KR101812787B1 - 방수성 통기 시트 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방수성 통기 시트 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 방수성 통기 시트는 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 집적된 나노 멤브레인을 포함하며, 상기 나노 섬유의 표면은 발수성 코팅층을 포함한다. 상기 방수성 통기 시트는 상온(20 ℃ ± 5 ℃), 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않는 수압 방수성을 가지고, 음향 투과 손실이 1000 Hz에서 10 dB 미만이다.
상기 방수성 통기 시트는 나노 멤브레인에 발수성 코팅층을 형성하여 방수, 방진 및 방오 성능을 향상시키고, 나노 멤브레인의 미세 구조, 즉 나노 섬유의 직경, 두께, 기공의 크기 등을 제어하여 음의 흡수와 난반사를 억제하여 음향 투과 손실 측정값을 낮춤으로써 음향의 왜곡이 해소된 것이다.

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 발수성 코팅층을 포함하는 나노 멤브레인의 미세 구조, 즉 나노 섬유의 직경, 두께, 기공의 크기 등을 제어하여 음(音, sound)의 흡수와 난반사를 억제하고 음향 투과 손실 측정값을 낮춤으로써 음향의 왜곡이 해소된 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.

특히, 상기 모바일 기기와 같은 전자 기기는 다양한 성능과 기능이 추가되고 이에 따라 사용 빈도가 잦아지고 있어 다양한 환경에서 방수/방진 기능뿐만 아니라 소리를 왜곡 없이 원음에 가까운 형태로 전달시키는 음향(Acoustic) 성능도 함께 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 나노 멤브레인에 발수성 코팅층을 형성하여 방수, 방진 및 방오 성능을 향상시키고, 나노 멤브레인의 미세 구조, 즉 나노 섬유의 직경, 두께, 기공의 크기 등을 제어하여 음의 흡수와 난반사를 억제하고 음향 투과 손실 측정값을 낮춤으로써 음향의 왜곡이 해소된 방수성 통기 시트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 폴리비닐리덴 플루오라이드를 전기 방사한 후 나노 섬유에 발수성 코팅층 형성용 조성물을 도포하여 제조되며, 이때 상기 전기 방사 조건과 발수성 코팅층 형성용 조성물의 점도를 적절히 조절하여 상기 나노 멤브레인의 미세 구조를 조절함으로써 우수한 통음성을 가질 뿐만 아니라, 수압방수성 및 통기성이 우수한 방수성 통기 시트를 제조할 수 있는 방수성 통기 시트의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 집적된 나노 멤브레인을 포함하며, 상기 나노 섬유의 표면은 발수성 코팅층을 포함하는 방수성 통기 시트를 제공한다. 상기 방수성 통기 시트는 상온(20 ℃ ± 5 ℃), 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않는 수압 방수성을 가지고, 음향 투과 손실이 1000 Hz에서 10 dB 미만이다.

상기 발수성 코팅층은 실리콘계 발수제를 포함하는 것일 수 있다.

상기 나노 멤브레인은 상기 나노 섬유들의 직경이 50 nm 내지 3000 nm이고, 두께가 3 ㎛ 내지 40 ㎛ 이고, 기공 크기가 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛, 기공도가 40 % 내지 90 %이고, 공기 투과도가 0.1 CFM 내지 20 CFM이고, 내수압이 3000 ㎜H₂O 이상이고, 발수 등급이 4급 이상이고, 탄성률이 1 MPa 내지 1000 MPa이고, 평량이 0.5 g/㎡ 내지 20 g/㎡인 것일 수 있다.

상기 발수성 코팅층은 두께가 10 nm 내지 500 nm 이고, 도포 중량이 0.1 g/㎡ 내지 1 g/㎡인 것일 수 있다.

상기 방수성 통기 시트는 수압 방수성이 저온 조건(-20 ℃, 72 시간 유지한 후 측정)의 경우 1.5 m 이상의 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 누수되지 않고, 열충격 조건(-40 ℃, 85 ℃를 각각 1 시간 동안 유지하는 한 사이클을 30 사이클 반복한 후 측정)의 경우 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않는 것일 수 있다.

상기 방수성 통기 시트는 통기성이 20 cc/min(@1 PSI) 이상인 것일 수 있다.

상기 방수성 통기 시트는 상기 나노 멤브레인 일면 또는 양면에 점착층을 더 포함하는 것일 수 있다.

본 발명은 또한 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF, polyvinylidene difluoride) 고분자를 포함하는 전기 방사 용액을 제조하는 단계, 상기 제조된 전기 방사 용액을 전기 방사하여 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 집적된 나노 멤브레인을 제조하는 단계, 및 상기 나노 섬유 표면에 발수성 코팅층 형성 단계를 포함하는 것인 방수성 통기 시트의 제조방법을 제공한다.

