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Dokumentenidentifikation DE69404569T2 18.12.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0633053
Titel VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES PORÖSEN FILMS AUS POLYTETRAFLUORETHYLEN
Anmelder Daikin Industries, Ltd., Osaka, JP
Erfinder TANAKA, Osamu, Yodogawa Works of, Settsu-shi Osaka 566, JP;
KUSUMI, Toshio, Yodogawa Works of, Settsu-shi Osaka 566, JP;
ASANO, Jun, Yodogawa Works of, Settsu-shi Osaka 566, JP;
YAMAMOTO, Katsutoshi, Yodogawa Works of, Settsu-shi Osaka 566, JP;
INOUE, Osamu, Yodogawa Works of, Settsu-shi Osaka 566, JP;
CHAEN, Shinichi, Yodogawa Works of, Settsu-shi Osaka 566, JP;
URAOKA, Nobuki, Yodogawa Works of, Settsu-shi Osaka 566, JP;
TAMARU, Shinji, Yodogawa Works of, Settsu-shi Osaka 566, JP
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69404569
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 21.01.1994
EP-Aktenzeichen 949047492
WO-Anmeldetag 21.01.1994
PCT-Aktenzeichen JP9400080
WO-Veröffentlichungsnummer 9416802
WO-Veröffentlichungsdatum 04.08.1994
EP-Offenlegungsdatum 11.01.1995
EP date of grant 30.07.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.12.1997
IPC-Hauptklasse B01D 71/36
IPC-Nebenklasse B01D 39/16   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Folie, die Polytetrafluorethylen (nachfolgend als "PTFE" bezeichnet) enthält. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer porösen PTFE-Folie, die als Luftfiltermedium, insbesondere als ULPA-Filtermedium, das zum Reinigen der Innenatmosphären in sauberen Räumen der Halbleiter-Industrie und in Produktionseinrichtungen für elektronische Präzisionsinstrumente, Arzneimittel, Biochemikalien usw. eingesetzt wird, und als Flüssigkeitsfiltermedium hervorragend ist.

BESCHPEJBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Neuerdings verlangen die Halbleiter-, Präzisions- und die biotechnologische Industrie bei ihren Herstellungsverfahren vollständig gereinigte Luft oder hochgereinigte Chemikalien. Besonders mit der Entwicklung zu hoher Integration von Halbleitern wird verlangt, daß die Innenatmosphäre der Anlagen in der Halbleiter-Industrie in hohem Maße rein ist. Die reine Luft wird nun erhalten, indem zirkulierende Luft durch ein Luftfilter filtriert wird. Die in der Halbleiter- Industrie verwendeten Chemikalien müssen ebenfalls in hohem Maße rein sein. Ihre Reinigung wird erreicht, indem eine zirkulierende Chemikalie durch ein Filter filtriert wird.

Bisher wurden verschiedene Filter, die für solche Zwecke eingesetzt werden, vorgeschlagen und in der Praxis verwendet. Ein Beispiel für die Luftfilter, die derzeit hauptsächlich verwendet werden, ist ein Filtermedium, das hergestellt wird, indem Papier unter Verwendung eines Gemisches aus Glasfaser und einem Bindemittel gemacht wird. Allerdings hat ein derartiges Filtermedium verschiedene Nachteile, z.B. das Vorliegen von daran haftenden Mikrofasern, das Auftreten von Eigenstaub, während es in Betrieb ist, oder das Auftreten von Staub durch einen Zerfall der Glasfaser und des Bindemittels durch Kontakt mit bestimmten Chemikalien, wie Fluorwasserstoff, usw.

Zur Lösung solcher Probleme wird ein Elektret-Filtermedium aus einer synthetischen Faser vorgeschlagen (siehe JP-A- 54053365). Allerdings wurde festgestellt, daß die elektrostatische Kraft, die in dem Elektret-Filtermedium erzeugt wird, unter Verlust ihrer Wirkung maskiert wird, wenn es Mikropartikel sammelt; auf diese Weise wird sein Sammeleffekt verringert (siehe llth Air Cleaning and Contamination Control Research Congress, S. 153-156). Um diesen Nachteil zu verhindern, wird zur Erzielung einer gereinigten Atmosphäre die unterstützende Verwendung einer porösen gereckten PTFE-Folie vorgeschlagen [siehe JP-A- 4010364 und JP-A-2284614 (EP-A-0 395 331)].

