KR102659411B1 - 나노채널 및 마이크로 기공으로 이루어진 초미세 다공성 구조체 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초미세 크기의 다공성 구조체 및 그 제조방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노크기의 채널 및 마이크로 기공이 형성된 다공성 구조체 및 그 제조방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 초미세 다공성 구조체는 기재와, 나노채널과, 마이크로 기공을 포함한다. 상기 기재는 발포제가 혼합되어 제조된 폴리머필름으로 된다. 상기 나노채널은 상기 기재에 함유된 발포제가 열 충격파에 의해 발포되면서 형성된다. 상기 마이크로 기공은 상기 기재에 상기 열 충격 및 열전달에 의해 형성된다.
또한, 상기의 초미세 다공성 구조체에 있어서, 상기 발포제는 폴리머 기재의 녹는점보다 20도 이상의 높은 온도에서 반응하는 화학발포제인 것이 바람직하다.
또한, 상기의 초미세 다공성 구조체에 있어서, 상기 기재는 두께가 1 내지 100um인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 폴리머필름으로 된 기재에 나노채널 및 마이크로 기공이 모두 형성되므로 액체나 큰 입자의 통과는 차단시키지만 기체나 이온의 투과성을 높일 수 있다. 그래서 이차전지 분리막이나 멸균필름 등에 적용시 이온이나 가스의 투과를 용이하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 초미세 다공성 구조체는 기재와, 나노채널과, 마이크로 기공을 포함한다. 상기 기재는 발포제가 혼합되어 제조된 폴리머필름으로 된다. 상기 나노채널은 상기 기재에 함유된 발포제가 열 충격파에 의해 발포되면서 형성된다. 상기 마이크로 기공은 상기 기재에 상기 열 충격 및 열전달에 의해 형성된다.
또한, 상기의 초미세 다공성 구조체에 있어서, 상기 발포제는 폴리머 기재의 녹는점보다 20도 이상의 높은 온도에서 반응하는 화학발포제인 것이 바람직하다.
또한, 상기의 초미세 다공성 구조체에 있어서, 상기 기재는 두께가 1 내지 100um인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 폴리머필름으로 된 기재에 나노채널 및 마이크로 기공이 모두 형성되므로 액체나 큰 입자의 통과는 차단시키지만 기체나 이온의 투과성을 높일 수 있다. 그래서 이차전지 분리막이나 멸균필름 등에 적용시 이온이나 가스의 투과를 용이하게 할 수 있다.
Description
본 발명은 초미세 크기의 다공성 구조체 및 그 제조방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노크기의 채널 및 마이크로 기공이 형성된 다공성 구조체 및 그 제조방법에 대한 것이다.
초미세 다공성 구조체는 마이크로미터 이하 크기의 초미세 기공과 그 사이의 나노미터 이하의 균열이 형성되어 있는 구조체를 말하며, 이 구조를 통해 가스, 이온 등의 통과는 허용될 수 있지만 물이나 미세입자 등은 차단된다. 그래서 초미세 다공성 구조체는 이온교환 기능이 필요한 이차전지 분리막, 멸균필름, 특수용도의 포장재, 기능성필름 등에 적용이 된다.
이때 초미세 다공성 구조체는 액체나 입자는 선택적으로 액체를 차단하면서, 이온이나 가스 등을 통과시키는 성능이 높을수록 뛰어난 품질을 가진다.
