KR101812784B1

KR101812784B1 - 방수성 통기 시트 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR101812784B1
Application number: KR1020170113763A
Authority: KR
Inventors: 김철기; 김성진; 백지숙; 오흥렬
Original assignee: 코오롱패션머티리얼(주)
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2017-12-27

Abstract

본 발명은 방수성 통기 시트 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 방수성 통기 시트는 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 적층된 나노 멤브레인, 그리고 상기 나노 멤브레인을 지지하는 지지체를 포함하며, 상기 나노 멤브레인은 상기 나노 섬유들이 2 층 내지 10 층 적층된 것이고, 상기 나노 섬유들의 층간 박리 강도가 100 gf/25mm 내지 500 gf/25mm이다.
상기 방수성 통기 시트는 나노 섬유로 이루어진 나노 멤브레인의 층간 박리 현상을 억제하여 상기 나노 멤브레인과 점착층과의 점착력 유지가 극대화되고, 상기 나노 멤브레인과 지지체 합지시 압력에 의한 통기성 저하를 방지하여 방수성 및 통기성이 모두 우수하다.

Description

방수성 통기 시트 및 이의 제조 방법{WATERPROOF VENTILATION SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 방수성 통기 시트 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노 섬유로 이루어진 나노 멤브레인의 층간 박리 현상을 억제하여 상기 나노 멤브레인과 점착층과의 점착력 유지가 극대화되고, 상기 나노 멤브레인과 지지체 합지시 압력에 의한 통기성 저하를 방지하여 방수성 및 통기성이 모두 우수한 방수성 통기 시트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

모바일 기기, 보청기 등의 전자 기기, 무전기 등의 통신 장비, 자동차 헤드램프 등의 다양한 전자 기기에서는, 상기 전자 기기에 통기성을 부여하여 상기 전자 기기 내부/외부의 압력 평형을 유지시키는 동시에, 상기 전자 기기 내부로 물/액체의 침투를 방지하는 방수 성능(waterproof)과 오염/먼지 등의 침투를 방지하는 방진 성능(dustproof)을 동시에 요구하고 있다. 이에, 상기 전자 기기들은 방수/방진성과 통기성을 모두 가지는 방수성 통기 시트를 포함하고 있다.

종래 상기 방수성 통기 시트는 주로 다공성 폴리테트라플루오로 에틸렌(PTFE) 멤브레인을 이용하여 제조되었다. 상기 다공성 PTFE 멤브레인은 PTFE 파인 파우더를 용융 압출 또는 압연하고 일축 또는 이축 연신을 하여 미세 다공질을 구현한다. 이때, 압출과 연신 공정의 조건에 따라서 기공의 크기나 통기성을 조절할 수가 있다.

그러나, 상기 다공성 멤브레인은 통기성을 위하여 두께가 얇게 제조되어 외력에 의하여 쉽게 손상이 발생하기 때문에 방수성 통기 시트로 바로 사용하기에는 곤란하고, 이를 위하여 별도의 지지체를 상기 다공성 멤브레인과 합지하여 사용한다. 상기 지지체는 직물 또는 편물의 원단이 사용될 수 있고 통기성을 극대화하기 위하여 주로 부직포를 사용한다.

그러나, 상기 다공성 멤브레인을 상기 지지체와 합지하면 방수성은 극대화할 수 있지만 통기성이 저하되는 문제가 발생한다.

본 발명의 목적은 나노 섬유로 이루어진 나노 멤브레인의 층간 박리 현상을 억제하여 상기 나노 멤브레인과 점착층과의 점착력 유지가 극대화되고, 상기 나노 멤브레인과 지지체 합지시 압력에 의한 통기성 저하를 방지하여 방수성 및 통기성이 모두 우수한 방수성 통기 시트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방수성 통기 시트의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 적층된 나노 멤브레인, 그리고 상기 나노 멤브레인을 지지하는 지지체를 포함하며, 상기 나노 멤브레인은 상기 나노 섬유들이 2 층 내지 10 층 적층된 것이고, 상기 나노 섬유들의 층간 박리 강도가 100 gf/25mm 내지 500 gf/25mm인 방수성 통기 시트를 제공한다.

상기 나노 멤브레인에서 상기 나노 섬유들의 서로 인접하는 제 1 층과 제 2 층은 상기 제 1 층의 나노 섬유와 상기 제 2 층의 나노 섬유가 서로 용융되어 접합된 용융 접합부를 포함할 수 있다.

상기 나노 멤브레인은 상기 용융 접합부를 포함함에 따라 하기 수학식 1로 계산되는 나노 멤브레인의 두께 감소율이 20 % 내지 40 %일 수 있다.

[수학식 1]

두께 감소율(%) = (h-h')/h X 100

h : 용융 접합부 형성 전 나노 멤브레인의 두께

h' : 용융 접합부 형성 후 나노 멤브레인의 두께

상기 나노 멤브레인과 상기 지지체의 박리 강도는 500 gf/25mm 내지 2,000 gf/25mm일 수 있다.

상기 나노 멤브레인은 공기 투과도가 1 CFM 내지 20 CFM(cubic feet per minute)이고, 상기 나노 멤브레인은 내수압이 3,000 ㎜H₂O 이상일 수 있다.

상기 방수성 통기 시트의 파열 강도는 0.5 kgf/㎠ 내지 7 kgf/㎠ 이고, 상기 방수성 통기 시트는 통기성이 1,000 mL/min 이상이고, 상기 방수성 통기 시트는 공기 투과도가 0.5 CFM 내지 9 CFM이고, 상기 방수성 통기 시트는 내수압이 3,000 ㎜H₂O 내지 12,000 ㎜H₂O이고, 상기 방수성 통기 시트는 발수 등급이 4급 이상이고, 상기 방수성 통기 시트는 수압 방수성이 상온 조건(20 ℃ ± 5℃), 저온 조건(-20 ℃, 72 시간 유지한 후 측정), 고온/고습 조건(50 ℃, 습도 95 %, 72 시간 유지한 후 측정) 및 열충격 조건(-40 ℃, 85 ℃를 각각 1 시간 동안 유지하는 한 사이클을 30 사이클 반복한 후 측정)에서, 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않는 것일 수 있다.

상기 나노 섬유는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF, polyvinylidene difluoride)로 이루어질 수 있다.

상기 지지체는 폴리에스테르 스펀본딩 또는 써멀본딩 부직포일 수 있다.

상기 방수성 통기 시트는 상기 나노 멤브레인 일면에 점착층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 전기 방사 용액을 제조하는 단계, 상기 제조된 전기 방사 용액을 전기 방사하여 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 집적된 나노 멤브레인을 제조하는 단계, 상기 나노 멤브레인을 상기 나노 섬유들의 용융 개시 온도 이상에서 열처리하는 단계, 그리고 상기 나노 멤브레인에 지지체를 합지하는 단계를 포함하는 방수성 통기 시트의 제조 방법을 제공한다.

상기 열처리하는 단계에서 상기 열처리 온도는 110 ℃ 내지 170 ℃일 수 있다.

상기 합지하는 단계는 그라비아 코터를 이용하여 습기경화형 핫멜트 접착제를 상기 나노 멤브레인 또는 상기 지지체에 도포하여 이루어지며, 상기 그라비아 코터의 롤러는 도트(dot) 또는 메쉬(mesh)의 패턴을 포함하고, 상기 접착제의 도포량은 6 g/m² 이하이고, 상기 그라비아 코터의 라미네이팅 속도는 1 m/min 이상일 수 있다.

상기 합지하는 단계는 가용성 핫멜트 접착제를 상기 나노 멤브레인 또는 상기 지지체에 스프레이 도포하여 이루어질 수 있다.

상기 합지하는 단계는 상기 나노 멤브레인의 용융 개시 온도와 상기 지지체의 유리 전이 온도 사이의 온도에서 용융 접착시켜 이루어질 수 있다.

본 발명의 방수성 통기 시트는 나노 섬유로 이루어진 나노 멤브레인의 층간 박리 현상을 억제하여 상기 나노 멤브레인과 점착층과의 점착력 유지가 극대화되고, 상기 나노 멤브레인과 지지체 합지시 압력에 의한 통기성 저하를 방지하여 방수성 및 통기성이 모두 우수하다.

