KR100689737B1 - 내구 친수성 부직 매트 및 습윤성 섬유 매트릭스의 부직 웹, 이를 포함하는 전지 분리막 물질 또는 와이프 - Google Patents

내구 친수성 부직 매트 및 습윤성 섬유 매트릭스의 부직 웹, 이를 포함하는 전지 분리막 물질 또는 와이프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 친수성 멜트 첨가제와 혼합된 열가소성 중합체 섬유인 습윤성 섬유 매트릭스의 부직 웹에 관한 것이다. 교대적 구체예에서, 이와 다른 예로 부직 웹은 습윤성 또는 비습윤성 또는 양쪽의 배합물일 수 있는 결합제 섬유를 추가로 포함한다.

Description

내구 친수성 부직 매트 및 습윤성 섬유 매트릭스의 부직 웹, 이를 포함하는 전지 분리막 물질 또는 와이프{DURABLE HYDROPHILIC NONWOVEN MAT AND NONWOVEN WEB OF A WETTABLE FIBER MATRIX, BATTERY SEPARATOR MATERIAL OR WIPE COMPRISING THEREOF}
본 출원은 본 명세서에서 참고로 인용하는 1999년 1월 8일자 미국 가명세서 출원 제60/115,172호의 이익을 주장한다.
본 발명은 전지 분리막 물질에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 본 발명은 재충전 알칼리 전지에 사용되기 위한 습윤성 섬유 매트릭스 및 비습윤성 결합제 섬유로 제조된 부직포 웹에 관한 것이다.
재충전 알칼리 전지는 통상 일차적으로 유전체 및 전해액 저장소의 기능을 하는 분리막을 필요로 한다. 또 분리막 물질은 전해액으로 사용되는 31% 수산화칼륨(KOH) 용액에 불활성일뿐 아니라, 전지의 방전 및 재충전 기간동안 강도를 유지하기에 충분한 내구 습윤성을 보유해야 한다. 통상 분리막 구조물은 나일론이나 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 부직 구조물을 사용한다.
이와 같은 구조물의 대표적인 예들은 다음의 특허에 예시되어 있다.
Kung의 미국 특허 제5,389,471호는 염기로 중화시킨 1개 이상의 카르복실기를 함유하는 수지로 시트를 포화시켜서 염을 형성시킨, 미세다공 필름, 직물 또는 합성 종이의 다공성 시트로 구성된 알칼리 전지용 분리막을 개시하고 있다. 이 수지는 1개 이상의 카르복실기를 보유하는 고분자량의 아크릴산을 포함한다. 실시예에 개시된 특히 바람직한 수지는 Carbopol(고분자량의 아크릴산 동종중합체)이다.
Everhart의 미국 특허 제5,439,734호는 1개 이상의 디-지방산 에스테르 친수성 첨가제와 배합된 폴리올레핀에서 제조된 부직물을 개시한다. Everhart에서 첨가제는 폴리에틸렌 옥시드의 디올레이트 에스테르, 피마자유의 에톡시화 에스테르, 글리세롤 모노올레이트 에스테르와 에톡시화 노닐페놀의 혼합물 및 메이페그(Maypeg)-400ml 모노라우레이트를 포함한다.
Palmer의 미국 특허 제3,847,676호는 중합체 수지 섬유의 비부직 매트로 제조된 전지 분리막이 개시되어 있으며, 여기서 수지는 그 내부에 분산된 제1 습윤제(비교적 수불용성)를 함유하는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리스티렌과 같은 열가소성 C2-C8 폴리올레핀을 사용하며, 섬유는 외피상에 제2 습윤제의 코팅을 보유하고 있다. 내부에 분산된 습윤제는 계면활성제로서, 바람직하게는 1 내지 15몰의 에틸렌 옥시드를 갖는 C8 내지 C18 페놀 계면활성제이다. 섬유의 외피에 코팅되는 제2 습윤제는 비교적 수용성이고 비교적 유불용성이며, 바람직하게는 음이온성 및/또는 비이온성 계면활성제이다.
Palmer의 미국 특허 제3,870,567호는 열가소성 부직 섬유 매트로 제조된 전지 분리막에 관한 것으로, 여기서 섬유는 전지의 주위 온도에서 일정기간 동안 방출되는 내부 습윤제를 함유한다. 노닐페놀 에틸렌 옥시드가 적절한 습윤제의 예로 개시 되어있다.
Palmer의 미국 특허 제3,918,995호는 또한 내부 계면활성제와 섬유의 외부에 코팅된 제2 계면활성제를 갖는 가소성 섬유의 부직 매트로 제조된 전지 분리막을 포함한다. 이 특허는 palmer의 미국 특허 제3,847,676호의 분할 출원으로, '995 특허에서의 청구항은 분리막와 대비되는 전지로 기재되었다.
Palmer의 미국 특허 제3,933,525호는 내부 습윤제, 바람직하게는 2개의 계면활성제를 함유하는 내부 습윤제를 갖는 폴리올레핀 섬유로 구성된 부직 전지 분리막을 개시하고 있다. 바람직한 계면활성제는 1 내지 15몰의 에틸렌 디옥시드를 갖는 C8 및 C18 페놀 계면활성제이다.
Broadhead의 미국 특허 제3,928,067호는 폴리프로필렌 분리막용 습윤제로서 폴리알킬렌 글라이콜 에스테르, 테트라 알킬 암모늄 할라이드 및 특정 리튬염과 바람직하게는 특정 폴리알킬렌 글라이콜 에테르와 테트라알킬 암모늄 할라이드의 배합물을 포함하는 비수성 리튬 2차 전지용 폴리프로필렌 분리막을 개시하고 있다.
Bunton의 미국 특허 제3,947,537호는 지방족 설페이트와 같은 음이온 계면활성제 또는 폴리에틸렌 옥시 화합물과 같은 비이온 계면활성제의 계면활성제-수혼화물로 습윤시킨 열가소성 섬유의 부직 매트로 제조된 전지 분리막을 개시하고 있다.
EP 0 450 449 B1은 열적으로 함께 결합시킨 적어도 제1 및 제이성분을 포함하는 술폰화 접합체 섬유로 제조된 직물 시트를 포함하는 저장 전지용 분리막 물질에 관한 것이다. 여기에서 제1 성분은 표면층이고 제이성분은 코어 부분을 차지하며, 제1 성분은 적어도 화학식-CH2-C(SO3H)(COOH)-를 갖는 단위를 함유하는 에틸렌 공중합체이고, 아크릴 및/또는 핵산 및 가능하게는 또한 아크릴 산 에스테르를 함유하는 에틸렌 카르본산 단량체를 포함하며, 제이성분은 비술폰화 폴리올레핀을 포함한다.
EP 0 591 616 B1은 상이한 경화 범위의 폴리아미드 및/또는 폴리올레핀 섬유의 혼합물로 구성된 친수성 부직 분리막 물질에 관한 것으로, 분리막 물질을 사용전에 탈이온수로 습윤화시키는 것을 특징으로 한다.
EP 0 680 107 B1은 친수성인 제1 표면과 소수성 부분 및 친수성 부분을 갖는 제2 표면을 보유하는 폴리올레핀 기재의 합성 수지 섬유를 함유하는 시트 물질로 제조된 분리막을 포함하는 니켈-수소 2차 전지에 관한 것이다. 폴리올레핀 섬유는 폴리올레핀 코어와 또다른 폴리올레핀의 껍질을 포함하는 코어-껍질 형태 복합 섬유이다.
EP 0 710 994 A2는 (1) 약 15 um 이하의 평균 직경을 갖는 섬유의 부직 웹과 (2) 이 부직 웹 표면상에서 부직 웹을 친수성으로 만드는 그라프트 중합 단량체를 포함하는 전지 분리막에 관한 것이다.
