KR102387649B1 - 기능성 부직포 및 이의 제조방법 - Google Patents

기능성 부직포 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기능성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열가소성 수지 단섬유, 또는 열가소성 수지 단섬유와 전도성 단섬유를 포함하는 단섬유 혼합물, 및 열가소성 수지 멜트블로운 필라멘트 섬유가 혼섬된 적어도 하나의 멜트블로운 층;상기 멜트블로운 층의 적어도 일 면에 합지되는 적어도 하나의 스펀본드 층; 및 최외각에 배치된 적어도 하나의 스펀본드 층의 표면에 형성된 전도성 나노 입자 코팅층을 포함하는 기능성 부직포, 및 제조방법에 관한 것이다.

Description

기능성 부직포 및 이의 제조방법{FUNCTIONAL NONWOVEN FABRIC AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 기능성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열 및 전자파 차폐 기능을 갖는 전기전도성 복합부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
21세기 산업에서는 다양한 기능의 복합화가 요구되고 있다. 현재까지 소재의 개발은 주로 단일 기능을 확대하는데 머물러 있었다면 미래의 혁신적 소재는 기존 소재가 갖지 못하였던 또 다른 기능이 복합화 된 융합(hybrid)형 기능성 신소재들을 요구할 것이다. 부직포는 부드럽고 다공성와 볼륨감이 있는 섬유집합체인 동시에 기계적 변형에 대한 저항을 가진다. 구조적으로 안정성을 부여하기 위해 기계적, 열적, 화학적 또는 모든 결합수단으로 섬유 웹(web)이 결합될 수 있다. 원래, 부직포는 기존의 섬유에 대한 저렴한 비용으로 대체 사용하였으나, 현재는 의료적, 기술적 그리고 소비자 맞춤형 제품의 특성을 가지며, 다양한 용도를 위한 비용 효율적인 해결책을 제공하는 섬유소재로 설계되고 있다.
한편, 복합부직포는 기본 부직포 기술과 같은 원리에 근거하여 복합공정기술로 만들어진다. 그 중 스펀본드 및 멜트블로운의 복합부직포는 넓은 범위에 유용하게 사용되고 있는 복합부직포 상품, 예를 들어 차폐 섬유, 안면 마스크, 커버스톡(cover stock), 위생재, 포장재, 필터 여재, 보호 커버나 흡음 페이싱(facing) 등을 만드는데 적용되고 있다. 이러한 복합부직포에서 멜트블로운 층은 주로 기능적 특성을 제공하며, 스펀본드 층은 기계적 강도, 치수안정성과 멜트브로운 층을 보호하는 역할을 한다. 이와 같은 복합부직포 제조 공정은 각각의 섬유 방사라인을 사용하고 이후 다층구조를 만들기 위해 합쳐지고 최종적으로 복합부직포를 만들기 위해 서로 결합된다.
예를 들어, 대한민국 특허 10-2017-0117440에서는 고분자 용융물을 압출하는 압출단계와 압출 단계에서 압출된 고분자 용융물을 방사노즐을 통하여 방사하는 방사단계 그리고 방사되는 고분자 용융물에 기능성 미세입자를 공기와 함께 투입하여 블로잉(blowing) 하는 블로잉 단계 및 블로잉 단계를 거친 고분자 용융물 및 기능성 미세입자를 에어홀이 형성된 타공 롤러 상에 퇴적시켜 부직포를 제조하는 부직포 제조단계 및 그 부직포를 권취하는 부직포 제조방법을 개시하고 있으나, 다만 이와 같은 블로잉 단계에서는 고분자 물질 이외의 금속 입자 등은 복합화할 수 없다는 단점을 가지고 있다.