도 1은 본 발명의 방수성 통기 시트의 일 실시 형태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 수압 방수성을 측정하기 위하여 내수압 측정기에서 사용되는 지그를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 노즐형 전기 방사 장치의 개략도이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 나노 멤브레인의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 비교예 1에서 제조된 나노 멤브레인의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방수성 통기 시트는 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 적층된 나노 멤브레인, 그리고 상기 나노 멤브레인을 지지하는 지지체를 포함하며, 상기 나노 멤브레인은 상기 나노 섬유들이 2 층 내지 10 층 적층된 것이고, 상기 나노 섬유들의 층간 박리 강도가 100 gf/25mm 내지 500 gf/25mm이다.

도 1은 본 발명의 방수성 통기 시트의 일 실시 형태를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 이하, 도 1을 참고하여 상기 방수성 통기 시트에 대하여 설명한다.

상기 도 1을 참고하면, 상기 방수성 통기 시트(100)는 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 집적된 나노 멤브레인(10) 및 상기 나노 멤브레인(10)을 지지하는 지지체(20)를 포함하고, 선택적으로 상기 나노 멤브레인(10)의 일면에 점착층(30)을 더 포함할 수 있다.

상기 도 1에서 상기 방수성 통기 시트(100)가 원형인 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 방수성 통기 시트(100)는 일 예로 원형, 타원형, 직사각형, 끝이 둥근 직사각형, 다각형, P자 형태 등의 형상일 수 있다.

또한, 상기 도 1에서 상기 점착층(30)이 상기 나노 멤브레인(10)의 일면에만 위치하는 것이 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 점착층(30)은 상기 나노 멤브레인(10)의 양면에 위치할 수도 있다.

상기 나노 멤브레인(10)은 상기 나노 섬유들에 의해 형성된 다공질 구조에 의해, 전자 기기 내부로 물/액체의 침투 및 오염/먼지 등의 침투를 방지하는 동시에, 전자 기기에 통기성을 부여하여 상기 전자 기기 내부/외부의 압력 평형을 유지하기 위하여 사용될 수 있다.

이를 위하여, 상기 나노 멤브레인(10)은 소수성, 내화학성, 내열성 및 가공 특성이 우수한 폴리머로 이루어질 수 있고, 구체적으로 예를 들면 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌와 같은 폴리올레핀, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF, polyvinylidene difluoride), 테트라플루오로 에틸렌 헥사플루오로프로필렌 코플리머(FEP), 테트라플루오로 에틸렌(퍼플루오로 아크릴)비닐 에테르 코플리머(PFA) 또는 폴리테트라플루오로 에틸렌(PTFE) 등과 같은 플루오르폴리머, 폴리이미드(PI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아미드이미드(PAI) 등과 같은 폴리이미드폴리머, 폴리에테르설폰(PES), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 등으로 이루어질 수 있다.

종래 상기 방수성 통기 시트(100)는 주로 다공성 PTFE 시트를 이용하여 제조되었다. 구체적으로 상기 다공성 PTFE 시트는 PTFE 파인 파우더와 성형 보조제의 혼련물을 압출 성형 및 압연에 의해 시트 형상으로 하고, 형성 보조제를 제거하여 성형체의 시트체를 얻은 후, 이 시트체를 연신함으로써 제조할 수 있다. 그러나, 상기 다공성 PTFE 시트는 시간의 경과나 열에 의해 수축하기 쉽기 때문에, 상기 방수성 통기 시트(100)가 수축하여 상기 점착층(30)이 노출되는 문제가 있다.

이에 따라, 상기 나노 멤브레인(10)은 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹인 것이 더 바람직하다. 상기 PVdF는 소수성, 내화학성 및 내열성이 우수하기 때문에 이를 전기 방사하여 제조된 나노 멤브레인(10)은 우수한 수압 방수성 및 통기성을 가질 수 있다.

다만, 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹은 나노 섬유가 2 층 내지 10 층 적층되어 이루어질 수 있는데, 전기 방사 공정의 노즐 또는 구금 사이의 간격에 의하여 나노 섬유들의 층간 박리 강도가 약하다는 단점이 있다. 상기 나노 섬유들의 층간 박리 강도가 약하면 상기 나노 멤브레인(10) 자체의 강도가 약할 뿐만 아니라, 상기 나노 멤브레인(10)과 상기 점착층(30) 사이의 점착력이 유지되지 못할 수 있다.

상기 나노 섬유들의 층간 박리를 해소하기 위하여 전기 방사 용액 조성에서 고형분의 비율을 낮추거나, 전기 방사 조건에서 온도를 낮추거나, 노즐 또는 구금과 집적부 사이의 방사 거리를 낮추는 방식 등이 있다. 하지만, 이러한 방법의 경우 용매 휘발이 원활하지 않아서 제조된 나노 멤브레인(10)이 섬유 상이 아닌 필름 상으로 제조되어 공기 투과도를 떨어트리는 결과를 유발할 수 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여, 상기 나노 섬유 고분자의 융점 개시 온도 이상에서의 열처리를 통하여 상기 나노 섬유들의 층간 박리 강도를 향상시키고, 상기 나노 멤브레인(10)과 상기 점착층(30)의 점착력 유지를 극대화시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 나노 멤브레인(10)에서 상기 나노 섬유들의 서로 인접하는 제 1 층과 제 2 층은 상기 제 1 층의 나노 섬유와 상기 제 2 층의 나노 섬유가 서로 용융되어 접합된 용융 접합부를 포함할 수 있다.

상기 나노 섬유의 용융 정도에 따라서 나노 멤브레인(10)의 두께 감소율은 20 % 내지 40 %일 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 두께 감소율이 20 % 미만인 경우에는 나노 섬유의 층간 박리가 발생하여 방수 성능이 저하될 수 있고 두께 감소율이 40 %를 초과하는 경우에는 나노 섬유의 용융부위가 필름화되어 공기 투과도가 저하될 수 있다. 상기 두께 감소율은 하기 수학식 1로 계산할 수 있다.

[수학식 1]

두께 감소율(%) = (h-h')/h X 100

h : 용융 접합부 형성 전 나노 멤브레인의 두께

h' : 용융 접합부 형성(열처리) 후 나노 멤브레인의 두께

상기 나노 멤브레인(10)은 상기 나노 섬유들이 2 층 내지 10 층 적층된 것이고, 상기 나노 섬유의 층이 2 층 미만인 경우 두께가 얇아서 방수 성능이 나오지 않을 수 있고, 10 층을 초과하는 경우 상기 나노 멤브레인(10)의 두께가 두꺼워지고 공기 투과도가 저하될 수 있다. 상기 나노 섬유의 층의 개수는 상기 나노 멤브레인(10) 측단면에서 주사전자현미경의 단면 사진을 통하여 확인하거나 나노 멤브레인(10)에 점착 테이프를 붙인 다음 떼어내면서 나노 섬유의 층의 개수를 확인하는 방법을 이용하여 측정할 수 있다.

상기 본 발명의 나노 멤브레인(10)은 상기 나노 섬유들의 층간 박리 강도가 100 gf/25mm 내지 500 gf/25mm이고, 구체적으로 150 gf/25mm 내지 250 gf/25mm일 수 있다. 상기 나노 섬유들의 층간 박리 강도는 점착 테이프 및 점착 시트의 180도 박리 강도 측정법인 ASTM D 3330을 만족하는 필 테스터(PEEL TESTER)(AR-1000, ChemInstruments사)로 폭 25 mm, 길이 200 mm, 속도 300 mm/min 조건에서 측정할 수 있다. 상기 나노 섬유들의 층간 박리 강도가 100 gf/25mm 미만인 경우 방수 성능이 떨어질 수 있고, 500 gf/25mm를 초과하는 경우 공기 투과도가 떨어질 수 있다.

