KR20210053696A - 다공성 불소계 수지 복합체 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다공성 불소계 수지 복합체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 다공성 불소계 수지 복합체는 양면의 발유도가 서로 다른 다공성 불소계 수지 복합막을 포함함에 따라, 발유성이 좋은 면을 통해 유기 용매 혹은 오일 등의 낮은 표면 장력을 갖는 액체가 침투할 수 없어 완벽한 방액 성능을 구현하면서 발유성이 낮은 면에 점착층이 강하게 부착될 수 있다. 이에 따라, 상기 다공성 불소계 수지 복합체는 패치형 벤트 필터로 활용되어 원하는 부위에 강력하게 부착되어 오염 물질로부터 기기를 보호하면서 우수한 통기성을 나타낼 수 있다.
Description
본 발명은 다공성 불소계 수지 복합체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 램프, 모터, 각종 센서, 압력 스위치 등으로 대표되는 자동차용 전장품, 휴대전화, 카메라, 전기 면도기, 전동 칫솔 등의 가전 제품, 옥외용 램프 등의 전자 제품, 사무용 기기, 의료 기기 등의 각종 기기는 이들의 부품이나 제어 기판 등을 수용할 수 있도록 내부 공간을 갖는 케이스(하우징)을 구비하게 된다.
이러한 케이스에는 내부 공간의 압력 변동을 완화하거나 케이스 내부를 환기 및 통기하기 위한 관통공인 개구가 형성되고, 이러한 개구에는 통기 부재인 벤트 필터가 장착된다.
이러한 벤트 필터로는 우수한 내열성, 화학적 안정성, 내후성(weatherability), 불연성, 강도, 비점착성, 저마찰 계수, 저유전율, 가요성(flexibility), 액체 투과성, 입자 포착성(particle collection efficiency) 등의 특성을 가지는 불소계 수지 다공성 막이 사용될 수 있다. 특히 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)을 사용하여 제조된 다공성 막은 다양한 화합물에 대한 높은 안정성을 나타낼 수 있다.
벤트 필터에는 손으로 직접 기기의 케이스에 부착하는 패치형 제품이 있다. 이러한 패치형 벤트 필터는 내화학성 및 통기성 유지 등의 이유로 기존의 벤트 필터보다 강력한 발유성이 요구된다. 따라서, PTFE 다공성 막을 PTFE 보다 더 낮은 표면 장력을 갖는 재료로 코팅하여 발유성을 향상시켜 사용하고 있다. 그러나, PTFE 다공성 막의 낮은 표면 장력으로 인해 다공성 막의 외부와 내부의 발유성을 원하는 수준으로 개선시키는데 한계가 있었으며, 코팅된 다공성 막은 점착력이 저하되어 패치형 벤트 필터로 사용하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 발유성 및 점착성이 모두 우수한 다공성 불소계 수지 복합체 및 이의 제조 방법을 제공한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 표면 및 내부에 기공이 형성된 다공성 불소계 수지층, 상기 다공성 불소계 수지층의 일면과 내부 기공에 형성되며, 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트의 공중합체를 포함하는 코팅층 및 상기 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성되지 않은 면에 점착층이 적층된 다공성 불소계 수지 복합체가 제공된다.
발명의 다른 일 구현예에 따르면, 다공성 불소계 수지층의 일면에 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트의 공중합체 및 퍼플루오로알칸산을 포함하는 코팅 조성물을 코팅하는 단계; 및 상기 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성되지 않은 면에 점착층을 적층하는 단계를 포함하는 다공성 불소계 수지 복합체의 제조 방법이 제공된다.
발명의 일 구현예에 따른 다공성 불소계 수지 복합체는 양면의 발유도가 서로 다른 다공성 불소계 수지 복합막을 포함함에 따라, 발유성이 좋은 면을 통해 유기 용매 혹은 오일 등의 낮은 표면 장력을 갖는 액체가 침투할 수 없어 완벽한 방액 성능을 구현하면서 발유성이 낮은 면에 점착층이 강하게 부착될 수 있다. 이에 따라, 상기 다공성 불소계 수지 복합체는 패치형 벤트 필터로 활용되어 원하는 부위에 강력하게 부착되어 오염 물질로부터 기기를 보호하면서 우수한 통기성을 나타낼 수 있다.
도 1은 메이어 바 코팅 방식을 설명하기 위한 모식도이다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 다공성 불소계 수지 복합체 및 이의 제조 방법 등에 대해 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 표면 및 내부에 기공이 형성된 다공성 불소계 수지층, 상기 다공성 불소계 수지층의 일면과 내부 기공에 형성되며, 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트의 공중합체를 포함하는 코팅층 및 상기 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성되지 않은 면에 점착층이 적층된 다공성 불소계 수지 복합체가 제공된다.
