JP2015009560A

JP2015009560A - ナノ繊維複合シート及びその製造方法

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Publication number: JP2015009560A
Application number: JP2013212761A
Authority: JP
Inventors: キム・ヘ・リム; Hae Rim Kim; リュ・ジャ・シク; Jea Sik Ryu; キム・スン・オク; Sun Ok Kim; ナ・ジン・ウク; Jin Wook Na; ジョン・クォン・ミン; Kwon Min Jeon; キム・スン・ヨン; Sun Young Kim
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2015-01-19
Also published as: US20150004422A1; KR101477400B1

Abstract

【課題】本発明は通気性が確保され、ナノ繊維構造の基材層とベースシート間の接着力に優れたナノ繊維複合シート及びその製造方法に関する。【解決手段】本発明の一実施形態は、ベースシートを設ける段階と、前記ベースシートを表面処理する段階と、表面処理した前記ベースシート上にナノ繊維構造の基材層を形成する段階と、を含むナノ繊維複合シートの製造方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は通気性が確保され、ナノ繊維構造の基材層とベースシート間の接着力に優れたナノ繊維複合シート及びその製造方法に関する。

ナノ繊維は、既存の繊維より小さい直径を有するか、体積に比べて表面積が相対的に非常に大きいという特性を有する。

ナノ繊維は、小さい直径により柔らかい肌触りを具現し、重さに比べて高い比表面積を有する特性、高い気孔度などにより多様な用途に適する物性を具現するのに非常に有利である。したがって、ナノ繊維を素材にする技術は、既存の汎用繊維素材が有する性能の限界を克服する新技術、分離機能素材、医療用素材、人工血管及びナノ複合材料などに応用でき、ＩＴ、エネルギー、バイオメディカル分野など産業全般にわたって幅広く応用できるものと思われる。

多様な産業分野にナノ繊維を応用する際には、ナノ繊維自体が持つ物性を補ったり、その固有の特性を極大化するために異種素材との結合が求められることがしばしばあった。通常、ナノ繊維と異種素材との結合には、接着剤樹脂を塗布したりスプレーを噴霧することで接着層を形成する方法、または接着フィルムを用いる方法等が利用されている。

しかし、接着剤を用いると、接着剤の成分が主素材の性質に影響を及ぼしたり、目標とする性質を低下させて、結果的に完成製品の品質を低下させる可能性が高い。よって、該問題点を解決する差別化された方法に対する必要性が増加している。

下記特許文献１は、ナノ繊維にプラズマ処理をする方法を開示しているだけで、本発明のようにベースシートに表面処理する方法については開示していないため、差異がある。

大韓民国特許登録公報第１０−０７９２８９４号

本発明は通気性が確保され、ナノ繊維構造の基材層とベースシート間の接着力に優れたナノ繊維複合シート及びその製造方法を提供する。

本発明の一実施形態は、ベースシートを設ける段階と、上記ベースシートを表面処理する段階と、表面処理した上記ベースシート上にナノ繊維構造の基材層を形成する段階と、を含むナノ繊維複合シートの製造方法を提供する。

上記ベースシートは高分子素材を含んでもよい。

上記高分子素材はポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる群より選択される一つ以上であってもよい。

上記表面処理する段階は、上記ベースシートの表面にエネルギーを照射して行ってもよい。

上記表面処理する段階は、コロナ処理、プラズマ処理、電磁気波照射のうち一つ以上の方法で行ってもよい。

上記基材層を形成する段階は、電気紡糸工法で行ってもよい。

上記ナノ繊維複合シートの製造方法は、上記基材層を形成する段階後に、上記ベースシートと上記基材層を圧着する段階をさらに含んでもよい。

本発明の他の一実施形態は、表面に親水基が形成されたベースシートと、親水基が形成された上記ベースシートの表面上に形成されたナノ繊維構造の基材層と、を含むナノ繊維複合シートを提供する。

上記ベースシートは、高分子素材を含んでもよい。

上記高分子素材は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる群より選択される一つ以上であってもよい。

上記親水基は、ベースシートの表面にエネルギーを照射して形成してもよい。

上記親水基は、コロナ処理、プラズマ処理、電磁気波照射のうち一つ以上の方法で形成してもよい。

上記基材層は、電気紡糸工法で形成してもよい。

本発明によると、通気性が確保され、ナノ繊維構造の基材層とベースシート間の接着力に優れたナノ繊維複合シート及びその製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態によるナノ繊維複合シートを概略的に示す斜視図である。図１のＡ−Ａ’断面図である。本発明の一実施形態によるナノ繊維複合シートの製造方法を示す工程図である。本発明の一実施形態によるナノ繊維複合シートの製造方法を示すフローチャートである。表面処理していないベースシートの微細構造を示す走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真である。表面処理後のベースシートの微細構造を示す走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真である。本発明の一実施形態によるナノ繊維複合シートの製造に用いられる電気紡糸装置を示す概略図である。実施例と比較例のナノ繊維複合シートの接着力テストの結果を示す写真である。さらに他の実施例と比較例のナノ繊維複合シートの接着力テストの結果を示す写真である。さらに他の実施例と比較例のナノ繊維複合シートの接着力テストの結果を示す写真である。さらに他の実施例と比較例のナノ繊維複合シートの接着力テストの結果を示す写真である。