따라서, 복합부직포에 기능성을 부여하기 위해서는 다양한 방법의 표면 코팅이 도입되어 왔다. 일반적으로 금속입자, 보다 자세하게는 나노 금속 입자, 혹은 폴리머, 혹은 산화물을 코팅하기 위해 예를 들어 증착법, 전기화학적 방법, 환원제를 이용한 방법 등이 이용되고 있다. 증착법(gas deposition)은 금속을 고온으로 증기화하여 표면에 증착하는 방법으로서, 일반적으로 반도체 혹은 ALD(atomic layer deposition) 등에서 패턴 형식으로 사용하고 있으나, 장비가 고가이며 타켓을 구형으로 만들어야 된다는 단점을 가지고 있다. 전기화학적 방법(electrochemical deposition)은 금속 이온을 표면에 흡착시킨 후, 전자를 가하여 환원시키는 방법으로서 금속염과 아세토니트릴 용액을 이용하여 전기화학적으로 형성시키는 방법이 있으나, 염소(chloride)가 완전히 제거되지 않아, 독성이 남을 수 있다는 단점을 가지고 있다. 한편, 환원제를 이용한 방법(chemical reduction method)는 금속염과 폴리이미드를 이용하여 패터닝 시킨 후 환원제를 흡착시키는 방법으로서 고온에서 열처리해야 한다는 단점을 가지고 있다.
따라서, 복합부직포의 흡음 성능을 향상시키면서도 우수한 전기전도성을 부여하여, 전자파 차폐 등의 기능성을 갖는 기능성 복합부직포 및 이의 제조방법이 개발되는 경우 흡음, 방열 및 전자파 차폐 등이 요구되는 관련 분야에서 널리 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
이에, 본 발명의 한 측면은 흡음 및 전자파 차폐 기능을 갖는 전기전도성 복합부직포의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 흡음 및 전자파 차폐 기능을 갖는 전기전도성 복합부직포를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면, 열가소성 수지 단섬유 및 열가소성 수지 필라멘트 섬유가 혼섬된 적어도 하나의 멜트블로운 층; 상기 멜트블로운 층의 적어도 일 면에 합지되는 적어도 하나의 스펀본드 층; 및 최외각에 배치된 적어도 하나의 스펀본드 층의 표면에 형성된 전도성 나노 입자 코팅층을 포함하는 기능성 부직포가 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 열가소성 수지를 필라멘트 섬유로 방사하는 단계; 방사된 필라멘트 섬유에 열가소성 수지 단섬유 및 전도성 단섬유를 포함하는 단섬유 혼합물을 혼섬하여 형성되는 적어도 하나의 멜트블로운 층을 제조하는 단계; 상기 멜트블로운 층의 적어도 일 면에 적어도 하나의 스펀본드 층을 합지하는 단계; 및 최외각에 배치된 적어도 하나의 스펀본드 층의 표면에 전도성 나노 입자 코팅층을 형성하는 코팅층 형성 단계를 포함하는, 기능성 부직포의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 기능성 복합부직포는 흡음 성능을 유지하면서도 높은 전자파 차폐 혹은 전기전도성을 보유하므로, 차량 등에 적용되어 실내 전장품, 고전압 배터리, 모터 등에서 발생하는 전자파의 실내 유입을 최소화할 수 있다. 특히, 전기전도성이 우수한 부직포 층을 포함함으로써 차음 성능이 향상될 수 있고, 강도 상승으로 인해 내구성이 증진될 수 있다.
도 1은 본 발명의 기능성 부직포의 전도성 나노 입자 코팅층의 예시적인 패턴 및 그 사이즈를 나타낸 것이다.
도 2는 전도성 나노 입자 코팅층을 형성하기 위한 예시적인 롤을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 기능성 부직포의 예시적인 합지 공정을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 기능성 부직포의 전자파 차폐 효율을 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 의하면 흡음 성능을 유지하면서도 높은 전자파 차폐 및 전기전도성을 보유하는 복합부직포가 제공되며, 본 발명의 복합부직포는 적어도 하나의 X트블로운 층 및 적어도 하나의 스펀본드 층이 합지된 것으로, 최외각에 배치된 적어도 하나의 스펀본드 층의 표면에 형성된 전도성 나노 입자 코팅층을 포함하는 것이다.
본 발명에 있어서, '‘X트블로운 층' 및 '멜트블로운 섬유 웹'은 상호호환적으로 사용될 수 있으며, 역시 '스펀본드 층'및 '스펀본드 섬유 웹' 은 상호호환적으로 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서 단섬유, 필라멘트 섬유 등의 각 섬유의 직경은 1㎛ 내지 500㎛, 예를들어 2㎛ 내지 400㎛ 범위, 2㎛ 내지 40㎛ 범위 또는 5㎛ 내지 20㎛ 범위일 수 있으나, 이에 특히 한정되는 것은 아니다.