또한, 상기 나노 멤브레인(10)에서 상기 나노 섬유들의 층간 박리 강도가 강화됨에 따라, 상기 나노 멤브레인(10)과 상기 지지체(20)의 박리 강도도 함께 강화될 수 있으며, 이에 따라 상기 나노 멤브레인(10)과 상기 지지체(20)의 박리 강도는 500 gf/25mm 내지 2,000 gf/25mm 이고, 구체적으로 700 gf/25mm 내지 1,100 gf/25mm일 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)과 상기 지지체(20)의 박리 강도는 점착 테이프 및 점착 시트의 180도 박리 강도 측정법인 ASTM D 3330을 만족하는 필 테스터(PEEL TESTER)(AR-1000, ChemInstruments사)로 폭 25 mm, 길이 200 mm, 속도 300 mm/min 조건에서 측정할 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)과 상기 지지체(20)의 박리 강도가 500 gf/25mm 미만인 경우 상기 방수성 통기 시트(100)를 제조하기 위하여 타발하는 과정에서 충격에 의하여 상기 나노 멤브레인(10)과 상기 지지체(20)가 분리될 수 있고, 2,000 gf/25mm를 초과하는 경우 공기 투과도가 떨어질 수 있다.

한편, 상기 나노 멤브레인(10)은 상기 PVdF를 전기 방사하여 나노웹 제조시 상기 전기 방사 조건을 조절함으로써, 상기 나노 멤브레인(10)의 통기도를 극대화시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 나노 멤브레인(10)은 상기 나노 섬유들의 직경이 50 nm 내지 3,000 nm이고, 구체적으로 100 nm 내지 2,000 nm일 수 있고, 상기 나노 멤브레인(10)의 두께는 3 ㎛ 내지 40 ㎛이고, 구체적으로 5 ㎛ 내지 35 ㎛일 수 있고, 상기 나노 멤브레인(10)의 기공 크기는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛이고, 구체적으로 0.1 ㎛ 내지 4 ㎛일 수 있고, 기공도는 40 % 내지 90 %이고, 구체적으로 60 % 내지 90 %일 수 있고, 상기 나노 멤브레인(10)의 평량이 0.5 g/㎡ 내지 20 g/㎡이고, 구체적으로 1 g/㎡ 내지 15 g/㎡일 수 있다.

상기 나노 멤브레인(10)의 기공 크기는 ASTM F 316에 규정된 모세관 흐름 공극 측정기(Capillary flow porometer, CFP)를 사용하여 가장 협소한 구간에서의 공극 크기인 제한 공극의 직경에서 평균 공극 크기 및 공극의 크기 분포를 측정할 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 두께는 KS K 0506에 규정된 두께 측정법 또는 KS K ISO 9073-2, ISO 4593을 적용하여 두께를 측정할 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 평량은 KS K 0514 또는 ASTM D 3776 적용하여 측정할 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 기공도는 하기 수학식 2에 따라 상기 나노 멤브레인(10) 전체 부피 대비 공기 부피의 비율에 의하여 계산할 수 있다. 이때, 전체 부피는 직사각형 형태의 샘플을 제조하여 가로, 세로, 두께를 측정하여 계산하고, 공기 부피는 샘플의 질량을 측정 후 밀도로부터 역산한 고분자 부피를 전체 부피에서 빼서 얻을 수 있다.

[수학식 2]

기공도(%) = [1 - (A/B)]×100 = {1 - [(C/D)/ B]}×100

(상기 수학식 2에서, A는 나노 멤브레인의 밀도, B는 나노 멤브레인 고분자의 밀도, C는 나노 멤브레인의 중량, D는 나노 멤브레인의 부피이다)

또한, 상기 나노 멤브레인(10)이 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹을 포함함에 따라, 상기 나노 멤브레인(10)은 공기 투과도가 1 CFM 내지 20 CFM(cubic feet per minute)이고, 구체적으로 3 CFM 내지 7 CFM일 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 공기 투과도는 직물의 공기 투과도 측정법인 ASTM D 737 방법으로 면적 38 ㎠, 압력 125 Pa의 조건으로 측정할 수 있고, ASTM D 737을 만족하는 에어 퍼미어빌리티 테스터(Air Permeability Tester)(FX 3300, TextestInstruments사)로 측정할 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 공기 투과도가 1 CFM 미만인 경우 내수압은 증가하나 상기 방수성 통기 시트(100)의 통기성이 낮아질 수 있고, 20 CFM을 초과하는 경우 내수압이 감소하고 상기 지지체(20)와의 합지 공정에서 접착제가 상기 나노 멤브레인(10)의 이면으로 배어 나와서 합지가 용이하지 않을 수 있다.

또한, 상기 나노 멤브레인(10)이 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹을 포함함에 따라, 상기 나노 멤브레인(10)은 내수압이 3,000 ㎜H₂O 이상이고, 구체적으로 내수압이 5,000 ㎜H₂O 내지 12,000 ㎜H₂O일 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 내수압은 ISO 811 저수압법을 적용하여 면적 100 ㎠에서 600 ㎜H₂O/min으로 가압하여 물방울에 3 포인트 생기는 지점에서의 압력을 측정할 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 내수압이 3,000 ㎜H₂O를 미만인 경우 상기 나노 멤브레인(10)을 포함하는 상기 방수성 통기 시트(100)가 방수성을 만족시키지 못할 수 있다.

또한, 상기 나노 멤브레인(10)이 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹을 포함함에 따라, 상기 나노 멤브레인(10)은 발수 등급이 4급 이상이고, 구체적으로 발수 등급이 4 급 내지 5 급일 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 발수 등급은 KS K 0590에 규정된 방법으로 측정할 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 발수 등급이 4급 미만인 경우 방수 성능이 떨어질 수 있다.

상기 방수성 통기 시트(100)는 상기 나노 멤브레인(10)을 포함함에 따라, 파열 강도가 0.5 kgf/㎠ 내지 7 kgf/㎠이고, 구체적으로 2 kgf/㎠ 내지 4.5 kgf/㎠일 수 있다. 상기 방수성 통기 시트(100)의 파열 강도는 ASTM D 3786을 만족하는 뮬렌 형태 파열 강도 측정기(Mullen type bursting strength tester)로 측정할 수 있다. 상기 방수성 통기 시트(100)의 파열 강도가 0.5 kgf/㎠ 미만인 경우 상기 방수성 통기 시트(100)의 방수성 평가와 실사용을 위한 탈부착 과정, 실사용시의 충격, 환경 변화 등에 의하여 상기 방수성 통기 시트(100)의 성능이 저하될 수 있고, 7 kgf/㎠를 초과하는 경우 방수성 통기 시트의 타발성이 떨어질 수 있다.

또한, 상기 방수성 통기 시트(100)는 통기성이 1,000 mL/min 이상이고 구체적으로 1,500 mL/min 내지 3,000 mL/min일 수 있다. 상기 방수성 통기 시트(100)의 통기성은 모세관 흐름 공극 측정기(Capillary flow porometer, CFP)에서 가스 투과 방법(Gas permeability method)으로 1 PSI 압력 하에서 직경 1 mm 원형 면적을 1분 동안 통과하는 공기의 유량을 측정할 수 있다. 상기 방수성 통기 시트(100)의 통기성이 1,000 mL/min 미만인 경우 방수성 통기 시트의 압력 평형 능력이 떨어질 수 있다.

상기 방수성 통기 시트(100)는 공기 투과도가 0.5 CFM 내지 9 CFM이고, 구체적으로 3 CFM 내지 7 CFM일 수 있다. 상기 방수성 통기 시트(100)의 공기 투과도는 직물의 공기 투과도 측정법인 ASTM D 737 방법으로 면적 38 ㎠, 압력 125 Pa의 조건으로 측정할 수 있고, ASTM D 737을 만족하는 에어 퍼미어빌리티 테스터(Air Permeability Tester)(FX 3300, TextestInstruments사)로 측정할 수 있다. 상기 방수성 통기 시트(100)의 공기 투과도가 0.5 CFM 미만인 경우 통기성이 떨어져서 압력평형 능력이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 9 CFM을 초과하는 경우 방수성을 유지하지 못하는 문제가 있을 수 있다.

