KR101866343B1 - 생산성이 향상된 나노섬유 창상피복재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 창상피복재에 관한 것으로, 본 발명은 열가소성 폴리우레탄 기재; 및 상기 열가소성 폴리우레탄 기재 상에 나노섬유가 적층되어 있고, 상기 나노섬유의 총 평량은 1 내지 20g/㎡인 것을 특징으로 하는 나노섬유 부직포를 포함하는 창상피복재를 제공한다.
본 발명에 의한 창상피복재의 제조방법은 나노섬유가 적층형성되는 기재를 회전시키어 동일한 면에 연속적으로 상향식 및 하향식 전기방사장치에 의해 나노섬유를 제조하여 제조공정이 간소화됨과 동시에 제조 시간을 절감할 수 있다는 이점이 있다.

Description

생산성이 향상된 나노섬유 창상피복재 및 그 제조방법{Wound dressing materials containing Nano-fiber and manufacturing method therof}

본 발명은 창상피복재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세 공간이 많고, 단위 중량당 표면적이 큰 특징을 가져 창상피복재용으로 사용시 피부와의 밀착성 및 공기투과도가 우수하고, 외부로부터 세균의 침투에 의한 감염을 막을 수 있으며 투습성이 뛰어난 나노섬유를 포함하는 창상피복재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

인체의 피부는 창상, 화상 등이 발생하는 경우, 상처부위를 방어하고 자연 치유하려는 성질을 가지고 있는데, 이러한 경우 상처부위를 효과적으로 보호하고 치유속도를 높이기 위한 방법으로 창상피복재가 사용된다.

1962년 동물학자 윈터(Winter)의 연구 논문에 따르면, 종래에 상처를 건조하여 딱지가 생기게 하는 방법에 비해, 상처를 습윤하게 유지하는 것이 치유에 더 도움이 된다. 윈터의 논문 이후, 습윤 상처 처치의 유용성이 계속적으로 입증되고 강조되어 왔다. 오늘날에는 상처에서 분비되는 체액이 탈수되거나 건조되지 않도록 하는 습윤 상처 처치(Wet dressing) 방법이 상처 치료를 용이하게 하는 것으로 널리 인식되어 있다.

따라서, 창상피복재가 갖추어야 할 특성은 창상이나 화상 등의 상처에서 발생하는 혈액 내지 삼출물을 효과적으로 흡수하면서, 습윤한 환경을 유지하고 동시에 상처 부위를 효과적으로 보호할 수 있어야 한다. 나아가 생체적합성이 우수하여 상처부위에 대한 거부반응이 없어야 하고, 상처주변에 있는 정상피부의 침연 등을 방지하기 위하여 높은 투습도를 유지할 수 있는 투습성이 있어야 한다는 점 역시 창상피복재에게 요구되는 특성이라 할 것이다.

투습도는 창상피복재의 두께가 두꺼워 질수록 급속도로 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 투습도를 높게 하기 위하여 필름을 얇게 가공을 하면 투습도는 올라가게 되지만, 필름이 너무 얇아지면 상처에 처치 시 취급이 어려운 문제점이 있다.

종래 창상피복재로 사용되는 부직포나 종이는 가격이 저렴하고, 사용상 간편한 점이 있으나, 박테리아나 이물질 등에 대한 방어기능이나 방수성이 없고, 신체의 굴곡진 부위에 적용했을 때, 쉽게 떨어지는 문제점이 있다. 또한 투습도가 너무 높아 상처를 건조한 상태로 유지하게 되므로 흡수재가 상처면에 부착되어 창상피복재 교환 시 신생조직의 손상을 유발하는 문제점이 있었다.

나노섬유는 그 구조적 특징으로 말미암아 공기투과도가 우수하면서도, 미세입자나 박테리아 등을 통과시키지 않는 항균 기능을 가지고 있을 뿐만 아니라, 내부의 삼출물을 배출할 수 있는 특성을 가지고 있다. 이에 따라 최근에는 전기방사에 의한 다공성 나노섬유 웹으로 이루어진 창상피복재가 개발되고 있다.

그 중 하나로 다공성 나노섬유 웹 및 그 제조방법에서 제 1 나노섬유 웹과 제 2 나노섬유 웹을 각각 형성하여 결합시킨 방법이 제안되었다. 그러나, 상기와 같은 방법은 2층 나노섬유 웹을 만드는 과정에서 전기방사 공정을 2번 거치므로 제조공정이 복잡해지고 소모되는 시간도 길어져 이에 따라 경제성이 저하되는 문제가 있었다.

또한, 기존의 상향식 전기방사 장치에 의한 나노섬유를 제조하는 경우 상향식에 따른 생산 속도 및 생산량이 낮아지는 문제가 있었다.

또한, 종래의 나노섬유를 방사하는 기술의 경우, 실험실 위주의 소규모 작업 라인으로 한정되어 있기 때문에 방사구간을 구획하여 유닛 개념으로 나노섬유를 방사하는 기술이 요구되고 있는 실정이다.

이에 본 발명은, 다공성 나노섬유를 제조하기 위한 전기방사시 상향식 전기방사장치와 하향식 전기방사장치를 교대로 설치하여 방사용액을 분사하고, 전기방사장치 사이에 회전장치를 구비함으로써, 지지체 또는 기재의 일면에 연속적으로 나노섬유 웹이 적층되는 것이 가능함과 동시에 상향식 전기방사장치의 이점인 고품질의 나노섬유 웹 생산과 하향식 전기방사장치의 이점인 대량생산이 가능한 나노섬유의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 열가소성 폴리우레탄 기재; 및 상기 열가소성 폴리우레탄 기재 상에 나노섬유가 적층되어 있고, 상기 나노섬유의 총 평량은 1 내지 20g/㎡인 것을 특징으로 하는 나노섬유 부직포를 포함하는 창상피복재를 제공한다.

본 발명의 창상피복재는 나노섬유의 다른 일면에 다른 하나의 열가소성 폴리우레탄 기재가 적층되어, 나노섬유 층의 양면에 열가소성 폴리우레탄 기재가 위치하는 3층 및 샌드위치 구조가 될 수도 있다.

또한, 본 발명은 열가소성 폴리우레탄 기재를 준비하는 단계; 상기 열가소성 폴리우레탄 기재의 하부면에 고분자 방사용액을 하향식 전기방사하여 제1 나노섬유를 적층형성하는 단계; 상기 제1 나노섬유가 적층형성된 지지체가 회전장치를 지나면서 하부면이 상부면으로 180도 회전되는 단계; 상기 제1 나노섬유 상에 고분자 방사용액을 상향식 전기방사하여 제2 나노섬유를 연속적으로 적층형성하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 나노섬유가 연속적으로 적층형성된 열가소성 폴리우레탄 기재를 라미네이팅하는 단계; 를 포함하고 상기 제1 및 제2 나노섬유의 총 평량은 1 내지 20g/㎡인 것을 특징으로 하는 창상피복재의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 창상피복재의 제조방법은 온도조절 장치를 통하여 고분자 방사용액이 45 내지 120 ℃인 고온에서 전기방사되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 나노섬유가 적층형성되는 기재를 회전시키어 동일한 면에 연속적으로 상향식 및 하향식 전기방사장치에 의해 나노섬유를 제조하여 나노섬유를 포함하는 창상피복재의 제조공정이 간소화됨과 동시에 제조 시간을 절감할 수 있다는 효과를 거둘 수 있다.