보다 상세하게, 본 발명의 기능성 부직포는 열가소성 수지 단섬유 및 열가소성 수지 멜트블로운 필라멘트 섬유가 혼섬된 적어도 하나의 멜트블로운 층; 상기 멜트블로운 층의 적어도 일 면에 합지되는 적어도 하나의 스펀본드 층; 및 최외각에 배치된 적어도 하나의 스펀본드 층의 표면에 형성된 전도성 나노 입자 코팅층을 포함하는 것이다.
본 발명에 있어서 열가소성 수지 단섬유, 멜트블로운 필라멘트 섬유 및 스펀본드 층을 이루는 재질은 서로 독립적으로 선택되는 열가소성 수지일 수 있으며, 서로 동일하거나 상이한 수지일 수 있다. 이때 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 일종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 상기 멜트블로운 필라멘트 섬유는 폴리프로필렌, 상기 단섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 그리고 스펀본드 층은 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE)의 중합체, 이들의 공중합체들 및/또는 이들의 배합물들을 포함하고, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌 단일 중합체(homopolymer)인 것이다.
한편, 상기 열가소성 수지 단섬유는 전도성 단섬유가 추가로 혼합된 단섬유 혼합물로 포함되는 것일 수 있다.
열가소성 수지 단섬유와 전도성 단섬유의 직경은 각각 독립적으로 1㎛내지 10㎛인 것일 수 있으며, 예를 들어 2㎛내지 6㎛인 것일 수 있다.
한편, 상기 단섬유 혼합물은 열가소성 수지 단섬유와 전도성 단섬유가 60:40 내지 10:90의 중량비로 혼합되는 것일 수 있으며, 예를 들어 60:40 내지 40:60의 중량비로 혼합되는 것일 수 있다. 상기 전도성 단섬유가 상기 범위 미만으로 포함되는 경우에는 전자파 차폐 성능의 증가가 미미할 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 흡음 성능이 불충분할 수 있다.
상기 멜트블로운 층은 열가소성 수지 단섬유 또는 단섬유 혼합물과, 열가소성 수지 멜트블로운 필라멘트 섬유가 90:10 내지 10:90 중량비, 예를 들어 30:70 내지 60:40 중량비로 혼합될 수 있다. 열가소성 수지 단섬유 또는 이를 포함하는 단섬유 혼합물이 상기 범위 미만으로 포함되는 경우에는 흡 음성능 저하 문제가 있을 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 밀도가 증가하여 복합기능 성능 저하문제가 발현될 수 있다.
한편, 상기 열가소성 수지 단섬유는 중공형 단섬유일 수 있으며, 중공형 섬유란 섬유의 길이 방향으로 홀이 형성되어 있는 것을 의미하는 것이다. 중공형 단섬유를 사용하는 경우에는 흡음 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 전도성 단섬유는 전도성을 갖는 섬유라면 특히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 탄소 섬유이거나 또는 열가소성 수지 등의 일반 단섬유에 전도성 금속을 도핑한 것일 수 있다. 이때 도핑은 예를 들어 섬유 중량을 기준으로 10 내지 50중량%의 Cu, Al, Ag 등의 전도성 금속 중 적어도 일종을 도핑한 것일 수 있다. 본 발명에 있어서 바람직하게는 탄소 섬유, 구리 섬유 혹은 이들의 혼합 섬유를 사용하며, 이때 혼합 섬유는 섬유 혼합물이거나 또는 탄소와 구리가 혼합된 재질로 제조된 섬유를 모두 포함한다.
본 발명의 멜트블로운 층의 적어도 일 면에 합지되는 적어도 하나의 스펀본드 층은 그 제조 공정이 특히 제한되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에 널리 알려진 공정에 의해 제조할 수 있다.
상기와 같은 적어도 하나의 멜트블로운 층 및 스펀본드 층이 마련되면, 이를 합지하여 복합 부직포를 제조한다. 이와 같은 합지 공정은 그 공정이 특히 제한되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에 널리 알려진 공정에 의해 제조할 수 있다.