상기 발수성 코팅층 형성 단계는 발수성 코팅층 형성용 조성물을 제조하는 단계, 상기 발수성 코팅층 형성용 조성물을 상기 나노 멤브레인에 도포하는 단계, 및 상기 발수성 코팅층 형성용 조성물이 도포된 나노 멤브레인을 건조하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.

상기 발수성 코팅층 형성용 조성물은 점도가 1 cP 내지 1000 cP 인 것일 수 있다.

상기 전기 방사 용액의 농도는 5 % 내지 35 %이고, 점도는 100 cP 내지 10000 cP이고, 상기 전기 방사 조건은 전압이 0 kV 내지 100 kV이고, 토출량이 0.01 cc/min 내지 100 cc/min인 것일 수 있다.

본 발명의 방수성 통기 시트는 나노 멤브레인에 발수성 코팅층을 형성하여 방수, 방진 및 방오 성능을 향상시키고, 나노 멤브레인의 미세 구조, 즉 나노 섬유의 직경, 두께, 기공의 크기 등을 제어하여 음의 흡수와 난반사를 억제하고 음향 투과 손실 측정값을 낮춤으로써 음향의 왜곡이 해소된 것이다.

또한, 본 발명의 방수성 통기 시트의 제조 방법은 폴리비닐리덴 플루오라이드를 전기 방사한 후 발수성 코팅층 형성용 조성물을 도포하여 제조되며, 이때 상기 전기 방사 조건과 발수성 코팅층 형성용 조성물의 점도를 조절하여 상기 나노 멤브레인의 미세 구조를 조절함으로써 우수한 통음성을 가질 뿐만 아니라, 수압방수성 및 통기성이 우수한 방수성 통기 시트를 제조할 수 있다.

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.

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 집적된 나노 멤브레인을 포함하며, 상기 나노 섬유의 표면은 발수성 코팅층을 포함한다. 상기 방수성 통기 시트는 상온(20 ℃ ± 5 ℃), 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않는 수압 방수성을 가지고, 음향 투과 손실이 1000 Hz에서 10 dB 미만이다.

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 섬유(11)들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 집적된 나노 멤브레인(10)을 포함하고, 상기 나노 섬유(11)의 표면은 발수성 코팅층(12)을 포함한다. 선택적으로 상기 나노 멤브레인(10)의 일면 또는 양면에 점착층(20)을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 방수성 통기 시트(100)는 상기 도 1에 도시되어 있지 않지만, 상기 나노 멤브레인(10)을 지지하는 지지체(도시하지 않음)를 더 포함할 수도 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(20)이 상기 나노 멤브레인(10)의 일면에만 위치하는 것이 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 점착층(20)은 상기 나노 멤브레인(10)의 양면에 위치할 수도 있다.

상기 나노 멤브레인(10)은 상기 나노 섬유(11)들에 의해 형성된 다공질 구조에 의해, 물 또는 분진 등의 이물이 통과하는 것을 저지하고, 기체를 투과시키는 특성을 갖는다. 또한, 상기 나노 멤브레인(10)은 소리의 통과를 허용한다. 이로 인해, 상기 방수성 통기 시트(100)는 예를 들어 발음부 또는 수음부를 구비한 전자 기기에 있어서, 그 발음부 또는 수음부에 대응하는 하우징의 통기구에 배치되고, 그 통기구에 통음성, 방수성 및 방진성을 확보하기 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(20)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.

특히 본 발명은 상기 PVdF 나노 섬유(11)의 표면에 발수성 코팅층(12)을 더 포함하여 기존 PVdF에 비하여 방수 가능 온도 및 압력(수압)의 범위가 증대된 초발수 성능을 유지할 수 있으며, 정전기를 방지하여 미세먼지 및 오염물질의 침투를 막는 방진 및 방오 성능을 가질 수 있다.

구체적으로 상기 발수성 코팅층(12)은 실리콘계 발수제를 포함하는 것일 수 있다. 상기 실리콘계 발수제는 상기 나노 섬유(11)에 높은 표면저항 성능 및 우수한 열적 안정성을 부가할 수 있다는 점에서 바람직하다.

상기 실리콘계 발수제는 구체적으로 실록산 결합을 포함한 고분자인 폴리실록산, 폴리디메틸실록산, 올리고실록산, 메틸페닐폴리실록산, 메톡시실란, 에톡시실란, 프로폭시실란, 이소프로폭시실란 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 실리콘계 고분자를 포함하는 것일 수 있다.

다만, 상기 플루오르폴리머를 전기 방사하여 제조된 나노웹은 이를 구성하는 나노 섬유(11)가 규칙적으로 배향/적층되어 섬유 내 기공(cavity)이 원형 또는 다각형 형태로 음향 투과 손실 측정값이 높아 통음성이 저하될 수 있고, 상기 발수성 코팅층(12)에 의하여 상기 기공이 차단되어 통음성이 저하될 우려가 있다.