그리고, 본 발명은 기재를 회전시키는 회전장치를 각 전기방사장치 사이에 설치시킴으로서 전기방사 장치의 설치시 공간활용을 평면상에 수평방향으로 또는 수직으로 배치되는 층층으로 설치가 가능함에 따라 공간활용이 용이함과 동시에 설치공간에 여유가 있는 효과가 있다. 다시 말해서 협소한 공간에서도 전기방사장치의 설치 및 가동이 가능하고 고온에서의 전기방사가 가능하므로, 나노섬유의 대량생산이 가능한 효과를 거둘 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치를 개략적으로 나타내는 측면도,
도 2는 본 발명의 나노섬유 제조장치의 각 전기방사장치 내에 설치되는 노즐블록을 개략적으로 나타내는 평면도,
도 3은 본 발명의 나노섬유 제조장치의 각 전기방사장치 내에 설치되는 노즐블록 내에 온도조절을 위한 열선이 설치된 모습을 개략적으로 나타내는 정단면도,
도 4는 도 3의 A-A선 단면도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 나노섬유 제조장치의 회전장치의 일 실시예로 사용되는 플립장치를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명의 나노섬유 제조장치를 수직방향으로 배치한 경우의 배치도를 개략적으로 나타낸 측면도,
도 8은 본 발명의 나노섬유 제조장치를 수평방향에 대해 U자로 배치한 경우의 배치도를 개략적으로 나타낸 조감도이다.

이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치를 개략적으로 나타내는 측면도이고, 도 2는 본 발명의 나노섬유 제조장치의 각 전기방사장치 내에 설치되는 노즐블록을 개략적으로 나타내는 평면도이며, 도 3은 본 발명의 나노섬유 제조장치의 각 전기방사장치 내에 설치되는 노즐블록 내에 온도조절을 위한 열선이 설치된 모습을 개략적으로 나타내는 정단면도이고, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 나노섬유 제조장치에서 사용되는 회전장치(20)의 일 실시예인 플립장치(20-1)를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명의 나노섬유 제조장치를 수직방향으로 배치한 경우의 배치도를 개략적으로 나타낸 측면도이고, 도 8은 본 발명의 나노섬유 제조장치를 수평방향에 대해 U자로 배치한 경우의 배치도를 개략적으로 나타낸 조감도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치(1)는 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10); 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)를 포함하여 구성되되, 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10); 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)가 일정간격 이격되어 배열설치된다.

여기서 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)와; 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)는 고분자 방사용액(미도시)이 내부에 충진되는 방사용액 주탱크(11,31) 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(15,35)이 다수개 배열설치되는 노즐블록(13,33)과 상기 노즐(15,35)의 상단(상향식 전기방사장치의 경우) 및 하단(하향식 전기방사장치의 경우)에 위치하여 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(15,35)로부터 일정간격 이격되는 컬렉터(17,37) 및 상기 컬렉터(17,37)에 전압을 발생시키기는 전압 발생장치(14)를 포함하여 구성된다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치(1)는 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10); 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)의 방사용액 주탱크(11,31) 내에 충진되는 방사용액이 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐(15,35) 내의 연속적으로 정량 공급되고 노즐(15,35)로 공급되는 고분자 방사용액은 노즐(15,35)을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(17,37) 상에 방사, 집속되어 나노섬유를 형성하며, 형성된 나노섬유를 엠보싱 또는 니들펀칭하여 부직포로 제조한다.

한편, 상기 각 전기방사장치에서 노즐(15,35)이 배치되어 있는 노즐블록(13,33)은 각 관체(112) 내에 온도조절장치(60)가 구비된다. 즉, 상기 각 전기방사장치(10,30) 내에 설치되되, 다수개의 노즐(15,35)로 고분자 방사용액이 공급되는 노즐블록(13,33)의 관체에 고분자 방사용액의 온도를 조절하기 위한 온도조절장치가 구비된다. 여기서, 상기 노즐블록(13,33) 내의 고분자 방사용액의 흐름은 고분자 방사용액이 저장되는 방사용액 주탱크(11,31)로부터 방사용액 유동파이프(미도시)를 통하여 각 관체로 공급된다. 그리고 각 관체에 공급되는 고분자 방사용액은 다수의 노즐(15,35)을 통해 방사 및 토출되어 나노섬유 웹의 형태로 지지체(3)에 집적된다. 이때 각 관체 및 상기 관체의 상부에 길이방향으로 일정간격 이격되어 다수개로 장착되는 노즐(15,35)은 도전부재로 이루어져 전기적으로 접속된 상태로 관체에 장착된다. 여기서 상기 온도조절장치(60)는 각 관체로 공급 및 유입되는 고분자 방사용액의 온도조절을 제어하기 위하여 상기 관체의 내주연에 열선(113) 형태로 구비된다. 즉, 도 3 내지 도 5에서 도시하고 있는 바와 같이 상기 노즐블록(13,33)의 관체 내주연에 열선으로 이루어지는 온도조절장치(60)가 노즐블록(13,33)의 관체 내주연에 나선상으로 형성되어 관체로 공급 및 유입되는 고분자 방사용액의 온도를 조절한다. 본 발명에서는 상온에서 방사하는 것이 일반적이나, 바람직하게 45 내지 120℃인 고온에서 방사하는 것도 가능하다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 노즐블록(13,33)의 관체 내주연에 열선으로 이루어지는 온도조절장치(60)가 나선상으로 구비되어 있으나, 상기 온도조절장치(60)가 열선 형태로 형성되되, 상기 관체의 내주연 방사상에 길이방향으로 다수개 구비되어 고분자 방사용액의 온도를 조절하도록 이루어지는 것도 가능하고, 상기 온도조절장치(60)가 대략 C형태의 관체형상으로 형성되되, 상기 관체의 내주연에 구비되어 고분자 방사용액의 온도를 조절하도록 이루어지는 것도 가능하다.

한편, 상기 나노섬유 제조장치(1)의 전단에는 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)가 배치되고 후단에는 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)가 배치되고 각 전기방사장치에서 고분자 방사용액이 분사되어 나노섬유가 적층형성되는 지지체(3)를 공급하는 공급롤러(5)가 구비되고, 나노섬유 제조장치(1)의 최후단에는 나노섬유가 적층형성되는 지지체(3)를 권취하기 위한 권취롤러(9)가 구비된다.