본 발명은 상기 복합 부직포에 있어서 최외각에 배치된 적어도 하나의 스펀본드 층의 표면에 형성된 전도성 나노 입자 코팅층을 포함하는 것으로, 최외각에 배치된 적어도 하나의 스펀본드 층의 외부를 향하는 표면에 전도성 나노 입자 코팅층을 배치한다.
이때, 상기 전도성 나노 입자 코팅층은 하나 이상의 직선 또는 곡선이 서로 교차하거나 접하여 접점을 형성하는 반복 패턴으로 형성되는 것일 수 있으며, 예를 들어 사각형, 육각형 등의 다각형이 연속되는 패턴일 수 있으며, 패턴은 균일한 패턴인 것이 바람직하나, 필요에 따라 불균일한 형태의 패턴을 구현할 수 있다. 예시적인 패턴을 도 1에 나타내었으며, 다만 패턴은 그 형태가 특히 제한되는 것은 아니며, 접점을 형성하는 패턴이라면 가능하다.
패턴을 형성하는 선의 폭은 0.1mm 내지 3mm 범위일 수 있고, 예를 들어 0.5 mm 내지 2mm 범위일 수 있다. 폭이 상기 범위 미만인 경우에는 패턴 형성이 원활하게 수행되지 않을 수 있으며, 폭이 상기 범위를 초과하는 경우에는 소요되는 전도성 나노 입자 증가에 비하여 상기 전도성 나노 입자 코팅층에 의해 구현되는 전도도 등의 효과 상승이 크지 않아 바람직하지 않다.
한편, 패턴의 두께는 10nm 내지 100㎛ 범위일 수 있고, 예를 들어 50nm 내지 10㎛ 범위일 수 있다. 두께가 상기 범위 미만인 경우에는 전기전도성이 불충분하게 부여되거나 내구성이 저하될 수 있으며, 두께가 상기 범위를 초과하는 경우에는 소요되는 전도성 나노 입자 증가에 비하여 상기 전도성 나노 입자 코팅층에 의해 구현되는 전도도 등의 효과 상승이 크지 않아 바람직하지 않다.
상기 전도성 나노 입자 코팅층은 패턴이 형성되지 않은 층일 수도 있지만, 패턴으로 형성되는 경우 전도성 나노 입자 코팅층에 의해 구현되는 전도도 등의 효과를 유지하면서도 소요되는 전도성 나노 입자의 양을 감소시킬 수 있어서 공정경제 상 바람직하다.
본 발명에 사용되는 상기 전도성 나노 입자는 0.1 nm-300nm 크기의 플레이트 플레이크, 구, 다면체 중 하나 이상의 형상을 갖는 것이 바람직하며, 예를 들어 철(Fe), 은(Ag), 아연(Zn), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 및 지르코늄(Zr)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 나노입자이거나, 탄소 나노입자 및/또는 그래핀 또는 이들과 적어도 하나의 금속 나노입자의 조합일 수 있다.
상기 전도성 나노입자를 예를 들어 전도성 나노 입자가 분산된 실록산 오일 형태로 제조될 수 있으며, 이는 예를 들어 물리적 증착 장치 내부에 타겟 금속과 증착 대상물인 오일을 장착하고, 아르곤 가스를 공급하는 단계, 상기 장치 내부에 플라즈마를 생성시켜 플라즈마 이온과 금속 타겟을 충돌시키는 단계를 수행하여, 상기 충돌로 인해 발생된 금속 나노 입자가 상기 오일에 분산되어 나노 입자가 분산된 오일을 획득할 수 있다.
한편, 본 발명에서 획득할 수 있는 상기 기능성 부직포는, 복합부직포로써, 예를 들어 스펀본드-멜트블로운(SM), 스펀본드-멜트블로운-스펀본드(SMS), 스펀본드-멜트블로운-멜트블로운-스펀본드(SMMS), 및 스펀본드-스펀본드-멜트블로운-멜트블로운-스펀본드(SSMMS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 복합 부직포일 수 있으나, 이제 제한되는 것은 아니다.