또한, 상기 방수성 통기 시트(100)는 내수압이 3,000 ㎜H₂O 이상이고, 구체적으로 내수압이 3,000 ㎜H₂O 내지 12,000 ㎜H₂O일 수 있다. 상기 방수성 통기 시트(100)의 내수압은 ISO 811 저수압법을 적용하여 면적 100 ㎠에서 600 ㎜H₂O/min으로 가압하여 물방울에 3 포인트 생기는 지점에서의 압력을 측정할 수 있다. 상기 방수성 통기 시트(100)의 내수압이 3,000 ㎜H₂O 미만인 경우 방수성을 유지하지 못하는 문제가 있을 수 있고, 12,000 ㎜H₂O 를 초과하는 경우 방수성은 우수하나 통기성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.

상기 방수성 통기 시트(100)의 수압 방수성은 KS K ISO 811에서 사용하는 0 m 내지 20 m 깊이의 일정 수압을 일정 시간 동안 가할 수 있는 내수압 측정기를 사용하여 측정할 수 있다. 이때, 상기 내수압 측정기에서 상기 방수성 통기 시트(100)의 수압 방수성을 측정하기 위하여 지그를 사용할 수 있다.

도 2는 상기 내수압 측정기에서 상기 방수성 통기 시트(100)의 수압 방수성을 측정하기 위하여 사용하는 지그의 일 실시 형태를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 상기 도 2를 참고하면, 상기 지그(200)에 상기 방수성 통기 시트(100)를 고정 또는 점착한 상태에서 수압부(210)에 내수압 측정기를 이용하여 일정 수압을 일정 시간 동안 가하여 수압 방수성을 평가할 수 있다. 상기 도 2에서 수압부(210)의 개수가 19 개로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 수압부(210)는 일 예로 1 개, 3 개, 5 개, 9 개, 20 개 등으로 개수의 조절이 가능하다. 또한, 상기 수압부(210)의 타공 홀의 크기는 상기 통기성 방수 시트(100)의 개구된 면적보다 작은 것이 바람직하며, 이는 상기 통기성 방수 시트(100)의 크기에 따라 적절하게 조절이 가능하다.

다양한 환경에서의 방수 성능을 확인하기 위해 저온, 고온/고습, 열충격 조건하에서 전처리 후 수압 방수성을 평가할 수 있다. 저온의 경우에는 -20 ℃에서 72 시간 동안 전처리한 후 평가하고, 고온/고습 조건은 50 ℃, 습도 95 %에서 72 시간 동안 전처리한 후 평가하고, 열충격 조건은 -40 ℃, 85 ℃를 각각 1 시간 동안 유지하는 한 사이클을 30 사이클 반복한 후 평가할 수 있다.

상기 방수성 통기 시트(100)는 상기 나노 멤브레인(10)을 포함함에 따라, 상온(20 ℃ ± 5 ℃), 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상, 구체적으로 1.5 m 내지 6 m의 수압에서 누수되지 않고, 저온 조건(-20 ℃, 72 시간 유지한 후 측정)의 경우 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상, 구체적으로 1.5 m 내지 6 m의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않고, 고온/고습 조건(50℃, 습도 95 %, 72 시간 유지한 후 측정)의 경우 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상, 구체적으로 1.5 m 내지 6 m의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않고, 열충격 조건(-40℃, 85℃를 각각 1 시간 동안 유지하는 사이클을 30 사이클 반복한 후 측정)의 경우 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상, 구체적으로 1.5 m 내지 6 m의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않는 수압 방수성을 가질 수 있다. 상기 방수성 통기 시트(100)의 수압 방수성이 상온(20 ℃ ± 5 ℃) 1.5 m 이상의 수압, 저온 1.5 m 이상의 수압, 고온/고습 1.5 m 이상의 수압, 열충격 1.5 m 이상의 수압 조건에서 30 분 미만인 경우 방수성 통기 시트를 사용한 전자 기기 등의 방수 성능을 만족하지 못 할 수 있다.

참고로, 상기 일정 깊이에서의 수압은 하기 수학식 3에 의하여 계산할 수 있으며, 해양에서 수압은 수심이 10 m 내려갈 때마다 보통 1 기압씩 증가한다.

[수학식 3]

수압(p) = pgz

(상기 수학식 3에서, p는 해수의 밀도(약 1.03 g/㎤), g는 980 cm/sec², z는 해면 하의 수심(cm)이다)

한편, 상기 방수성 통기 시트(100)는 상기 나노 멤브레인(10)의 강도를 보강하기 위하여 상기 지지체(20)를 더 포함한다.

상기 지지체(20)는 상기 나노 멤브레인(10) 보다 큰 크기의 기공을 가지고 기체 투과성이 우수하며 강도가 우수한 재료, 예컨대, 직포, 부직포, 메쉬, 네트, 스펀지, 폼, 금속 다공재, 금속 메쉬 등을 사용할 수 있다. 또한, 내열성이 요구되는 경우에는, 폴리에스테르, 폴리아미드, 아라미드 수지, 폴리이미드, 불소 수지, 초고분자량 폴리에틸렌, 금속 등으로 이루어진 지지체(20)를 사용할 수 있다.

구체적으로, 상기 지지체(20)가 무작위로 배향된 복수개의 섬유로 이루어지는 상기 부직포인 경우를 예시하면, 상기 부직포는 인터레이드(interlaid)되지만, 직포 천과 동일한 방식이 아닌, 개개의 섬유 또는 필라멘트의 구조를 갖는 시트를 의미한다. 상기 부직포는 카딩(carding), 가네팅(garneting), 에어-레잉(air-laying), 웨트-레잉(wet-laying), 멜트 블로잉(melt blowing), 스펀본딩(spunbonding), 써멀본딩(thermal bonding) 및 스티치 본딩(stitch bonding)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 방법에 의하여 제조될 수 있다. 상기 부직포를 이루는 섬유는 하나 이상의 고분자 재료를 포함할 수 있고, 일반적으로 섬유 형성용 고분자 재료로 사용되는 것이면 어느 것이나 사용 가능하고, 구체적으로 탄화수소계 섬유 형성 중합체 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유 형성 중합체 재료는 폴리올레핀, 예컨대 폴리부틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌; 폴리에스테르, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트; 폴리아미드(나일론-6 및 나일론-6,6); 폴리우레탄; 폴리부텐; 폴리락트산; 폴리비닐 알코올; 폴리페닐렌 설파이드; 폴리설폰; 유체 결정질 중합체; 폴리에틸렌-코-비닐아세테이트; 폴리아크릴로니트릴; 사이클릭 폴리올레핀; 폴리옥시메틸렌; 폴리올레핀계 열가소성 탄성중합체; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

더욱 구체적으로, 상기 지지체(20)로는 폴리에스테르 스펀본딩 또는 써멀본딩 부직포를 가장 바람직하게 사용할 수 있는데, 상기 폴리에스테르 스펀본딩 또는 써멀본딩 부직포를 사용하는 경우 통기성이 높고 가혹한 환경 조건에서 변형이 덜 되는 점에서 유리하다. 또한, 상기 지지체(20)는 상기 폴리에스테르의 융점이 상이한 고분자가 시스-코어 또는 혼합 방사된 부직포를 사용할 수 있고, 상기 부직포는 엠보 처리가 없는 형태가 통기도 측면에서 유리할 수 있다. 상기 엠보가 있는 부직포는 엠보 부분의 섬유가 융착되어 기공이 막혀 있는 구조로 이는 상기 방수성 통기 시트(100)의 통기도 편차를 크게 만들 수 있다.

상기 점착층(30)은 상기 나노 멤브레인(10)의 표면에 위치하며, 구체적으로 상기 점착층(30)의 둘레부(30a)는 상기 나노 멤브레인(10)의 표면의 둘레에 위치하고 상기 점착층(30)의 중앙부(30b)는 개구된 프레임 형상일 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)은 상기 점착층(30)을 통하여 전자 기기의 하우징의 통기구 내부면에 부착되며, 상기 점착층(30)의 중앙부(30b)의 개구를 통하여 상기 전자 기기의 하우징의 통기구를 막으면서 상기 전자 기기에 통기성 및 방수성을 부여할 수 있다.