以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

本発明の一実施形態は、表面処理したベースシート１と、ベースシート上に形成されたナノ繊維構造の基材層２と、を含むナノ繊維複合シート１０を提供する。

以下では、図面を参照し、上記ナノ繊維複合シート１０及びその製造方法について詳しく説明する。

図１は本発明の一実施形態によるナノ繊維複合シートを概略的に示す斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ’断面図であり、図３は本発明の一実施形態によるナノ繊維複合シートの製造方法を示す工程図であり、図４は本発明の一実施形態によるナノ繊維複合シートの製造方法を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態のナノ繊維複合シートの製造方法は、ベースシートを設ける段階（Ｓ１）と、上記ベースシートを表面処理する段階（Ｓ２）と、表面処理した上記ベースシート上にナノ繊維構造の基材層を形成する段階（Ｓ３）と、を含んでもよく、上記基材層を形成する段階後に、上記ベースシートと上記基材層を圧着する段階（Ｓ４）をさらに含んでもよい。

以下、各段階について具体的に説明する。

（ａ）ベースシートを設ける段階（Ｓ１）

ベースシート１としては有機素材を用いてもよく、特に高分子素材からなるものを主に使用する。これに限定されないが、ポリビニルアルコール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ、ＰＶＡ）、ポリビニリデンフルオライド（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ、ＰＶＤＦ）、ポリエチレンオキサイド（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｏｘｉｄｅ）、ポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ、ＰＵ）、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ＰＰ）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｍｅ、ＰＥ）及びポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）のような全ての高分子素材をベースシートとして使用することができる。

特に、結晶性が大きくて極性が小さく、且つ凝集力が高いポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ＰＰ）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｍｅ、ＰＥ）及びポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）が、ベースシートとしてさらに適する。

（ｂ）ベースシートを表面処理する段階（Ｓ２）

次に、設けられたベースシート１にエネルギーを照射してベースシート１を表面処理する。上記表面処理は、ベースシート１とナノ繊維構造の基材層２の接着力を向上させるためのもので、ベースシート１の素材の表面の化学結合が壊れてベースシート１の表面に親水性基を生成させる。

これは、ベースシート１に適切なエネルギーを照射することで行うことができ、ベースシートの化学結合を壊すために必要なエネルギーは、ベースシートの素材によって変わってもよい。

これに限定されないが、ベースシート１の表面への親水性基の形成は、コロナ処理、プラズマ処理、電磁気波照射のうち一つ以上の方法で行ってもよく、ベースシート１を成す素材が有する結合の種類によって適切なエネルギー源１１を選んで照射することが好ましい。

上記電磁気波は紫外線、可視光線、赤外線、マイクロ波などの電磁気スペクトルの全領域のものであってもよい。

図５ａは表面処理前のベースシートの表面を示す走査電子顕微鏡の写真であり、図５ｂは表面処理後のベースシートの表面を示す走査電子顕微鏡の写真ある。

図５ａ及び図５ｂはベースシートとしてポリエステルを使用し、図５ｂのベースシートには紫外線を照射して表面処理した。図５ｂに示したように、紫外線の照射によるベースシートの表面の物理的な変形はなく、また、図示しなかったが、ＦＴ−ＩＲスペクトルテストにより親水基であるカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）がベースシートの表面に形成されたことが分かった。

即ち、表面処理によって、ベースシートの表面には化学的変化のみが起こる。

（ｃ）ナノ繊維構造の基材層を形成する段階（Ｓ３）

上記表面処理したベースシート１の表面にナノ繊維構造の基材層２を形成する段階である。ベースシート１の表面には、表面処理により親水性基が形成されており、ナノ繊維がベースシート上に形成される場合、ナノ繊維とベースシートとの接着力が向上する。上記ナノ繊維構造の基材層２を形成する方法としては、ナノ繊維の形状が得られれば何れの方法を用いてもよく、電気紡糸法、メルトブラウン法などが挙げられる。上記電気紡糸法とは、一般的に広く知られている溶液電気紡糸法と溶融電気紡糸法の両方を含む。

図６は電気紡糸装置を概略的に示す図面である。

上記電気紡糸は、静電気力（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｆｏｒｃｅ）により低い粘度状態の溶液を瞬間的に繊維形態に紡糸する方法である。