EP 0 756 340 A1은 제1 및 제2 섬유의 부직 웹을 포함하는 전지 분리막에 관한 것으로, 제1 섬유는 제1 및 제2 폴리올레핀에 대응하고, 제2 섬유는 제3 폴리올레핀을 포함하여, 또 이와 같은 2종의 부직 웹은 이들로부터 제조된 분리막이 바람직하게는 전해질에 의하여 자발적으로 습윤가능하도록 처리된다.
EP 0 795 916 A1은 전지 분리막로서 사용하기에 적합한 핫 멜트 섬유로의 열가소성 스태플 섬유의 3차원 꼬임로부터 형성된 비습윤성 부직포에 관한 것이다. 생성된 부직물은 술폰화 처리, 불소화 처리, 플라스마 처리, 코로나 방전 처리 또는 "일반적으로 사용되는 계면활성제"로 친수성 처리를 행할 수 있다.
EP 0 834 938 A2는 모두 특정하게 정의된 1) 분할가능한 폴리올레핀 복합 섬유 2) 고강도 복합 섬유(폴리프로필렌) 및 3) 폴리올레핀 감열 접착 섬유를 열 융합 및 수성꼬임(hydroentangling)하여 제조되는 알칼리 전지 분리막을 개시하고 있다. 이 출원은 또한 생성된 직물에 친수성을 부여하기 위해 술폰화 처리, 불소 기체 처리, 비닐 단량체로 그라프트 중합 처리, 표면 활성제 처리, 친수성 수지 부착을 위한 처리, 방전 처리 등을 이용하는 처리 방법을 교시하고 있다. 이 출원은 표면 활성제로서 음이온 표면 활성제(고급 지방산의 알칼리 금속 염, 알킬 술포네이트, 술포숙시네이트의 염)을 개시한다.
WO 98/31060은 응집성 비압축 집단에서 자가 결합된 극히 미세한 멜트블로운 섬유로 제조된 봉인된 형태 또는 재조합 형태의 전지에 유용한 전지 분리막을 개시하고 있다. 상기 섬유 매트는 제조후에 섬유 표면에 친수성기를 공유 결합시킴으로써 또는 압출전에 중합체에 표면 활성제를 부가함으로써 전지용 산에 습윤가능하게 된다. 적절한 첨가제는 폴리테트라히드라푸란, 지방산의 모노 및 디글리세라이드 및 디메틸실리콘 옥시알킬렌 공중합체이다.
WO 99/00447은 모노글리세라이드 또는 모노글리세라이드의 배합물 또는 85 중량% 이상의 양으로 모노글리세라이드와 혼합시킨 혼합 글리세라이드로 주로 구성되는 습윤제를 포함하는 올레핀 중합체, 폴리에스테르 또는 폴리아미드에서 제조되는 습윤성 섬유 및 그 제조 방법을 개시하고 있다.
모노글리세라이드는 하기 화학식 1에 상응한다.
Figure 112001016751218-pct00001
여기서, -OR1, OR2, 및 -OR3은 히드록시기 또는 지방산 에스테르기이나, 이들 중 하나는 지방산 에스테르기(C12-22)이다. 혼합 글리세라이드(디- 또는 트리-)는 하기 화학식 2에 상응한다.
Figure 112001016751218-pct00002
여기서, -OR4, OR5, 및 -OR6은 히드록시기 또는 지방산 에스테르기(C12-22 )이다. 상기 모노글리세라이드와 디- 또는 트리- 글리세라이드의 배합은 한 구체예에 따라 습윤제를 구성한다.
선행기술에서 나타난 바와 같이, 나일론 및 폴리올레핀은 모두 고유 성질에 따른 한계가 있으며, 이는 전지 수명을 단축한다. 나일론은 알칼리 분해가 쉬운 반면, 폴리올레핀은 화학적으로는 불활성이나, 성질면에서 소수성이다.
소수성인 폴리프로필렌 섬유는 그 표면을 화학적으로 개질시킴으로써 친수성 섬유로 변형시킬 수 있는 것이 공지되었다. 그러나, 이들 개질품은 내구성이 없어서, 국소 화학적 용도에는 적합치 않으며, 또 다른 형태의 표면 개질은 추가 공정 단계를 필요로 하거나 제조 비용이 고가인 경향이 있다. 이밖에도, 이러한 개질중 일부는 시간에 따라 노화되며, 특히 알칼리 전지에 사용되는 31% 수산화칼륨(KOH) 전해질 용액 존재하에서 쉽게 노화된다. 폴리올레핀에 습윤성을 부여하는 공지된 몇몇 공정은 환경비친화적이고, 매우 느린 공정이며, 내구성 또한 충분하지 않다.
화학 개질에 대한 대안 또한 개량 방법은 친수성 첨가제를 폴리프로필렌 또는 열가소성 중합체로 직접 멜트 배합시켜서 섬유 자체를 친수성으로 만드는 것이다. 본 발명은 상술한 문제를 해결하고, 하나 이상의 친수성 멜트 첨가제를 폴리올레핀 수지(폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 또는 두성분) 섬유내로 함입하여 전지 분리막용 부직 구조물을 생산 및 제공한다. 친수성 멜트 첨가제가 PP 중합체 섬유내로 함입하고, 이어서 습식 및 소모/열 결합 공정에 따라 부직 분리막 물질로 변형시킨다. 이와는 달리, PP 중합체 및 첨가제는 스펀본딩 또는 멜트블로운 또는 이들의 배합 공정에 따라 중합체에서 부직 형태로 직접 변형시킬 수 있다.
바람직한 멜트 첨가제는 히드록시 페놀 및 폴리에틸렌 글라이콜의 혼합물이다. 히드록시 페놀은 기능기 HOC6H4 --를 함유하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 바람직한 구체예에 따라서, 부직 전지 분리막은 습식 공정(wet laid process)및 소모된 열접합 공정(carded thermal bonding process)을 이용하여 직조된다. 본 발명의 장점은 전지 분리막 직물내에서 소수성 및 친수성 섬유의 배합을 사용함으로써 획득된다. 즉, 분리막내 모든 섬유는 영구적으로 습윤가능할 필요는 없다. 바람직한 구체예에서, 분리막은 멜트 첨가제가 섬유의 껍질 구성내로 함입되는 이성분 섬유를 포함한다. 소수성 및 친수성 섬유 배합물뿐 아니라 이성분 섬유의 사용은 비용을 절감시키고, 다양한 용도를 위한 분리막의 최적화를 가능케 한다.
본 발명의 다른 양태는 멜트 첨가제를 멜트 공정 동안 중합체 성분에 직접 함입시킴으로써 습윤성 섬유 매트릭스를 형성함으로써 재충전 알칼리 전지에 사용하기 적절한 습윤성 및 강도를 가지며, 내구성이 있는 부직 웹을 제공하는 것이다. 이들 섬유 매트릭스는 멜트블로운, 스펀본드되거나 또는 스태플 섬유로 제조되어 100% 습윤성 웹을 형성할 수 있다. 이와는 달리, 습윤성 섬유 매트릭스는 습윤성이거나 비습윤성인 결합제 섬유 또는 이들의 혼합물과 혼합하되어 부직 웹으로 제조될 수 있다.
본 발명의 목적은 습윤도 및 강도가 증가된 전지 분리막 물질용 부직 웹을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 혹독한 환경에서 내구성 및 습윤성을 갖는 부직 웹을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 친수성 및 소수성 영역 모두를 갖는 부직 웹을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소정의 목적 용도에 따라 다양한 습윤도 및 강도를 갖도록 설계할 수 있는 생성물의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 특정 목적은 이성분 섬유를 포함하는 전지 분리막 물질을 저비용으로 제공하는 것이며, 여기서, 멜트 첨가제는 이성분 섬유의 섬유 껍질에 함입되며 코어에는 함입되지 않는다.