여기서, 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10); 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)의 고분자 방사용액이 적층되는 지지체(3)는 부직포 또는 직물 등으로 이루어지는 것이 바람직하나 이에 한정하지 아니하고, 지지체(3)를 기재로 직접 이용하는 것도 가능하다.

본 발명에서는 지지체로 열가소성 폴리우레탄 기재(Thermoplastic PolyUrethane, TPU)를 사용하는 것이 특징이다. TPU 기재는 멜트블로운 방식으로 제조되는 것이 바람직하다.

먼저 폴리우레탄은 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate)와 폴리알콜(Polyalcohol)의 반응에 의해 만들어지는 우레탄 결합의 폴리머이다. 폴리우레탄은 탄성, 내마모성, 가공성이 우수하여 산업 및 소비재, 부품 등에 다양하게 사용되는데, 폴리우레탄의 종류에 따라 그 물성의 차이가 있으므로 용도에 맞는 제품의 선택이 중요하다.

폴리우레탄은 크게 2가지로 구분되는데, 열가소성 폴리우레탄과 열경화성 폴리우레탄으로 나뉘는데, 여기서 열가소성 폴리우레탄의 경우 강도, 성형성, 내화학성, 내유성, 내마모도 등이 우수한 특징이 있다. 열가소성 폴리우레탄(TPU)로 이루어진 신축성 부직포는, 그들의 높은 탄성, 낮은 잔류왜곡 및 우수한 통기성에 의해 의류, 위생재료 및 스포츠용품용 재료를 포함한 용도에 이용되어 왔다. 이른바 멜트 블로우 방사 방법(melt-blow spinning method)으로 제조되는 열가소성 폴리우레탄 부직포는 뛰어난 신축성과 유연성 및 통기성을 가지고 있어서, 종래부터 종이 기저귀의 사이드 밴드, 구급 반창고의 기포(base fabric), 1회용 장갑 등과 같은 비교적 인체의 움직임에 대한 순응이 요망되는 분야, 혹은 스포츠 의류·신축성 면 패드(cotton pad) 등의 겉옷 분야 등 비교적 소프트한 신축성이 요망되는 분야에 사용되고 있다.

상기 열가소성 폴리우레탄의 제조방법은 잘 알려져 있다. 즉, 폴리에스테르폴리올 또는 폴리에테르폴리올과 같은 하이드록시 말단기를 함유하는 선형 폴리올과, 양 말단에 이소시아네이트기를 함유하는 디이소시아네이트 화합물을 반응시켜 제조되며, 필요에 따라 사슬연장제, 모노아민 화합물 등의 말단정지제, 기타 첨가제를 첨가하여 제조된다.

폴리올로는 선형상의 호모 또는 공중합체로 이루어지는 각종 디올, 예를 들어 폴리에스테르디올, 폴리에테르디올, 폴리에스테르아미드디올, 폴리아크릴디올, 폴리티오에스테르디올, 폴리티오에테르디올, 폴리카보네이트디올, 또는 이들의 혼합물 또는 공중합체가 사용될 수 있다. 보다 구체적인 예로는 폴리옥시에틸렌글리콜, 폴리옥시프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 테트라메틸렌기와 3-메틸테트라케틸렌기로 이루어진 공중합 폴리에테르글리콜 등의 폴리알킬렌에테르글리콜을 예시할 수 있다.

하드 세그먼트 역할을 하는 디이소시아네이트 화합물로는 방향족, 지방족 또는 지환족 디이소시아네이트가 사용되는데, 예를 들러 4,4'디페닐케탄디이소시아네이트, 1,3- 및 1,4-시클로헥실렌디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트, 트리메틸렌디이소시아네이트, 테트라메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

사슬연장제로는 디아민 화합물 또는 디올 화합물을 들 수 있으며, 예를 들어 메틸렌디아민, 에탄올디아민, 1,2-프로필렌디아민 등의 디아민 화합물과, 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜 등의 디올 화합물이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

말단정지제로는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 디이소프로필아민과 같은 모노아민계 화합물을 들 수 있다.

한편, 열가소성 폴리우레탄의 수평균 분자량은 1,000∼100,000인 것이 바람직하다.

본 발명에서는 기재로서 이러한 열가소성 폴리우레탄을 부직포 기재로 사용하는 것에 특징이 있는데, 먼저, 부직포는 웹(섬유를 거듭해 맞춘 상태)를 제작하여 섬유끼리 물리적화학적으로 포장에 얽히게 할 수 있어 제조한다.

일반적인 부직포의 제조공정은 웹 형성과 웹 결합공정을 거치게 된다. 일반적인 공정은 단섬유 부직포에만 사용되며, 장섬유 부직포는 방사에 의한 필라멘트를 사용하므로 이 공정은 필요치 않다. 부직포의 경우 압축된 베일(Bale) 상태로 입고되므로 부직포를 만들기 위해서는 압축된 섬유들의 과정을 거쳐야한다. 웹의 형성공정은 부직포를 만들기 위해서 반드시 필요한 공정으로, 건식 부직포는 웹의 형성을 대기 중에서 행하는데 반하여 습식 부직포는, 섬유를 분산시켜 이것을 떠올림으로써 웹을 얻는다. 따라서 건식부직포는 섬유의 배열이 방향성을 갖는 것이 대부분이나, 습식부직포는 섬유가 랜덤한 불규칙 배열을 이룬다. 그러나 건식부직포에도 랜덤 카드기의 개발로 용도에 따라 방향성이 없는 웹을 얻을 수 있다.

웹을 형성하는 방법으로서 원료 펠렛(pellet)으로부터 용해 방사를 제작한 장섬유를 사용하는 스펀본드법, 단섬유를 카드기 등에서 일정 방향으로 늘어놓아 웹을 형성하는 건식법, 분산제등을 사용 해 수중에 균일 분산해, 망상에 흘려 탈수해 웹을 형성하는 습식법등이 있다.

또한 섬유끼리를 얽히게 할 수 있는 방법에는, 웹에 열용해성 섬유를 혼합해 , 열롤로 압착하는 서멀 본드법, 바인더(접착수지방)으로 결합시키는 케미컬 본드법, 니들(바늘)의 바브(미소한 돌기)로 섬유끼리를 얽히게 할 수 있는 니들펀치법, 섬유를 제조할 때 고압의 공기로 필라멘트에 충격을 주어 랜덤하게 웹을 형성시키며 0.5 내지 30미크론 직경의 웹을 제조할 수 있는 멜트블로운법등이 있다.