이에 본 발명에서는 나노 섬유를 전기 방사하여 나노웹 제조시 상기 전기 방사 조건을 조절하고, 상기 발수성 코팅층(12)의 두께 및 도포 중량을 조절함으로써, 상기 나노 멤브레인(10)의 통기도와 기공의 크기 분포를 조절하고, 이로 인하여 음의 흡수와 난반사를 억제하여 음향 투과 손실 측정값을 낮추어 우수한 통음성을 가지도록 한 것이다.

상기 발수성 코팅층(12)은 상기 기공 크기 분포가 조절된 나노웹에 도포되어 나노 웹의 두께, 형상 및 기공 크기를 더욱 불규칙하게 함으로써, 음향 투과 손실 측정값을 낮추고 통음성을 향상시킬 수 있다.

구체적으로 상기 발수성 코팅층(12)은 두께가 10 nm 내지 500 nm로 도포되는 것이 바람직하다. 상기 두께가 10 nm 미만인 경우 발수성 코팅층(12)의 발수 효과가 미미할 수 있고, 500 nm를 초과하면 기공을 차단하여 통음성이 저하될 수 있다.

더욱 구체적으로 상기 발수성 코팅층(12)은 면적당 도포 중량이 0.1 g/㎡ 내지 1 g/㎡인 것이 바람직하다. 도포 중량이 0.1 g/㎡ 미만인 경우 나노 섬유의 발수성 코팅 전후 비교 시 발수 효과를 기대하기 어렵고, 1 g/㎡을 초과하는 경우 나노 멤브레인(10)의 기공 크기가 줄어들어 통기도 및 통음성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.

이에 따라, 상기 나노 멤브레인(10)은 상기 나노 섬유(11)들의 직경이 50 nm 내지 3000 nm이고, 구체적으로 100 nm 내지 2000 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 직경 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 ISO 4593, ISO 9073-2을 적용하여 두께를 측정할 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 평량은 ASTM D 3776 또는 KS K 0514를 적용하여 측정할 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 기공도는 하기 수학식 1에 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 1]

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

(상기 수학식 1에서, A는 나노 멤브레인의 밀도, B는 나노 멤브레인 고분자의 밀도, C는 나노 멤브레인의 중량, D는 나노 멤브레인의 부피이다)

상기와 같이, 상기 나노 멤브레인(10)을 구성하는 나노 섬유(11)의 직경, 및 상기 나노 멤브레인(10)의 두께, 기공 크기가 상기 범위 내인 경우 상기 나노 멤브레인(10)의 음의 흡수와 난반사를 억제하여 음향 투과 손실 측정값을 낮춤으로써 음향의 왜곡을 해소할 수 있다.

상기와 같이, 상기 기공의 크기 분포가 불규칙적임에 따라 상기 나노 멤브레인(10)의 음향 투과 손실 측정값은 1000 Hz에서 10 dB 미만일 수 있고, 구체적으로 1000 Hz에서 0 내지 5 dB일 수 있다. 이때, 상기 음향 투과 손실 측정값은 ASTM E-2611-09의 시험 방법으로 수직 입사음의 음향 투과 손실을 측정할 수 있고, 측정 주파수 대역은 1/3 옥타브밴드 중심 주파수로 100 Hz 내지 5000 Hz이다. 상기 나노 멤브레인(10)의 음향 투과 손실이 1000 Hz에서 10 dB 이상인 경우 방음 효과가 발생하여 음향의 손실, 왜곡으로 상기 방수성 통기 시트(100)의 기능성이 저하될 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 음향 투과 손실이 1000 Hz에서 10 dB 미만임에 따라, 상기 방수성 통기 시트(100)의 음향 투과 손실도 1000 Hz에서 10 dB 미만일 수 있다.

또한, 상기 나노 멤브레인(10)이 상기 PVdF를 전기 방사하여 제조된 나노웹을 포함함에 따라, 상기 나노 멤브레인(10)은 공기 투과도가 0.1 CFM 내지 20 CFM일 수 있고, 구체적으로 0.5 내지 10 CFM일 수 있다. 상기 나노 멤브레인의 공기 투과도는 ASTM D 737 방법을 적용하여 면적 38㎠, 정압 125 Pa의 조건으로 측정할 수 있다. 이때 ㎤/㎠/s를 CFM으로 환산할 수 있고, 환산계수는 0.508016이며 그 단위는 ft³/ft²/min(CFM)이다. 상기 나노 멤브레인(10)의 공기 투과도가 0.1 CFM 미만인 경우 음향의 투과성이 저하되어 어쿠스틱 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 20 CFM을 초과하는 경우 내수압이 저하되어 수분이 전자기기 안으로 침투하여 상기 전자기기를 파손시키는 문제가 있을 수 있다.

