地，如上文所描述，基於氟系樹脂多孔膜的5微米至300微米的總厚度，任一個表面上的節點的厚度比與形成剩餘部分的另一表面上的節點的厚度比相比，展現出5%或大於5%的差異。因此，本發明的多孔膜可更強有力地防止水滲透，同時保持極佳的透氣性，且因此可提供具有經改進效能的通氣過濾器。
此外，在一個較佳實施例中，任何燒製步驟皆是可能的，只要使用配備有輥的加熱構件即可。作為實例，可藉由使用下列 加熱構件來進行燒製步驟，所述加熱構件包含加熱輥、夾持輥或配備有能夠在Z軸方向上施加力的張力調節構件的輥。當使用配備有張力調節構件的輥時，可在所述輥與用於產生多孔膜的預形體的一側接觸時，藉由增加Z軸方向上的力來進行燒製步驟。
此外，在本發明的方法中，燒製步驟較佳地在300℃至500℃下使用加熱構件進行1秒至120秒。更佳地，所述燒製步驟在320℃至380℃下進行1秒至60秒。若燒製步驟的溫度小於300℃，則由於不充分燃燒而存在尺寸穩定性的問題。若溫度超過500℃，則存在遠超過熔化溫度且因而阻塞所有表面孔的問題。另外，若燒製步驟的燒製時間少於1秒，則由於不充分燃燒而存在尺寸穩定性的問題。若燒製時間超過120秒，則由於熔化接觸時間的增加而存在阻塞表面孔的問題。
另一方面，在經歷燒製步驟之前，預形體可藉由習知滾軋方法或類似方法使用上述含氟樹脂的組成物以經擠壓薄片的形式擠壓而產生。
含氟樹脂的組成物基本上含有氟樹脂，且可另外含有液體潤滑劑。舉例而言，可使用疏水性液體潤滑劑，其為具有5個至12個碳數目的烷烴及其混合物，但所述疏水性液體潤滑劑的類型不受特定限制。液體潤滑劑的具體實例包含異構烷烴(IsoPar)、ISOL-C、ISOL-G以及類似物。
在預成形時，所使用液體潤滑劑的量不受特定限制，且視潤滑劑類型、模製條件以及類似者而變化。舉例而言，按照待使用的氟基樹脂或其精細粉末的100重量份計，液體潤滑劑可以5重量份至50重量份或10重量份至40重量份的量來使用。
擠壓預形體的步驟可在30℃至100℃的溫度下進行。
經由將經擠壓的預形體乾燥及拉伸的步驟，多層預形體的每一層可產生為多孔結構，其中均勻地存在精細的孔。
在將經擠壓的預形體拉伸的步驟中，所述拉伸可在以不同速度旋轉的輥之間進行，或可於烘爐中使用拉幅機來進行。
對經擠壓的預形體的擠壓可單軸或雙軸地進行，且拉伸比可視待生產膜的用途而定。舉例而言，將經擠壓的預形體拉伸的步驟可包含i)在縱向及橫向拉伸比為2倍至50倍的條件下，將經擠壓的預形體單軸拉伸；或ii)在縱向及橫向拉伸比為2倍至50倍的條件下，將經擠壓的預形體單軸拉伸，且在縱向及橫向拉伸比為2倍至50倍的條件下，將經單軸拉伸而形成的物件雙軸拉伸一或多次。較佳地，在單軸拉伸或雙軸拉伸的情況下，每一拉伸比較佳地為2倍至10倍，更佳地為2倍至5倍，或為2倍至3倍。
亦即，可僅藉由單軸拉伸來提供本發明的通氣過濾器製品，且雙軸拉伸可視需要而進行。在此情況下，縱向方向可稱為機器方向或MD，且膜的厚度及垂直於MD的方向可稱為橫向方向或TD。
將經擠壓的預形體拉伸的步驟的溫度可接近於或低於預形體的熔點。舉例而言，將經擠壓的預形體拉伸的步驟可在100℃至400℃的溫度下進行。
另一方面，在將經擠壓的預形體擠壓的步驟之前，方法可更包含燒結預形體的步驟。對預形體的燒結可例如在200℃至400℃的溫度下進行。
在將經擠壓的預形體擠壓的步驟之前，所述方法可更包 含在100℃至300℃的溫度下將經擠壓的預形體乾燥的步驟。經由此乾燥步驟，可自經擠壓的預形體完全去除液體潤滑劑。