이 중 본 발명에 사용되는 열가소성 폴리우레탄 기재는 상기 방법 중 멜트블로운법, 스펀본드 법 및 니들펀치법에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 멜트블로운(Meltblown)법의 원리는 열가소성 수지에 의한 용융방사법으로서 방사 노즐의 출구에 고온 및 고압의 공기류를 유입하여 섬유를 연신 및 개섬한 다음 포집 콘베이어 상에 집적시키는 방식이다. 이 방법에 의한 부직포는 유연성, 비투과성, 절연성이 우수한 이점이 있다. 일반적으로 열가소성 폴리우레탄 부직포는 멜트 블로운 방사방법에 의해서 제조되는데 멜트블로운 방사의 일반적인 방법을 후술하면 이하와 같다. 즉 용융한 열가소성 중합체를 1열로 배치한 노즐구멍에 공급하고, 그 노즐구멍에서 연속적으로 용융 중합체를 압출하고, 그 노즐구멍군의 양측에 배치한 슬릿으로부터 고온 기체를 고속으로 분사하여, 그 기체 에너지로 노즐구멍에서 압출한 중합체를 세선화, 냉각하여 연속 필라멘트를 형성시킨 다음, 그 연속 필라멘트 군을 이동하는 컨베이어 네트 위 등에 집적, 적층하여 필라멘트 자체가 갖는 자기 접착성에 의해서 필라멘트를 서로 접착시키는 것이다.

한편 스판본드(Spunbond)법은 원료를 방사하여 열에 의해 자체 접착하여 부직포를 형성하는 방식이다. 주로 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 방사하여 열에 의하여 자체 접착하여 웹을 형성하는 기술로서, 원단 설계가 용이한 이점이 있다.

또한 니들펀치법의 경우는 섬유를 특수바늘을 이용하여 물리적으로 웹을 결합시켜 제조하며 바늘의 펀칭 회수나 바늘의 밀도에 의하여 제품의 두께 등을 다양화하는 것이 가능한 이점이 있다.

이와 같은 부직포 제조방법에 의해 제조된 열가소성 폴리우레탄 부직포는 본 발명에 사용되는 기재로 사용하는 것이 바람직하다. 열가소성 폴리우레탄 부직포 기재는 기본적인 신축 특성이 우수한 것은 물론이고 그 면밀도가 매우 낮고 매우 얇고 부드럽고 소프트하고 또한 통기성이 있음에도 불구하고 기공이 작고 균일하게 분산하여 분포하고 있는 구조를 취하고 있다. 또한 얇은 부직포로 구성될 수 있는 점에서 다른 부재와 복합할 때도 더욱 얇은, 부드럽고 소프트한 복합소재를 부착하는 것이 가능하다. 상기 열가소성 폴리우레탄은 융점이 80 내지 200℃인 것이 특징이다. 따라서 열 접착성이 양호하고 열처리 이후 열 접착 용도로 사용하는 것이 가능한 이점이 있다.

또한, 열가소성 폴리우레탄 부직포는 소수성 또는 친수성의 성질을 띠는 것이 가능하고, 색 도입도 가능하며, 열가소성의 특징을 통해 고온의 라미네이팅 환경에서 부분적으로 용융될 수 있어서 별도의 접착제 없이 접착 역할을 하는 것이 가능한 이점이 있다.

상기 기재의 평량으로는 10 내지 150g/㎡인 것이 바람직한데, 평량이 10g/㎡미만이면 기재로서의 물성이 떨어지며, 평량이 150g/㎡를 초과하면 강성도(stiffness)가 높아 가공성이 떨어지는 문제점이 있었다.

한편, 이때 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)와 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)는 컬렉터(17,37)를 기준으로 그 하, 상방향으로 상호 대칭되게 각각 배열설치된다. 즉, 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)는 컬렉터(17)가 노즐(15)의 상단에 위치하고, 상기 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)는 컬렉터(37)가 노즐(35)의 하단에 위치한다.

한편, 상기 각 컬렉터(17,37)의 양 단부에는 이송롤러(7)가 각각 구비되고, 상기 각 이송롤러(7)를 통하여 각 컬렉터(17,37)에 집적되어 나노섬유가 적층형성되는 지지체(3)가 수평방향으로 이송된다. 즉, 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)의 노즐(15)에서 분사되는 고분자 방사용액을 컬렉터(17)의 지지체(3)상에 적층형성시켜 제조된 나노섬유를 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)의 컬렉터(37) 상으로 수평이동시킴과 상기한 공정을 반복적 및 연속적으로 진행하기 위한 이송롤러(7)가 상기 각 컬렉터(17,37)의 양 단부에 각각 구비된다.

한편, 본 발명에서는 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)와 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30) 사이에 회전장치(20)가 구비되는 것을 특징으로 한다. 상기 회전장치(20)는 전기방사장치 사이에 위치되어 지지체(3)를 180도 회전시켜 후단에 위치한 전기방사장치에서는 지지체의 상부면은 하부면으로, 하부면은 상부면이 되도록 회전시키기 위한 장치이다.

도 5 및 6은 회전장치의 일 실시예로 사용되는 플립장치(20-1)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 구체적으로 도 5는 플립장치(20-1)의 초기 동작과정을 나타낸 단면도이며, 도 6은 플립장치(20-1)의 후기 동작과정을 나타낸 단면도이다.

상기 회전장치의 일 실시예로 사용되는 플립장치(20-1)는 내부에 중공을 갖는 원통형상체로 형성되고 그 중심부에서 수평방향 양 측 내주연 상에 지지체(3)의 양 단부가 삽입되기 위한 가이드홈을 갖는 좌, 우측 가이드 부재(21,21)가 각각 내향돌출되게 형성된다. 이 때 상기 플립장치(20-1)의 내주연에 내향돌출되게 형성되는 좌,우측 가이드부재(21,21) 중 좌측 가이드부재(21)는 내주연을 따라 상방향으로 연장형성된후 다시 하방향으로 연장형성되도록 나선상으로 회전되어 우측 가이드 부재(21)의 최초 위치 및 방향에 위치하고, 우측 가이드부재(21)는 내주연을 따라 하방향으로 연장형성된 후 다시 상방향으로 연장형성되도록 나선상으로 회전되어 좌측 가이드부재(21)의 최초 위치 및 방향에 위치한다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 플립장치(20-1)의 내주연에 내향돌출되게 형성되는 좌, 우측 가이드부재의 각 가이드홈(22,22)으로 삽입된 지지체의 일측 단부 및 타측 단부가 좌, 우측 가이드부재(21,21)를 가이드되면서 플립장치(20-1)의 내주연을 상호 대향되게 나선상으로 180도 회전됨으로써 지지체(3)의 상, 하부면이 역전된다.