종래의 건식 연신 및 습식 식각 제조공정에 의한 나노 마이크로 구조체의 고 투과성 필름은 기계적 물성치의 한계로 소재 적용에 있어서 그 선택의 폭이 넓지 못하다. 하지만 본 공정을 활용한 초미세 다공성 구조체를 형성한 필름의 경우 열충격파를 이용하기 때문에 소재의 물성치에 영향을 거의 받지 않을 뿐만 아니라 다양한 소재의 특성을 반영할 수 있다. 여기서 말하는 열충격파는 아주 짧은 시간동안에 200도 이상의 높은 열 방사 구간에 필름을 노출 시킴으로써, 폴리머 필름 모재의 열전달 변화를 최소화 하면서 오로지 발포제만을 순간적으로 발포하여 이때 생성된 가스 팽창과 방출에 의해서 나노 크기의 기공을 확장하는 공정을 통해 기존의 점진적 가열에 의한 발포공정과의 차별성이 있다. 또한 그 동안의 선행 특허에서 언급한 레이저 방사에 의한 발포공정은, 알려진 바와 같이, 단일 파장의 레이저 조사에 의한 광학적 발포이므로 본 특허와는 차별된다. 열충격파에 의한 급격한 확장은 기공생성과 더불어 주변에 가스 팽창과 방출에 의해서 순간적으로 나노급 균열을 유발하는데 이는 본공정의 투과성을 높이는 나노채널 구조체로서 그 역할을 한다. 본 공정에 의해 생성된 초미세 다공성 구조는 액체나 큰 입자를 차단하면서 이온이나 가스 등을 투과시키는 기능을 갖는 폴리머 필름의 기반이 된다.
이러한 초미세 다공성 구조체 기반 필름의 경우 이온 교환 성능에 의한 이차전지 분리막, 소독가스투과 및 외부 오염물의 차단이 필요한 멸균필름, 보관시 가스배출이 필요한 발효식품 포장재 등으로 활용할 수 있다.
따라서 본 발명은 살균 가스 기체 통기성, 이온교환성능이 높은 초미세 다공성 구조체 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 초미세 다공성 구조체는 기재와, 나노채널과, 마이크로 기공을 포함한다. 상기 기재는 발포제가 혼합되어 제조된 폴리머필름으로 된다. 상기 나노채널은 상기 기재에 함유된 발포제가 열 충격파에 의해 발포되면서 형성된다. 상기 마이크로 기공은 상기 기재에 상기 열 충격 및 열전달에 의해 형성된다.
또한, 상기의 초미세 다공성 구조체에 있어서, 상기 발포제는 폴리머 기재의 녹는점보다 20도 이상의 높은 온도에서 반응하는 화학발포제인 것이 바람직하다.
또한, 상기의 초미세 다공성 구조체에 있어서, 상기 기재는 두께가 1 내지 100um인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초미세 다고성 구조체의 제조방법은 발포제가 혼합된 폴리머필름으로된 기재를 금속 재질의 가열 롤의 상부에 배치하는 단계와, 상기 기재의 상부면과 일정 거리 이격된 위치에서 초점을 맞추어 열충격파를 조사하는 단계를 포함한다. 그래서 상기 열충격파와 상기 가열 롤에 전도된 열충격에 의해 상기 기재의 내부에 나노채널과, 마이크로 기공이 형성된다.
또한, 상기의 초미세 다공성 구조체의 제조방법에 있어서, 상기 열충격파가 상기 기재에 조사될 때 상기 가열 롤을 회전시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 초미세 다공성 구조체의 제조방법에 있어서, 상기 열충격파가 상기 기재에 조사될 때 상기 기재를 전진시키면서 상기 나노채널과 상기 미이크로 기공을 연속적으로 형성시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 초미세 다공성 구조체의 제조방법에 있어서, 상기 기재는 상기 폴리머필름의 가스 통기성이 100,000 cc/m2·day·atm 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 폴리머필름으로 된 기재에 나노채널 및 마이크로 기공이 모두 형성되므로 액체나 큰 입자의 통과는 차단시키지만 기체나 이온의 투과성을 높일 수 있다. 그래서 이차전지 분리막이나 멸균필름 등에 적용시 이온이나 가스의 투과를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초미세 다공성 구조체의 제조방법의 일 실시예의 개념도,
도 2는 도 1의 제조방법으로 만들어진 초미세 다공성 구조체 구조의 개념도이다.