한편, 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 다공성 불소계 수지층의 일면에 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트의 공중합체 및 퍼플루오로알칸산을 포함하는 코팅 조성물을 코팅하는 단계; 및 상기 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성되지 않은 면에 점착층을 적층하는 단계를 포함하는 다공성 불소계 수지 복합체의 제조 방법이 제공된다.
상기 다공성 불소계 수지 복합체는 양면의 발유도가 서로 다른 다공성 불소계 수지 복합막을 포함함에 따라, 우수한 통기성 및 발유성을 나타내는 것은 물론 점착층이 보다 강하게 부착될 수 있다. 이에 따라, 상기 다공성 불소계 수지 복합체는 높은 발유성 및 점착성을 요구하는 패치형 벤트 필터로 유용하게 사용될 것으로 기대된다.
이하, 상기 발명의 일 구현예에 따른 다공성 불소계 수지 복합체와 이의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.
상기 다공성 불소계 수지층은 불소계 수지로 형성되는 다공성 막이다. 이러한 다공성 불소계 수지층은 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 방법에 따라 제조될 수 있다.
일 예로, 상기 다공성 불소계 수지층은 불소계 수지 및 윤활제를 포함하는 페이스트를 성형하여 예비 성형체를 제조하는 단계; 상기 예비 성형체를 압연하여 시트를 제조하는 단계; 상기 시트를 건조하는 단계; 상기 건조된 시트를 연신하는 단계; 및 상기 연신된 시트를 열고정하는 단계를 통해 제조될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 별도의 공지된 공정이 추가되거나, 혹은 상기 단계들 중 일부가 생략되거나, 혹은 상기 단계들 중 일부 단계가 2 회 이상 수행될 수 있다.
상기 불소계 수지의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 일 예로, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 공중합체(FEP), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE), 테트라플루오로에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(TFE/CTFE), 및 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(ECTFE)로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상일 수 있다.
다공성 불소계 수지층의 기본적인 물성 확보를 위하여, 상기 불소계 수지는 5,000,000 내지 15,000,000 g/mol의 수평균 분자량을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 그리고, 다공성 불소계 수지층의 미세 기공 특성을 조절하기 위하여, 서로 다른 수평균 분자량을 갖는 2 종 이상의 불소계 수지를 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 불소계 수지를 포함하는 페이스트에는 상기 불소계 수지와 함께 윤활제가 포함될 수 있다. 상기 윤활제는 상기 불소계 수지의 표면을 젖게 하여 불소계 수지의 성형이나 이로부터 형성된 시트의 가공 등을 원활하게 수행되도록 할 수 있다.
상기 윤활제는 시트 가공 후 열에 의해 증발되는 등 다공성 불소계 수지층의 제조 과정에서 제거 가능한 물질이라면 그 종류가 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 윤활제로는 유동 파라핀, 나프타, 화이트 오일, 톨루엔, 자일렌 등의 탄화수소 오일, 각종 알코올류 화합물, 케톤류 화합물, 에스테르류 화합물 등 본 발명이 속하는 기술분야에서 윤활제로서 알려진 모든 화합물이 사용될 수 있다.
상기 페이스트에 포함되는 윤활제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 윤활제의 종류, 성형 조건 등에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 윤활제는 상기 불소계 수지 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부, 10 내지 50 중량부, 10 내지 40 중량부 혹은 20 내지 30 중량부로 사용될 수 있다.
상기 불소계 수지 및 윤활제를 포함한 페이스트를 성형하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 상기 페이스트를 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 바에 따라 적절한 조건에서 원하는 형상으로 성형하여 예비 성형체를 제조할 수 있다.
일 예로, 상기 페이스트는 롤링법 등의 압축 방식 혹은 램 압출 등의 압출 방식에 의해 성형될 수 있다. 제조된 예비 성형체의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니나, 약 0.15 내지 약 2.5 mm가 되도록 조절할 수 있다.
상기 예비 성형체를 제조하는 단계에서 제공된 예비 성형체는 압연 공정을 통해 시트로 제조될 수 있다.
압연 공정은 압연하려는 대상을 두 개의 압연롤 사이에 공급하고, 두 개의 압연롤에 적정 압력을 가하여 두 개의 압연롤 사이의 갭을 조절함으로써 그 대상의 미세 구조와 두께 등을 변화시킨다.
이때, 상기 대상의 이동 속도는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 약 5 내지 100 mm/min으로 조절될 수 있다. 또한, 상기 압연 공정 시의 온도는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 약 20℃ 내지 70℃로 조절될 수 있다.
상기 압연 공정에서는 상기 예비 성형체를 약 30 내지 90 %의 압연율로 압연하여 시트를 제조할 수 있다. 여기서, 압연율은 압연 전 후의 두께 감소율을 의미한다.
상기 시트를 제조하는 단계에서 제공된 시트는 건조 공정을 통해 건조될 수 있다. 상기 건조 공정에서는 상기 시트에 잔류하는 윤활제가 제거되도록 상기 시트를 약 150℃ 내지 300℃에서 건조할 수 있다. 상기 건조 공정에서의 건조 시간은 윤활제가 완전히 제거될 수 있는 시간이면 특별히 제한되지 않는다.