氟基樹脂的具體實例不受限制，且例如所述氟基樹脂可為由下述者所組成的族群中選出的至少一個氟基化合物：聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene；PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinylether copolymer；PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer；FEP)、乙烯-四氟乙烯共聚物樹脂(ethylene-tetrafluoroethylene copolymer resin；ETFE)、四氟乙烯-氯三氟乙烯共聚物(tetrafluoroethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer；TFE/CTFE)以及乙烯-氯三氟乙烯樹脂(ethylene-chlorotrifluoroethylene resin；ECTFE)。
諸如聚四氟乙烯(PTFE)的氟基樹脂為具有極佳耐熱性及耐化學性的塑膠。由氟基樹脂製成的多孔膜可廣泛用作腐蝕性氣體及液體的過濾介質、用於電解的滲透薄膜以及電池隔板。此外，所述多孔膜可用以精確過濾用於半導體行業中的各種氣體及液體。
特定言之，如圖1中所示，在根據實施例的製造方法所生產的氟系樹脂多孔膜中，與習知多孔膜相比，僅一側的表面因受熱而具有經減小的孔隙率，且因此與另一表面相比，所述多孔膜的節點分佈可展現出5%或大於5%的差異。
因此，分佈於本發明的多孔膜的一側的表面內部的孔的直徑分佈改變了，且因此可變得精確且均勻。因此，因為多孔膜 可有效地防止水滲透，同時保持極佳的透氣性，所以有可能防止由於壓力變化及周圍環境所致的內部保護空間的變形。
另外，在習知多孔膜中，由於在過濾期間所施加的壓力所致，分佈於內部的孔的形狀及直徑變大，且可能由於膜自身的破裂而極大地降低過濾特性。然而，根據實施例的製造方法所生產的氟系樹脂多孔膜不僅具有極佳的機械特性，而且內部孔的形式及形狀以及類似特性在製造製程及過濾操作期間並不會極大地變化。
根據本發明的另一實施例，提供一種包含氟系樹脂多孔膜的通氣過濾器。
亦即，在形成本發明的氟系樹脂多孔膜時，由於分佈於一個表面上的節點的厚度比與分佈於形成剩餘部分的另一表面上的節點的厚度比相比，展現出5%或大於5%的差異，所以改進了包含氟系樹脂多孔膜的通氣過濾器製品的效能。
通氣過濾器包含上文所描述的本發明的氟系樹脂多孔膜，且因此可根據本領域中所熟知的方法來提供及使用。
根據本發明，可提供一種氟系樹脂多孔膜，其藉由改變形成多孔膜的任一個表面(上部表面)及形成剩餘部分的另一表面(下部表面)的節點比及孔比而形成。氟系樹脂多孔膜可藉由允許使用加熱輥使僅一個表面因受熱而具有經減小的孔隙率同時保持內部的孔隙率及透氣性來提供，且亦可增加減少水滲透的作用。因此，本發明可提供一種具有極佳透氣性及經改進耐水壓性 的氟系樹脂多孔膜，以及一種包含其的通氣過濾器。
圖1示意性地繪示在本發明的多孔膜中藉由使用熱燒製僅所述表面來減小孔隙率的方法。
圖2為繪示根據本發明的實例及比較實例的耐水壓性與透氣性之間的關係的圖示。
圖3為繪示比較實例1及實例1的多孔膜的表面的第一表面與第二表面上的節點分佈的差異的掃描電子顯微鏡影像。
圖4為繪示比較實例2及實例2的多孔膜的表面的第一表面與第二表面上的節點分佈的差異的掃描電子顯微鏡影像。
圖5為繪示比較實例3及實例3的多孔膜的表面的第一表面與第二表面上的節點分佈的差異的掃描電子顯微鏡影像。
在下文中，將藉助於以下實例而更詳細地描述本發明。然而，闡述此等實例是為了說明本發明且本發明的範疇不限於此。
[實例1：製備PTFE多孔膜]
將100重量份的聚四氟乙烯粉末(CD145E，AGC)與22重量份的液體潤滑劑(商標名：「異構烷烴H(Isopar H)」，埃克森公司(Exxon Co.))混合來製造單層預形體。
隨後，在50℃的溫度下，以50毫米/分鐘的速率擠壓單層預形體來製造具有約300微米的厚度的薄片。在約200℃的溫 度下，將如此製造的薄片加熱以使液體潤滑劑完全乾燥。
在乾燥步驟之後，在以下表1中所繪示的條件下，將預形體單軸拉伸。
隨後，在360℃的溫度下，藉由使用加熱輥將經拉伸預形體燒製10秒以獲得PTFE多孔膜。