In diesen Vorschlägen werden poröse PTFE-Folien, die eine Porengröße von nicht weniger als 1 µm haben, verwendet, um einen Anstieg des Druckabfalls zu verhindern. Der Grund dafür, daß in Luft schwebende Partikel, die geringere Größen als die Porengröße der Folie haben, durch die Folie abgefangen werden können, basiert, wie festgestellt wurde, auf den unten beschriebenen Theorien.

Die Hauptmechanismen zur Entfernung von Partikeln in einem fließenden Medium sind wie folgt (siehe den Katalog von Domnick Hunter Filter Limited):

1) Direkter Schildmechanismus: vergleichsweise große Partikel werden zur Entfernung von Mikrofasern abgefangen, so als wenn sie gesiebt würden.

2) Trägheits-Aufprall-Mechanismus: wenn Partikel durch gewundene Wege aus Mikrofasern geführt werden, können sie die Richtung nicht so schnell wechseln wie Gas und prallen schließlich gegen die Mikrofasern, um dadurch eingefangen zu werden.

3) Diffusion/Brownscher Bewegungsmechanismus: Mikropartikel werden durch intermolekulare Kräfte oder elektrostatische Kräfte gesteuert, wodurch eine Rotationsbewegung in Gestalt einer Spirale in einem Gas verursacht wird. Eine solche Bewegung erhöht ihre scheinbare Größe, so daß sie durch Trägheitskollision an den Mikrofasern haften bleiben.

4) Mechanismus des Einfangens durch elektrische Ladung mit Elektret-Faser.

Allerdings kann ein Partikel, das eine Partikelgröße von nicht mehr als 1 µm hat, nicht vollständig entfernt werden, wie dies durch die Daten, die in der JP-A-228614 beschrieben sind, gezeigt wird.

Im allgemeinen wird eine mikroporöse Konfiguration mit einer kleinen Porengröße benötigt, um Mikropartikel einzufangen und die Sammlungseffizienz zu erhöhen. Allerdings verstärkt die mikroporöse Konfiguration unvermeidlich einen Druckabfall, was zu hohen Betriebskosten führt. Um den Anstieg des Druckabfalls zu verhindern, kann die Reduzierung der Foliendicke ins Auge gefaßt werden.

Es gibt im allgemeinen zwei Wege zur Herstellung einer gereckten PTFE-Folie mit geringer Dicke: Bei dem einen Weg wird eine möglichst dünne Folie vor einem Recken verwendet, während bei dem anderen Weg das Reckverhältnis einer Folie erhöht ist. Da die PTFE-Folie vor dem Recken im allgemeinen durch Pastenextrusion und anschließendes Walzen hergestellt wird, beträgt die Dicke der Folie, die industriell hergestellt wird, vor einem Recken mindestens 30 bis 50 µm. In Anbetracht der Qualität und der Ausbeute der erhaltenen Folie ist die Dicke auf 100 bis 200 µm beschränkt. Daher ist es schwierig, die dünne Folie vor einem Recken zu verwenden; allerdings gibt es die Möglichkeit, das Reckverhältnis einer Folie unter Verringerung der Dicke der erhaltenen Folie zu erhöhen.

LJP-A-56017216 offenbart einen Versuch, Mikropartikel unter Anwendung einer porösen gereckten PTFE-Folie zu sammeln. Allerdings ist auf S. 6, erste Spalte, Zeile 23 und folgende, der Patentveröffentlichung beschrieben, daß Fig. 1 eine Reckwirkung in uniaxialer Richtung zeigt. Allerdings erzeugt das Recken in biaxialer oder in allen Richtungen die gleichen Mikrofasern in den oben beschriebenen Richtungen, wobei eine kokonartige oder vernetzte Struktur gebildet wird, was zu der Erhöhung der Folienfestigkeit führt. Auf diese Weise nimmt der Zwischenraum zwischen den Knoten des Polymeren und den Mikrofasern in Anzahl und Größe zu, so daß auch die Porosität der Folie ansteigt. Das heißt, der Anstieg des Reckverhältnisses führt zum Ansteigen der Porengröße bei Abnahme der Foliendicke, und daher wird die Sammeleffizienz der Folie verringert, obgleich der Druckabfall vermindert wird.