溶融されたナノ繊維の素材は、高電力供給部２２を通過してナノ繊維の形態で集電体２１上のベースシート１に紡糸される。上記集電体２１にはモータ２３が連結されてもよい。

上記電気紡糸法は、マイクロ単位の直径を有する物質を利用してナノメートル単位の繊維を作ることができるという特徴を有する。

上記電気紡糸法を利用すると、微細繊維を生産することができ、微細繊維を捕集する場合、ウェブ（Ｗｅｂ）を得ることができる。

上記基材層２を形成するナノ繊維の素材としては、有機素材、無機素材及び金属素材のいずれを利用してもよく、素材選択は特に制限されない。

（ｄ）ベースシートと基材層を圧着する段階（Ｓ４）

上記基材層２を形成する段階後に、上記ベースシート１と上記基材層を圧着する段階を行ってナノ繊維複合シートを得ることができる。

ベースシートと基材層を圧着する方法は、特に制限されず、ベースシートと基材層が圧着できればよく、例えば、カレンダー仕上げ工程で熱圧着する方法を用いてもよい。

実験例１
図７は表面処理前後のベースシートと電気紡糸されたナノ繊維構造の基材層との接着力テストの結果を示す写真である。テープテスト法を用いており、製作されたサンプルにテープを接着して同力で引き剥がす方式でテストを行った。

ベースシートとしては不織布を使用し、紫外線の照射により表面処理を行った。

左側は表面処理していないベースシートを利用したテープテストの結果であり、右側は表面処理したベースシートを利用したテープテストの結果である。表面処理していないベースシートを利用した場合、テープによりナノ繊維の相当な部分が剥がれたことが分かる。また、表面処理したベースシートを利用した場合は、テープテストを行ってもナノ繊維が殆ど剥がれていないことが分かる。

即ち、表面処理によりベースシートとナノ繊維間の接着力が著しく向上したことが確認できる。

実験例２
図８ａ〜図８ｃは、さらに他の実施例と比較例のナノ繊維複合シートの接着力テストの結果を示す写真である。

図８ａは比較例１、図８ｂは比較例２、図８ｃは実施例１のナノ繊維複合シートの接着力テストの結果を夫々示している。

実験例１と同様に、テープテストを利用して接着力テストを行った。

比較例１のナノ繊維複合シートは、ベースシートとナノ繊維構造の基材層をそれぞれ形成した後、ベースシートに接着剤スプレーを塗布してベースシートと基材層を接着した。

比較例２のナノ繊維複合シートは、ベースシートとナノ繊維構造の基材層をそれぞれ形成した後、ナノ繊維構造の基材層にプラズマ処理をした後ベースシートと基材層を接着した。

実施例１のナノ繊維複合シートは、ベースシートの表面に直接紫外線を照射した後に電気紡糸を通じてナノ繊維をベースシート上に形成して、ベースシートと基材層が接するようにした。

図８ａの比較例１のテープテストの結果から、テープにより基材層の相当な部分が剥がれたことが分かる。また、図８ｂの比較例２のテープテストの結果から、テープにより基材層の全部が剥がれ最も接着力が弱いことが分かる。

これに対し、図８ｃの実施例１のテープテストの結果から、テープに基材層が殆ど付着されておらず、ベースシートと基材層の接着力がかなり優れることが分かる。

実験例３
下記表１は、実験例２と同様の方法で製造された比較例１、比較例２及び実施例１のナノ繊維複合シートの通気性をテストした結果である。

表１に示したように、比較例１は接着剤により通気性が確保されず、比較例２と実施例１は通気性が確保されることが分かる。

上述したように、本発明の実施形態によると、通気性が確保され、ベースシートとナノ繊維構造の基材層間の接着力に優れたナノ繊維複合シート及びその製造方法を提供することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

１ベースシート
２基材層
１０ナノ繊維複合シート
１１エネルギー源
１２圧着器具
２１集電体
２２高電力供給部
２３モータ

Claims

ベースシートを設ける段階と、
前記ベースシートを表面処理する段階と、
表面処理した前記ベースシート上にナノ繊維構造の基材層を形成する段階と、
を含むナノ繊維複合シートの製造方法。
前記ベースシートは高分子素材を含む、請求項１に記載のナノ繊維複合シートの製造方法。
前記高分子素材はポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる群より選択される一つ以上である、請求項２に記載のナノ繊維複合シートの製造方法。
前記表面処理する段階は前記ベースシートの表面にエネルギーを照射して行う、請求項１に記載のナノ繊維複合シートの製造方法。
前記表面処理する段階はコロナ処理、プラズマ処理、電磁気波照射のうち一つ以上の方法で行う、請求項１に記載のナノ繊維複合シートの製造方法。
前記基材層を形成する段階は電気紡糸工法で行う、請求項１に記載のナノ繊維複合シートの製造方法。
前記基材層を形成する段階後に、前記ベースシートと前記基材層を圧着する段階をさらに含む、請求項１に記載のナノ繊維複合シートの製造方法。
表面に親水基が形成されたベースシートと、
親水基が形成された前記ベースシートの表面上に形成されたナノ繊維構造の基材層と、
を含むナノ繊維複合シート。
前記ベースシートは高分子素材を含む、請求項８に記載のナノ繊維複合シート。
前記高分子素材はポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる群より選択される一つ以上である、請求項９に記載のナノ繊維複合シート。
前記親水基はベースシートの表面にエネルギーを照射して形成する、請求項８に記載のナノ繊維複合シート。
前記親水基はコロナ処理、プラズマ処理、電磁気波照射のうち一つ以上の方法で形成する、請求項８に記載のナノ繊維複合シート。
前記基材層は電気紡糸工法で形成する、請求項８に記載のナノ繊維複合シート。