[實例2：製備PTFE多孔膜]
將100重量份的聚四氟乙烯粉末(CD145E，AGC)與26重量份的液體潤滑劑(商標名：「異構烷烴H」，埃克森公司)混合來製造單層預形體。
隨後，在50℃的溫度下，以50毫米/分鐘的速率擠壓單層預形體來製造具有約300微米的厚度的薄片。在約200℃的溫度下，將如此製造的薄片加熱以使液體潤滑劑完全乾燥。
在乾燥步驟之後，在以下表1中所繪示的條件下，將預形體單軸拉伸。
隨後，在360℃的溫度下，藉由使用加熱輥將經拉伸預形體燒製10秒以獲得PTFE多孔膜。
[實例3：製備PTFE多孔膜]
將100重量份的聚四氟乙烯粉末(6J，MDF)與22重量份的液體潤滑劑(商標名：「異構烷烴H」，埃克森公司)混合來製造單層預形體。
隨後，在50℃的溫度下，以50毫米/分鐘的速率擠壓單層預形體來製造具有約300微米的厚度的薄片。在約200℃的溫度下，將如此製造的薄片加熱以使液體潤滑劑完全乾燥。
在乾燥步驟之後，在以下表1中所繪示的條件下，將預 形體單軸拉伸。
隨後，在360℃的溫度下，藉由使用加熱輥將經拉伸預形體燒製10秒以獲得PTFE多孔膜。
[比較實例1：製備PTFE多孔膜]
除在燒製步驟中用熱空氣系統代替加熱輥以外，以與實例1相同的方式獲得PTFE多孔膜。
[比較實例2：製備PTFE多孔膜]
除在燒製步驟中用熱空氣系統代替加熱輥以外，以與實例2相同的方式獲得PTFE多孔膜。
[比較實例3：製備PTFE多孔膜]
除在燒製步驟中用熱空氣系統代替加熱輥以外，以與實例3相同的方式獲得PTFE多孔膜。
[實驗實例]
根據慣常方法量測實例及比較實例的透氣性、最大孔徑、節點厚度以及耐水壓性，且結果顯示在表1以及圖2至圖5中。
Figure 107129383-A0305-02-0014-1
Figure 107129383-A0305-02-0015-2
如以上表1以及圖2至圖6中可見，可證實的是，與比較實例1至比較實例3相比，在相同透氣性條件下，實例1至實例3中所製造的PTFE多孔膜具有經改進的耐水壓特性。
特定言之，可證實的是，在形成多孔膜時，因為一個表面上的節點厚度與另一表面(第二表面)上的節點厚度相比，展現出14.5%至39.4%的差異，所以本發明可有效地防止水滲透。

Claims (3)

  1. 一種用於製造通氣過濾器的方法，包括以下步驟：藉由使用含氟樹脂的組成物來製造預形體；將所述預形體擠壓及拉伸；以及將所述經拉伸預形體的任一個表面定位成與加熱構件接觸，且隨後使其在300℃至500℃下燒製1秒至120秒，以直接獲得所述氟系樹脂多孔膜，其中所述燒製步驟藉由使用加熱構件來進行，所述加熱構件包含加熱輥、夾持輥或配備有能夠在Z軸方向上施加力的張力調節構件的輥。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的用於製造通氣過濾器的方法，其中拉伸所述經擠壓的預形體的所述步驟包含：i)在縱向及橫向拉伸比為2倍至50倍的條件下，將所述經擠壓的預形體單軸拉伸；或ii)在所述縱向及橫向拉伸比為2倍至50倍的所述條件下，將所述經擠壓的預形體單軸拉伸，且在所述縱向及橫向拉伸比為2倍至50倍的所述條件下，將所述經單軸拉伸而形成的物件雙軸拉伸一或多次。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的用於製造通氣過濾器的方法，其中所述氟樹脂包含由下述者所組成的族群中選出的至少一個氟基化合物：聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、乙烯-四氟乙烯共聚物樹脂(ETFE)、四氟乙烯-氯三氟乙烯共聚物(TFE/CTFE)以及乙烯-氯三氟乙烯樹脂(ECTFE)。
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