Dementsprechend wird es bis jetzt als schwierig angesehen, nach konventionellen Techniken einen Filter mit geringer Porengröße herzustellen, der hohe Sammlungseffizienz und einen geringen Druckabfall besitzt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer porösen Polytetrafluorethylen-Folie, die eine sehr geringe Porengröße hat und die außerdem einen geringen Druckabfall aufweist.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer porösen PTFE-Folie aus einem ungesinterten PTFE-Band, welches durch Pastenextrudieren eines feinen PTFE-Pulvers und anschließendes Walzen erhalten wird, bereit, wobei das Verfahren die Schritte Recken des Bandes in Längsrichtung bei einer Temperatur zwischen 250 und 320ºC und anschließendes Recken des Bandes in Querrichtung bei einer Temperatur zwischen 100 und 200ºC umfaßt.

Wenn die poröse PTFE-Folie, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, als Luftfilter verwendet wird, kann sie in der Luft schwebende Staubteilchen, die eine Partikelgröße von nicht unter 0,1 µm haben, zu mindestens 99,9999% sammeln.

Die poröse PTFE-Folie, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, wird vorzugsweise mit weiterem porösen Material mit niedrigem Druckabfall in Laminatform verwendet, um es so zu verstärken (Verstärkungsmaterial), obgleich es auch so wie es ist verwendet werden kann. Die laminierte poröse PTFE-Folie hat verbesserte Handhabungscharakteristika und ist einfach zu verarbeiten, beispielsweise zu einer gefalteten Form, und benutzt zu werden. Die vorliegende Erfindung nachfolgend im Detail erläutert, wobei präparative Beispiele enthalten sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Apparatur zum Recken einer PTFE-Folie in Längsrichtung. In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Folien-Vorratsrolle; 2 eine Folien- Aufwickelwalze; 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 12 Walzen; 10 eine Wärmehärte-Walze bzw. 11 eine Kühlwalze dar.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Apparatur zum Recken einer PTFE-Folie in Querrichtung und einer Laminierungsapparatur. In Fig. 2 bezeichnet 13 eine Folien- Zuführtrommel; 14 ein Zuführungs-Steuermechanismus; 15 ein Vorheizofen; 16 eine Walze zum Recken in Querrichtung; 17 ein Wärmehärtofen; 18 und 19 Laminierungswalzen; 20 ein Aufwickel-Steuerungsmechanismus; 21 eine Aufwickeltrommel für eine in Querrichtung gereckte Folie; und 22 bzw. 23 Nonwoven-Gewebe-Aushärtetrommeln.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bei der Herstellung der porösen PTFE-Folie gemäß der vorliegenden Erfindung wird zunächst ein flüssiges Schmiermittel, wie z.B. ein Lösungsmittel Naphtha oder weißes Öl zu einem feinen Pulver gegeben, welches durch Zusammenklumpen einer wäßrigen PTFE-Dispersion, die durch Emulsionspolymerisation erhalten wird, hergestellt wird. Das resultierende Gemisch wird zu einer Stabform pastenextrudiert. Dann wird das Pastenextrudat unter Erhalt eines ungesinterten PTFE-Bandes gewalzt. Die Dicke des auf diese Weise erhaltenen Bandes liegt mindestens zwischen 30 und 50 µm und beträgt in Anbetracht der Qualität und der Ausbeute des Bandes 100 bis 200 mm. Eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Bandes vor dem Recken, das eine Dicke von etwa 200 mm hat und das industriell ohne Schwierigkeit hergestellt werden kann.

Das erhaltene Band wird dann in Längsrichtung und anschließend in Querrichtung gereckt. Somit erfolgt das Recken des ungesinterten PTFE-Bandes in zwei Schritten. Als Ergebnis der Untersuchungen über die Reckbedingungen haben wir in überraschender Weise ein Phänomen entdeckt, nämlich, daß ein hohes Reckverhältnis unter bestimmten Bedingungen nicht zu großen Porengrößen führt; diese Feststellung unterscheidet sich vom Stand der Technik.

Die Recktemperatur ist ein wichtiger Faktor beim Recken in Längsrichtung. Wenn die Temperatur beim Recken in Längsrichtung niedrig ist, nimmt die Porengröße der Folie mit dem Reckverhältnis während des anschließenden Reckens in Querrichtung zu, und daher kann ein gutes Filtermedium erhalten werden. Die Temperatur beim Recken in Längsrichtung liegt im Bereich zwischen 250 und 320ºC, vorzugsweise um 300ºC, wobei in diesem Bereich ein erhöhtes Reckverhältnis beim anschließenden Recken in Querrichtung nicht zu einer Erhöhung der Porengröße der endgültigen Folie führt.