본 발명에서는 전기방사장치 사이에 위치하고 전기방사된 나노섬유를 180도 회전시키는 회전장치(20)로 플립장치(20-1)를 사용하고 있으나, 이에 한정하지 아니하고 변형적으로 비틀림 롤러를 구비한 장치나 비틀림 롤러에 의해 지지체의 진행방향으로 90도 굴곡하도록 회전시키는 장치가 사용되는 것도 가능하다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 하향식 또는 상향식 전기장치(10)의 방사용액 주탱크(11) 내에 충진된 고분자 방사용액이 노즐(15)을 통하여 컬렉터(17)의 지지체(3) 상에 분사되고, 상기 컬렉터(17)의 지지체(3) 상에 분사된 고분자 방사용액이 집적되면서 나노섬유를 형성한 후 나노섬유가 적층형성된 지지체(3)는 회전장치(20)에 의하여 상향식 전기방사에 의해 나노섬유가 적층형성된 지지체(3)의 하부면이 상부면으로 180도 회전된다. 그 이후 이송롤러(7)를 통하여 하향식 전기방사장치(30)의 컬렉터(37) 상으로 이송되고, 상기 컬렉터(37) 상으로 이송된 나노섬유가 적층된 지지체(3)에 상기 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)의 방사용액 주탱크(31) 내에 충진된 고분자 방사용액이 노즐(35)을 통하여 전기방사되어 상기한 과정을 연속적 및 반복적으로 수행하면서 최종 제품이 제조된다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치(1)의 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10), 회전장치(20) 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)를 통과하면서 제조되는 나노섬유는 지지체(3)에 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10) 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)의 각 노즐(15,35)을 통하여 고분자 방사용액이 분사되어 컬렉터(17,37) 상의 지지체(3)의 일면에 나노섬유가 연속적으로 적층형성되는 등 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10) 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)의 노즐(15,35)에서 분사되는 고분자 방사용액이 적층되어 나노섬유가 다수 층으로 형성됨으로써 최종 나노섬유 제품이 제조된다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 상향식 전기방사장치의 전압을 하향식 전기방사장치의 전압보다 높게 적용하여 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)에 의해 제조된 나노섬유의 직경이 상기 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)에 의해 제조된 나노섬유 웹의 직경보다 가늘게 제조하는 것이 가능하다.

한편 여기서, 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10) 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)의 각 방사용액 주탱크(11,31)에 동일한 종류의 고분자 방사용액을 충진시키거나, 각기 다른 종류의 고분자 방사용액을 충진시킴으로써 상기 나노섬유 제조장치(1)를 통하여 제조되는 나노섬유를 특성에 따라 다양하게 제조할 수 있다.

그러나, 본 발명에서는 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)에서 분사되는 고분자 방사용액과 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)에서 분사되는 고분자 용액이 동일하거나 상이한 종류의 고분자 방사용액으로 이루어지는 것이 가능하다.

여기서, 상기 고분자 방사용액으로는 별도로 제한받지 아니하나, 예를 들면 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴플루라이드, 나일론, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리우레탄(PUR), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), 폴리비닐부틸랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리올레핀, 폴리유산(PLA), 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리유산글리롤산(PLGA), 실크, 셀룰로오스, 키토산 등이 있으며, 그 중 폴리프로필렌(PP)재질의 소재와 내열성 고분자 물질인 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리 비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]과 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등의 폴리머로 이루어진 군이 상용적으로 사용되는 것이 바람직하다.

더 바람직하게는 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 나일론 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 바람직하다.

한편, 고분자로 바람직하게 사용되는 폴리우레탄은 알코올기와 아이소사이안산기의 결합으로 만들어진 우레탄 결합으로 결합된 고분자 화합물을 총칭한다. 대표적으로는 합성섬유로 만들어진 스판덱스가 있고, 우레탄계 합성고무도 널리 사용된다. 다시 말해, 폴리우레탄은 주사슬의 반복당위 중에 우레탄 결합(-NHCOO-)기를 갖는 고분자 화합물을 총칭한다. 상기와 같은 폴리우레탄은 폴리아미드와 폴리에스테르 중간의 성질을 보이는데, 흡습성은 폴리아미드보다 작고, 상대습도 65%에서 1 내지 1.5%를 나타낸다. 내마모성, 내약품성, 내용제성이 좋고 내노화성, 산소에 대한 안정성이 뛰어난 장점이 있다.

상기 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF; 이하 PVDF라 칭한다)는 플루오로계열의 고분자 중 하나로, 플루오로 수지는 플루오린을 함유하여 열적, 화학적 성질이 뛰어나다.

반응식1. PVDF의 제조

PVDF는 상기 반응식 1과 같은 과정으로 제조되며, 다른 플루오로 수지에 비해 녹는점(177)과 밀도(1.78)가 낮고, 단가가 싸며, 화학적으로 매우 안정하여, 전기줄의 절연에 이용되며, 건물의 외벽을 바르는 고급 페인트로도 쓰인다.

또한, PVDF는 압전성을 나타내는 대표적인 유기물질로 1960년대부터 많은 연구가 진행되어 왔다. PVDF 고분자 내에는 4가지 종류의 결정이 혼재하는데, 이것은 결정형태에 따라 α,β,γ 그리고 δ형의 최소 4가지의 형태로 구분 할 수 있다. 그 중 PVDF의 β형 결정은 트랜스형 분자쇄가 평행으로 충진된 것으로 모노머가 갖는 영구쌍극자가 모두 한 방향으로 배열되어 큰 자발 분극을 나타낸다. 이는 연신을 통하여 PVDF 분자를 규칙적으로 배열하여 집합상태에 이방성을 부여함으로써 압전성을 가질 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 압전 특성을 향상시키기 위하여, PVDF 섬유 내 β형 결정을 증가시키는 다양한 방법들이 연구되고 있다.

한편 본 발명에서는 융점이 서로 다른 폴리비닐리덴 플루오라이드를 혼합하여 사용하는 것이 가능하다. 즉, 융점이 100 내지 120℃인 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드와 융점이 150 내지 170℃인 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 함께 사용하는 데에 특징이 있다. 고분자 방사용액으로 상기 저융점 및 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 함께 혼합해서 사용하거나, 각각의 전기방사장치에서 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드와 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 각각 방사하는 것도 가능하다.

상기와 같이 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드와 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 함께 혼합하여 하나의 방사용액으로 사용하는 경우에는 방사된 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드가 후에 라미네이팅 공정에서 접착 역할을 함으로서 기재와 나노섬유 간의 탈 리가 쉽게 발생하지 않는다. 한편 전기방사장치 2개를 사용하여 전단에 위치하는 전기방사장치에 사용되는 고분자로 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를, 후단에 위치하는 전기방사장치에 사용되는 고분자로 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 사용함으로 기재상에 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유 및 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유 상에 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유가 적층된다. 본 적층체의 구조에 있어서도 후에 라미네이팅 공정에서 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유는 접착층으로서의 역할을 수행할 수 있다.

한편 본 발명에서는 바람직한 고분자로서 나일론이 사용될 수 있는데 나일론은 폴리아미드의 일종이다. 폴리아미드(polyamide)는 아미드 결합(-CONH-)에 의하여 단량체가 연결된 중합체로 만들어진 고분자로서 나일론(nylon)이라는 일반명이 통용되고 있다. 나일론의 일반적인 구조는 다음과 같다.