상기 건조하는 단계에서 제공된 건조된 시트는 연신 공정을 통해 연신될 수 있다. 연신 공정은 상이한 속도로 회전하는 롤러에 상기 시트를 공급하여 수행되거나 혹은 오븐에서 텐터(tenter)를 이용하여 수행될 수 있다.
상기 시트는 종방향(MD) 혹은 횡방향(TD)으로 일축 연신되거나 혹은 양방향으로 이축 연신될 수 있다. 이축 연신될 경우, 상기 시트는 종방향(MD) 및 횡방향(TD) 중 어느 한 방향으로 일축 연신된 후 다른 방향으로 이축 연신되거나 혹은 양방향으로 동시에 연신될 수 있다.
상기 연신 공정에서는 최종 제조되는 다공성 불소계 수지 복합체의 용도 등에 따라 적절한 비율로 시트를 연신할 수 있다. 일 예로, 상기 다공성 불소계 수지 복합체를 벤트 필터에 활용하는 경우 상기 시트는 1.5 내지 10 배, 1.5 내지 5 배 혹은 2 내지 4 배의 연신 비율로 일축 혹은 이축 연신될 수 있다.
상기 연신 공정은 시트의 융점 근처 또는 그 이하의 온도에서 수행되는 것이 가공성 측면에서 유리하다. 예를 들어, 상기 연신 공정은 약 150℃ 내지 380℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 만일 연신 공정의 온도가 상기 범위 미만이면 시트가 균일하게 연신되지 않을 수 있으며, 상기 범위를 초과하면 연신 시 피브릴이 녹는 문제가 있을 수 있다.
상기 연신 공정은 3 내지 20 m/min 속도로 수행되어 파단 없이 연신 균일도를 확보하고, 노드 분화 속도를 적절한 범위로 조절함에 따라 다공성 막에 균일한 형상의 기공이 형성될 수 있다.
상기 연신하는 단계에서 제공된 연신된 시트는 열고정 공정에서 열처리될 수 있다. 열처리 공정은 연신된 시트를 사용된 불소계 수지의 융점 이상의 온도로 약 3 초 내지 30 초 동안 열처리하여 수행될 수 있다.
상술한 방법으로 제조된 다공성 불소계 수지층의 두께는 약 5 내지 500 ㎛, 약 5 내지 300 ㎛, 약 50 내지 300 ㎛ 혹은 약 100 내지 300 ㎛일 수 있다. 이러한 범위 내에서 우수한 기계적 물성을 가져 후속 공정 중에 주름이 생기거나 핀홀이 발생할 우려가 없으며, 생산 효율을 증대시킬 수 있다.
상기 다공성 불소계 수지층은 다공성 막으로 표면 및 내부에 기공이 형성되어 있는데 이러한 기공은 150 내지 6000 nm의 직경을 가질 수 있다. 이러한 범위의 기공 크기를 가짐으로써, 후속 코팅 공정에서 코팅 조성물이 내부까지 원활하게 침투하여 외부 표면뿐 아니라 내부 기공의 표면에도 코팅층이 형성될 수 있고, 코팅 조성물을 코팅하고 건조 전까지 코팅 조성물이 도포된 상태를 안정적으로 유지하여 표면 얼룩 등의 문제 없이 균일한 코팅층이 형성될 수 있다. 또한, 이러한 범위의 기공 크기를 가짐으로써 다공성 불소계 수지층의 코팅면에 도포된 코팅 조성물이 다른 면으로 빠져 나오거나 양면에 코팅층이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 방법으로 제조된 다공성 불소계 수지층은 그 자체로는 패치형 벤트 필터로 사용되기에 충분한 발유성을 나타내지 못한다. 이에 따라, 상기 다공성 불소계 수지층의 일면에는 상기 불소계 수지보다 더 낮은 표면 장력을 갖는 재료로 코팅된 코팅층이 형성된다.
보다 구체적으로, 다공성 불소계 수지층의 일면에 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트의 공중합체를 포함하는 코팅 조성물을 코팅하는 단계를 통해 상기 다공성 불소계 수지층의 일면에 상기 불소계 수지보다 더 낮은 표면 장력을 갖는 재료로 코팅된 코팅층을 형성할 수 있다.
상기 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트의 공중합체는 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트로부터 유래하는 반복 단위를 포함하는 공중합체를 의미한다.