Die Recktemperatur ist auch beim Recken in Querrichtung wichtig. Wenn die Temperatur des Reckens in Querrichtung hoch ist, nimmt die Porengröße der Folie zu. Daher liegt die Temperatur beim Recken in Querrichtung im Bereich zwischen 100 und 200ºC, vorzugsweise zwischen 150 und 200ºC, wodurch eine geringe Porengröße im Endprodukt bereitgestellt wird.

Wenn die Temperatur des Reckens in Querrichtung zu niedrig ist, ist die Dehnfähigkeit gering, und daher kann kein Recken erfolgen, das zur Erzielung eines geringen Druckabfalls ausreicht.

Für das Reckverhältnis gilt, daß ein niedriges Reckverhältnis in einfacher Weise ein Filtermedium bereitstellt, das geringe Porengröße und hohe Sammlungseffizienz aufweist. Allerdings hat das erhaltene Filtermedium einen hohen Druckabfall und ist daher unbrauchbar. Im Fall eines ULPA-Filters zum Beispiel, der als Hochleistungsluftfilter verwendet wird, beträgt die Luftdurchströmungsgeschwindigkeit 17 m³/min bei einem anfänglichen Druckabfall von 249 Pa (25,4 mmH&sub2;O). Die Luftströmungsgeschwindigkeit kann nicht erzielt werden, es sei denn der Druckabfall eines Filtermediums ist bei einer Luftdurchlaßrate von 5,3 cm/s nicht mehr als 490 Pa (50 mmH&sub2;O).

Es wurde festgestellt, daß, wenn die gesamten Reckverhältnisse des Reckens in Längsrichtung und in Querrichtung mindestens 100 sind, ein in der Praxis akzeptabler Druckabfall, d.h. ein Druckabfall von nicht mehr als 490 Pa (50 mmH&sub2;O), bei einer Durchgangsrate von 5,3 cm/s, erzielt werden kann.

Das Wärmehärten der Folie nach einem Recken bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von PTFE liefert eine Folie, die zu große Porengrößen hat; daher kann das gewünschte Filtermedium nicht erhalten werden. Aus diesem Grund wird die gereckte Folie keinem Wärmehärten bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts von PTFE unterworfen.

Die poröse gereckte PTFE-Folie, die nicht gehärtet ist, kann so wie sie ist verwendet werden. Allerdings neigt sie dazu, in freiem Zustand, in dem keine Spannung angewendet wird, sofort zu schrumpfen und hat daher keine guten Handhabungseigenschaften. Dieses Problem kann gelöst werden, indem sie mit einem porösen Verstärkungsmaterial laminiert wird.

Beispiele für das poröse Verstärkungsmaterial sind Nonwoven-Gewebe, gewebte Produkte, Siebe und andere poröse Materialien, die Polyolefin, wie Polyethylen und Polypropylen, Nylon, Polyester, Aramid enthalten, und Verbundmaterialien daraus (z.B. Non-Woven-Gewebe, die Fasern enthalten und eine Kern-Mantel-Struktur aufweisen, zwei Schichten Non-Woven-Gewebe, die ein niedrig-schmelzendes Material und ein hoch-schmelzendes Material umfassen) sowie fluorhaltige poröse Materialien. Die Non-Woven-Gewebe, die Fasern mit einer Kern-Mantel-Struktur haben, und die zweischichtigen Non-Woven-Gewebe, die ein niedrigschmelzendes Material und ein hoch-schmelzendes Material enthalten, werden besonders bevorzugt. Solche Verstärkungsmaterialien schrumpfen bei Laminierung nicht. Die poröse PTFE-Folie, die mit dem Verstärkungsmaterial laminiert ist, kann in einfacher Weise zu ULPA/HEPA-Filter verarbeitet werden, und die Anzahl der Falten und Teilungen kann bei der Herstellung von Filterelementen erhöht werden. Der Partikelsammelmechanismus ist oben beschrieben, allerdings ist natürlich eine Folie, die eine geringe durchschnittliche Porengröße hat, zum Sammeln von Partikeln bevorzugt.