현재 널리 쓰이는 나일론으로는 나일론 6과 나일론 66이 있다. 나일론 6은 미국 이외의 많은 나라에서 공업화된 것으로 먼저 카프로락탐을 합성하고 이를 고리열림중합시켜 제조한다. 탄소 6개로 이루어진 카프로락탐이 그대로 고분자를 이루기 때문에 나일론 6이라고 부른다. 한편 나일론 66은 주로 듀폰사가 발매하고 있는 것으로 그 제조법은 벤젠을 출발물질로 하는 합성법이다. 나일론 6과 나일론 66은 그 배열순서가 바뀔 뿐 모두 C10H20(CO2)(NH)2의 화학식을 가지며, 두 종류 모두 섬유로서의 강도나 비중이 좋다.

또한 본 발명에서 고분자로 사용될 수 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)는 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 축합중합하여 얻는 포화 폴리에스터(polyester)로서 내열성, 강성, 전기적 성질, 내유성 등이 뛰어나다. 흔히 PET라고도 한다. PET를 얻으려면 테레프탈산다이메틸과 에틸렌글리콜을 150∼230℃에서 가열하여 에스터교환반응으로 Bis(β-하이드록시에틸)테레프탈레이트를 얻는다. Bis(β-하이드록시에틸)테레프탈레이트를 1토르(torr) 이하에서 270∼300℃로 가열하면 중축합이 이루어지면서 에틸렌글리콜을 내보내며 PET가 얻어진다. Bis(β-히드록시에틸)테레프탈레이트를 얻는 다른 방법은 고순도 테레프탈산과 에틸렌글리콜에 압력을 가하면서 약 230℃에서 반응시키는 것이다.

한편, 상기 방사용액은 고분자를 용매에 용해시켜 제조하는데, 용매의 종류 또한 고분자를 용해시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않으며 예를 들면, 페놀, 포름산, 황산, m-크레솔, 티플루오르아세트앤하이드라이드/다이클로로메테인, 물, N-메틸모폴린 N-옥시드, 클로로폼, 테트라히드로푸란과 지방족 케톤군인 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 지방족 수산기 군인 m-부틸알콜, 이소부틸알콜, 이소프로필알콜, 메틸알콜, 에탄올, 지방족 화합물인 헥산, 테트라클로로에틸렌, 아세톤, 글리콜군으로서 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 할로겐 화합물군으로 트리크롤로에틸렌, 다이클로로메테인, 방향족 화합물 군인 톨루엔, 자일렌, 지방족 고리 화합물군으로서 사이클로헥사논, 시클로헥산과 에스테르군으로 n-부틸초산염, 초산에틸, 지방족에테르군으로 부틸셀로살브, 아세트산2-에톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 아미드로 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등을 사용할 수 있으며, 복수 종류의 용매를 혼합하여 이용할 수 있다. 고분자 방사용액에는 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유하는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.

본 발명에서는 이때, 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)의 방사용액 주탱크(11)에 충진되는 고분자 방사용액과 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)의 방사용액 주탱크(31)에 충진되는 고분자 방사용액의 종류를 동일 또는 상이한 종류로 하는 것이 가능하다.

한편, 평량(Basis Weight or Grammage)은 단위 면적당 질량, 즉 바람직한 단위로서 제곱미터당 그램(g/㎡)으로 정의된다. 본 발명에 의해 제조된 나노섬유의 평량은 1 내지 20g/㎡인 것이 바람직하다. 상기 평량이 1g/㎡ 미만이면 기계적 물성이 떨어지며, 20g/㎡를 초과하면 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.

이후, 본 발명의 나노섬유 제조장치를 이루는 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10) 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)를 통하여 제작되는 나노섬유와 기재(3)를 라미네이팅(Laminating)하기 위한 라미네이팅 장치(50)가 더 구비되고, 상기 라미네이팅 장치(50)는 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치(1)의 후단에 위치하여 후공정을 수행한다.

또한 상기 나노섬유 제조장치(1)를 구성하는 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)와 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)는 수평방향에 대하여 일직선에 평행하게 배치되거나, 각 전기방사장치가 층별로 위치되는 수직방향으로 배치되거나, 동일한 층 내에 각 전기방사장치를 U자 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 층별로 수직방향으로 배치하거나 동일 층 내에서 U자 방향으로 배치할 수 있는 것은 한정된 면적에서 생산력을 높일 수 있는 이점이 있다.

즉, 상기 회전장치는 플립장치에 의해 지지체가 180도 회전하거나, 수직으로 U턴 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 일 실시예에서는 상기 나노섬유 제조장치(1)의 후단에 라미네이팅 장치(50)가 구비되어 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10) 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)를 통하여 제작되되, 나노섬유가 적층형성되는 지지체(3)를 라미네이팅하도록 이루어져있으나, 상기 라미네이팅 장치(50)의 하측에 기재(미도시)를 공급하는 공급롤러(미도시)가 구비되고, 상기 공급롤러를 통하여 공급되는 기재 상에 나노섬유가 직접 전기방사되어 적층형성되면서 상기 라미네이팅 장치(50)를 통하여 다층으로 라미네이팅 하도록 이루어지는 것도 바람직하다.

또한 상기 라미네이팅 장치(50)의 상측에 또 다른 기재(미도시)를 공급하는 공급롤러가 구비되어 상기 나노섬유가 적층형성되는 기재(3)의 상부에 기재를 적층하면서 라미네이팅 장치(50)를 통하여 다층으로 라미네이팅하도록 이루어지는 것도 바람직하다.

또한, 기재 상에 나노섬유가 적층된 이후, 상기 기재와 다른 또 다른 기재를 나노섬유 상에 적층함으로서 기재-나노섬유-기재의 샌드위치 구조를 갖는 것도 가능하다.

이하, 본 발명에 의한 창상피복재의 제조방법을 설명한다.

먼저, 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치(1)의 선단에 구비되는 공급롤러(5)를 통하여 열가소성 폴리우레탄 기재가 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)로 공급된다.

한편, 이렇게 상기 공급롤러(5)를 통하여 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)로 공급되는 기재(3)는 상기 컬렉터(17)의 하부면 상에 위치한다. 이때, 상기 전압 발생장치(미도시)의 고전압이 노즐(15)과 컬렉터(17) 상에 발생되고, 컬렉터(17)상에 방사용액 주탱크(11) 내에 충진되는 고분자 방사용액이 노즐블록(13)의 노즐(15)을 통해 전기방사된다.

여기서, 상기 방사용액 주탱크(11) 내에 충진되는 방사용액이 계량 펌프(미도시)를 통하여 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐(15)내에 연속적으로 정량 공급되고, 상기 각 노즐(15)로 공급되는 방사용액은 노즐(15)을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(17) 상에 방사 및 집속되면서 열가소성 폴리우레탄 기재의 하부면 상에 제1 나노섬유가 적층형성된다.

상기한 바와 같이 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)를 통하여 그 하부면에 제1 나노섬유 웹이 적층되는 열가소성 폴리우레탄 기재는 이후 회전장치(20)로 이동된다.