상기 점착층(30)의 중앙부(30b)의 개구의 형상 및 크기는 기본적으로 상기 전자 기기의 하우징의 통기구의 형상 및 크기와 동일하게 형성될 수 있고, 구체적으로 원형, 타원형, 직사각형, 끝이 둥근 직사각형, 다각형, P자 형태 등의 형상일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 도 1에서와 같이 상기 점착층(30)의 둘레부(30a)의 끝단은 상기 나노 멤브레인(10)의 끝단과 일치하도록 형성될 수 있고, 상기 점착층(30)의 둘레부(30a)의 끝단은 상기 나노 멤브레인(10)의 끝단 보다 연장되어 상기 나노 멤브레인(10)의 끝단을 덮도록 형성될 수도 있다.

상기 점착층(30)은 예를 들면 폴리아크릴, 폴리아미드, 폴리아크릴아미드, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리실리콘 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 점착제를 포함할 수 있고, 액체형 또는 고체형일 수 있고, 열가소성 타입, 열변화성 타입 또는 반응성 경화 타입일 수 있다.

한편, 상기 점착층(30)은 양면 점착 테이프일 수 있다. 상기 양면 점착 테이프는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 기재 양면 점착 테이프, 폴리프로필렌 기재 양면 점착 테이프, 폴리에틸렌 기재 양면 점착 테이프, 폴리이미드 기재 양면 점착 테이프, 나일론 기재 양면 점착 테이프, 발포체(예컨대, 우레탄폼, 실리콘폼, 아크릴폼, 폴리에틸렌폼 등) 기재 양면 점착 테이프, 기재가 없는 양면 점착 테이프 등일 수 있다.

한편, 상기 방수성 통기 시트(100)는 전자 기기와 부착되기 전까지 상기 점착층(30)을 보호할 수 있는 보호 기재(도시 하지 않음)를 더 포함할 수 있다.

상기 보호 기재는 고무 또는 실리콘 소재, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리메틸펜텐 등의 폴리올레핀, 폴리카보네이트 등의 수지 소재, 글라신지, 상질지, 코트지, 함침지, 합성지 등의 종이 소재, 알루미늄, 스테인레스 강 등의 금속박 소재 등을 사용할 수 있다.

또한, 대전 방지의 목적으로 필요에 따라 상기 보호 기재에 도전성 재료를 코팅할 수 있고, 상기 보호 기재 자체에 도전성 재료를 혼합시킨 것을 이용할 수도 있다. 이에 따라, 상기 방수성 통기 시트(100)가 대전되는 것을 방지할 수 있다. 상기 보호 시트의 두께는, 예컨대, 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 구체적으로 25 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다. 상기 보호 기재의 표면에는 상기 점착층(30)과의 점착성을 향상시키기 위해 코로나 방전 처리, 플라즈마 처리, 프레임 플라즈마 처리 등을 실시할 수 있고, 프라이머층 등을 형성할 수도 있다. 상기 프라이머층으로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌계 공중합체, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 고분자 재료(앵커 코트제)를 사용할 수 있다.

한편, 상기 방수성 통기 시트(100)가 상기 점착층(30)을 더 포함하지 않는 경우, 상기 방수성 통기 시트(100)를 전자 기기의 하우징에 부착시 상기 점착제를 상기 방수성 통기 시트(100) 또는 전자 기기의 하우징에 직접 스크린 인쇄, 스프레이 코팅, 그라비어 인쇄, 전사, 또는 분말 코팅 등의 방법에 의해 도포한 후 부착할 수 있고, 상기 점착제 없이 가열 용착 또는 초음파 용착 등의 방법에 의하여 상기 방수성 통기 시트(100)를 상기 전자 기기의 하우징에 직접 부착시킬 수도 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방수성 통기 시트의 제조 방법은 전기 방사 용액을 제조하는 단계, 상기 제조된 전기 방사 용액을 전기 방사하여 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 집적된 나노 멤브레인을 제조하는 단계, 상기 나노 멤브레인을 상기 나노 섬유들의 용융 개시 온도 이상에서 열처리하는 단계, 그리고 상기 나노 멤브레인에 지지체를 합지하는 단계를 포함한다.

우선, 상기 전기 방사 용액을 제조하는 단계는 전기 방사를 통하여 나노 섬유를 형성하기 위한 고분자를 포함하는 용액을 제조하는 것으로, 예를 들면, 상기 전기 방사 용액은 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVdF) 등의 고분자를 디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide), 디메틸포름아미드(N,N-dimethyl formamide), 디메틸설프옥사이드(dimethylsulphoxide), 메틸피롤리돈(N-methyl-2-pyrolidone), 트리에틸포스페이트(triethylphosphate), 메틸에틸케톤(methylethylketone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 아세톤(acetone) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 용매와 혼합하여 제조할 수 있다.

다음으로 상기 제조된 전기 방사 용액을 전기 방사하여 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 집적된 나노 멤브레인을 제조한다.

상기 전기 방사는 하기 도 3에 도시된 전기 방사 장치를 이용하여 이루어질 수 있다. 상기 도 3은 노즐형 전기 방사 장치의 개략도이다. 상기 도 3을 참고하면, 상기 전기 방사는 상기 전기 방사 용액이 보관된 용액 탱크(1)에서 정량 펌프(2)를 이용하여 고전압 발생 장치(6)에 의해 고전압이 인가된 다수의 노즐(3) 또는 구금에 상기 전기 방사 용액을 공급하고, 이때 상기 노즐(3) 또는 구금 선단과 집적부(4)와의 전기에너지 차이 즉, 전압 차이에 의해 상기 전기 방사 용액이 제트를 형성하여 이송된다. 상기 형성된 제트는 전기장에 의하여 휘핑 및 스트레칭되어서 더욱 가늘어지고 용매는 기화되어 고체상의 섬유들이 상기 집적부(4)에 집적된다.

이때, 상기 노즐(3) 또는 구금은 안정적인 전기장 형성과 용매 휘발을 용이하게 하기 위하여 일정한 간격으로 다단 배열시킨다. 상기 노즐(3) 또는 구금 사이의 간격에 의하여 상기 나노 멤브레인은 상기 나노 섬유가 2 층 내지 10 층 적층되어 이루어질 수 있다.

한편, 상기 전기 방사 조건을 조절하여 상기 나노 멤브레인의 미세 구조를 조절함으로써 수압 방수성 및 통기성이 우수한 방수성 통기 시트를 제조할 수 있다.

상기 전기 방사 용액의 농도는 5 % 내지 35 %이고, 구체적으로 5 % 내지 25 %일 수 있다. 상기 농도는 퍼센트 농도를 의미하는 것으로서, 퍼센트 농도는 용액의 질량에 대한 용질의 질량의 백분율로 구할 수 있다. 예를 들어, 상기 농도는 상기 전기 방사 용액에 포함된 고분자의 질량을 용매의 질량으로 나눈 후 100을 곱하여 구할 수 있다. 상기 전기 방사 용액의 농도가 5 % 미만인 경우 고분자의 함량이 낮아 섬유가 생성되지 못하고 비드상으로 분사될 수 있고, 35 %를 초과하는 경우 고분자의 용해가 어려우며, 토출이 안되거나, 용액 이송 라인에 압력이 높아져 용액의 누출(leak) 또는 파손될 수 있다.

상기 전기 방사 용액의 점도는 100 cP 내지 10,000 cP이고, 구체적으로 200 cP 내지 5,000 cP일 수 있다. 상기 용액의 점도는 KS M ISO 2555 방법으로 23 ℃ 온도에서 측정할 수 있다. 상기 전기 방사 용액의 점도가 100 cP 미만인 경우 점도가 너무 낮아 섬유가 생성되지 못하고 비드상으로 분사될 수 있고, 10,000 cP를 초과하는 경우 방사 과정에서 제트가 형성되지 못하거나, 고화가 발생하여 상기 나노 멤브레인의 결점이 증가하는 문제가 있을 수 있다.