Das poröse Verstärkungsmaterial kann auf eine oder beide Seiten der porösen PTFE-Folie laminiert sein. Allerdings ist die Laminierung beider Seiten bevorzugt, da die PTFE-Folie, die auf einer Seite laminiert ist, dazu neigt, mechanisch beschädigt zu werden. Die Laminierung kann nach einem herkömmlichen Verfahren durchgeführt werden. Ein Heißpressen, bei dem ein Teil des Verstärkungsmaterials geschmolzen wird; ein Heißpressen, bei dem ein Pulver aus Polyethylen, Polyester oder PFA als Klebstoff verwendet wird; ein Heißpressen, das ein Heißschmelzharz verwendet, usw. sind bevorzugt. Wenn die poröse PTFE-Folie mit dem porösen Verstärkungsmaterial laminiert wird, wird die poröse PTFE-Folie, die in Querrichtung gereckt ist, vorzugsweise auf das poröse Verstärkungsmaterial laminiert, bevor sie aufgewickelt wird, da die Laminierung nach dem Aufwickeln aufgrund ihrer geringen Festigkeit und ihrer Schrumpfung schwierig ist.

Die poröse PTFE-Folie, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, kann als Luftfilter, aber auch als Flüssigkeitsfilter verwendet werden. Wenn sie als Flüssigkeitsfilter verwendet wird, ist die Durchgangsrate im Vergleich zu der der porösen PTFE-Folie, die herkömmlich verwendet wird und die dieselbe Porengröße hat, mindestens auf das 10-fache erhöht. Daher ist es möglich, eine Flüssigkeit in größerer Menge oder mit geringen Energiekosten zu filtrieren. Wenn eine Flüssigkeit unter Verwendung eines Separators aus der erfindungsgemäßen porösen PTFE-Folie verdampft wird, kann ein reines Gas, in dem in der Flüssigkeit enthaltene Mikropartikel entfernt sind, erhalten werden. Ein Beispiel für eine derartige spezielle Anwendung ist ein Trennmembran- Reinigungsbefeuchter.

Nach der vorliegenden Erfindung kann eine sehr dünne poröse PTFE-Folie industriell hergestellt werden und für Anwendungen eingesetzt werden, die wasserabweisende Eigenschaften oder Luftdurchlässigkeit erfordern.

BEISPIELE BEISPIEL 1

Zuerst wurde ein feines PTFE-Pulver hergestellt, das ein Molekulargewicht von 5,8 x 10&sup6; hatte, im Kristallschmelzdiagramm, das bei einer Temperaturanstiegsrate von 10ºC/min unter Verwendung eines Differential-Scanning-Kalorimeters (DSC) gemessen wurde, einen endothermen Peak bei 345ºC und keine Schulter in der Nähe von 330ºC zeigte und das keine Comonomeren enthielt. Zu 100 Gew.-Teilen feines PTFE-Pulver wurden 25 Gew.-Teile Kohlenwasserstofföl (Isoper M, im Handel erhältlich von Esso Oil) als Extrudiergleitmittel gegeben. Das Gemisch wurde unter Erhalt eines Extrudats in Stabform pastenextrudiert, wobei ein Extruder mit einem Innendurchmesser eines Zylinders von 130 mm und einem Innendurchmesser des Extrusionsformmundstücks von 16 mm verwendet wurde. Das Extrudat wurde mit einer Geschwindigkeit von 28 m/min unter Verwendung von Kalanderwalzen, die auf 70ºC erhitzt waren, unter Erhalt eines Bandes kalandriert. Das Band wurde zur Entfernung des Extrudiergleitmittels durch einen Heißluft- Trockenofen geführt, um ein ungesintertes PTFE-Band mit einer durchschnittlichen Dicke von 200 µm und einer durchschnittlichen Breite von 180 mm zu erhalten. Das ungesinterte PTFE-Band wurde mit einer Apparatur, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, gereckt. Das heißt, das ungesinterte PTFE-Band wurde von einer Vorratsrolle 1 durch Walzen 3, 4 zu Walzen 6, 7 geführt und in einem Reckverhältnis von 10 in derselben Richtung wie die Kalandrierrichtung (als "Längsrichtung" bezeichnet) gereckt. Die reine Fläche der in Längsrichtung gereckten Folie war annähernd auf das 9-fache vergrößert worden, denn es trat eine Schrumpfung in Querrichtung auf. Die gereckte Folie wurde mittels Aufwickelwalze 2 durch die Walzen 8, 9, 10, 11 und eine Walze 12 aufgewickelt. Die Reckbedingungen waren wie folgt:

Walze 6: Oberflächentemperatur der Walze 300ºC

Umfangsgeschwindigkeit 1,1 m/min

Walze 7: Oberflächentemperatur der Walze 300ºC

Umfangsgeschwindigkeit 11 m/min

Abstand zwischen den Kontaktpunkten von Walze 6 und Walze 7:

70 mm

Reckgeschwindigkeit: 238%/s

Die auf diese Weise erhaltene in Längsrichtung gereckte Folie wurde dann in Querrichtung mit den Reqkverhältnissen 15, 20, 30 bzw. 40 gereckt, wobei eine Apparatur wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, verwendet wurde, welche nacheinander beide Enden der Folie mit Klammern einklemmen konnte. Die Bedingungen für das Recken in Querrichtung waren wie folgt:

Temperatur des Vorheizofens: 200ºC

Temperatur des Ofens zum Recken in Querrichtung: 200ºC

Temperatur des Wärmehärteofens: 200ºC

Reckgeschwindigkeit: 45%/s

BEISPIEL 2

Eine Folie, die mit einem Reckverhältnis von 3 in der gleichen Weise wie die von Beispiel 1 in Längsrichtung gereckt worden war, wurde mit einem Reckverhältnis von 40 unter denselben Bedingungen wie die in Beispiel 1 ohne Veränderung der Reckgeschwindigkeit in Querrichtung gereckt.

BEISPIEL 3

Non-woven-Gewebe wurden nacheinander auf beide Seiten der Folie, die in Beispiel 1 erhalten worden war und die mit einem Reckverhältnis von 40 in Querrichtung gereckt worden war, laminiert, wobei eine Apparatur zum Laminieren, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, verwendet wurde. Die Laminierbedingungen waren wie folgt:

Non-woven-Gewebe an der Oberseite:

ELEVES T1003 WDO (im Handel erhältlich von Unitika)

Non-woven-Gewebe an der Unterseite:

ELFIT E0303 WDO (im Handel erhältlich von Unitika)

Temperatur der Heizwalze: 190ºC

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Das Recken in Längsrichtung von Beispiel 1 wurde mit einem Reckverhältnis von 10 wiederholt; allerdings betrug die Oberflächentemperatur der Walze 200ºC. Die in Längsrichtung gereckte Folie wurde mit einem Reckverhältnis von 5, 10, 15, 20, 30 bzw. 40 unter den gleichen Bedingungen wie die in Beispiel 1 in Querrichtung gereckt.

VERGLEICHSBEISPIEL 2

Das Recken in Längsrichtung von Beispiel 1 wurde mit einem Reckverhältnis von 10 wiederholt. Die in Längsrichtung gereckte Folie wurde dann mit einem Reckverhältnis von 5, 10, 15, 20, 30 bzw. 40 in Querrichtung gereckt, wobei dieselbe Apparatur zum Recken in Querrichtung verwendet wurde wie die in Beispiel 1. Die Bedingungen für das Recken in Querrichtung waren wie folgt:

Temperatur des Vorheizofens: 300ºC

Temperatur des Ofens zum Recken in Querrichtung: 320ºC

Temperatur des Wärmehärteofens: 320ºC

Reckgeschwindigkeit: 45%/s

VERGLEICHSBEISPIEL 3

Die mit einem Reckverhältnis von 40 in Querrichtung gereckte Folie, die in Beispiel 1 erhalten worden war, wurde an einem Rahmen fixiert, um eine Schrumpfung zu vermeiden, und dann wärmegehärtet, indem sie für 3 Minuten in einem Ofen gehalten wurde, der eine Atmosphärentemperatur von 350ºC hatte.

Die durchschnittliche Porengröße, Druckabfall und Sammlungseffizienz für Staubteilchen, die eine Größe von nicht weniger als 0,1 µm hatten, wurden für die in den Beispielen 1 bis 3 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 erhaltenen Folien bewertet. Die Meßverfahren werden später beschrieben. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

TABELLE 1

Anmerkung: * längs: Recken in Längsrichtung

* quer: Recken in Querrichtung

BEISPIEL 4

Das Recken in Längsrichtung von Beispiel 1 wurde mit einem Reckverhältnis von 10 wiederholt. Die in Längsrichtung gereckte Folie wurde dann mit einem Reckverhältnis von 10 bzw. 20 in Querrichtung gereckt, wobei dieselbe Apparatur zum Querrecken wie die von Beispiel 1 verwendet wurde. Die Bedingungen des Reckens waren wie folgt:

Temperatur des Vorheizofens: 150ºC

Temperatur des Ofens zum Recken in Querrichtung: 150ºC

Temperatur des Wärmehärteofens: 150ºC

Reckgeschwindigkeit: 45%/s

Die durchschnittlichen Porengräßen, die Druckabfälle und die Sammlungseffizienten der erhaltenen Folien sowie die Reckbedingungen sind in Tabelle 2 aufgeführt.