본 발명의 또 다른 특정 목적은 습윤성 및 비습윤성 중합체 섬유 모두로 제 조되는 경제적인 전지 분리막 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특정 목적은 기저귀 및 여성 위생 용품과 같은 기타 용도 및 내구 습윤성을 요구하는 의학 용도에 사용될 수 있는 부직 웹을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 의복 용도로 사용될 수 있는 부직 웹을 제공하는 것이며, 여기서 제조된 생성물은 여러번 기계로 세척한 후에도 내구성 및 친수성이 유지된다.
본 발명의 또 다른 목적은 여과 용도에 사용될 수 있는 부직 웹을 제공하는 것이며, 여기서도 내구성 및 습윤성이 요구된다.
본 발명의 요약
본 발명에서, 상기 목적 및 명백한 기타 목적은 친수성 멜트 첨가제와 배합시킨 열가소성 중합체 섬유인 습윤성 섬유 매트릭스의 부직 웹을 포함하는 전지 분리막 물질을 제조함으로써 성취된다. 섬유 매트릭스 공급은 멜트블로운, 스펀본드 또는 스태플 섬유로 제조되어, 100% 습윤성 부직물을 형성할 수 있다.
열가소성 중합체 섬유는 폴리프로필렌 스태플 섬유 또는 폴리프로필렌/폴리프로필렌 이성분 섬유(폴리프로필렌 껍질 및 폴리프로필렌 코어를 갖는다)인 것이 바람직하다.
친수성 멜트 첨가제는 적어도 하나 이상의 히드록시 페놀 및 프로에틸렌 글라이콜의 혼합물이다.
다른 구체예에서, 습윤성 섬유 매트릭스는 비습윤성 결합제 섬유와 배합된다. 상기 결합제 섬유는 폴리에틸렌/폴리에틸렌 이성분 섬유(폴리에틸렌 껍질 및 폴리에틸렌 코어를 갖는다)인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 부직 웹은 습윤성 결합제 섬유를 추가로 포함한다. 습윤성 결합제 섬유는 친수성 멜트 첨가제와 배합된 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이성분 섬유인 것이 바람직하다. 친수성 멜트 첨가제는 이성분 섬유의 폴리에틸렌 껍질내로 함입된다.
바람직한 구체예에서, 부직 웹은 30 내지 90중량%의 습윤성 섬유 매트릭스; 및 10 내지 70 중량%의 비습윤성 결합제 섬유를 갖는다. 보다 바람직한 구체예에서, 부직 웹은 50% 습윤성 섬유 매트릭스 및 50% 비습윤성 결합제 섬유를 갖는다.
또 다른 바람직한 구체예에서 부직 웹은 40중량% 이하의 습윤성 섬유 매트릭스; 40중량% 이하의 비습윤성 결합제 섬유; 및 30중량% 이하의 습윤성 결합제 섬유를 갖는다. 바람직한 범위를 기재하였지만, 제조된 웹의 요구되는 습윤도 및 강도에 따라 습윤성 섬유 매트릭스, 비습윤성 결합제 섬유 및 습윤성 결합제 섬유의 배합 비율을 임의의 양으로 변경한 것도 본 발명에 포함된다.
일반적으로 본 발명의 전지 분리막 물질은 개선된 습윤도 및 강도를 보유하며 양호한 기체 투과성을 제공한다.
본 발명은 또한 전지 분리막 및 내구성 및 습윤성이 요구되는 기타 용도에서 사용할 수 있는 부직 웹을 제조하기 위한 방법을 포함한다. 일반적으로 하나 이상의 친수성 멜트 첨가제와 배합된 습윤성 열가소성 중합체 섬유를 포함하는 섬유 공급은 멜트블로잉, 스펀본딩 또는 스태플 섬유로 제조됨으로써, 부직 웹으로 제조된다. 바람직한 구체예에서 공급물은 제지 기계상에서 사용되는 결합제 섬유와 추가로 배합되어 습식 웹을 제조한다. 습식 웹으로부터 물을 제거하고, 열 결합시킨 후 칼렌더(calender)처리하여 부직물을 제조한다.
제조된 부직포 매트는 전지 분리막로서의 사용뿐 아니라, 내구 습윤도 및 강도를 요구하는 흡수제 및 위생 용품, 의약품, 의복 및 여과 제품과 같은 기타 용도에 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 다음과 같은 본 발명을 실시하는 최적 모드의 상세한 설명으로부터 명백히 알 수 있다:
본 발명의 상세한 설명
일반적으로, 전지의 분리막 물질은 하나 이상의 친수성 멜트 첨가제와 배합된 열가소성 중합체 섬유로 제조된 습윤성 섬유 매트릭스의 부직 웹을 포함한다.
친수성 멜트 첨가제는 열가소성 중합체내로 함입된 후, 다양한 임의의 제조 기술을 사용하여 섬유 형태로, 이 후 부직 형태로 변형된다. 이와는 달리 이 분리막 물질은 스펀본딩, 멜트블로잉 또는 이들 조합에 따라 중합체에서 부직 웹으로 직접 변형될 수도 있다. 멜트 첨가제와 부직 공정을 결합함으로써 영구적인 습윤성 전지 분리막이 제조되며, 이 전지 분리막은 31% 이하의 KOH 농도에서 내구성이고 또, NiCd 및 NiMH 재충전 알칼리 전지의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 구체예에서, 친수성 멜트 첨가제를 폴리프로필렌 스태플 섬유와 배합하여 습윤성 섬유 매트릭스를 제조한다. 이 매트릭스는 이어서 비습윤성 결합제 섬유와 추가로 혼합한 후, 습윤시켜(wet-laid) 본 발명 부직물을 제조한다. 사용된 비습윤성 결합제 섬유는 폴리에틸렌 껍질 및 폴리프로필렌 코어를 포함하는 이성분 섬유(일본의 치소(Chisso)에서 치소 섬유로 시판)를 포함한다. 제조된 부직물은 웹을 제조하는데 사용되는 다른 유형의 섬유 때문에 구분된 소수성 영역 및 친수성 영역을 갖는다.
이와 다른 구체예에서, 친수성 멜트 첨가제는 폴리프로필렌 껍질 및 폴리프로필렌 코어를 함유하는 이성분 섬유와 배합하여 습윤성 섬유 매트릭스를 제조한다. 본 발명에서 사용된 이성분 껍질/코어 섬유 비율은 50/50 껍질/코어에서 60/40 껍질/코어로 다양하다. 실질적으로 멜트 첨가제는 섬유의 외부 폴리프로필렌 껍질로 함입된다. 60/40 껍질/코어비를 갖는 이성분 섬유의 사용은 멜트 첨가제를 껍질 부분에 보다 많이 함입시킬 수 있다. 그 후, 제조된 습윤성 섬유 매트릭스를 비습윤성 결합제 섬유와 배합해서 부직 웹을 제조한다.
모든 구체예에서 내구 친수성 매트는 친수성 멜트 첨가제의 농축물을 열가소성 중합체와 배합한 후 이 중합체를 직접 또는 중간 섬유 제조 단계를 통하여 부직 형태로 변형시켜서 제조한다. 첨가제의 화학적 및 물리적 특성, 이것의 열가소성 수지와의 혼화성 및 부직 분리막의 공정 조건 및 구조적 특징은 필요로 하는 성능을 얻기 위하여 필요하다. 멜트 첨가제의 유형 및 특성은 부직물의 내구 습윤성에 중요한 인자이다.
일반적으로 본 발명에서 사용되는 멜트 첨가제는 히드록시 페놀 및 폴리에틸렌 글라이콜의 혼합물이다. 사용된 멜트 첨가제의 예로 제조물 번호 PPM 11211, PPM 11249, PPM 11212, PPM 11267 및 PPM 11268로 Tchmer PM, 캘리포니아에서 시판되는 것이 있다. 이들 물질 각각의 기술 팜플렛을 참고로 본원 명세서에서 인용한다.