나아가, 본 발명의 다른 견지에 의하면 상기 본 발명의 기능성 부직포의 제조방법에 제공된다. 상기 기능성 부직포와 관련하여 기술한 내용은 하기 기능성 부직포의 제조방법에 대해서도 동일하게 적용된다.
본 발명의 기능성 부직포의 제조방법은 보다 상세하게는 열가소성 수지를 필라멘트 섬유로 방사하는 단계; 방사된 필라멘트 섬유에, 열가소성 수지 단섬유; 또는 열가소성 수지 단섬유 및 전도성 단섬유를 포함하는 단섬유 혼합물을 혼섬하여 형성되는 적어도 하나의 멜트블로운 층을 제조하는 단계; 상기 멜트블로운 층의 적어도 일 면에 적어도 하나의 스펀본드 층을 합지하는 단계; 및 최외각에 배치된 적어도 하나의 스펀본드 층의 표면에 전도성 나노 입자 코팅층을 형성하는 코팅층 형성 단계를 포함하여 수행된다.
열가소성 수지를 필라멘트 섬유로 방사하는 단계를 수행하면서, 방사된 필라멘트 섬유에 열가소성 수지 단섬유 또는 이와 함께 전도성 단섬유를 포함하는 단섬유 혼합물을 혼섬하여 적어도 하나의 멜트블로운 층을 제조할 수 있다. 상기 멜트블로운 층은 필요에 따라 2 이상의 측, 예를 들어 2층 내지 5층 연속 적층될 수 있다.
이렇게 획득된 상기 멜트블로운 층의 적어도 일 면에 적어도 하나의 스펀본드 층을 합지하는 단계를 수행하며, 이때 스펀본드 층은 스펀본드 부직포를 의미하는 것으로 통상의 스펀본드법으로 제조된 부직포라면 특히 제한되지 않는다. 보다 바람직하게는 폴리프로필렌 수지를 사용한 스펀본드를 사용한다.
적어도 하나의 상기 멜트블로운 층과 적어도 하나의 상기 스펀본드 층을 합지하는 단계를 수행하며, 이때 합지 공정은 특히 제한되지 않으며, 공지의 합지기를 사용할 수 있으며, 합지기의 종류는 특히 제한되지 않는다. 예를 들어 열 합지롤을 사용하여 합지할 수 있다. 도 3에는 스펀본드-멜트블로운-스펀본드(SMS)의 복합부직포 합지 공정을 예시적으로 도시하였다.
후속적으로, 형성된 복합부직포를 일정한 장력으로 푸는 권출 공정이 수행될 수 있으며, 복합부직포를 장력제어를 하면서 풀어주는 방법이라면 특별히 제한되는 것은 아니다.
합지된 복합부직포가 획득되면 최외각에 배치된 적어도 하나의 스펀본드 층의 표면에 전도성 나노 입자 코팅층을 형성하는 코팅층 형성 단계를 수행한다.
이때 전도성 나노 입자 코팅층과 관련한 내용은 기능성 부직포와 관련하여 설명한 바와 같다.
상기 코팅층 형성 단계는 예를 들어 전도성 나노 입자가 분산된 실록산 오일을 코팅하여 형성되는 것일 수 있으며, 상술한 바와 같이 이때 코팅층은 패턴 형태로 구현될 수 있다.
상기 전도성 나노 입자는, 바람직하게는 0.1 nm-300nm 크기의 플레이트 플레이크, 구, 다면체 중 하나 이상의 형상을 가지며, 0.5~7000ppm 농도로 실록산 오일에 분산되어 있는 것이다. 즉, 상기 오일 내에 전도성 나노 입자의 농도는 0.5~7000ppm 정도로 희석되어 사용될 수 있으며, 바람직하게는 1~500ppm, 보다 바람직하게는 1~300ppm 정도인 것이다. 전도성 나노 입자의 함량이 0.5 ppm 이하가 되면 전자파 차폐 효과가 저하하게 되며, 과도하게 처리될 경우에는 증가되는 처리량에 비하여 비용이 크게 증가하는 경향이 있어 공정경제상 불리하다.
상기 실록산 오일은 사이클로트리실록산(Cyclotrisiloxane), 사이클로테트라실록산(Cyclotetrasiloxane), 사이클로펜타실록산(Cyclopentasiloxane), 사이클로헥사실록산(Cyclohexasiloxane), 데카메틸사이클로펜타실록산 및 폴리디메틸실록산(PDMS; Polydimethylsiloxane)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 일종 이상일 수 있다.