TABELLE 2

Anmerkung: * längs: Recken in Längsrichtung

* quer: Recken in Querrichtung

VERGLEICHSBEISPIEL 4

Das Recken in Längsrichtung von Beispiel 1 wurde mit einem Reckverhältnis von 10 wiederholt. Die in Längsrichtung gereckte Folie wurde dann mit einem Reckverhältnis von 5, 10, 15, 20, 30 bzw. 40 in Querrichtung gereckt, wobei dieselbe Apparatur zum Recken in Querrichtung wie die von Beispiel 1 verwendet wurde. Die Bedingungen für das Recken in Querrichtung waren wie folgt:

Temperatur des Vorheizofens: 220ºC

Temperatur des Ofens zum Recken in Querrichtung: 220ºC

Temperatur des Wärmehärteofens: 220ºC

Reckgeschwindigkeit: 45%/s

Die durchschnittlichen Porengrößen, die Druckabfälle und die Sammlungseffizienten der erhaltenen Folien sowie die Reckbedingungen sind in Tabelle 3 aufgeführt.

VERGLEICHSBEISPIEL 5

Beispiel 4 wurde wiederholt, außer daß die Temperatur für jeden Ofen, der beim Recken in Querrichtung verwendet wurde, 90ºC war. Die durchschnittlichen Porengrößen, die Druckabfälle und die Sammlungseffizienten der erhaltenen Folie wie auch die Reckbedingungen sind in Tabelle 3 angegeben.

TABELLE 3

Anmerkung: * längs: Recken in Längsrichtung

* quer: Recken in Querrichtung

Wie aus den Resultaten von Beispiel 1 hervorgeht, ist der Anstieg der Porengröße bei der erhaltenen Folie gering, selbst wenn das Reckverhältnis der Folie zunimmt. Wenn beispielsweise eine Folie in Längsrichtung mit einem Reckverhältnis von 10 und in Querrichtung mit einem Reckverhältnis von 40, mit einem Gesamtreckverhältnis von 400, gereckt wird, ist die Porengröße der erhaltenen Folie nicht mehr als 0,4 µm, und die Folie kann in zufriedenstellender Weise als Luftfiltermedium eingesetzt werden. Beispiel 2 zeigt, daß der Druckabfall der erhaltenen Folie gering ist, selbst wenn das Reckverhältnis einer Folie in Längsrichtung klein ist; die Folie kann in zufriedenstellender Weise als Luftfiltermedium eingesetzt werden, vorausgesetzt, daß sie mit einem Gesamtreckverhältnis von über 100 in ausreichender Weise in Querrichtung gereckt wird.

Beispiel 3 zeigt, daß die Laminierung einer gereckten Folie mit Non-woven-Geweben die Porengröße und den Druckabfall bei der Folie nicht beeinträchtigt. Die Laminierung desselben mit dem Non-woven-Gewebe führt zu keiner Schrumpfung der Folie, selbst wenn sie in freiem Zustand ohne Spannung belassen wird.

Vergleichsbeispiel 1 zeigt, daß die Senkung der Temperatur des Reckens in Längsrichtung bei einer Folie zu einem Anstieg der Porengröße der erhalten Folie führt. Ein niedriges Reckverhältnis liefert eine Folie mit geringer Porengröße und ausreichender Sammlungseffizienz, weist aber einen hohen Druckabfall auf. Daher ist die Folie als Luftfiltermedium ungeeignet. Ein Gesamtreckverhältnis, das 100 übersteigt, liefert eine Folie, die einen geringen Druckabfall aber eine große Porengröße aufweist. Daher ist die Folie als Luftfiltermedium nicht vorteilhaft.

Vergleichsbeispiel 2 zeigt, daß, wenn das Recken einer Folie in Querrichtung bei hoher Temperatur durchgeführt wird, die Porengröße der erhaltenen Folie ebenfalls ansteigt und die Folie als Luftfiltermedium nicht geeignet ist.

Vergleichsbeispiel 3 zeigt, daß das Wärmehärten bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt von PTFE ebenfalls zu einer Erhöhung der Porengröße der erhaltenen Folie führt; die Folie ist als Luftfiltermedium nicht bevorzugt.