하부면에 제1 나노섬유가 적층형성된 열가소성 폴리우레탄 기재는 회전장치(20)를 통과하면서 하부면이 상부면으로 180도 회전됨에 따라, 열가소성 폴리우레탄 기재의 하부면에 위치한 제1 나노섬유는 상부면 방향으로 반전된다.

상기한 바와 같이 상기 회전장치(20)를 통하여 하부면이 상부면으로 회전된 열가소성 폴리우레탄 기재는 이후 이송롤러(7)에 의해 하향식 전기방사장치(30)로 공급되고, 상기 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)로 공급되는 열가소성 폴리우레탄 기재는 상기 컬렉터(37)의 상부면 상에 위치한다.

이때에도 상기 전압 발생장치의 고전압이 노즐(35)과 컬렉터(37)에 발생되고, 고전압이 발생되는 컬렉터(37) 상에 방사용액 주탱크(31) 내에 충진되는 고분자 방사용액이 노즐블록(33)의 노즐(35)을 통해 분사된다.

여기서, 상기 각 전압 발생장치는 일반적인 전기방사장치와 동일한 구조로 노즐(15,35)을 통하여 컬렉터(17,37)에 높은 전압을 발생시키고, 전기력에 의한 나노섬유의 생성을 촉진시키기 위하여 노즐(15,35)과 노즐블록(13,33)의 하부 또는 상부에 위치한 컬렉터에서 1kV 이상의 전압을 걸어주는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20kV 이상의 전압을 걸어준다.

한편, 상기 방사용액 주탱크(31) 내에 충진되는 방사용액이 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐(35) 내에 연속적으로 정량 공급되고, 노즐(35)로부터 공급되는 방사용액은 노즐(35)에 의해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(37) 상에 방사, 집속되면서 열가소성 폴리우레탄 기재의 상부면에 하향식 또는 상향식 전기방사에 의해 적층형성된 제1 나노섬유 상에 상향식 또는 하향식 전기방사법에 의한 제2 나노섬유가 적층형성된다.

이때, 상기 열가소성 폴리우레탄 기재가 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)로의 이송, 회전장치(20)로의 이송 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)로의 이송은 이송롤러(7)에 의해 수행된다.

본 발명에서는 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10)와 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)가 수평방향을 향하여 일직선으로 배치되는 것이 바람직하나, 각 전기방사장치가 층별로 위치되는 수직방향으로 배치되거나, 동일한 층 내에 각 전기방사장치를 U자 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 층별로 수직방향으로 배치하거나 동일 층 내에서 U자 방향으로 배치할 수 있는 것은 한정된 면적에서 생산력을 높일 수 있는 이점이 있다.

즉, 상기 회전장치는 플립장치에 의해 지지체가 180도 회전하거나, 수직으로 U턴 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 상기 열가소성 폴리우레탄 기재가 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10) 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)로 이송되면서 열가소성 폴리우레탄 기재의 일면에 나노섬유가 연속적으로 적층형성되는 공정을 반복함으로써 상기 열가소성 폴리우레탄 기재에 나노섬유가 다수의 층으로 적층형성된다.

본 발명에서는 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10) 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)의 각 방사용액 주탱크(11,31)에 동일 또는 상이한 종류의 고분자 방사용액을 충진시킨다.

또한, 본 발명에서는 고분자 방사용액으로 바람직하게 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 나일론 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 열가소성 폴리우레탄 기재에 나노섬유가 다수의 층으로 적층형성된 이후, 상기 나노섬유의 일면에 또 다른 제2의 열가소성 폴리우레탄 기재가 위치되어 나노섬유 양면에 열가소성 폴리우레탄 기재가 위치되는 샌드위치 구조를 지니게 제조하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같이, 교대로 연속되게 배열설치되는 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10) 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)를 갖는 나노섬유 제조장치(1)를 통하여 나노섬유가 일면에 다층으로 형성되는 열가소성 폴리우레탄 기재는 권취롤러(7)를 통하여 권취되고 제조된 나노섬유를 엠보싱 또는 니들펀칭하여 부직포로 제조한다.

여기서, 상기 하향식 또는 상향식 전기방사장치(10) 및 상향식 또는 하향식 전기방사장치(30)를 통하여 제조되는 나노섬유 웹이 적층형성된 열가소성 폴리우레탄 기재를 라미네이팅 장치(50)로 라미네이팅(Laminating)하여 후공정을 수행한다.

또한, 제조된 나노섬유 웹의 공기 투과도 등의 이상 유, 무를 측정하기 위한 공기 투과도 측정장치(70) 및 기타 후공정을 위한 별도의 공정장치들이 더 구비되는 것도 가능하다.

이와 같이 제조된 나노섬유 부직포의 기재층 상에 셀룰로오스나 직물, 천, 니트, 부직포, 스크림 직물 등과 같은 텍스타일(textile)을 위치시켜 라미네이팅 하여 창상피복재를 제조한다.

텍스타일과 나노섬유 부직포를 라미네이팅 하는 공정은, 고형분의 폴리우레탄 수지를 텍스타일 상에 도포한 후, 도포된 수지의 용제 성분을 드라이어로 휘산시킨 이후, 가온 가압하여 접합함으로써 수행될 수 있다.

이상 본 발명에 의한 나노섬유 부직포를 포함하는 창상피복재는 높은 공기투과율, 투습성, 항균성을 가지는 이점이 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

폴리우레탄(DOW사(USA))의 Pellethane 2363-80AE) 10중량%과 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 90중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 10%인 방사용액을 제조하고 원료탱크에 구비하였다. 이후 이로부터 방사용액을 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h의 조건으로 지지체로 사용된 열가소성 폴리우레탄 기재(TPU 기재(Bluecher사(社) IOH10UM4)) 상에 전기방사 하여 창상피복재를 제조하였다. 이 때 사용된 TPU 기재의 평량은 30g/m2이었다. 전기방사된 폴리우레탄 나노섬유 멤브레인의 평량은 1g/m2이었다.

[실시예 2]

전기방사된 나노섬유 멤브레인의 평량을 5g/m2으로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.

[실시예 3]

나일론6,6 10중량%과 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 90중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 10%인 방사용액을 제조하고 원료탱크에 구비하였다. 이후 이로부터 방사용액을 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h의 조건으로 지지체로 사용된 열가소성 폴리우레탄 기재(TPU 기재(Bluecher사(社) IOH10UM4)) 상에 전기방사 하여 창상피복재를 제조하였다. 이 때 사용된 TPU 기재의 평량은 50g/m2이었다. 전기방사된 나일론6,6 나노섬유 멤브레인의 평량은 10g/m2이었다.

[실시예 4]

나일론6,6을 폴리비닐리덴 플루오라이드로 변경하는 것 이외에는 실시예 3과 동일하게 제조하였다.