각종 상이한 멜트 첨가 제제를 사용해서 습윤성 섬유 매트릭스를 제조할 수 있다. 특정 제제는 본원 명세서에서 실시예 1 내지 5에 예시하였다. 일반적으로, 화학식은 히드록시 페놀 및 폴리에틸렌 글라이콜의 혼합물인 활성 화학물질을 포함한다. 상기 활성 또는 기능성 화학물질은 담체 수지, 바람직하게는 폴리프로필렌으로서, 이는 멜트블로잉, 스펀본딩 또는 스태플 섬유 제조에 적합하게 주어진 멜트 유속(Melt Flow Rate; MFR)으로 공급된다. 따라서, 이들 제제는 최종 사용 용도에 따라 상이한 멜트 유속을 갖는다. 하기의 제제에서 수록된 MFR은 230℃, 2.16 kg에서 측정하였다. 멜트블로운 등급의 폴리프로필렌 수지는 전형적으로 매우 높은 멜트 유속(MFR 800-1200)을 갖지만, 스펀본드 및 스태플 섬유 등급 폴리프로필렌 수지는 낮은 멜트 유속(MFR 7-35)을 갖는다. 이들 제제 중의 기재 화학물질은 필요로하는 습윤 특성 및 최종 사용 용도에 따라 내구 친수성 물질 또는 비내구 친수성 물질을 포함한다.
비내구 친수성 물질은 섬유의 초기 습윤화를 제공함으로써 내구 친수성 물질의 함입을 향상 및 최대화시킨다. 내구 친수성 물질은 섬유 물질에 습윤성 및 강성을 부여한다. 특히, 전지의 분리막 용도에서 장전된 내구성의 화학물질이 많으면 많을수록, 흡수성(absorbency) 및 위킹(wicking)이 증가하고, 또 전지의 수명이 연장된다.
멜트 첨가제 제제 1 내지 5는 본 발명에 사용되는 멜트 첨가제 제제의 유형을 설명한 것이고, 또 실시예 1 내지 5에서 기술하였다.
멜트 첨가제 1은 약 30%의 활성 화학물질을 함유하고 또 멜트 첨가제 제제 4에서와 동일한 내구 친수성 물질을 포함하나 멜트 유속은 다르다. 이 첨가제는 캘리포니아 Techmer PM에서 PPM 11211로 시판된다.
멜트 첨가제 2는 약 30%의 활성 화학물질을 함유하고 또 멜트 첨가제 제제 5와 동일한 비내구 친수성 물질을 포함하나 멜트 유속은 다르다. 이 첨가제는 캘리포니아 Techmer PM에서 PPM 11212로 시판된다.
멜트 첨가제 3은 약 20%의 활성 화학물질을 함유하고 또 비내구 친수성 물질을 포함한다. 이 첨가제는 캘리포니아 Techmer PM에서 PPM 11249로 시판된다.
멜트 첨가제 4는 약 25%의 활성 화학물질을 함유하고 또 멜트 첨가제 제제 1과 동일한 내구 친수성 물질을 포함한다. 이 첨가제는 MFR 54g/10분을 가지며 또 캘리포니아 Techmer PM에서 PPM 11267로 시판된다.
멜트 첨가제 5는 약 20%의 활성 화학물질을 함유하고 또 멜트 첨가제 제제 2와 동일한 비내구 친수성 물질을 포함한다. 이 첨가제는 MFR 109g/10분을 가지며 캘리포니아 Techmer PM에서 PPM 11268로 시판된다.
멜트블로운 부직 구조에 있어서, 바람직한 용도는 멜트 첨가제 제제 1, 2, 및 3이 사용된다. 멜트블로운 구조용으로 바람직한 조성은 15-35%의 멜트 첨가제 1 제제의 사용을 포함한다. 즉, 4-10%의 활성 화학물질 또는 10% 이하의 멜트 첨가제 2 제제, 즉 활성 화학물질 3% 이하. 멜트블로운 구조용으로 가장 바람직한 조성은 30%의 멜트 첨가제 제제 1, 즉 9%의 활성 화학물질 및 5%의 멜트 첨가제 2 제제, 즉 1.5%의 활성 화학물질의 용도를 포함한다.
스펀본드 및 스태플 섬유를 함유하는 부직 매트에 있어서, 바람직한 용도로는 멜트 첨가제 제제 4 및 5를 사용한다. 이와 같은 구조용으로 바람직한 조성은 15-30%의 멜트 첨가제 4 제제, 즉 4-8%의 활성 화학물질 또는 10% 이하의 멜트 첨가제 5 제제, 즉 2% 이하의 활성 화학물질의 용도를 포함한다. 상기 구조를 위한 가장 바람직한 성분은 25%의 멜트 첨가제 제제 4, 즉 6%의 활성 화학물질 및 5%의 멜트 첨가제 5 제제, 즉 1%의 활성 화학물질을 포함한다.
친수성 멜트 첨가제는 다음의 바람직한 형태의 부직물에 사용될 수 있다. 즉, 멜트블로운, 스펀본드, SMS(스펀본드/멜트블로운/스펀본드), 습식, 건식 또는 이들의 배합이다. 멜트블로운, 스펀본드 및 SMS 부직 구조체가 100% 폴리프로필렌 섬유로 구성되는 반면, 건식 및 습식 부직물은 폴리에틸렌 성분이 친수성 멜트 첨가제를 함유할 수도 또는 함유하지 않을 수도 있는 다양한 조성의 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌/폴리에틸렌 이성분 섬유를 포함한다.
멜트블로운 구조용 섬유의 데니어는 통상 0.1 내지 2.0 데니어의 범위이고 1.0 이하가 가장 바람직하다. 스태플 섬유 및 스펀본드 필라멘트 데이어의 경우, 3.0 이하의 섬유 데니어가 사용되지만, 2.0 이하가 가장 바람직하다.
본 발명의 부직 매트는 단겹층인 것이 바람직하지만, 다른 복겹층 구조가 가능하다.
스펀본드 및 스태플 섬유 부직물 구조용에서 바람직한 용도로 멜트 첨가제 제제 4 및 5가 사용된다.
본 발명을 보다 충분히 이해하기 위하여 본 발명의 실시예를 다음에 기재하 였다. 이들 실시예는 단지 예시의 목적으로 기술한 것이며, 본 발명이 본 명세서에서 사용된 임의의 기재로 제한되는 것으로 이해해서는 안된다. 이들 실시예는 본 발명의 제법에 따른 다양한 전지의 분리막 물질의 제법을 예시한 것이다.
하기 실시예에서와 같이 별도의 한정 사항이 없으면, 시험 전해질 초기 습윤화 시간, 보존율(흡수율%) 및 전지 분리막 직물중 위킹을 시험하기 위한 시험 방법은 다음과 같이 행하였다:
31% KOH 용액의 제조
구성성분: 증류수 및 수산화칼륨 펠렛(KOH).
방법: 증류수를 유리접시로 덮고 끓여서 용존 이산화탄소를 제거하였다. 끓인 물은 실온으로 방치해서 냉각시킨다. 이 용액은 31중량% KOH이어야 한다. 고체 KOH는 약 10% 물을 함유하기 때문에, 필요로하는 용액 100g 당 34.5g의 고체 KOH를 사용하였다. 이 용액은 물 65.5g에 KOH 34.5g을 서서히 첨가하여 제조하였다.
함침 시간
31% 수산화 칼륨(KOH) 용액 10 ㎖를 5 인치 시계접시에 넣었다. 5/8" 직경의 디스크 샘플 하나를 KOH 표면상에 놓았다. 초 단위로 120 초까지 초기 함침 시간을 기록하였다. "원래 대로의" 샘플(함침 전)과 31% KOH 에서의 노화 7일 후(함침 이후) 상기 측정을 하였다. 초 단위의 평균 시간을 샘플에 대해 기록하였다. 일부 실시예에서 샘플을 5 일간만 노화시켰다.
전해질 보유능(흡수력%)
보유능은 시험편에 의해 보유되는 수산화칼륨 용액의 양을 의미한다. 용액에 담근 시험편에 의해 보유되는 KOH 용액의 양을 측정함으로써 상기 값을 얻는다.