Wie oben beschrieben wurde, nimmt die Porengröße der erhaltenen Folie nicht zu, selbst wenn das Reckverhältnis zunimmt; daher kann ein Luftfiltermedium, das einen geringen Druckabfall und eine hervorragende Sammlungseffizienz hat, bereitgestellt werden.

Die Meßverfahren für die oben beschriebenen Eigenschaften werden nachfolgend erläutert.

DURCHSCHNITTLICHE PORENGRÖßE

Die durchschnittliche Porengröße ist in der vorliegenden Erfindung die mittlere Strömungsporengröße (MFP = mean flow pore), die nach dem ASTM F-316-86 beschriebenen Verfahren gemessen wird. Die Messung wurde unter Verwendung eines Coulter-Porometer (im Handel zu beziehen von Coulter Electonics, U.K.) durchgeführt.

DRUCKABFALL

Die gereckte Probe wurde in Form einer Scheibe, die einen Durchmesser von 47 mm hatte, geschnitten und in eine Filterhalterung mit einer effektiven Durchgangsfläche von 12,6 cm² eingesetzt. Die Einlaßseite des Filters wird unter einen Druck von 0,4 kg/m² gesetzt, die Strömungsgeschwindigkeit von Luft, die den Auslaß verläßt, wird mit einem Strömungsmeter (im Handel zu beziehen von Ueshima Seisakusho) so eingestellt, daß die Strömungsgeschwindigkeit, bei der die Luft durch poröse Folie geht, 5,3 cm/s ist, um so den Druckabfall unter Verwendung eines Manometers zu messen.

SAMMLUNGSEFFIZIENZ

Die gereckte Probe wird in eine Filterhalterung mit einem Durchmesser von 100 mm eingesetzt; die Einlaßseite des Filters wird zur Einstellung einer Strömungsgeschwindigkeit von 5,3 cm/s, bei der Luft durch die poröse Folie geht, unter Druck gesetzt. Unter diesen Bedingungen wird polydispergiertes DOP an der oberen Stromseite mit einer Konzentration von 10&sup7;/300 ml durchströmen gelassen. Die Anzahl der durchgelassenen Staubteilchen mit einer Partikelgröße von 0,1 µm, die durch die poröse Folie gingen, wird unter Verwendung einer Partikelzählapparatur (PMS LAS- X-CRT), die an der stromabwärtigen Seite positioniert ist, gemessen, um die Sammlungseffizienz zu errechnen. Für den Fall einer Probe, die eine hohe Sammlungseffizienz hat, wird der Meßzeitraum verlängert, um die Menge der gesammelten Staubteilchen zur Errechnung der Sammlungseffizienz zu erhöhen.

Wie oben beschrieben wurde, hat die erfindungsgemäß hergestellte poröse PTFE-Folie Vorteile als Filtermedium; sie hat nämlich extrem hohe Sammlungseffizienz für Mikropartikel, die in Luft oder einem Gas strömen; da sie eine sehr geringe Porengröße hat, kann sie die Mikropartikel sammeln, deren Durchmesser kleiner als die Porengröße der Folie ist; und sie weist einen geringen Druckabfall auf.

Darüber hinaus verursacht die poröse PTFE-Folie, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, wenn sie als Filtermedium verwendet wird, nicht selbst Staubteilchen oder eine sekundäre Verschmutzung und kann die Reinigung von Luft oder Gas mit hoher Effizienz und geringen Kosten durchführen. Im Fall einer Flüssigkeitsbehandlung kann erfindungsgemäß eine hohe Durchflußgeschwindigkeit erreicht werden und daher kann eine große Flüssigkeitsmenge durch Filtration behandelt werden.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung einer porösen Polytetrafluorethylenfolie aus einem ungesinterten Polytetrafluorethylenband, welches durch Pastenextrudieren eines feinen Polytetrafluorethylenpulvers und anschließendes Walzen erhalten wird, das die Schritte Recken des Bandes in Längsrichtung bei einer Temperatur zwischen 250 und 320ºC und anschließendes Recken des Bandes in Querrichtung bei einer Temperatur zwischen 100 und 200ºC umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Recken bei einem Reckungs-Flächenverhältnis von mindestens 100 durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 11 bei dem die gereckte Folie nicht bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt von Polytetrafluorethylen wärmegehärtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem Laminieren eines porösen Verstärkungsmaterials auf mindestens eine Seite der gereckten Folie umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das poröse Verstärkungsmaterial auf die gereckte Folie laminiert wird, bevor die in Querrichtung gereckte Folie aufgewickelt wird.







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