예를 들어 상기 코팅층 형성 단계는, 음각의 패턴이 형성된 코팅 롤러의 음각 영역에 전도성 나노 입자가 분산된 실록산 오일을 배치하는 단계; 및 코팅 롤러의 음각 영역의 전도성 나노 입자가 분산된 실록산 오일을 스펀본드 층의 표면에 전사하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. 바람직하게는 그라비아 방식에 의해 수행되며, 예시적인 공정을 도 2에 도시하였다.
본 발명에 있어서 패턴의 두께는 10nm 내지 100㎛ 범위인 것이 바람직하여, 따라서 상기 음각의 패턴의 음각 깊이는 이를 고려하여 예를 들어 11nm 내지 101㎛인 것일 수 있다.
이때, 롤 표면의 음각은 기계적 가공 혹은 에칭 방법으로 형성할 수 있으며, 롤러에 전도성 나노 입자가 분산된 실록산 오일을 도포하고 나이프에 의해 여분의 오일을 제거한 후 음각 내에 남아있는 코팅액이 백업롤과의 압력 또는 모세관 현상에 의해 복합 부직포의 표면에 전사될 수 있다.
나아가, 코팅층을 건조하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 예를 들어 상기 건조 단계는 상온 혹은 가열하면서, 예를 들어 20 내지 180℃에서 20초 내지 60분간, 바람직하게는 120초 내지 20분간 가열하여 수행되어 용제 내지 오일을 증발시킬 수 있다.
후속적으로 코팅층이 형성된 복합부직포가 손상을 입지 않는 범위 내에서 균일한 장력으로 롤 형태로 감는 권취 공정 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
(1) 복합 부직포의 제조
Length/Dimension이 1/28인 싱글 압출기에 용융지수(230℃, g/10min)가 1650 g/10min, 벌크밀도(bulky density)가 0.5 g/mL인 호모폴리프로필렌 H7916 폴리머 수지(LG 社) 100중량%로 구성된 열가소성 수지 조성물을 투입하였다. 상기 압출기를 분당 80회 회전시켜 열가소성 수지 조성물을 혼련, 가열, 압출하여 고온, 고속 기체 분사구를 이용해 직경 2m인 방사 다이 내부의, 오리피스의 직경이 0.38Ø이고 갯수가 인치(inch) 당 32개인, 오리피스에 쏘아 수지 조성물을 수집기 방향으로 필라멘트 섬유 형태로 방사하였다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 재질의 단섬유로써 폴리프로필렌(PP) 스테이플 섬유를 급면기를 통해 비타롤과 실린더를 거쳐 고르게 타면된 압축기(compressor)의 고온 고속 기체를 분사구로 전달받아 상기 섬유를 방사 다이에서 방사한다. 이렇게 마련된 단섬유를 상기 내부 오리피스를 통해 방사된 필라멘트 섬유와 50:50의 중량비로 혼섬된 후 수집 장치에 채집되어 300g/m2의 혼섬된 멜트블로운 섬유 웹 층을 형성한다.
혼섬된 멜트블로운 섬유 웹 층을 양면 합지기로 이동시킨 후, 1차 열 합지롤과 2차 열 합지롤을 이용하여 혼섬된 멜트블로운 섬유 웹 층의 양면에 폴리프로필렌(PP) 수지로 제조된 스판본드 부직포 층을 부착하여 스판본드-멜트블로운-스판본드(SMS) 복합부직포를 획득하였다.