구체적으로, 각각의 샘플로부터 3개의 시험편을 잘라낸다(다이의 "V" 형 부분이 MD 방향이 된다). 시험편을 70℃(158℉) 오븐에서 1분 동안 건조시켜 조절하고, 오븐에서 꺼내어 테스트 전에 15분간 실험실 상태에 방치해둔다.
직물의 각 시험편의 중량("건조 중량")을 달고, 이어 31% KOH 용액에 담근다. 시험편에 의해 보유되는 용액의 양은 1시간 후에 측정한다. 시험편을 건져서, 10 분 동안 용액을 흘린 후에, 중량을 달고 "습윤 중량"으로 기록한다. 보유율은 다음의 식을 이용하여 계산하였다.
Figure 112001016751218-pct00003
전해질 흡수(위킹)
위킹은 모세관 작용을 통하여 액체를 흡수하는 직물의 능력을 의미한다. 위킹값은 직물 시험편에 의하여 흡수(위킹)되는 수산화칼륨(KOH) 용액의 수직 거리를 측정함으로써 얻어진다.
구체적으로는, 각각의 샘플로부터 3개의 시험편을 1" CD x 7 " MD 로 절단한다. 시험편을 70℃(158℉) 오븐에서 1분 동안 건조시켜 조절하고, 오븐에서 꺼내어 테스트 전에 15분간 실험실 상태에 방치해둔다. 직물의 각 시험편을 31% KOH 용액 중에서 수직으로 현가하고 30분 후에 시험편에 의해 액체가 흡수된 거리를 측정한다.
내알칼리 성질
미리 무게를 측정한 직물 시험편을 70℃(158℉)의 온도에서 7일 동안 31% 수산화칼륨(KOH) 용액에 담그고, 또 이어 무게를 달고 중량 손실을 다시 측정한다. 이러한 방법을 사용하여 고온에서 KOH 용액에 장기간 노출시키는 경우에 직물에 대한 효과를 측정한다.
구체적으로는, 각각의 샘플로부터의 3개의 시험편을 2" CD x 8 " MD 로 절단한다. 시험편을 70℃(158℉) 오븐에서 1분 동안 건조시켜 조절하고, 오븐에서 꺼내어 테스트 전에 15분간 실험실 상태에 방치해둔다. 직물의 각 시험편의 중량을 잰 후 KOH 용액에 잠기게 하여 7일 동안 흡수시킨다. 7일 후, 샘플을 꺼내어 증류수를 사용하여 완전히 세척해서 모든 KOH 용액을 제거한다(증류수를 사용하여 비이커에서 6회 또는 7회 실시). 시험편을 건조시키고 다시 중량을 측정해서 중량 손실을 결정한다.
실시예 1
습윤성 전지 분리막 물질을 습윤성 섬유 매트릭스 및 비-습윤성 결합제 섬유의 혼합물로 제조하였다.
습윤성 섬유 매트릭스는 용융 첨가물 제제 4 및 5의 조합물을 포함하는 폴리프로필렌 스태플 섬유를 포함하였다. 폴리프로필렌 스태플 섬유는 1.8 데니어 x 12 mm 이고 아메리칸 익스트루젼에서 시판하고 있다.
비-습윤성 결합제 섬유는 폴리에틸렌 껍질 및 폴리프로필렌 코어를 갖는 이성분 섬유를 포함하였다. 결합제 섬유는 2.0 데니어 x 5 mm 이고, 일본 치소에서 치소 섬유로 시판되고 있다.
습윤성 섬유 매트릭스를 비-습윤성 결합제 섬유와 그 양을 변화시켜 혼합하여 샘플 1 내지 샘플 4를 제조한다. 핸드시트의 총 중량을 각 샘플 번호에 이어 기재하였다.
샘플 1 - 50% 습윤성 섬유 매트릭스 및 50% 비-습윤성 결합제 섬유(30 gsm)
샘플 2 - 50% 습윤성 섬유 매트릭스 및 50% 비-습윤성 결합제 섬유(50 gsm)
샘플 3 - 60% 습윤성 섬유 매트릭스 및 40% 비-습윤성 결합제 섬유(50 gsm)
샘플 4 - 70% 습윤성 섬유 매트릭스 및 30% 비-습윤성 결합제 섬유(50 gsm)
각 섬유 공급 혼합물을 분산시키고 습윤성 성능을 위해 캘린더링 전 및 후에 측정되는 핸트시트로 습윤-방치하였다. 기재로 KOH에 대해 흡수성, 위킹 및 함침 시험을 행하였다. 또한 본 실험은 70℉ 에서 KOH 에 대해 7일간 노출 한 후 실시하였다. 결과를 하기 표 1 및 표 2에 요약하였다.
샘플 기초 중량 (gsy) 두께(mil) 장력(lbs/인치) MD CD 신장(%) MD CD 공기투과율 (cfm)
1 UNC 28 9.7 2 1 8 7 750
1 CAL 27 4.5 1.8 1.6 6 14 325
2 UNC 45.3 14.8 4 4 7 6 538
2 CAL 45.5 5.4 5.8 7.3 13 14 293
3 UNC 43 13.5 3 2.3 7 5 588
3 CAL 47 6 6 5.8 13 11 101
4 UNC 41 14 2 1.7 4 5 631
4 CAL 47.5 6 3.6 3.6 5 7 99
UNC: 캘린더링 미처리, CAL: 캘린더링 처리
표 1은 부직 웹에 대한 캘린더링의 효과를 나타낸다. 캘린더링은 부직물의 섬유의 타이 다운(tie-down)을 증가시키며, 구체적으로 캘린더링 후에 웹의 두께가 감소하는 것을 나타낸다. 또한, 표 1의 장력 값에서의 증가가 나타내는 바와 같이, 캘린더링은 부직물의 강도를 극대화시킨다.
노화전 및 노화후의 습윤도
노화전 노화후
샘플 흡수력(%) 위킹 (cm/10분) 함침 (초) 흡수력(%) 위킹 (cm/10분) 함침 (초) 중량손실 (%)
1 UNC 801 1.0 I 674 1.2 3 2.7
1 CAL 350 4.5 I 349 1.3 I 1.9
2 UNC 770 1.3 I 790 1.6 1.7 0
2 CAL 192 6.2 I 208 2.5 I 0
3 UNC 592 1.3 I 778 1.7 3.1 0.7
3 CAL 242 6.7 I 255 7.3 I 1.1
4 UNC 831 1.4 I 815 1.7 3.6 0
4 CAL 230 6.3 I 236 6.3 I 0
UNC: 캘린더링 미처리, CAL: 캘린더링 처리, I: 즉시

전지 분리막에 사용하기 위하여, 요구되는 습윤도는 흡수성이 200% 이상, 위킹이 3.0 cm/10분 이상, 함침 시간은 2분 이하이다. 일반적으로 시험되는 모든 샘플은 이러한 값을 만족한다. 표 2의 노화 데이터는 형성된 부직물이 내구성이 있고 습윤성임을 나타내고 있다. 또한, 캘린더링 이후의 흡수성은 부직물이 전지 분리막 물질로 사용 가능하다는 것을 나타내고 있다.
실시예 2
습윤성 전지 분리막 물질을 습윤성 섬유 매트릭스 및 비-습윤성 결합제 섬유의 혼합물로 제조하였다.
습윤성 섬유 매트릭스는 용융 첨가물 제제 4 및 5의 조합물을 포함하는 폴리프로필렌 스태플 섬유를 포함하였다. 폴리프로필렌 스태플 섬유는 1.8 데니어 x 12 mm 이고 아메리칸 익스트루젼에서 시판하고 있다.
비-습윤성 결합제 섬유는 폴리에틸렌 껍질 및 폴리프로필렌 코어를 갖는 이성분 섬유를 포함하였다. 결합제 섬유는 2.0 데니어 x 5 mm 이고, 일본 치소에서 치소 섬유로 시판되고 있다.