또한, 상기 나노 멤브레인(10)이 상기 플루오르폴리머를 전기 방사하여 제조된 나노웹 및 발수성 코팅층(12)을 포함함에 따라, 상기 나노 멤브레인(10)은 내수압이 3000 ㎜H₂O 이상이고, 구체적으로 내수압이 5000 ㎜H₂O 내지 20000 ㎜H₂O 일 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 내수압은 KS K 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 3000 ㎜H₂O 미만인 경우 전자기기의 방수 능력이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.

또한, 상기 나노 멤브레인(10)이 상기 플루오르폴리머를 전기 방사하여 제조된 나노웹 및 발수성 코팅층(12)을 포함함에 따라, 상기 나노 멤브레인(10)은 발수 등급이 4급 이상이고, 구체적으로 발수 등급이 4 내지 5급일 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 역시 전자기기의 방수 능력이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.

또한, 상기 나노 멤브레인(10)이 상기 플루오르폴리머를 전기 방사하여 제조된 나노웹 및 발수성 코팅층(12)을 포함함에 따라, 상기 나노 멤브레인(10)은 탄성률이 1 MPa 내지 1000 MPa이고, 구체적으로 탄성률이 5 MPa 내지 500 MPa일 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 탄성률은 ASTM D 882를 적용하여 MD(machine direction)와 TD(transverse direction)를 각 10 회 측정 후 최대값과 최소값을 제외한 평균값을 사용할 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)의 탄성률이 1 MPa 미만인 경우 전자기기 적용 시 외부 환경 변화에 따른 기계적 내구성이 낮아 음향 성능에 문제가 있을 수 있고, 1000 MPa를 초과하는 경우 방수성 통기 시트(100)의 가공에 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)을 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 1개, 3개, 5개, 9개, 20개 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.

또한, 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 4 m 내지 6 m의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않고, 저온 조건(-20 ℃, 72 시간 유지한 후 측정)의 경우 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상, 구체적으로 4 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 4 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 4 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 상기 방수성 통기 시트(100)의 안쪽으로 물 또는 수분이 침투하여 전자 기기가 파손되어 사용하지 못할 수 있다.

참고로, 상기 일정 깊이에서의 수압은 하기 수학식 2에 의하여 계산할 수 있으며, 해양에서 수압은 수심이 10 m 내려갈 때마다 보통 1 기압씩 증가한다.

[수학식 2]

수압(p) = pgz

(상기 수학식 2에서, p는 해수의 밀도(약 1.03 g/㎤), g는 980 cm/sec², z는 해면 하의 수심(cm)이다)

상기 방수성 통기 시트(100)는 상기 나노 멤브레인(10)을 포함함에 따라, 통기성이 20 cc/min 이상, 구체적으로 20 cc/min 내지 150 cc/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 20 cc/min 미만인 경우 통기성이 저하되어 음향의 왜곡이 생기거나 APU(Accelerated Processing Unit), 디스플레이 또는 BLU(Back Light Unit) 등에서 발생하는 열의 배출이 저하되어 발열될 수 있다.

한편, 상기 점착층(20)은 상기 나노 멤브레인(10)의 표면에 위치하며, 구체적으로 상기 점착층(20)의 둘레부(20a)는 상기 나노 멤브레인(10)의 표면의 둘레에 위치하고 상기 점착층(20)의 중앙부(20b)는 개구된 프레임 형상일 수 있다. 상기 나노 멤브레인(10)은 상기 점착층(20)을 통하여 전자 기기의 하우징의 통기구 내부면에 부착되며, 상기 점착층(20)의 중앙부(20b)의 개구를 통하여 상기 전자 기기의 하우징의 통기구를 막으면서 상기 전자 기기에 통기성 및 방수성을 부여할 수 있다.

상기 점착층(20)의 중앙부(20b)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(20)의 둘레부(20a)의 끝단은 상기 나노 멤브레인(10)의 끝단과 일치하도록 형성될 수 있고, 상기 점착층(20)의 둘레부(20a)의 끝단은 상기 나노 멤브레인(10)의 끝단보다 연장되어 상기 나노 멤브레인(10)의 끝단을 덮도록 형성될 수도 있다.

상기 점착층(20)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(20)은 양면 점착 테이프 일 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(20)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(20)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(20)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 융착 또는 초음파 융착 등의 방법에 의하여 상기 방수성 통기 시트(100)를 상기 전자 기기의 하우징에 직접 부착시킬 수도 있다.

상기 방수성 통기 시트(100)는 상기 나노 멤브레인(10)의 강도를 보강하기 위하여 상기 지지체를 더 포함할 수 있다.