(2) 전도성 코팅층의 형성
물리적 증착 장치 내부에 99.99% 이상의 순도를 가지는 벌크 상태의 구리를 타겟으로 장착하고, 증착 대상물로 폴리실록산(폴리디메틸실록산(PDMS)) 분산매 3L를 장착했다. 장치 내부를 진공으로 유지한 상태에서 아르곤 가스를 공급했다. 그리고 상기 물리적 증착 장치 내부에 플라즈마를 발생시켜 플라즈마 이온과 구리 타켓을 충돌시켜, 그 충돌로 인해 생성된 구리 나노 입자가 분산매인 상기 실록산 오일에 분산되어 구리 나노 입자가 분산된 오일을 제조하였다. 물리적 증착 공정은 총 100시간 동안 수행되었다. 이때 제조되는 구리 나노 입자의 형상은 플레이트 플레이크 형상(Plate flake type)을 가지며, 입자 크기는 10nm 이하의 구리 나노 입자로 구성되어 있었으며, 제조된 구리 나노 입자의 색깔은 양자효과에 의해 붉은색을 포함한 레드(Red) 계열의 색깔을 가지고 있었다. 이때 구리나노 입자가 분산된 오일의 점도는 1500mps였다. 이때 점도는 100 내지 5000mps로 조절할 수 있으며, 보다 바람직하게는 300-2000mps가 바람직하다.
상기 방법에 의해 제조된 구리 나노 입자가 분산된 오일(구리 나노 입자 크기 5nm, 농도 150ppm)을 그라비아 롤 방식의 롤러를 이용하여 코팅하였다. 그라비아 롤의 표면에는 에칭을 통해 선 두께(폭) 1mm, 한 변의 길이가 2cm 연속적인 육각형 모양인 허니콤(honeycomb) 패턴을 형성하였으며, 이때 에칭의 깊이는 30㎛로, 전사되는 코팅 두께가 30㎛가 되도록 하였고, 코팅 면적은 전체 면적을 기준으로 20%가 되도록 하였다. 이때 구리 나노 입자가 분산된 오일의 점도는 1500mps 였다. 이때 점도는 100-5000mps로 점도를 조절할 수 있으며, 보다 바람직하게는 300-2000mps가 바람직하다.
코팅이 완료된 후 건조 후, 80℃에서 30분간 건조하여 실록산 오일을 제거하여 기능성 복합 부직포를 제조하였다.
재현성 평가를 위해 동일한 과정으로 5개의 샘플을 제조하여 각각 실시예 1-1 내지 실시예 1-5라 지칭한다.
비교예 1
상기 실시예 1과 달리 전도성 코팅층을 형성하지 않은 스펀본드-멜트블로운-스펀본드(SMS) 부직포를 비교예 1로 사용하였다.
2. 전자파 차폐 효과 확인
상기 실시예 및 비교예에 따라 각각 제조된 복합 부직포들을 사용하여 ASTM D 4935 에 따라 하기 수학식 1에 따른 전자파 차폐 효율(SE, shielding efficiency)을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1 및 도 2에 나타내었다.
Figure 112020068124827-pat00001
(PI는 입사 전자파의 크기, PT는 투과 전자파의 크기)
단위(dB) 52MHz 457MHz 875MHz 1.32GHz
실시예 1-1 25.3 22.5 19.7 17.2
실시예 1-2 26.3 21.8 20.2 17.6
실시예 1-3 25.9 21.9 19.9 16.9
실시예 1-4 24.8 21.5 18.7 16.4
실시예 1-5 26.1 22.1 18.8 17.1
비교예 1 60.2 58.6 57.5 56.8
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 의해 제조된 복합 부직포의 전자파 차폐 특성이 비교예 1에 비해 월등히 향상됨을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 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.
101 전도성 나노 입자가 분산된 실록산 오일
102 코팅롤러
102b 음각 패턴
103 가압 롤러
300B 스펀본드 층
301 가이드 롤러
302A 하나의 스펀본드 층이 합지된 멜트블로운 섬유웹,
302B 추가 스펀본드 층이 합지된 멜트블로운 섬유웹,
303 합지 장치,
304 컷팅 장치

Claims (18)

  1. 열가소성 수지 단섬유 및 열가소성 수지 멜트블로운 필라멘트 섬유가 혼섬된 적어도 하나의 멜트블로운 층;
    상기 멜트블로운 층의 적어도 일 면에 합지되는 적어도 하나의 스펀본드 층; 및
    최외각에 배치된 적어도 하나의 스펀본드 층의 표면에 0.1 nm-300nm 크기의 플레이트 플레이크, 구 및 다면체 중 하나 이상의 형상을 갖는 전도성 나노 입자가 0.5~7000ppm 농도로 분산된 실록산 오일을 이용하여 형성된 전도성 나노 입자 코팅층을 포함하며,
    상기 전도성 나노 입자 코팅층은 하나 이상의 직선 또는 곡선이 서로 교차하거나 접하여 접점을 형성하는 반복 패턴으로 형성되는, 기능성 부직포.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지 단섬유는 전도성 단섬유가 추가로 혼합된 단섬유 혼합물로 포함되는, 기능성 부직포.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단섬유 혼합물은 열가소성 수지 단섬유와 전도성 단섬유가 60:40 내지 10:90의 중량비로 혼합되는, 기능성 부직포.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 멜트블로운 층은 열가소성 수지 단섬유 또는 단섬유 혼합물과 열가소성 수지 멜트블로운 필라멘트 섬유가 90:10 내지 10:90 중량비로 혼합되는, 기능성 부직포.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지 단섬유는 중공형 단섬유인, 기능성 부직포.