상기 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트의 구체적인 예로는, 퍼플루오로메틸 (메트)아크릴레이트, 퍼플루오로에틸 (메트)아크릴레이트, 퍼플루오로프로필 (메트)아크릴레이트, 퍼플루오로부틸 (메트)아크릴레이트, 퍼플루오로펜틸 (메트)아크릴레이트, 퍼플루오로헥실 (메트)아크릴레이트, 퍼플루오로헵틸 (메트)아크릴레이트, 퍼플루오로옥틸 (메트)아크릴레이트, 퍼플루오로노닐 (메트)아크릴레이트, 퍼플루오로데카닐 (메트)아크릴레이트, 트리플루오로에틸 (메트)아크릴레이트, 펜타플루오로프로필 (메트)아크릴레이트, 헵타플루오로부틸 (메트)아크릴레이트, 트리플루오로프로필 (메트)아크릴레이트, 펜타플루오로부틸 (메트)아크릴레이트, 헵타플루오로펜틸 (메트)아크릴레이트 및 노나플루오로헥실 (메트)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 들 수 있다.
상기 공중합체는 탄소수 1 내지 10의 알킬 (메트)아크릴레이트, 비닐 단량체 및 가교성 단량체로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 단량체와 상기 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트를 공중합하여 제조된 것으로, 탄소수 1 내지 10의 알킬 (메트)아크릴레이트, 비닐 단량체 및 가교성 단량체로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 단량체 유래의 반복 단위와 상기 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트 유래의 반복 단위를 포함할 수 있다.
상기 탄소수 1 내지 10의 알킬 (메트)아크릴레이트의 구체적인 예로는, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 프로필 (메트)아크릴레이트, 부틸 (메트)아크릴레이트, 펜틸 (메트)아크릴레이트, 헥실 (메트)아크릴레이트, 헵틸 (메트)아크릴레이트, 옥틸 (메트)아크릴레이트, 노닐 (메트)아크릴레이트 및 데카닐 (메트)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 들 수 있고, 상기 비닐 단량체의 구체적인 예로는, 염화 비닐 등을 들 수 있고, 상기 가교성 단량체의 구체적인 예로는 히드록시알킬 (메트)아크릴레이트 또는 알킬렌글리콜 (메트)아크릴레이트 등과 같은 히드록시기 함유 단량체; (메트)아크릴산, (메트)아크릴로일옥시 아세트산, 3-(메트)아크릴로일옥시 프로판산(3-(meth)acryloyloxy propanoic acid), 4-(메트)아크릴로일옥시 부탄산(4-(meth)acryloyloxy butanoic acid), 아크릴산 이량체, 이타콘산, 말레산 또는 이들의 무수물 등과 같은 카복실기 함유 단량체; (메트)아크릴아미드, N-비닐 피롤리돈 또는 N-비닐 카프로락탐 등의 질소 함유 관능기를 가지는 단량체; 3-글리시딜프로필 (메트)아크릴레이트 등의 에폭시기 함유 단량체 등을 들 수 있다.
일 예로, 상기 공중합체는 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트, 탄소수 1 내지 10의 알킬 (메트)아크릴레이트, 비닐 단량체 및 가교성 단량체를 공중합하여 제조된 것으로, 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트 유래의 반복 단위, 탄소수 1 내지 10의 알킬 (메트)아크릴레이트 유래의 반복 단위, 비닐 단량체 유래의 반복 단위 및 가교성 단량체 유래의 반복 단위를 포함할 수 있다.
상기 코팅 조성물은 상기 공중합체를 2 내지 10 중량%로 포함할 수 있다. 만일 상기 공중합체의 함량이 상기 범위 미만이면 코팅층에 의한 발유성 향상 효과가 미미하며, 상기 범위를 초과하면 코팅 조성물의 다공성 불소계 수지층에 대한 침투성이 저하될 수 있다.
상기 코팅 조성물에는 상술한 공중합체 외에 습윤제로서 퍼플루오로알칸산(perfluoroalkanoic acid)이 포함된다.
기존의 다공성 불소계 수지층에 발유성 향상을 위해 코팅층을 형성하는 방법은 알려져 있었으나, 다공성 불소계 수지층의 낮은 표면 에너지와 같은 이유 등으로 코팅 조성물이 다공성 불소계 수지층의 내부로 침투하는데 한계가 있었다.
이에 반해, 습윤제로서 퍼플루오로알칸산이 첨가되면, 코팅 조성물이 다공성 불소계 수지층의 내부까지 침투하여 상기 다공성 불소계 수지층의 외부뿐 아니라 내부 기공의 표면에도 발수 및 발유성을 나타내는 코팅층이 형성될 수 있다.
상기 퍼플루오로알칸산의 구체적인 예로는, 탄소수 3 내지 10의 퍼플루오로알칸산을 들 수 있다. 이 중에서도 퍼플루오로헥산산은 상기 공중합체의 다공성 불소계 수지층에 대한 침투력을 향상시켜 다공성 불소계 수지층의 외부뿐 아니라 내부 기공의 표면에도 코팅층이 균일하게 형성될 수 있다.