상기 지지체는 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, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르설폰, 불소 수지, 초고분자량 폴리에틸렌, 금속 등으로 이루어진 지지체를 사용할 수 있다.

구체적으로, 상기 지지체가 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 중합체 재료를 포함할 수 있고, 일반적으로 섬유 형성 중합체 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.

또한, 상기 지지체를 상기 나노 멤브레인(10)에 적층하는 방법은 단순히 서로 겹치거나 접합하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 접합은 점착성 적층, 열적 적층, 가열 증착, 초음파 증착, 점착제에 의한 점착 등의 방법에 의해 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 지지체가 상기 나노 멤브레인(10)과 열적 적층에 의해 적층되는 경우는, 가열에 의해 상기 지지체의 일부를 용융하여 점착할 수 있다. 이 경우, 점착제를 사용하지 않고 상기 지지체가 상기 나노 멤브레인(10) 에 점착되며, 불필요한 중량 증가 및 통기성의 저하를 피할 수 있다. 또한, 상기 지지체와 상기 나노 멤브레인(10)은 핫 멜트 파우더(hot melt powder) 등의 융착제를 이용하여 점착될 수도 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방수성 통기 시트의 제조 방법은 전기 방사 용액을 제조하는 단계, 그리고 상기 제조된 전기 방사 용액을 전기 방사하여 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 집적된 나노 멤브레인을 제조하는 단계 및 상기 나노 섬유 표면에 발수성 코팅층 형성 단계를 포함한다.

상기 방수성 통기 시트의 제조 방법은 상기 전기 방사 조건 및 발수성 코팅층 형성 조건을 조절하여 상기 나노 멤브레인의 미세 구조를 조절함으로써 우수한 통음성을 가질 뿐만 아니라, 수압방수성 및 통기성이 우수한 방수성 통기 시트를 제조할 수 있다.

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 플루오르폴리머를 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 전기 방사 조건을 조절하여 상기 나노 멤브레인의 미세 구조를 조절함으로써 우수한 통음성을 가질 뿐만 아니라, 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 스프레이 형태로 분사되어 나노 섬유의 형성이 어려운 문제가 있을 수 있고, 35 %를 초과하는 경우 전기 방사 용액으로 적합하지 않아 방사에 어려움이 있을 수 있다.

상기 전기 방사 용액의 점도는 100 cP 내지 10000 cP이고, 구체적으로 200 cP 내지 5000 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 스프레이 형태로 분사되어 나노 섬유의 형성에 문제가 있을 수 있고, 10000 cP를 초과하는 경우 방사용 노즐 및 이동 튜브 내 방사 용액의 이송이 어려울 수 있고 전기 방사 조건 수립 및 진행에 문제가 있을 수 있다.

또한, 상기 전기 방사 조건은 전압이 0 kV 내지 100 kV이고, 구체적으로 30 kV 내지 70 kV일 수 있다. 상기 전압이 100 kV를 초과하는 경우 방사 노즐과 콜렉터 간의 전압 차이가 커 나노 멤브레인 제조에 영향을 끼칠 뿐만 아니라 전기방사에 어려움이 있을 수 있다.

상기 전기 방사 조건은 토출량이 0.01 cc/min 내지 100 cc/min이고, 구체적으로 0.5 cc/min 내지 50 cc/min일 수 있다. 상기 토출량이 0.01 cc/min 미만인 경우 섬유를 형성하기 위한 고분자가 일정량이 되지 않아 단섬유에 웹 형태로 제조되지 않는 문제가 있을 수 있고, 100 cc/min를 초과하는 경우 방사 용액 내 용매의 휘발이 원활하게 이루어지지 않아 필름화 현상이 발생할 수 있다.

다음으로 발수성 코팅층 형성 단계는, 발수성 코팅층 형성용 조성물을 제조하는 단계, 상기 발수성 코팅층 형성용 조성물을 상기 나노 멤브레인에 도포하는 단계, 및 상기 발수성 코팅층 형성용 조성물이 도포된 나노 멤브레인을 건조하는 단계를 포함한다.

상기 발수성 코팅층 형성용 조성물은 구체적으로 실록산 결합을 포함한 고분자인 폴리실록산, 폴리디메틸실록산, 올리고실록산, 메틸페닐폴리실록산, 메톡시실란, 에톡시실란, 프로폭시실란, 이소프로폭시실란 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 실리콘계 고분자를 포함하는 것일 수 있다.

상기 발수성 코팅층 형성용 조성물은 상기 실리콘계 고분자를 물, 이소프로필알코올(IPA), 에탄올, 글리세롤, 및 글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 용매로 희석하여 사용하는 것일 수 있다.