또한, 상기 전기 방사 조건은 전압이 0 kV 내지 100 kV이고, 구체적으로 20 kV 내지 70 kV일 수 있다. 상기 전압이 100 kV를 초과하는 경우 방사 공정 중 절연에 취약한 부분에서 스파크가 발생하여 제품의 손상이 발생하거나 정전기에 의해 이송 중 이송 롤에 전사 또는 박리될 수 있다.

상기 전기 방사 조건은 토출량이 0.01 mL/min 내지 100 mL/min이고, 구체적으로 0.5 mL/min 내지 50 mL/min일 수 있다. 상기 토출량이 0.01 mL/min 미만인 경우 적층되는 섬유의 양이 적어 생산성이 저하되거나 층간 박리가 발생할 수 있고, 100 mL/min를 초과하는 경우 챔버 내 용매의 포화 농도가 증가하여 용매의 미휘발이 진행되어 최종적으로 제품이 재용해되어 필름화하는 문제가 있을 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 노즐(3) 또는 구금의 다단 배열에 의하여, 상기 나노 멤브레인은 상기 나노 섬유가 2 층 내지 10 층 적층되어 이루어질 수 있고, 이에 따라 상기 나노 섬유들의 층간 박리가 발생할 수 있다. 이에 본 발명은 상기 나노 섬유의 융점 개시 온도 이상에서의 열처리를 통하여 상기 나노 섬유들의 층간 박리 강도를 향상시킨다.

다만, 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹은 압력이나 외부 스크래치에 의하여 표면이 쉽게 손상될 수 있고, 섬유 상이 붕괴되어 필름화되는 경향을 보이기 때문에 공기 투과도의 저하가 쉽게 발생할 수 있다. 따라서, 상기 나노 멤브레인의 열처리는 압력을 가하지 않거나 최소화하는 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 핫 롤러의 표면 온도를 상기 나노 섬유의 융점 개시 온도로 고정하고 상기 나노 멤브레인을 연속적으로 상기 핫 롤러의 표면에 따라 지나가도록 할 수 있다.

상기 열처리 온도는 110 ℃ 내지 170 ℃일 수 있고, 구체적으로 120 ℃ 내지 150 ℃일 수 있다. 상기 열처리 온도가 110 ℃ 미만인 경우 상기 나노 멤브레인의 층간 박리 강도가 향상되지 않아서 쉽게 층이 분리될 수 있고, 170 ℃를 초과하는 경우 상기 나노 멤브레인의 섬유가 용융되어 기공이 막혀서 통기도가 저하될 수 있다.

마지막으로, 상기 나노 멤브레인에 상기 지지체를 합지하여 방수성 통기 시트를 제조한다. 이때, 상기 방수성 통기 시트의 제조 방법은 상기 나노 섬유로 이루어진 나노 멤브레인과 상기 지지체의 합지 과정에서 압력을 최소화하여 압력에 민감한 상기 나노 멤브레인의 통기성 저하를 방지하는 방법을 제공한다.

구체적으로, 하나의 예시에 따른 상기 나노 멤브레인에 상기 지지체를 합지하는 방법은 그라비아 코터를 이용하여 상기 습기경화형 핫멜트 접착제를 상기 나노 멤브레인 또는 상기 지지체에 도포하여 이루어질 수 있다.

상기 그라비아 코터에 이용되는 그라비아 코터의 롤러는 상기 접착제가 도트(dot) 또는 메쉬(mesh) 형태의 패턴을 가지도록 도포하기 위하여, 표면에 도트 또는 메쉬 패턴을 포함할 수 있다.

또한, 상기 그라비아 코터의 라미네이팅 속도는 1 m/min 이상이고, 구체적으로 5 m/min 내지 10 m/min 일 수 있다. 상기 그라비아 코터의 라미네이팅 속도가 1 m/min 미만인 경우 상기 접착제의 전사가 불균일하게 이루어지면서 접착 패턴의 특정 부위에 접착제가 과도하여 상기 나노 멤브레인과 상기 지지체의 공기 투과도를 떨어뜨릴 수 있다.

또한, 상기 접착제가 상기 나노 멤브레인 또는 상기 지지체의 일면에 배어나오는 경우를 방지하기 위하여, 별도의 인터레이어 필름을 사용하거나 권취가 되기 전에 상기 접착제를 냉각시켜서 상기 접착제의 유동성을 낮출 수 있다. 상기 접착제가 배어나오면 검단 과정에서 상기 나노 멤브레인이 손상되어 내수압이 떨어지거나 상기 방수성 통기 시트가 방수성을 만족시키지 못할 수 있다.

이후, 상기 접착제의 습기 경화를 위하여 온도가 30 ℃ 내지 50 ℃이고, 습도가 85 % 이상인 숙성실에서 최소 하루 이상을 숙성시킬 수 있다.

다른 하나의 예시에 따른 상기 나노 멤브레인에 상기 지지체를 합지하는 방법은 상기 가용성 핫멜트 접착제를 상기 나노 멤브레인 또는 상기 지지체에 스프레이 도포하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 스프레이 속도는 5 m/min 이상이고, 구체적으로 7 m/min 내지 10 m/min일 수 있다. 상기 스프레이 속도가 5 m/min 미만인 경우 상기 접착제의 전사가 불균일하게 이루어지면서 접착 패턴의 특정 부위에 접착제가 과도하여 상기 나노 멤브레인과 상기 지지체의 공기 투과도를 떨어뜨릴 수 있다.

상기 핫멜트 접착제의 용융 온도는 90 ℃ 내지 160 ℃, 구체적으로 100 ℃ 내지 120 ℃일 수 있다. 상기 핫멜트 접착제의 용융 온도가 90 ℃ 미만인 경우 방수성 통기 시트의 열충격 온도에서 접착제가 재용융되어 나노 멤브레인의 기공을 막아서 방수 성능 및 통기성을 저하시킬 수 있고, 160 ℃ 를 초과하는 경우 나노 섬유가 용융되어 나노 멤브레인의 기공이 막힐 수 있다.

구체적으로, 상기 가용성 핫멜트를 접착제를 용융시킨 후 스프레이가 되는 노즐 또는 구금을 통하여 상기 나노 멤브레인 또는 상기 지지체에 스프레이 도포하고, 상기 나노 멤브레인을 상기 지지체 상부 면에 일정하게 공급하여 권취를 한다. 이때에도 상기 접착제가 배어나오는 것을 방지하기 위하여 인터레이어 필름을 삽입하여 함께 권취하거나 권취하기 전에 합지된 지지체의 하부 면의 냉각부에서 상기 접착제의 유동성을 낮출 수도 있다.

또 다른 하나의 예시에 따른 상기 나노 멤브레인에 상기 지지체를 합지하는 방법은 상기 나노 멤브레인의 용융 개시 온도와 상기 지지체의 유리 전이 온도 사이의 온도에서 용융 접착시켜 이루어질 수 있다. 즉, 이 경우는 상기 접착제를 사용하지 않는 경우이다.

구체적으로, 이는 상기 나노 멤브레인과 상기 지지체의 열적 특성을 활용하여 상기 지지체의 유리 전이 온도와 상기 나노 멤브레인의 용융 개시 온도 사이에서 온도를 설정하고 최소 압력으로 합지를 하는 방식이다. 예를 들어, 저융점 PET가 포함된 상기 지지체의 유리 전이 온도는 60 ℃ 내지 70 ℃이고, 상기 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹의 융점 개시 온도는 125 ℃이다. 이때, 상기 합지하는 핫 롤러의 표면 온도는 상기 지지체의 유리 전이 온도와 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹의 융점 개시 온도 사이에서 고정한다. 상기 핫 롤러의 표면 온도가 상기 지지체의 유리 전이 온도(60 ℃ 내지 70 ℃) 미만일 경우 접착이 이루어지지 않을 수 있고, 상기 핫 롤러의 표면 온도가 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹의 용융 개시 온도(125 ℃)를 초과하는 경우 접착력은 우수하나 상기 나노 멤브레인의 나노 섬유 상이 붕괴되고 필름화되어서 공기 투과도가 급격히 저하될 수 있다.