상기 코팅 조성물은 퍼플루오로알칸산을 5 내지 15 중량%로 포함할 수 있다. 만일 상기 퍼플루오로알칸산의 함량이 상기 범위 미만이면 코팅 조성물의 표면 장력을 충분히 낮추지 못해 코팅 조성물이 다공성 불소계 수지층의 내부까지 충분히 습윤되지 못할 수 있으며, 상기 범위를 초과하면 코팅 조성물의 pH를 지나치게 낮춰 상기 공중합체의 용해도를 저하시켜 상기 공중합체가 석출되거나 응집될 우려가 있다.
상기 코팅 조성물은 아민 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 상기 아민 화합물은 퍼플루오로알칸산을 적절하게 중화시켜 코팅 조성물의 안정성을 향상시켜 줄 수 있다. 또한, 아민 화합물을 첨가하는 경우 코팅층의 발수성 및 발유성을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 아민 화합물의 구체적인 예로는, 탄소수 1 내지 20의 지방족 아민, 탄소수 1 내지 30의 방향족 아민 또는 암모니아 등을 들 수 있다. 이 중에서도 암모니아, 트리메틸아민 또는 트리에틸아민을 사용하여 코팅 조성물의 안정성을 향상시키고 다공성 불소계 수지층의 발수성 및 발유성을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 코팅 조성물은 상기 아민 화합물을 0.1 내지 5 중량%로 포함할 수 있다. 이러한 범위 내에서 코팅 조성물의 안정성을 효과적으로 확보하고, 다공성 불소계 수지층의 발수성 및 발유성을 향상시키는 효과를 극대화할 수 있다.
상기 코팅 조성물은 상술한 성분 외에 잔량의 용매를 포함할 수 있다. 상기 용매는 물 또는 유기 용매이거나, 이들의 혼합 용매일 수 있다. 상기 유기 용매의 구체적인 예로는, 탄소수 1 내지 8의 알코올을 들 수 있다. 일 예로, 상기 용매는 물 및 유기 용매를 혼합한 혼합 용매일 수 있다. 상기 물 및 유기 용매의 혼합 용매는 물 및 유기 용매를 5:5 내지 9.9:0.1, 7:3 내지 9.5:0.5, 혹은 8:2 내지 9:1의 무게비로 혼합한 혼합 용매일 수 있다.
상기 코팅 조성물은 상술한 코팅하는 단계를 통해 상기 다공성 불소계 수지층의 일면에 도포된다. 상기 코팅 조성물로부터 형성된 코팅층은 상기 다공성 불소계 수지층의 일면과 그 내부 기공의 표면에만 코팅되어야 하고, 다른 일면은 코팅되지 않아야 하므로, 상기 코팅 조성물이 상기 다공성 불소계 수지층의 일면과 그 내부에만 도포되도록 메이어 바 방식으로 코팅될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1을 참조하면, 메이어 바 방식으로, 다공성 불소계 수지층의 아랫면에 위치한 코팅롤을 통해 다공성 불소계 수지층의 아랫면에 코팅 조성물을 도포할 수 있다. 이러한 지면으로부터 위쪽으로 코팅 조성물을 도포하는 방식을 채용함으로써 코팅 조성물이 다공성 불소계 수지층의 일면과 그 내부에만 도포되고 다른 일면에는 도포되지 않을 수 있다.
또한, 상기 다른 일 구현예에 따른 제조 방법에서는 코팅 조성물의 도포량을 조절하여 다공성 불소계 수지층의 일면 및 내부 기공에만 코팅층을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 다공성 불소계 수지층의 양면 및 내부 전체를 코팅하기 위해 필요한 도포량, 즉 전체 도포량을 계산한 후, 전체 도포량의 50 내지 80 중량%의 함량의 코팅 조성물이 도포되도록 코팅함으로써 다공성 불소계 수지층의 일면 및 내부 기공에만 코팅층을 형성할 수 있다.
상기 전체 도포량은 다공성 불소계 수지층의 두께, 다공성 불소계 수지층의 공극률 및 코팅 조성물의 밀도를 모두 곱하여 계산할 수 있다. 여기서 공극률은, 후술하는 실시예에 기재된 바와 같이, METTLER TOLEDO 사의 AG 저울로 공극률을 측정하고자 하는 막과 상기 막을 형성하기 위해 사용된 불소계 수지의 밀도를 각각 측정한 다음, 하기 수학식 1로부터 계산할 수 있다.
[수학식 1]
공극률(%)= (1 - 측정 대상 막의 밀도 / 불소계 수지의 밀도) * 100
상기 다공성 불소계 수지층의 두께의 단위는 ㎛이고, 공극률은 상대 비율로 %로 표시되며, 코팅 조성물의 밀도는 g/cm3이므로 전체 도포량의 단위는 g/m2으로 계산된다. 이에 따라, 전체 도포량의 50 내지 80 %는 1 m2 당 전체 도포량의 50 내지 80 중량%를 의미한다. 그러나, 전체 도포량은 실제 도포하기 위한 면적을 모두 도포할 때의 도포량을 의미하므로 전체 도포량과 실제 도포량의 기준 면적은 동일하다. 따라서, 전체 도포량의 50 내지 80 %는 50 내지 80 중량%로 이해될 수 있다.