상기 실리콘계 고분자는 상기 발수성 코팅층 조성물 전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 50 중량%로 포함되는 것일 수 있고, 용매에 따라 함량을 조절할 수 있다. 본 발명에 따른 일 실시예에서, 용매가 물인 수성 에멀젼인 경우 상기 실리콘계 고분자를 20 중량% 내지 40 중량%로 포함할 수 있다.

상기 발수성 코팅층 형성용 조성물은 점도가 1 cP 내지 1000 cP인 것이 나노 멤브레인의 섬유 코팅층 형성면에서 바람직하다. 상기 조성물의 점도는 KS M ISO 2555 방법으로 23 ℃ 온도에서 측정할 수 있다. 상기 발수성 코팅층 형성용 조성물의 점도가 1 cP 미만인 경우 나노 섬유의 일정 두께 이상의 코팅층 형성이 어려워 표면 저항 및 정전기 방지 효과에 의한 방진, 방오 성능이 미미할 수 있으며, 1000 cP를 초과하는 경우 용융 흐름성이 저하되어 발수성 코팅층의 두께를 10 nm 내지 500 nm로 유지하기 어렵고, 통기도 및 음향 성능을 확보하기 위한 일정 이상의 기공도를 얻을 수 없다.

상기 발수성 코팅층 형성용 조성물을 상기 나노 멤브레인에 도포하는 단계는 스프레이, 함침, 프린팅, 롤링, 용액 캐스팅, 롤에 조각을 실시한 그라비어 전사 코팅법, 스크린 코팅법, T-다이 코팅법, 파이바 코팅법 등의 방법으로 표면에 균일하게 도포하는 것일 수 있다. 이때 상기 발수성 코팅층 형성용 조성물의 용융 온도는, 80 ℃ 내지 300 ℃인 것이 바람직하고, 80 ℃ 내지 200 ℃인 것이 보다 바람직하다.

다음으로 건조 단계는 상기 발수성 코팅층 형성용 조성물이 도포된 나노 멤브레인을 80 ℃ 내지 200 ℃ 오븐에서 1 분 내지 5 분 동안 건조시키는 것일 수 있다.

상기 건조 조건이 80 ℃ 미만에서 1 분 미만으로 실시되는 경우 발수성 형성용 조성물 내 용매의 증발 및 실리콘계 고분자가 경화되기에 시간이 짧아 코팅층 형성이 제대로 이루어지지 않을 수 있고, 나노 섬유 표면에 생성된 수분이 완전히 제거되지 않아 박리가 일어나거나 코팅이 흐를 수 있다. 200 ℃를 초과하는 조건에서, 5 분을 초과하여 건조 시키는 경우 나노 멤브레인 제품 자체에 변형이 일어날 수 있어 문제가 있을 수 있다. 즉 상기 범위 내에서 진행하는 경우 나노 멤브레인의 형태를 유지하면서 용매인 물을 증발시킬 수 있고, 나노 섬유의 발수제 코팅층이 균일하도록 경화시킬 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 2000 cP이었다.

상기 전기 방사 용액을 상기 도 3의 전기 방사 장치를 이용하여 전압 55 kV, 토출량 5 cc/min의 조건으로 전기 방사하여 나노웹을 제조하였다.

실리콘계 발수제를 물에 1 %의 농도로 희석하여 점도가 30 cP인 발수성 코팅층 형성용 용액을 제조하였다. 제조된 용액을 상기 제조된 나노 멤브레인 표면에 스프레이를 이용하여 분사하여 중량이 0.15 g/㎡가 되도록 도포하였다. 도포한 후 80 ℃ 오븐에서 3 분간 건조시켜 나노 멤브레인을 제조하였다.

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

( 실시예 2 내지 실시예 4)

상기 실시예 1에서 상기 전기 방사 용액의 농도, 점도, 전기 방사 조건 및 발수제 도포량을 하기 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 방수성 통기 시트를 제조하였다.

( 비교예 1 및 비교예 2)

상기 실시예 1에서 실리콘계 발수층 형성한 것을 제외하고 전기 방사 용액의 농도, 점도, 전기 방사 조건을 동일한 방법으로 실시하여 방수성 통기 시트를 제조하였다.

구분	농도(%)	점도(cP)	전압(kV)	토출량(cc/min)	발수제 도포량(g/㎡)
실시예 1	15	2000	55	5	0.15
실시예 2	20	5000	60	5	0.15
실시예 3	15	2000	55	5	0.5
실시예 4	20	5000	60	5	0.5
비교예 1	15	2000	55	5	0
비교예 2	20	5000	60	5	0

[ 실험예 1: 나노 멤브레인의 특성 측정]

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 나노 멤브레인의 나노 섬유들의 직경, 두께, 기공 크기, 기공도, 평량을 측정하여 하기 표 2에 나타내었고, 상기 나노 멤브레인의 공기 투과도, 내수압, 발수 등급, 탄성률을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.