[실시예 5]

실시예 1의 열가소성 폴리우레탄 기재가 부착되지 않은 폴리우레탄 나노섬유 멤브레인의 다른 일면에 평량이 50g/m2인 열가소성 폴리우레탄 기재를 부착하여 샌드위치 구조의 적층체를 제조하는 것 이외에 실시예 1과 동일하게 제조하였다.

[실시예6]

폴리우레탄(DOW사(USA))의 Pellethane 2363-80AE) 10중량%을 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 90중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 10%, 점도 1000cps인 방사용액을 제조하고 원료탱크에 구비하였다. 이후 이로부터 방사용액을 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h로 하였고, 온도조절장치에 의해 온도 60℃로 지지체로 사용된 열가소성 폴리우레탄 기재(TPU 기재(Bluecher사(社) IOH10UM4)) 상에 전기방사 하여 창상피복재를 제조하였다. 이 때 사용된 TPU 기재의 평량은 30g/m2이었다. 전기방사된 폴리우레탄 나노섬유 멤브레인의 평량은 2g/m2이었다.

[실시예 7]

폴리우레탄(DOW사(USA))의 Pellethane 2363-80AE) 10중량%를 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 90중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 10%인 방사용액을 제조하고 원료탱크에 구비하였다. 이후 이로부터 방사용액을 상향식 전기방사장치 및 하향식 전기방사장치의 각 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h으로 하고 평량이 30g/m2인 열가소성 폴리우레탄 기재(TPU 기재(Bluecher사(社) IOH10UM4)) 상에 전기방사하여 나노섬유 멤브레인을 얻었다. 즉 전단부에 위치한 하향식 전기방사장치 상에는 상기 열가소성 폴리우레탄 기재 상에 상기 방사용액이 전기방사되어 제1 나노섬유 멤브레인이 적층형성되었다. 이후 플립장치에 의해 기재와 제1 나노섬유 멤브레인으로 구성된 적층체를 180도 회전시킨후(상하 반전시킨 후) 후단부에 위치한 상향식 전기방사장치에서는 방사용액이 제1 나노섬유 멤브레인 상에 전기방사되어 제2 나노섬유 멤브레인을 적층형성함으로서 창상피복재를 제조하였다. 제조된 제1 및 제2 나노섬유 멤브레인의 총 평량은 3g/m2가 되도록 하였다.

[비교예1]

평량이 50m/g2인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 평량이 30g/m2인 폴리프로필렌 필름을 부착하였다.

- 공기투과도의 측정

공기투과도는 가스투과분석기(GPA-2001, B,S chem. Co,. LTD)로 측정하였다.

- 투습도 측정

투습도는 JIS L1099A-1에 의하여 측정하였다.

- 생산량 비교

실시예와 비교예에 의해 제조된 나노섬유 멤브레인의 생산량이 5g/m² 가 되었을 때의 방사 권취속도를 측정하였다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7	비교예1
공기투과도(cm3/cm2/sec)	2	0.9	0.6	0.6	0.8	2.6	2.4	5.2
투습도(mmH2O)	15000	17500	13400	12000	17950	20000	19805	5320
권취속도(m/min)	10	12.5	3	12	10	18	20	-

이에, 본 발명의 실시예는 상향식 및 하향식 전기방사장치를 함께 이용하고 고온으로 방사함으로서 나노섬유 제조의 생산성을 높일 수 있고, 공기투과도 및 투습도가 향상되는 효과가 있다.

*이상에서와 같이 본 발명에 따른 창상피복재 용품 및 이의 제조방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1: 나노섬유 제조장치, 3: 지지체,
5: 공급롤러, 7: 이송롤러,
9: 권취롤러, 10: 하향식 전기방사장치,
11: 방사용액 주탱크, 13: 노즐블록,
14: 전압발생장치, 15: 노즐,
17: 컬렉터, 20: 회전장치,
20-1: 플립장치,
21, 21: 좌, 우측 가이드 부재,
22, 22: 좌, 우측 가이드홈,
30: 상향식 전기방사장치, 31: 방사용액 주탱크,
33: 노즐블록, 35: 노즐
37: 컬렉터, 50: 라미네이팅 장치,
60: 온도조절장치,
70: 공기 투과도 측정장치,
112: 관체,
113: 열선.

Claims (8)

1. 열가소성 폴리우레탄 기재; 및
   상기 열가소성 폴리우레탄 기재 상에 나노섬유가 적층되어 있고, 상기 나노섬유의 총 평량은 1 내지 20g/㎡이고,
   상기 나노섬유의 다른 일면에 다른 하나의 열가소성 폴리우레탄 기재가 적층되어, 나노섬유 층의 양면에 열가소성 폴리우레탄 기재가 위치하는 3층 및 샌드위치 구조인 것을 특징으로 하는 나노섬유 부직포를 포함하는 창상피복재
   
2. 삭제
3. 열가소성 폴리우레탄 기재를 준비하는 단계;
   상기 열가소성 폴리우레탄 기재의 하부면에 고분자 방사용액을 하향식 전기방사하여 제1 나노섬유를 적층형성하는 단계;
   상기 제1 나노섬유가 적층형성된 지지체가 회전장치를 지나면서 하부면이 상부면으로 180도 회전되는 단계;
   상기 제1 나노섬유 상에 고분자 방사용액을 상향식 전기방사하여 제2 나노섬유를 연속적으로 적층형성하는 단계; 및
   상기 제1 및 제2 나노섬유가 연속적으로 적층형성된 열가소성 폴리우레탄 기재를 라미네이팅하는 단계; 를 포함하고
   상기 제1 및 제2 나노섬유의 총 평량은 1 내지 20g/㎡인 것을 특징으로 하는 창상피복재의 제조방법
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 고분자 방사용액은 온도조절 장치를 통하여 45 내지 120 ℃인 고온에서 전기방사되는 것을 특징으로 하는 창상피복재의 제조방법
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 제2 나노섬유를 연속적으로 적층형성하는 단계 이후에 제2 나노섬유 상에 또 다른 하나의 열가소성 폴리우레탄 기재를 적층하는 단계;를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 창상피복재의 제조방법
   
6. 제 3항에 있어서,
   상기 전기방사를 위한 장치는 2개 이상의 전기방사장치로 구성되고, 상향식과 하향식 전기방사장치가 교대로 배치되며, 각 전기방사장치 사이에는 회전장치가 구비되어 적층체를 회전시켜 기재의 한 쪽 면에 연속적으로 나노섬유를 적층하는 것을 특징으로 하는 창상피복재의 제조방법
   
7. 제 3항에 있어서,
   상기 전기방사를 위한 장치는 2개 이상의 전기방사장치로 구성되고, 하향식과 상향식 전기방사장치가 교대로 배치되며, 각 전기방사장치 사이에는 회전장치가 구비되어 적층체를 회전시켜 기재의 한 쪽 면에 연속적으로 나노섬유를 적층하는 것을 특징으로 하는 창상피복재의 제조방법
   
8. 제 3항에 있어서,
   상기 고분자는 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 나일론 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 창상피복재의 제조방법
   

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