상기 다공성 불소계 수지층에 코팅 조성물을 도포하여 도포막을 형성한 후 이를 건조하여 다공성 불소계 수지층의 일면 및 내부에만 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 건조 공정에서 코팅 조성물에 포함되어 있던 퍼플루오로알칸산은 분해되어 최종 형성된 코팅층은 퍼플루오로알칸산을 포함하지 않는다.
상기 건조 공정은 약 50℃ 내지 200℃, 혹은 약 100℃ 내지 200℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 코팅하는 단계를 통해 상기 다공성 불소계 수지층의 일면 및 내부 기공에는 코팅층이 형성될 수 있다. 본 명세서에서 다공성 불소계 수지층 및 이의 일면 및 내부 기공에 형성된 코팅층을 포함하는 구성은 '다공성 불소계 수지 복합막'으로 호칭된다.
상기 다공성 불소계 수지 복합막은 일면 및 내부 기공에만 코팅층이 형성되어 있어 양면의 발유성이 비대칭인 특징을 갖는다.
보다 구체적으로, 상기 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성된 면은 AATCC-118에 따라 측정된 발유도가 6 등급 이상, 7 등급 이상 혹은 8 등급 이상이고, 코팅층이 형성되지 않은 면의 AATCC-118에 따라 측정된 발유도가 4 등급 이하로 나타난다.
이에 따라, 다공성 불소계 수지 복합막의 발유도가 6 등급 이상인 면으로 유기 용매 혹은 오일 등의 낮은 표면 장력을 갖는 액체가 침투할 수 없어 완벽한 방액 성능을 구현할 수 있다. 이로써, 상기 다공성 불소계 수지 복합체를 벤트 필터로 활용할 경우 외부로부터 기기(機器) 내부로 오염 물질이 침투하는 것을 효과적으로 방어하며, 오염 물질에 의해 벤트 필터의 기공이 막힐 염려가 없어 우수한 통기성을 유지할 수 있다.
상기 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성된 면의 발유도의 상한은 특별히 한정되지 않으며, 10 등급 이하 혹은 9 등급 이하일 수 있고, 코팅층이 형성되지 않은 면의 발유도의 하한은 특별히 한정되지 않으며, 2 등급 이상 혹은 3 등급 이상일 수 있다.
한편, 상기 점착층을 적층하는 단계는 상기 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성되지 않은 면에 점착층을 적층하여 다공성 불소계 수지 복합체를 제공한다.
상기 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성되지 않은 면은 앞서 설명한 대로 발유도가 4 등급으로 낮아 기존의 다공성 불소계 수지 자체의 물성을 가지고 있어 점착층과 강하게 부착될 수 있다.
상기 점착층으로는 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 점착층을 모두 사용할 수 있다. 일 예로, 상기 점착층은 아크릴계 수지로 제조된 아크릴계 점착층이나 실리콘계 수지로 제조된 실리콘계 점착층일 수 있다. 특히, 아크릴계 점착층에 비해 비교적 표면 장력이 낮고 초기 점착력이 떨어지는 실리콘계 점착층도 상대적으로 높은 표면 장력을 갖는 상기 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성되지 않은 면에 대해 우수한 초기 점착력을 나타낼 수 있다.
상기 제조 방법에 따라 제조된 다공성 불소계 수지 복합체는 일면은 발수 및 발유성이 우수하여 각종 오염 물질의 침투를 효과적으로 방어할 수 있으며, 다른 일 면은 점착층과 강하게 부착 가능한 다공성 불소계 수지 복합막을 포함함으로써, 패치형 벤트 필터로 활용될 경우, 각종 기기에 강력하게 부착되어 오염 물질의 침투를 억제하면서 우수한 통기성을 유지할 수 하여 기존의 패치형 벤트 필터에 요구되었던 물성을 충족시킬 수 있다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
하기의 물성은 다음과 같은 방법에 따라 측정되었다.
(1) 공극률(porosity)
METTLER TOLEDO 사의 AG 저울로 공극률을 측정하고자 하는 막과 상기 막을 형성하기 위해 사용된 불소계 수지의 밀도를 각각 측정한 다음, 하기 수학식 1로부터 막의 공극률을 계산하였다.
[수학식 1]
공극률(%)= (1 - 측정 대상 막의 밀도 / 불소계 수지의 밀도) * 100
(2) 발유도
AATCC-118에 따라 직쇄탄화수소 용매를 발유도를 측정하려는 면에 적하하여 습윤되지 않는 가장 낮은 표면 장력의 등급을 발유도로 규정하였다. 등급이 높을수록 발유도가 높다고 평가한다.