그 다음 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹의 손상을 최소화하기 위하여 압력을 10 kgf/cm 이하, 구체적으로 1 kgf/cm 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 압력이 10 kgf/cm를 초과하는 경우 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹이 압력에 의하여 섬유 상이 붕괴되어 필름화되어 공기 투과도가 저하될 수 있다.

또 다른 하나의 예시에 따른 상기 나노 멤브레인에 상기 지지체를 합지하는 방법은 상기 나노 멤브레인의 양면에 지지체인 써멀본딩 부직포를 배치하고 열처리하여 이루어질 수 있다. 즉, 이 경우에도 상기 접착제를 사용하지 않는 경우이다.

구체적으로, 상기 써멀본딩 부직포의 써멀본딩 온도 이상의 온도에서 열처리를 통하여 상기 나노 멤브레인과 상기 지지체를 접합시킬 수 있고, 이 경우 상기 써멀본딩 부직포를 상기 나노 멤브레인의 양면에 배치하는 것이 나노 멤브레인과 부직포와의 접착력을 극대화 시킬 수 있는 점에서 바람직하다.

예를 들어, 상기 써멀본딩 부직포가 240 ℃ 이상의 용융점을 가지는 고융점 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어진 제 1 파이버와 120 ℃ 내지 230 ℃의 용융점을 가지는 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어진 제 2 파이버를 포함하는 경우, 상기 합지하는 핫 롤러의 표면 온도는 상기 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트의 용융 개시 온도와 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹의 융점 개시 온도 사이에서 고정하여 써멀본딩할 수 있다. 그 다음 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹의 손상을 최소화하기 위하여 압력을 10 kgf/cm 이하, 구체적으로 1 kgf/cm 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 압력이 10 kgf/cm를 초과하는 경우 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹이 압력에 의하여 섬유 상이 붕괴되어 필름화되어 공기 투과도가 저하될 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

[제조예: 통기성 방수 시트의 제조]

(실시예 1)

PVdF를 디메틸아세트아미드에 15 %(w/w)의 농도로 용해하여 전기 방사 용액을 제조하였다. 상기 전기 방사 용액의 점도는 2,100 cP이었다.

상기 전기 방사 용액을 상기 도 3의 전기 방사 장치를 이용하여 전압 60 kV, 토출량 6.5 mL/min의 조건으로 전기 방사하여 나노 멤브레인을 제조하였다. 상기 제조된 나노 멤브레인은 기공도 78 %이고, 공기 투과도 6.79 CFM이고, 내수압 6,500 mmH₂O이고, 나노 섬유들은 5 층으로 적층되었다.

상기 제조된 나노 멤브레인을 핫 롤러의 표면 온도를 상기 나노 섬유의 융점 개시 온도인 125 ℃로 고정하고 상기 나노 멤브레인을 연속적으로 상기 핫 롤러의 표면에 따라 지나가도록 하여 열처리하였다.

한편, 일반 PET와 저융점 PET가 50:50의 중량비로 혼합된 써멀본드 부직포를 지지체로 준비하였다. 상기 지지체의 평량은 30 g/m²이었다.

상기 제조된 나노 멤브레인과 상기 지지체를 그라비아 코터를 이용하여 습기경화형 핫멜트 접착제로 합지하였고, 상기 접착제의 습기 경화를 위하여 35 ℃, 습도 85 %인 숙성실에서 24 시간 동안 숙성시켰다. 이때, 상기 습기경화형 핫멜트 접착제는 폴리우레탄계이고, 상기 그라비아 코터의 라미네이팅 속도는 5 m/min이고, 상기 접착제의 도포량은 5 g/m²이고, 상기 그라비아 코터의 롤러 패턴은 메쉬(mesh) 형태였다.

상기 지지체와 합지된 나노 멤브레인과 양면 테이프 및 보호 기재를 연속 투입하여 상기 나노 멤브레인의 상면에 상기 양면 테이프의 하면이 점착되고 보호 기재를 합지하였다. 그 다음 일정 압력과 속도로 움직이는 금형틀 사이를 통과하여 일정 크기로 타발하여 방수성 통기 시트를 제조하였다.

(실시예 2)

상기 실시예 1에서, 상기 나노 멤브레인과 상기 지지체를 상기 나노 멤브레인의 용융 개시 온도와 상기 지지체의 유리 전이 온도 사이의 온도에서 용융 접착시켜 접착제 없이 합지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 방수성 통기 시트를 제조하였다.

이때, 상기 핫 롤러의 표면 온도를 상기 나노 멤브레인의 융점 개시 온도인 125 ℃와 상기 지지체의 유리 전이 온도인 60 ℃ 내지 70 ℃이 사이 온도인 100 ℃로 고정하고, 상기 나노 멤브레인의 손상을 최소화하기 위하여 압력을 0.7 kgf/cm로 하였다.

(비교예 1)

상기 실시예 1에서, 상기 나노 멤브레인의 열처리를 하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 방수성 통기 시트를 제조하였다.

[실험예 1: 나노 멤브레인의 주사전자현미경 관찰]

상기 실시예 1 및 비교예 1 에서 제조된 나노 멤브레인을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였고, 그 결과를 각각 도 4 및 도 5에 나타내었다.

상기 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 실시예 1에서 제조된 나노 멤브레인은 상기 열처리를 통하여 나노 섬유의 용융 접합부가 형성된 것을 확인할 수 있으나, 상기 비교예 1에서 제조된 나노 멤브레인은 상기 열처리를 하지 않음에 따라 나노 섬유의 용융 접합부가 형성되지 않았음을 확인할 수 있다.

[실험예 2: 나노 멤브레인의 층간 박리성 측정]

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 나노 멤브레인의 층간 박리 강도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

하기 표 1에서, 상기 나노 멤브레인의 기공도는 상기 수학식 2에 따라 측정하였다.

상기 공기 투과도는 ASTM D 737 방법으로 면적 38 ㎠, 압력 125 Pa의 조건으로 측정하였다.

상기 나노 멤브레인의 내수압은 ISO 811 저수압법을 적용하여 면적 100 ㎠에서 600 ㎜H₂O/min으로 가압하여 물방울에 3 포인트 생기는 지점에서의 압력을 측정하였다.

상기 층간 박리 강도는 ASTM D 3330 방법으로 폭 25 mm, 길이 200 mm, 속도 300 mm/min 조건에서 측정하였다.

구분	기공도	공기 투과도	내수압	층간 박리 강도
실시예 1	70%	5.13 CFM	6,170 mmH₂O	260.7 gf/25mm
비교예 1	78%	6.79 CFM	6,500 mmH₂O	23.0 gf/25mm

상기 표 1을 참고하면, 상기 열처리에 의하여 실시예 1의 나노 멤브레인의 층간 박리 강도가 10배 이상 향상된 것을 알 수 있다.

[실험예 3: 방수성 통기 시트의 특성 측정]

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 방수성 통기 시트의 특성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다.

하기 표 2에서, 상기 나노 멤브레인(10)과 상기 지지체(20)의 박리 강도는 ASTM D 3330 방법으로 폭 25 mm, 길이 200 mm, 속도 300 mm/min 조건에서 측정하였다.

상기 방수성 통기 시트의 파열 강도는 ASTM D 3786을 만족하는 뮬렌 형태 파열 강도 측정기(Mullen type bursting strength tester)로 5회 측정하여 그 평균값으로 나타냈다.

상기 방수성 통기 시트의 공기 투과도는 ASTM D 737 방법으로 면적 38 ㎠, 압력 125 Pa의 조건으로 측정하였다.

상기 방수성 통기 시트의 내수압은 ISO 811 저수압법을 적용하여 면적 100 ㎠에서 600 ㎜H₂O/min으로 가압하여 물방울에 3 포인트 생기는 지점에서의 압력을 측정하였다.