습윤성 섬유 매트릭스 50%를 비-습윤성 결합제 섬유 50%와 혼합하였다. 섬유 공급 혼합물을 분산시키고 6 mil 및 7 mil 두께의 핸드시트내에 샘플 5 및 6을 각각 습윤 방치하였다. 기재를 KOH에 대해 흡수성, 위킹 및 함침을 위해 캘린더링 한 후 평가하였다. 또한 70℉의 KOH 에 7일간 노출한 후에 실험하였다. 결과는 하기 표 3 및 표 4에 요약하였다.
샘플 기초중량 (gsy) 두께(mil) 장력(1b/열 결합 ) MD CD 길이(%) MD CD 공기 투과율 (cfm)
5 (6 mil) 43 6.0 8.4 5.1 28 40 217
6 (7 mil) 44 6.9 9.1 5.4 28 42 204
노화 전 및 후의 습윤도
노화 전 노화 후
샘플 흡수성(%) 위킹 (cm/10 분) 함침 (초) 흡수성(%) 위킹 (cm/10분) 함침 (초) 중량손실(%)
5 (6 mil) 224 96 I 277 85 I 0.4
6 (7 mil) 254 90 I 290 87 1 1.0
I: 즉시

실시예 3
습윤성 전지 분리막 물질을 습윤성 섬유 매트릭스와 비-습윤성 결합제 섬유의 혼합물로 제조하였다.
샘플 7, 8 및 10에서, 사용된 습윤성 섬유 매트릭스는 폴리프로필렌 껍질과 폴리프로필렌 코어를 포함하는 이성분 섬유를 포함한다. 용융 첨가물 제제 4 및 5의 조합물은 실질적으로 첨가물 중 어느 것도 섬유 코어로 이동시키지 않은 상태에서 폴리프로필렌 껍질에 혼입되었다. 상기 이성분 섬유는 1.5 데니어 x 1/2 인치이고, 미국 테네시 존슨 시티에 소재하는 화이버 이노베이션 테크놀로지에서 시판하고 있다.
구체적으로는, 샘플 7, 8 및 10에서, 용융 첨가물의 20%(활성 물질 30%)를 폴리프로필렌 껍질에 혼입시켰다(활성 물질 6%). 이성분 섬유의 껍질/코어의 비율은 50/50 이고, 전체 섬유 중의 활성 물질 양은 3%이었다.
샘플 9 및 11에서, 사용된 습윤성 섬유 매트릭스는 용융 첨가물 제제 4 및 5의 조합물을 함유하는 폴리프로필렌 스태플 섬유이다. 상기 폴리프로필렌 스태플 섬유는 1.8 데니어 x 12 mm 이고, 아메리칸 익스트루젼에서 시판하고 있다.
구체적으로는, 샘플 9 및 11에서, 용융 첨가물의 20%(활성 물질 30%)는 폴리프로필렌 스태플 섬유(활성 물질 6%)에 혼입시켰다.
상기 비-습윤성 결합제 섬유는 폴리에틸렌 껍질과 폴리프로필렌 코어를 갖는 이성분 섬유를 포함하고 있다. 결합제 섬유는 2.0 데니어 x 5 mm 이고 일본 치소에서 치소 섬유로 시판하고 있다.
각 샘플에서, 습윤성 섬유 매트릭스 50%가 비-습윤성 결합제 섬유 50%와 혼합되었다. 섬유 공급물 혼합물을 분산시키고 습윤 처리해서 부직물 기재를 제조하였다. KOH 에 대해 흡수성, 위킹 및 함침을 위해 캘린더링 한 후 상기 기재를 평가하였다. 또한 70℉에서 KOH 에 7일간 노출시킨 후에 시험을 행하였다. 시험 결과는 다음 표 5에 요약하였다.
샘플 기초중량 (gsy) 두께 (mil) 흡수성(%) 전/후 위킹(mm) 전/후 함침(초) 전/후 중량손실 (%)
7 27.09 4.52 230.8/ 247.6 12 3 50.18/ 6분58초 0.123
8 26.26 3.6 193.6/ 213.7 19 3 55/ 4분29초 0.862
9 26.18 3.68 181.3/ 198.5 39 12 즉시/ 1분21초 0.186
10 44.24 6.12 237.8/ 261.1 13 4 1분40초 /8분4초 0.333
11 43.78 6.42 261.4/ 277.4 64 19 즉시/ 2분32초 1.043

실시예 4
습윤성 전지 분리막 물질을 습윤성 섬유 매트릭스 및 비-습윤성 결합제 섬유의 혼합물로 제조하였다.
샘플 12, 13 및 14에서, 사용된 습윤성 섬유 매트릭스는 폴리프로필렌 껍질과 폴리프로필렌 코어를 포함하는 이성분 섬유이다. 이성분 섬유에서의 껍질/코어의 비율은 60/40이다. 용융 첨가물 제제 4 및 5의 조합물은 실질적으로 첨가물 중 어느 것도 섬유 코어로 이동시키지 않는 상태에서 폴리프로필렌 껍질에 혼입되었다. 상기 이성분 섬유는 1.5 데니어 x 1/2 인치이고, 미국 테네시 존슨 시티에 소재하는 화이버 이노베이션 테크놀로지에서 시판하고 있다. 구체적으로 샘플은 다음과 같다.
샘플 12: 섬유 껍질은 77.5% 12 mfr 폴리프로필렌, 20% 용융 첨가물 4 및 2.5% 용융 첨가물 5로 이루어져 있다. 섬유 코어는 18 mfr 폴리프로필렌이다.
샘플 13: 섬유 껍질은 73.5% 12 mfr 폴리프로필렌, 24% 용융 첨가물 4 및 2.5% 용융 첨가물 5로 이루어져 있다. 섬유 코어는 18 mfr 폴리프로필렌이다.
샘플 14: 섬유 껍질은 71.5% 12 mfr 폴리프로필렌, 26% 용융 첨가물 4 및 2.5% 용융 첨가물 5로 이루어져 있다. 섬유 코어는 18 mfr 폴리프로필렌이다.
샘플 12, 13 및 14에서, 습윤성 섬유 매트릭스 50%를 폴리에틸렌 껍질과 폴리프로필렌 코어를 갖는 이성분 섬유를 포함하고 있는 비-습윤성 결합제 섬유 50%와 결합시켰다. 결합제 섬유는 2.0 데니어 x 5 mm 이고, 일본 치소에서 치소 섬유로 시판하고 있다.
샘플 15를 습윤성 섬유 매트릭스와 습윤성 결합제 섬유의 혼합물로 제조하였다. 사용된 습윤성 섬유 매트릭스는 용융 첨가물 제제 4 및 5의 조합물을 함유하는 폴리프로필렌 스태플 섬유이다. 이 폴리프로필렌 스태플 섬유는 1.8 데니어 x 12 mm 이고, 아메리칸 익스트루젼에서 시판하고 있다. 습윤성 결합제 섬유는 이성분 섬유로서 섬유 껍질은 77.5%의 저밀도 폴리에틸렌, 20% 용융 첨가물 4 및 2.5% 용융 첨가물 5 로 이루어져 있다. 섬유 코어는 18 mfr 폴리프로필렌이다. 결합제 이성분 섬유는 1.5 데니어 x 1/2 인치이고 미국 테네시 존슨시티에 소재하는 화이버 이노베이션 테크놀로지에서 시판하고 있다.
대조용으로, 폴리에틸렌 껍질과 폴리프로필렌 코어를 갖는 비-습윤성 이성분 결합제 섬유(치소 섬유) 50%를 용융 첨가물 없이 폴리프로필렌 섬유 매트릭스(아메리칸 익스트루젼 섬유) 50%와 혼합하였다.