(3) 통기도(air permeability)
통기도는 일본 산업 표준의 걸리(JIS Gurley) 측정방법에 따라 Toyoseiki사 Gurley type Densometer(No. 158)를 사용하여 측정하였다.
보다 구체적으로, 100 mL의 공기가 4.8 inchHg의 일정한 공기 압력 하에서 1 평방인치(1 inch2)의 막을 통과하는데 걸리는 시간(단위: 초/100mL)을 측정하여 통기도로 규정하였다.
(4) 점착력
ASTM D3330에 따라 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성되지 않은 면에 점착층을 부착한 후 72 시간 상온에 방치한 다음, 180°의 각도로 박리할 때의 load 값을 점착력으로 규정하였다.
실시예 1: 다공성 불소계 수지 복합체의 제조
폴리테트라플루오로에틸렌 분말(CD145E, AGC社 제조) 100 중량부에 액체 윤활제(Isopar H, Exxon社 제조) 22 중량부를 혼합하여 페이스트를 준비하였다.
상기 페이스트를 압출하여 단일층의 예비 성형체를 제조하였다. 그리고, 상기 예비 성형체를 50℃의 온도에서 50 mm/min의 속도로 압연하여 약 300 ㎛ 두께의 시트를 제조하였다. 상기 제조된 시트를 약 200℃의 온도에서 건조하여 상기 시트에 잔류하는 액체 윤활제를 완전히 제거하였다.
그리고, 상기 건조된 시트를 200℃의 온도에서 20 m/min 속도로 종방향(MD)으로 3 배 연신하고, 380℃의 Roll을 통해 30 초 정도 밀착시켜 다공성 불소계 수지층을 얻었다.
한편, 발수 발유성 공중합체(TG-5673, Daikin社)를 이의 고형분이 5 중량%가 되도록 물 및 이소프로필알코올을 9:1의 무게비로 혼합한 혼합 용매로 희석하되, 일부 혼합 용매를 첨가한 후 최종 코팅 조성물 100 중량부에 대해 퍼플루오로헥산산(perfluorohexanoic acid) 9.5 중량부 및 암모니아 0.5 중량부를 첨가하고, 나머지 혼합 용매를 첨가하였다. 이에 따라, 최종 코팅 조성물은 발수 발유성 공중합체 5 중량%, 퍼플루오로헥산산 9.5 중량% 및 암모니아 0.5 중량%를 포함하며, 잔량의 혼합 용매(물 및 이소프로필알코올을 9:1의 무게비로 혼합한 혼합 용매)를 포함하였다.
상기 다공성 불소계 수지층의 아랫면에만 코팅층을 형성하기 위해, 도 1과 같은 메이어 바 코팅 방식을 채용하였다. 구체적으로, 상기 다공성 불소계 수지층의 아랫면에 도 1의 코팅롤을 이용하여 상기 코팅 조성물을 도포하였으며, 이때 도포량을 상기 다공성 불소계 수지층 전체를 도포하기 위한 최대 도포량 120 g/m2의 약 78%인 93.99 g/m2의 함량으로 조절하여 상기 다공성 불소계 수지층의 아랫면에만 상기 코팅 조성물을 도포하였다. 그리고, 얻어진 도포막을 160℃에서 5 분간 건조하여 상기 다공성 불소계 수지층의 일면에만 코팅층을 형성하였다.
이후, 상기 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성된 면의 반대면에 아크릴계 점착층(3M사 300LSE)을 적층하여 다공성 불소계 수지 복합체를 형성하였다.
실시예 2, 비교예 1 및 2: 다공성 불소계 수지 복합체의 제조
코팅 조성물 내의 발수 발유성 공중합체의 고형분 함량 및 코팅 조성물의 도포량을 표 1에 기재한 바와 같이 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 불소계 수지 복합체를 제조하였다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 발수 발유성 공중합체의 고형분 함량 | 5.0 중량% | 4.0 중량% | 5.0 중량% | 3.0 중량% |
| 최대 도포량 | 120 g/m2 | 120 g/m2 | 120 g/m2 | 120 g/m2 |
| 실제 도포량 | 93.99 g/m2 | 62.11 g/m2 | 112.69 g/m2 | 113.12 g/m2 |
| 도포 비율 | 78 % | 52 % | 94 % | 94 % |
상기 표 1에서, 최대 도포량은 다공성 불소계 수지층 전체를 도포하기 위한 코팅 조성물의 함량을 의미한다. 상기 최대 도포량은 다공성 불소계 수지층의 두께 * 공극률 * 코팅 조성물의 밀도로 계산된다. 실시예 및 비교예의 다공성 불소계 수지층의 두께 및 공극률은 모두 200 ㎛ 및 60 %로 동일하고, 코팅 조성물의 밀도도 1 g/m3으로 동일하여, 실시예 및 비교예의 최대 도포량은 모두 120 g/m2 (= 200 ㎛ * 0.6 * 1 g/m3)이었다.