구분	박리강도 (나노 멤브레인과 지지체)	파열강도	공기투과도	내수압
실시예 1	1,840 gf/25mm	4.4 kgf/㎠	4.2 CFM	4,500 mmH₂O
실시예 2	770 gf/25mm	4.3 kgf/㎠	4.8 CFM	4,120 mmH₂O
비교예 1	320 gf/25mm	4.0 kgf/㎠	4.3 CFM	2,800 mmH₂O

상기 표 2에서, 상기 방수성 통기 시트의 수압 방수성은 KS K ISO 811에서 사용하는 0 m 내지 20 m 깊이의 일정 수압을 일정 시간 동안 가할 수 있는 내수압 측정기를 사용하여 측정하였다. 또한, 상기 저온의 경우에는 -20 ℃에서 72 시간 동안 전처리한 후 평가하고, 고온/고습 조건은 50 ℃, 습도 95 %에서 72 시간 동안 전처리한 후 평가하고, 열충격 조건은 -40 ℃, 85 ℃를 각각 1 시간 동안 유지하는 한 사이클을 30 사이클 반복한 후 상온(20 ℃ ± 5 ℃)의 조건으로 평가하였다.

상기 방수성 통기 시트의 통기성은 모세관 흐름 공극 측정기(Capillary flow porometer, CFP)의 가스 투과 방법(Gas permeability method)로 1 PSI 압력 하에서 직경 1 mm 원형 면적을 1분 동안 통과하는 공기의 유량을 측정하였다.

구분	통기성	상온 방수	저온 방수	고온/고습 방수	열충격 방수
실시예 1	1,200 mL/min	2M 30분 유지	1.5M 30분 유지	1.5M 30분 유지	1.5M 30분 유지
실시예 2	1,625 mL/min	2M 30분 유지	1.5M 30분 유지	1.5M 30분 유지	1.5M 30분 유지
비교예 1	1,420 mL/min	1.5M 12분누수	1.5M 8분누수	1.5M 1분 누수	1.5M 1분 누수

이상에서 본 명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

1: 용액 탱크
2: 정량 펌프
3: 노즐
4: 집적부
6: 고전압 발생 장치
100: 방수성 통기 시트
10: 나노 멤브레인
20: 지지체
30: 점착층
30a: 둘레부 30b: 중앙부
200: 지그
210: 수압부

Claims

나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 적층된 나노 멤브레인, 그리고
상기 나노 멤브레인을 지지하는 지지체를 포함하는 방수성 통기 시트이며,
상기 나노 멤브레인은 상기 나노 섬유들의 직경이 50 nm 내지 3,000 nm이고, 두께는 3 ㎛ 내지 40 ㎛이고, 기공 크기는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛이고, 기공도는 40 % 내지 90 %이고, 평량이 0.5 g/㎡ 내지 20 g/㎡이고,
상기 나노 섬유는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF, polyvinylidene difluoride)를 포함하고,
상기 나노 멤브레인은 상기 나노 섬유들이 2 층 내지 10 층 적층된 것이고, 상기 나노 섬유들의 층간 박리 강도가 100 gf/25mm 내지 500 gf/25mm이고,
상기 방수성 통기 시트는 수압 방수성이 상온 조건(20 ℃, ±5 ℃)에서, 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않는 것인 방수성 통기 시트.
제 1 항에 있어서,
상기 나노 멤브레인에서 상기 나노 섬유들의 서로 인접하는 제 1 층과 제 2 층은 상기 제 1 층의 나노 섬유와 상기 제 2 층의 나노 섬유가 서로 용융되어 접합된 용융 접합부를 포함하는 것인 방수성 통기 시트.
제 2 항에 있어서,
상기 나노 멤브레인은 상기 용융 접합부를 포함함에 따라 하기 수학식 1로 계산되는 나노 멤브레인의 두께 감소율이 20 % 내지 40 %인 것인 방수성 통기 시트.
[수학식 1]
두께 감소율(%) = (h-h')/h X 100
h : 용융 접합부 형성 전 나노 멤브레인의 두께
h' : 용융 접합부 형성 후 나노 멤브레인의 두께
제 1 항에 있어서,
상기 나노 멤브레인과 상기 지지체의 박리 강도는 500 gf/25mm 내지 2,000 gf/25mm인 것인 방수성 통기 시트.
제 1 항에 있어서,
상기 나노 멤브레인은 공기 투과도가 1 CFM 내지 20 CFM(cubic feet per minute)이고,
상기 나노 멤브레인은 내수압이 3,000 ㎜H₂O 이상인 것인 방수성 통기 시트.
제 1 항에 있어서,
상기 방수성 통기 시트의 파열 강도는 0.5 kgf/㎠ 내지 7 kgf/㎠ 이고,
상기 방수성 통기 시트는 통기성이 1 PSI의 압력에서 1,000 mL/min 이상이고,
상기 방수성 통기 시트는 공기 투과도가 0.5 CFM 내지 9 CFM이고,
상기 방수성 통기 시트는 내수압이 3,000 ㎜H₂O 내지 12,000 ㎜H₂O이고,
상기 방수성 통기 시트는 발수 등급이 4급 이상이고,
상기 방수성 통기 시트는 수압 방수성이 저온 조건(-20 ℃, 72 시간 유지한 후 측정), 고온/고습 조건(50 ℃, 습도 95 %, 72 시간 유지한 후 측정) 및 열충격 조건(-40 ℃, 85 ℃를 각각 1 시간 동안 유지하는 한 사이클을 30 사이클 반복한 후 측정)에서, 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않는 것인 방수성 통기 시트.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 지지체는 폴리에스테르 스펀본딩 또는 써멀본딩 부직포인 것인 방수성 통기 시트.
제 1 항에 있어서,
상기 방수성 통기 시트는 상기 나노 멤브레인 일면에 점착층을 더 포함하는 것인 방수성 통기 시트.
전기 방사 용액을 제조하는 단계,
상기 제조된 전기 방사 용액을 전기 방사하여 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 집적된 나노 멤브레인을 제조하는 단계,
상기 나노 멤브레인을 상기 나노 섬유들의 용융 개시 온도 이상에서 열처리하는 단계, 그리고
상기 나노 멤브레인에 지지체를 합지하는 단계를 포함하며,
상기 열처리는 핫 롤러의 표면 온도를 상기 나노 섬유의 융점 개시 온도 이상으로 고정하고 상기 나노 멤브레인을 상기 핫 롤러의 표면을 따라 지나가도록 하는 것이고, 상기 열처리 온도는 110 ℃ 내지 170 ℃이고,
상기 나노 멤브레인은 상기 나노 섬유들의 직경이 50 nm 내지 3,000 nm이고, 두께는 3 ㎛ 내지 40 ㎛이고, 기공 크기는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛이고, 기공도는 40 % 내지 90 %이고, 평량이 0.5 g/㎡ 내지 20 g/㎡이고,
상기 나노 섬유는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF, polyvinylidene difluoride)를 포함하고,
상기 나노 멤브레인은 상기 나노 섬유들이 2 층 내지 10 층 적층된 것이고, 상기 나노 섬유들의 층간 박리 강도가 100 gf/25mm 내지 500 gf/25mm이고,
상기 방수성 통기 시트는 수압 방수성이 상온 조건(20 ℃, ±5 ℃)에서, 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않는 것인 방수성 통기 시트의 제조 방법.
삭제
제 10 항에 있어서,
상기 합지하는 단계는 그라비아 코터를 이용하여 습기경화형 핫멜트 접착제를 상기 나노 멤브레인 또는 상기 지지체에 도포하여 이루어지며,
상기 그라비아 코터의 롤러는 도트(dot) 또는 메쉬(mesh)의 패턴을 포함하고,
상기 접착제의 도포량은 6 g/m² 이하이고,
상기 그라비아 코터의 라미네이팅 속도는 1 m/min 이상인 것인 방수성 통기 시트의 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 합지하는 단계는 가용성 핫멜트 접착제를 상기 나노 멤브레인 또는 상기 지지체에 스프레이 도포하여 이루어지는 것인 방수성 통기 시트의 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 합지하는 단계는 상기 나노 멤브레인의 용융 개시 온도와 상기 지지체의 유리 전이 온도 사이의 온도에서 용융 접착시켜 이루어지는 것인 방수성 통기 시트의 제조 방법.