각 샘플에서 섬유 공급물 혼합물을 분산시킨 후 습식 처리해서 부직물 기재를 제조하였다. KOH에 대한 흡수성, 위킹 및 함침 시험으로 캘린더링 후 핸드시트를 평가하였다. 또한 70℉에서 KOH 노출 5일 후 시험을 행하였다. 시험 결과는 하기 표 6에 요약하였다.
샘플 스트립 장력 (1bs/1") 초기위크 (mm) 초기 흡수성 (%) 5일후 위크 (mm) 5일후 흡수성 (%)
대조용 3.58 70 257 75 237
12 4.06 84 338 82 370
13 4.07 73 283 80 308
14 3.95 72 305 91 357
15 1.43 68 302 78 378

표 6에서 설명한 바와 같이, 핸드시트 샘플의 장력 및 흡수성이 증가하였다. 부직물의 강도 및 습윤성은 노화 후에도 잔유하였다. 이들 결과는 장력 및 흡수성의 별개 특성이 부직물에 제공될 수 있음을 나타낸다. 이밖에, 증가된 장력 및 흡수성을 모두 갖는 부직물이 제조되었다.
실시예 5
습윤성 전지 분리막 물질을 습윤성 섬유 매트릭스, 비-습윤성 결합제 섬유와 습윤성 결합제 섬유의 혼합물로 제조하였다.
샘플 16 및 17에서, 사용된 상기 습윤성 섬유 매트릭스는 폴리프로필렌 껍질과 폴리프로필렌 코어를 포함하는 이성분 섬유이다. 이성분 섬유에서의 껍질/코어의 비율은 60/40이다. 용융 첨가물 제제 4 및 5의 조합물은 실질적으로 첨가물 중 어느 것도 섬유 코어로 이동시키지 않은 상태에서 폴리프로필렌 껍질에 혼입되었다. 상기 이성분 섬유는 1.8 데니어 x 1/2 인치이고, 미국 테네시 존슨 시티에 소재하는 화이버 이노베이션 테크놀로지에서 시판하고 있다.
비-습윤성 결합제 섬유는 폴리에틸렌 껍질과 폴리프로필렌 코어를 갖는 이성분 섬유이다. 결합제 섬유는 2.0 데니어 x 5 mm 이고 일본 치소에서 치소 섬유로 시판하고 있다.
사용된 습윤성 결합제 섬유는 폴리에틸렌 껍질과 폴리프로필렌 코어를 포함하고 있는 이성분 섬유이다.
용융 첨가물 제제 4 및 5의 조합물은 실질적으로 첨가물 중 어느 것도 섬유 코어로 이동시키지 않은 상태에서 폴리프로필렌 껍질에 혼입되었다. 상기 이성분 섬유는 1.6 데니어 x 1/2 인치이고, 미국 테네시 존슨 시티에 소재하는 화이버 이노베이션 테크놀로지에서 시판하고 있다.
각 샘플에서 섬유 공급물은 다음과 같다.
샘플 16: 40% 습윤성 섬유 매트릭스, 40% 비-습윤성 결합제 섬유 및 20% 습윤성 결합제 섬유
샘플 17: 30% 습윤성 섬유 매트릭스, 30% 비-습윤성 결합제 섬유 및 40% 습윤성 결합제 섬유
각 샘플에서 섬유 공급물 혼합물을 분산시킨 후, 습윤 처리하여 부직물 기재를 제조하였다. KOH에 대한 흡수성, 위킹 및 함침 시험으로 캘린더링 후 기재를 평가하였다. 또한 70℉에서 KOH 노출 7일 후 시험을 행하였다. 시험 결과는 하기 표 7 및 표 8에 요약하였다.
샘플 초기중량(gsm) MD 장력 (kg/50 mm) CD 장력 (kg/50 mm) 공기투과율 (cfm) 공기투과율 (cm3/cm3/s)
16 59.4 11.2 6.3 84.2 42.4
17 57.4 9.7 5.6 134.8 68.9

노화전 및 노화후의 습윤도
노화전 노화후
샘플 흡수성 (%) 위킹 (mm) 흡수성 (%) 위킹 (mm) 내알칼리 (% 손실)
16 226.8 85.3 237.9 93 0.67
17 297.2 79.3 333.9 100.7 0.5

현재 나일론 기재의 전지 분리막은 수산화칼륨 전해질의 존재하에 손상된다는 사실이 공지되어 있다. 본 발명 부직 매트는 영구적인 습윤성 또는 필요하다면 부분적인 습윤성만을 갖도록 제조된 분리막 물질을 제공함으로써 나일론 기재의 전지 분리막의 대체품으로 제공된다. 폴리프로필렌은 원래 소수성이다. 습윤성 폴리프로필렌을 제조하는 공지된 방법은 자외선 복사; 또는 서행이고 고가인 플라즈마와 같은 기타 표면 개질 방법에 따른 아크릴산 표면 그래프팅법을 포함한다.
섬유성 전지 분리막에 사용하기 위하여 폴리프로필렌은 KOH에 대해 내성이 필요하며 제품의 사용 전기간 동안 영구적인 습윤성을 나타낼 필요가 있다. 습윤성은 필름의 경우 접촉각 측정에 의해서 또한 추가적으로는 전지 분리막으로서 사용되는 섬유성 웹의 경우에 위킹 속도 및 % 흡수성에 의해서 정량화된다.
본 발명 제법은 친수성의 국소 처리에 대응해서 친수성 부위와 소수성 부위 모두를 지니는 부직물을 제공함으로써 종래 기술보다 우수한 장점을 제공한다. 추가적인 습윤성은 종래 기술에서 사용된 계면활성제 보다는 KOH 용액에 대한 내성이 우수한 계면활성제를 혼입시켜 달성된다. 증가된 습윤성은 동시에 강도를 증가시킨다. 본 발명에서 언급하고 있는 습윤성은 종래 기술과는 다르게 KOH 용액에서 내구적이고 영구적이다.
마지막으로, 전술한 내용에 따라 본 명세서에 기재된 실시예를 변형시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 임의의 바람직한 구체예를 참고로 기술되고 있지만, 다른 공정들도 고안될 수 있으며, 또 이러한 공정들이 본 명세서의 특허 청구범위에 기재된 발명의 범위내에 속하는 것으로 이해하여야 한다.
전술한 본 발명의 다양한 바람직한 태양은 설명의 목적으로만 기술된 것이며, 다음의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 개질, 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (45)

  1. 습윤성 섬유를 포함하는 섬유 공급물을 제조하는 단계로서, 상기 습윤성 섬유는 하나 이상의 친수성 멜트 첨가제와 배합된 열가소성 중합체 섬유이고, 상기 친수성 멜트 첨가제는 히드록시 페놀과 폴리에틸렌 글라이콜의 혼합물을 포함하는 것인 단계; 및 상기 섬유 공급물을 멜트블로잉, 스핀본딩 및 습식 처리의 군으로부터 선택된 하나 이상의 방법으로 처리하여 부직 매트를 제조하는 단계를 포함하는 방법에 따라 제조된 부직 매트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 섬유 공급물은 비습윤성 결합제 섬유를 추가로 포함하는 것인 부직 매트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 습윤성 열가소성 중합체 섬유는 폴리프로필렌 스태플 섬유, 및 폴리프로필렌 껍질과 폴리프로필렌 코어를 갖는 폴리프로필렌/폴리프로필렌 이성분 섬유로 구성된 군에서 선택되는 것인 부직 매트.
  4. 제2항에 있어서, 상기 비습윤성 결합제 섬유는 폴리에틸렌 껍질과 폴리프로필렌 코어를 포함하는 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이성분 섬유인 것인 부직 매트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 섬유 공급물은 친수성 멜트 첨가제와 배합된 습윤성 결합제 섬유를 추가로 포함하는 것인 부직 매트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 습윤성 결합제 섬유가 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이성분 섬유인 것인 부직 매트.