상기 표 1에서, 도포 비율은 최대 도포량에 대한 실제 도포량의 백분율로 계산된다.
시험예: 다공성 불소계 수지 복합체의 물성 평가
실시예 1 및 2와 비교예 1 및 2에서 제조한 다공성 불소계 수지 복합체의 발유도를 상술한 방법에 따라 평가하고 그 결과를 표 2에 기재하였다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 제 1 면 발유도 | 8 등급 | 7 등급 | 8 등급 | 6 등급 |
| 제 2 면 발유도 | 4 등급 | 4 등급 | 8 등급 | 6 등급 |
상기 표 2에서, 제 1 면은 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성된 면을 의미하고, 제 2 면은 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성되지 않은 면을 의미한다.
상기 표 2를 참조하면, 발명의 일 구현예에 따른 다공성 불소계 수지 복합체는 양면의 발유도가 서로 다른 다공성 불소계 수지 복합막을 포함하는 것이 확인된다.
실시예 1과 비교예 1 및 2에서 제조한 다공성 불소계 수지 복합체의 통기도를 상술한 방법에 따라 평가하고 그 결과를 표 3에 기재하였다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 통기도 | 22 sec/100 mL | 24 sec/100 mL | 26 sec/100 mL |
상기 표 3에서, 통기도는 다공성 불소계 수지층에 점착층을 적층하기 전에 측정된 것이다.
상기 표 3을 참조하면, 발명의 일 구현예에 따른 다공성 불소계 수지 복합체는 비교예 대비 우수한 통기도를 나타내는 것이 확인된다.
실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 다공성 불소계 수지 복합체의 점착력을 상술한 방법에 따라 평가하고 그 결과를 표 4에 기재하였다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | |
| 점착력 | 1.34 kgf/inch | 0.62 kgf/inch |
상기 표 2 내지 표 4를 참조하면, 발명의 일 구현예에 따른 다공성 불소계 수지 복합체는 일면 및 내부에만 발수 발유성 코팅층을 형성하여 우수한 통기성 및 발유도를 나타내면서 점착층과도 우수한 점착력을 나타내 패치형 벤트 필터로 유용하게 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
Claims (10)
- 표면 및 내부에 기공이 형성된 다공성 불소계 수지층,
상기 다공성 불소계 수지층의 일면과 내부 기공에 형성되며, 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트의 공중합체를 포함하는 코팅층 및
상기 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성되지 않은 면에 점착층이 적층된, 다공성 불소계 수지 복합체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 불소계 수지층이 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 테트라플루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 및 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상으로 형성된, 다공성 불소계 수지 복합체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성된 면의 AATCC-118에 따라 측정된 발유도가 6 등급 이상이고, 코팅층이 형성되지 않은 면의 AATCC-118에 따라 측정된 발유도가 4 등급 이하인, 다공성 불소계 수지 복합체.
- 다공성 불소계 수지층의 일면에 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트의 공중합체 및 퍼플루오로알칸산을 포함하는 코팅 조성물을 코팅하는 단계; 및
상기 다공성 불소계 수지층의 코팅층이 형성되지 않은 면에 점착층을 적층하는 단계를 포함하는, 다공성 불소계 수지 복합체의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 코팅 조성물은 탄소수 1 내지 10의 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트의 공중합체를 2 내지 10 중량%로 포함하는, 다공성 불소계 수지 복합체의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 퍼플루오로알칸산은 탄소수 3 내지 10의 퍼플루오로알칸산인, 다공성 불소계 수지 복합체의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 코팅 조성물은 퍼플루오로알칸산을 5 내지 15 중량%로 포함하는, 다공성 불소계 수지 복합체의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 코팅 조성물은 아민 화합물을 추가로 포함하는, 다공성 불소계 수지 복합체의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서, 메이어 바 코팅 방식으로, 다공성 불소계 수지층의 아랫면에 위치한 코팅롤을 통해 다공성 불소계 수지층의 아랫면에 코팅 조성물을 도포하는, 다공성 불소계 수지 복합체의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 다공성 불소계 수지층의 일면에 도포되는 코팅 조성물의 함량은, 다공성 불소계 수지층의 두께, 다공성 불소계 수지층의 공극률 및 코팅 조성물의 밀도의 곱으로 계산되는 전체 도포량의 50 내지 80 중량%인, 다공성 불소계 수지 복합체의 제조 방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023090205A1 (ja) * | 2021-11-18 | 2023-05-25 | 日東電工株式会社 | 通気フィルタ及び通気部材 |
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| KR20140122262A (ko) * | 2012-02-01 | 2014-10-17 | 다이킨 고교 가부시키가이샤 | 불소 함유 공중합체, 및 발유성 및/또는 발수성 코팅제 |
| KR20190060696A (ko) * | 2017-11-24 | 2019-06-03 | 주식회사 엘지화학 | 불소계 수지 다공성 막 및 그 제조방법 |
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2019
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