도 2는 도 1의 제조방법으로 만들어진 초미세 다공성 구조체 구조의 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 초미세 다공성 구조체 및 그 제조방법의 일 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 초미세 다공성 구조체는 화학 발포제(11)가 분산되어 제조된 폴리머필름으로 된 기재(10)에 나노채널(13)과 마이크로 기공(15)이 형성된다.
본 실시예의 초미세 다공성 구조체를 형성하기 위하여 발포제(11)가 분산된 두께 1 ~ 100um의 폴리머필름의 기재(10)를 금속 재질의 가열 롤(30)의 상부에 배치한다.
여기서 발포제(11)의 통기성은 100,000cc/m2·day·atm 이상이며, 폴리머 기재의 녹는점보다 높은 물질이 사용된다. 그리고 기재(10)는 PE보다 녹는점이 높은 폴리머를 주요 대상으로 하며, 주로 PE, PP, PET, PES, PBS 등의 폴리머이다.
가열 롤(30)이 있는 위치에서 기재(10)의 상부면과 일정 거리 이격된 위치에서 초점을 맞추어 기재(10)로 열충격파(20)를 조사한다.
그러면 열충격파(20)에 의해 국부적으로 가열된 부위에서 발포제(11)가 발포되면서 나노채널(13)이 형성된다.
이때 열충격파(20)가 기재(10)에 조사되면 열충격파(20)의 에너지는 발포제(11)를 발포시키는 한편 금속 재질로된 가열 롤(30)에 흡수된다. 그래서 가열 롤(30)에 높은 온도로 가열된 열 영향부(31)가 형성된다. 이로 인하여 폴리머필름으로 된 기재(10)의 온도가 상승하여 기재(10)의 내부에는 마이크로 이하의 기공(15)이 형성된다.
열충격파(20)가 조사된 상태에서 기재(10)를 화살표 A 방향으로 진행시키면 기재(10)에 마이크로 기공(15)과 나노채널(13)이 함께 형성된 마이크로-나노 복합 구조로 된 기재(10)를 만들 수 있다.
이때 가열 롤(30)이 고정되어 있으면 열 영향부(31)가 고정되므로 열충격파(20)에 의하여 열 영향부(31)가 과도하게 가열될 수 있다. 그래서 본 실시예에서는 열충격파(20)를을 노출시킬 때 가열 롤(30)을 일정한 속도로 회전시킨다. 그래서 열 영향부(31)가 과도하게 가열되는 것을 방지할 수 있다.
따라서 본 실시예의 의하면 기재(10)의 내부에 마이크로 기공(15)과 나노채널(13)이 함께 형성된 복합구조가 만들어지므로 가스나 이온의 투과성을 높일 수 있다.
10 : 기재 11 : 발포제
13 : 나노채널 15 : 마이크로 기공
20 : 열충격파 30 : 가열 롤
31 : 열 영향부
13 : 나노채널 15 : 마이크로 기공
20 : 열충격파 30 : 가열 롤
31 : 열 영향부
Claims (7)
- 발포제가 혼합된 폴리머필름으로 된 기재를 금속 재질의 회전가능한 가열 롤의 상부에 배치하는 단계와,
상기 기재의 상부면과 일정 거리 이격된 위치에서 초점을 맞추어 열충격파를 조사하는 단계와,
상기 열충격파가 상기 기재에 조사될 때 상기 가열 롤을 회전시키는 단계를 포함하며,
상기 열충격파와 상기 가열 롤에 형성된 열영향부에 의해 상기 기재의 내부에 나노채널과, 마이크로 기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 초미세 다공성 구조체의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 열충격파가 상기 기재에 조사될 때 상기 기재를 전진시키면서 상기 나노채널과 상기 마이크로 기공을 연속적으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 초미세 다공성 구조체의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 기재는 상기 폴리머필름의 가스 통기성이 100,000 cc/m2·day·atm 이상인 것을 특징으로 하는 초미세 다공성 구조체의 제조방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 초미세 다공성 구조체.
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