  7. 제1항에 있어서, 제지 기계상에 상기 섬유 공급물을 사용하여 습식 웹을 형성하는 단계; 상기 습식 웹에서 물을 제거하는 단계; 및 상기 습식 웹을 열 결합 및 칼렌더 처리하여 부직 매트를 제조하는 단계를 추가로 포함하는 방법에 따라 제조된 부직 매트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 매트는 친수성 및 소수성 영역을 가지며, 향상된 습윤도 및 증가된 강도를 갖는 것인 부직 매트.
  9. 제8항에 있어서, 상기 매트는 200% 이상의 흡수성, 1.0 cm/10분 이상의 위킹, 2분 이하의 함침 및 기계 방향으로 1.8 lb/인치, 교차 방향으로 1.6 lb/인치 이상의 장력 값을 갖는 것인 부직 매트.
  10. 제1항에 있어서, 상기 섬유 공급물이 비습윤성 열가소성 중합체 섬유를 추가로 포함하는 것인 부직 매트.
  11. 제2항에 있어서, 상기 부직 매트는 30 내지 90 중량%의 상기 습윤성 섬유 및 10 내지 70 중량%의 상기 비습윤성 결합제 섬유인 것인 부직 매트.
  12. 제2항에 있어서, 습윤성 결합제 섬유를 추가로 포함하고, 상기 매트는 매트 중량을 기준으로 40 중량% 이하의 상기 습윤성 섬유; 40 중량% 이하의 상기 비습윤성 결합제 섬유; 및 30 중량% 이하의 상기 습윤성 결합제 섬유를 포함하며, 또 상기 습윤성 섬유, 비습윤성 결합제 섬유 및 습윤성 결합제 섬유의 중량%의 합이 100%인 것인 부직 매트.
  13. 습윤성 섬유 매트릭스의 부직 웹으로서, 상기 습윤성 섬유 매트릭스는 하나 이상의 친수성 멜트 첨가제와 배합된 열가소성 중합체 섬유이고, 상기 친수성 멜트 첨가제는 히드록시 페놀과 폴리에틸렌 글라이콜의 혼합물을 포함하는 것인 습윤성 섬유 매트릭스의 부직 웹.
  14. 습윤성 섬유 매트릭스의 부직 웹으로서, 상기 습윤성 섬유 매트릭스는 하나 이상의 친수성 멜트 첨가제와 배합된 열가소성 중합체 섬유이고, 상기 부직 웹은 비습윤성 결합제 섬유를 추가로 포함하는 것인 습윤성 섬유 매트릭스의 부직 웹.
  15. 제13항에 있어서, 상기 열가소성 중합체 섬유가 폴리프로필렌 스태플 섬유인 것인 부직 웹.
  16. 제13항에 있어서, 상기 열가소성 중합체 섬유가 폴리프로필렌/폴리프로필렌 이성분 섬유인 것인 부직 웹.
  17. 제16항에 있어서, 상기 폴리프로필렌/폴리프로필렌 이성분 섬유가 폴리프로필렌 껍질과 폴리프로필렌 코어를 포함하는 것인 부직 웹.
  18. 제14항에 있어서, 상기 친수성 멜트 첨가제가 히드록시 페놀과 폴리에틸렌 글라이콜의 혼합물인 것인 부직 웹.
  19. 제14항에 있어서, 상기 비습윤성 결합제 섬유가 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이성분 섬유인 것인 부직 웹.
  20. 제19항에 있어서, 상기 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이성분 섬유가 폴리에틸렌 껍질과 폴리프로필렌 코어를 포함하는 것인 부직 웹.
  21. 제13항에 있어서, 상기 부직 웹이 습윤성 결합제 섬유를 추가로 포함하는 것인 부직 웹.
  22. 제21항에 있어서, 상기 습윤성 결합제 섬유가 친수성 멜트 첨가제와 배합된 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이성분 섬유인 것인 부직 웹.
  23. 제14항에 있어서, 상기 부직 웹은 30 내지 90 중량%의 상기 습윤성 섬유 매트릭스 및 10 내지 70 중량%의 상기 비습윤성 결합제 섬유인 것인 부직 웹.
  24. 제14항에 있어서, 상기 부직 웹은 친수성 및 소수성 영역을 갖는 것인 부직 웹.
  25. 제13항에 있어서, 상기 부직 웹은 향상된 습윤도 및 증가된 강도를 갖는 것인 부직 웹.
  26. 제14항에 있어서, 상기 열가소성 중합체 섬유가 폴리프로필렌 스태플 섬유인 것인 부직 웹.
  27. 제14항에 있어서, 상기 열가소성 중합체 섬유가 폴리프로필렌/폴리프로필렌 이성분 섬유인 것인 부직 웹.
  28. 제27항에 있어서, 상기 폴리프로필렌/폴리프로필렌 이성분 섬유가 폴리프로필렌 껍질과 폴리프로필렌 코어를 포함하는 것인 부직 웹.
  29. 제14항에 있어서, 상기 부직 웹이 습윤성 결합제 섬유를 추가로 포함하는 것인 부직 웹.
  30. 제29항에 있어서, 상기 습윤성 결합제 섬유가 친수성 멜트 첨가제와 배합된 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이성분 섬유인 것인 부직 웹.
  31. 제29항에 있어서, 상기 부직 웹이 웹 중량을 기준으로 40 중량% 이하의 상기 습윤성 섬유 매트릭스; 40 중량% 이하의 상기 비습윤성 결합제 섬유; 및 30 중량% 이하의 상기 습윤성 결합제 섬유를 포함하고, 또 상기 습윤성 섬유 매트릭스, 비습윤성 결합제 섬유 및 습윤성 결합제 섬유의 중량%의 합이 100%인 것인 부직 웹.
  32. 제14항에 있어서, 상기 부직 웹은 향상된 습윤도 및 증가된 강도를 갖는 것인 부직 웹.
  33. 습윤성 섬유 매트릭스의 부직 웹을 포함하는 부직 웹으로서, 상기 습윤성 섬유 매트릭스는 하나 이상의 친수성 멜트 첨가제와 배합된 열가소성 중합체 섬유이고, 상기 열가소성 중합체 섬유 중 적어도 일부는 껍질/코어 섬유이며, 상기 친수성 멜트 첨가제는 상기 껍질/코어 섬유의 껍질로 배합되는 것인 습윤성 섬유 매트릭스의 부직 웹을 포함하는 부직 웹.
  34. 제1항에서 정의된 부직 매트를 포함하는 전지 분리막 물질.
  35. 제13항에서 정의된 부직 웹을 포함하는 전지 분리막 물질.
  36. 제14항에서 정의된 부직 웹을 포함하는 전지 분리막 물질.
  37. 제33항에서 정의된 부직 웹을 포함하는 전지 분리막 물질.
  38. 제1항에서 정의된 부직 매트를 포함하는 와이프(wipe).
  39. 제13항에서 정의된 부직 웹을 포함하는 와이프.
  40. 제14항에서 정의된 부직 웹을 포함하는 와이프.
  41. 제33항에서 정의된 부직 웹을 포함하는 와이프.
  42. 제38항에 있어서, 상기 와이프가 일반 응용 와이프, 경질 표면(hard surface) 와이프, 클리닝 와이프 및 자동차 와이프로 구성된 군에서 선택되는 것인 와이프.
  43. 제39항에 있어서, 상기 와이프가 일반 응용 와이프, 경질 표면 와이프, 클리닝 와이프 및 자동차 와이프로 구성된 군에서 선택되는 것인 와이프.
  44. 제40항에 있어서, 상기 와이프가 일반 응용 와이프, 경질 표면 와이프, 클리닝 와이프 및 자동차 와이프로 구성된 군에서 선택되는 것인 와이프.
  45. 제41항에 있어서, 상기 와이프가 일반 응용 와이프, 경질 표면 와이프, 클리닝 와이프 및 자동차 와이프로 구성된 군에서 선택되는 것인 와이프.
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