  6. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 일종 이상인, 기능성 부직포.
  7. 제2항에 있어서, 상기 전도성 단섬유는 탄소 섬유이거나 또는 열가소성 수지 단섬유에 전도성 금속을 도핑한 것인, 기능성 부직포.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 전도성 나노 입자는 철(Fe), 은(Ag), 아연(Zn), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 및 지르코늄(Zr)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 나노입자; 탄소 나노입자; 그래핀; 또는 이들의 적어도 일 종의 조합인, 기능성 부직포.
  10. 제1항에 있어서, 상기 기능성 부직포는, 스펀본드-멜트블로운, 스펀본드-멜트블로운-스펀본드, 스펀본드-멜트블로운-멜트블로운 -스펀본드, 및 스펀본드-스펀본드-멜트블로운-멜트블로운 -스펀본드으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 복합 부직포인, 기능성 부직포.
  11. 열가소성 수지를 필라멘트 섬유로 방사하는 단계;
    방사된 필라멘트 섬유에, 열가소성 수지 단섬유; 또는 열가소성 수지 단섬유 및 전도성 단섬유를 포함하는 단섬유 혼합물을 혼섬하여 형성되는 적어도 하나의 멜트블로운 층을 제조하는 단계;
    상기 멜트블로운 층의 적어도 일 면에 적어도 하나의 스펀본드 층을 합지하는 단계; 및
    음각의 패턴이 형성된 코팅 롤러의 음각 영역에 0.1 nm-300nm 크기의 플레이트 플레이크, 구 및 다면체 중 하나 이상의 형상을 갖는 전도성 나노 입자가 0.5~7000ppm 농도로 분산된 실록산 오일을 배치하는 단계, 및
    코팅 롤러의 음각 영역의 전도성 나노 입자가 분산된 실록산 오일을 최외각에 배치된 적어도 하나의 스펀본드 층의 표면에 전사하는 단계를 포함하여 전도성 나노 입자 코팅층을 형성하는 코팅층 형성 단계
    를 포함하며, 상기 전도성 나노 입자 코팅층은 하나 이상의 직선 또는 곡선이 서로 교차하거나 접하여 접점을 형성하는 반복 패턴으로 형성되는, 기능성 부직포의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 코팅층 형성 단계는 전도성 나노 입자가 분산된 실록산 오일을 코팅하여 형성되는, 기능성 부직포의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서, 상기 실록산 오일은 사이클로트리실록산(Cyclotrisiloxane), 사이클로테트라실록산(Cyclotetrasiloxane), 사이클로펜타실록산(Cyclopentasiloxane), 사이클로헥사실록산(Cyclohexasiloxane), 데카메틸사이클로펜타실록산 및 폴리디메틸실록산(PDMS; Polydimethylsiloxane)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 일종 이상인, 기능성 부직포의 제조방법.
  15. 삭제
  16. 제11항에 있어서, 상기 음각의 패턴의 음각 깊이는 10nm에서 100㎛인, 기능성 부직포의 제조방법.
  17. 제11항에 있어서, 코팅층을 건조하는 단계를 추가로 포함하는, 기능성 부직포의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 건조 단계는 20 내지 180℃에서 20초 내지 60분간 가열하여 수행되는, 기능성 부직포의 제조방법.

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