상기 나노 멤브레인의 기공 크기는 ASTM F 316에 규정된 모세관 흐름 공극 측정기(capillary flow porometer)를 사용하여 가장 협소한 구간에서의 공극 크기인 제한 공극의 직경에서 평균 공극 크기 및 공극의 크기 분포를 측정하였다.

상기 나노 멤브레인의 두께는 KS K 0506에 규정된 두께 측정법 또는 ISO 4593 및 ISO 9073-2을 적용하여 두께를 측정하였다.

상기 나노 멤브레인의 평량은 ASTM D 3776 적용하여 측정하였다.

상기 나노 멤브레인의 기공도는 상기 수학식 1에 따라 측정하였다.

상기 나노 멤브레인의 공기 투과도는 ASTM D 737 방법을 적용하여 면적 38㎠, 정압 125 Pa의 조건으로 측정하였다. 이때 ㎤/㎠/s를 ft³/ft²/min(CFM)으로 환산하였다. 환산계수는 0.508016 이다.

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

상기 나노 멤브레인의 발수 등급은 KS K 0590에 규정된 방법으로 측정하였다.

상기 접촉각은 ASTM D 5946에 따라 측정하였다.

상기 나노 멤브레인의 탄성률은 ASTM D 882를 적용하여 MD(machine direction)방향을 10 회 이상 측정 후 최대값과 최소값을 제외한 평균값을 사용하였다.

구분	나노 섬유 직경(㎛)	두께 (㎛)	기공 크기 (㎛)	평량 (g/㎡)	기공도 (%)
실시예 1	0.1~1	15	0.7~1.5	7.1	73.6
실시예 2	0.16~1.8	16	0.5~1.2	7.2	74.9
실시예 3	0.15~1.5	16	0.5~1.3	7.7	73.1
실시예 4	0.2~2	17	0.3~1.0	7.8	74.4
비교예 1	0.08~1	15	0.7~1.5	6.9	74.3
비교예 2	0.16~2	16	0.5~1.2	7.3	74.3

구분	공기투과도 (CFM)	내수압 (㎜H2O)	발수 등급	탄성률 (MD방향, ㎫)	접촉각(°)
실시예 1	3.2	10000	4~5급	62	137
실시예 2	3.1	10000	4~5급	66	137
실시예 3	3.0	12000	5급	70	142
실시예 4	3.0	12000	5급	71	143
비교예 1	3.2	7000	4급	49	122
비교예 2	3.1	7000	4급	52	123

상기 표 2 및 표 3을 참고하면, 상기 실시예 1 내지 4는 고분자 농도에 따라 나노 멤브레인의 미세 구조, 즉 나노 섬유의 직경, 두께를 제어하였으며, 발수제 도포량에 따라 통기도는 유지하면서 발수 성능은 향상된 것을 알 수 있다.

[ 실험예 2: 방수성 통기 시트의 특성 측정]

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 방수성 통기 시트의 음향 투과 손실, 수압 방수성(상온, 저온, 고온/고습, 열충격) 및 통기성을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.

상기 방수성 통기 시트의 음향 투과 손실은 음향 전송 손실 시험으로 평가하였고, 구체적으로 평가 방법은 음향 투과 손실은(ASTM E-2611-09)을 적용하여 평가하였다.

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 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)으로 1 PSI 압력 하에서 직경 1 mm 원형 면적을 1분 동안 통과하는 공기의 유량을 측정하였다.

구분	음향투과손실 (dB)	수압방수 (상온)	수압방수 (저온)	수압방수 (고온고습)	수압방수 (열충격)	통기성 (cc/min@1PSI)
실시예 1	0.3	4m, 100분	4m, 80분	4m, 60분	4m, 80분	60~70
실시예 2	0.2	4m, 100분	4m, 80분	4m, 60분	4m. 80분	60~70
실시예 3	0.4	4m, 150분	4m, 120분	4m, 100분	4m, 120분	50~60
실시예 4	0.5	4m, 150분	4m, 120분	4m, 100분	4m, 120분	50~60
비교예 1	0.2	4m, 3분	4m, 2분	4m, 0분	4m, 3분	60~70
비교예 2	0.3	4m, 5분	4m, 2분	4m, 0분	4m, 2분	60~70

상기 표 4를 참조하면, 상기 실시예 1 내지 4는 음향 투과 손실이 10 dB 미만이고, 수압 방수성(상온, 저온, 고온/고습, 열충격)이 4 m의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않았고, 통기성이 20 cc/min(@1 PSI) 이상인 것을 알 수 있다.

그러나, 상기 비교예 1 및 2의 경우 음향 투과 손실과 통기성은 실시예 1 내지 2와 비슷했지만, 수압 방수성(상온, 저온, 고온/고습, 열충격)이 4 m의 수압에서도 누수되었다.

즉, 상기 실시예 1 내지 4는 폴리비닐리덴 플루오라이드를 전기 방사하여 제조시 전기 방사 조건을 조절하여 상기 나노 멤브레인의 미세 구조를 조절함과 동시에 수압방수성 높이고, 우수한 통기성을 가질 뿐만 아니라 음향 투과 손실이 거의 없는 방수성 통기 시트를 제조하였음을 알 수 있다.

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
11: 나노 섬유 12: 발수성 코팅층
20: 점착층
20a: 둘레부 20b: 중앙부
200: 지그
210: 수압부

Claims (11)

1. 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 집적된 나노 멤브레인을 포함하며,
   상기 나노 섬유의 표면은 발수성 코팅층을 포함하고,
   상기 나노 멤브레인은 상기 나노 섬유들의 직경이 50 nm 내지 3000 nm이고, 두께가 3 ㎛ 내지 40 ㎛ 이고, 기공 크기가 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛이고, 기공도가 40 % 내지 90 %이고, 평량이 0.5 g/㎡ 내지 20 g/㎡이고,
   상기 나노 섬유는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF, polyvinylidene difluoride)를 포함하고,
   상기 발수성 코팅층은 두께가 10 nm 내지 500 nm 이고, 도포 중량이 0.1 g/㎡ 내지 1 g/㎡이고,
   상온(20 ℃ ±5 ℃), 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않는 수압 방수성을 가지고, 음향 투과 손실이 1000 Hz에서 10 dB 미만인 것인 방수성 통기 시트.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 발수성 코팅층은 실리콘계 발수제를 포함하는 것인 방수성 통기 시트.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 나노 멤브레인은 공기 투과도가 0.1 CFM 내지 20 CFM이고, 내수압이 3000 ㎜H₂O 이상이고, 발수 등급이 4급 이상이고, 탄성률이 1 MPa 내지 1000 MPa인 것인 방수성 통기 시트.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 방수성 통기 시트는 수압 방수성이 저온 조건(-20 ℃, 72 시간 유지한 후 측정)의 경우 1.5 m 이상의 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 누수되지 않고, 열충격 조건(-40 ℃, 85 ℃를 각각 1 시간 동안 유지하는 한 사이클을 30 사이클 반복한 후 측정)의 경우 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않는 것인 방수성 통기 시트.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 방수성 통기 시트는 통기성이 20 cc/min(@1 PSI) 이상인 것인 방수성 통기 시트.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 방수성 통기 시트는 상기 나노 멤브레인 일면 또는 양면에 점착층을 더 포함하는 것인 방수성 통기 시트.
8. 플루오르폴리머를 포함하는 전기 방사 용액을 제조하는 단계,
   상기 제조된 전기 방사 용액을 전기 방사하여 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 집적된 나노 멤브레인을 제조하는 단계, 및
   상기 나노 섬유 표면에 발수성 코팅층 형성 단계를 포함하고,
   상기 나노 멤브레인은 상기 나노 섬유들의 직경이 50 nm 내지 3000 nm이고, 두께가 3 ㎛ 내지 40 ㎛ 이고, 기공 크기가 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛이고, 기공도가 40 % 내지 90 %이고, 평량이 0.5 g/㎡ 내지 20 g/㎡이고,
   상기 나노 섬유는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF, polyvinylidene difluoride)를 포함하고,
   상기 발수성 코팅층은 두께가 10 nm 내지 500 nm 이고, 도포 중량이 0.1 g/㎡ 내지 1 g/㎡이고,
   상온(20 ℃ ±5 ℃), 1.5 m 이상의 수압에서 30 분 이상 누수되지 않는 수압 방수성을 가지고, 음향 투과 손실이 1000 Hz에서 10 dB 미만인 것인 방수성 통기 시트의 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 발수성 코팅층 형성 단계는
   발수성 코팅층 형성용 조성물을 제조하는 단계,
   상기 발수성 코팅층 형성용 조성물을 상기 나노 멤브레인에 도포하는 단계, 및
   상기 발수성 코팅층 형성용 조성물이 도포된 나노 멤브레인을 건조하는 단계를 포함하는 것인
   방수성 통기 시트의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 발수성 코팅층 형성용 조성물은 점도가 1 cP 내지 1000 cP 인 것인 방수성 통기 시트의 제조 방법.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기 방사 용액의 농도는 5 % 내지 35 %이고, 점도는 100 cP 내지 10000 cP이고,
    상기 전기 방사 조건은 전압이 20 kV 내지 100 kV이고, 토출량이 0.01 cc/min 내지 100 cc/min인 것인 방수성 통기 시트의 제조 방법.
    

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