KR20100049676A

KR20100049676A - 입자로 충전된 부직포 재료

Info

Publication number: KR20100049676A
Application number: KR1020107006860A
Authority: KR
Inventors: 페터 크라이처; 크리스토프 베버; 루돌프 바그너; 귄터 샤르펜베르거; 미하엘 로트
Original assignee: 칼 프로이덴베르크 카게
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2010-05-12
Also published as: BRPI0816699A2; US20100206804A1; RU2427944C1; ATE518265T1; BRPI0816369B1; EP2034540B1; EP2186149A1; JP2010538172A; WO2009033514A1; CN101796667B; CN101960646A; DE102007042554B4; ATE533198T1; RU2449425C2; EP2034540A1; EP2235766B1; RU2010113350A; DE102007042554A1; ATE521097T1; BRPI0816369A2

Abstract

층은 부직포 재료로부터 만들어진 베이스 재료를 가지며 상기 베이스 재료는 파이버들로부터 만들어지고 상기 파이버들에 의해 형성된 제1 공극들을 가지며 상기 베이스 재료는 입자들로 적어도 부분적으로 충전되며 상기 입자들은 상기 제1 공극들을 적어도 부분적으로 충전하며 상기 입자들로 충전된 영역들을 형성한다. 본 발명에 따르면, 상기 입자들이 상기 충전된 상태에서 제2 공극들을 형성하고 상기 입자들의 평균 직경은 절반 이상의 상기 제2 공극들의 평균 공극 크기보다 더 큰 것을 특징으로 하고, 경제적인 생산으로 작은 두께로서 높은 공극도와 높은 온도 안정성을 제공하는 층이 설계되고 개발될 수 있다.

Description

입자로 충전된 부직포 재료{NON-WOVEN MATERIAL WITH PARTICLE FILLING}

본 발명은 부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층(ply)에 관한 것이며, 상기 베이스 재료는 파이버들로 구성되고 상기 파이버들에 의해 형성된 제1 공극들을 가지며, 상기 베이스 재료는 입자들로 적어도 부분적으로 충전되며, 상기 입자들은 상기 제1 공극들을 적어도 부분적으로 충전하며 상기 입자들로 충전된 영역들을 형성한다.

언급된 타입의 층들은 이미 선행기술로부터 알려져 있다. 이와 같은 층들은 에너지를 저장하기 위한 배터리들과 커패시터들의 세퍼레이터들로서 사용된다. 배터리들과 커패시터들의 전하 저장은 화학적으로, 물리적으로 또는 혼합된 형태로, 예를 들면 화학흡착에 의해 일어난다.

상기 배터리나 커패시터 내의 내부 방전을 회피하기 위해, 서로 반대로 하전된 전극들이, 전자들을 전달하지 않으며 세퍼레이터들 또는 스페이서들로서 알려진 재료들에 의해, 서로로부터 기계적으로 분리된다. 동시에, 에너지 저장 시스템에 맞는 그들의 공극률과 에너지 저장 시스템의 사용에 의해, 상기 세퍼레이터들 또는 스페이서들이 전해액의 이온성 전하 운반체들이 상기 전극들 사이로 이동하는 것이 가능하게 한다.

선행기술로부터 알려진 상기 세퍼레이터들은 마이크로미터 범위의 작고, 서로 연결된 구멍들을 가진다. 이 구멍들은, 젖은 세퍼레이터에서의 전해액의 전도도가 가능한 한 높고 그에 따라 상기 배터리가 높은 전력 밀도를 가지도록, 가능한 한 크게 된다고 한다. 그러나 만일 상기 구멍들이 너무 크다면, 그때에는 금속 수지상정들(dendrites)이 서로로부터 실제로 전기적으로 분리된 두 전극들 사이에 단락을 야기할 수 있다. 상기 금속 수지상정들은 상기 배터리에 불순물들로서 존재할 수 있는 리튬 또는 다른 금속들로 구성된다.

게다가, 전기 전도성 전극 재료들의 입자들은 상기 구멍들을 통해 이동할 수 있다. 이 과정들은 상기 전극들 사이에 단락을 일으키고 상기 배터리 또는 커패시터의 자기-방전을 크게 가속시킬 수가 있다.

단락은 매우 높은 전류들의 국부적인 흐름을 초래할 수 있으며 이는 열을 방출한다. 이 열은 상기 세퍼레이터를 녹게 할 수 있으며, 이는 상기 세퍼레이터의 절연/분리 효과의 뚜렷한 감소를 야기할 수 있다. 매우 빠르게 자기-방전하는 배터리는 결과적으로 그의 높은 에너지 함유량 및 전해액과 다른 구성요소들의 연소성 때문에 안전에 대한 높은 위험성을 내포한다.

선행기술로부터 알려진 세퍼레이터들에 대한 다른 단점은 온도가 상승하는 경우에 발생하는 그들의 안정성의 결핍이다. 그의 융점은 폴리에틸렌이 사용될 때에 약 130℃이며 폴리프로필렌이 사용될 때에 약 150℃이다.

단락들의 원인들은 상기 배터리 내의 과도하게 높은 온도로 인한 상기 세퍼레이터의 수축, 금속 이온들의 감소로 인한 금속 수지상정 성장(metal dendrite growth) (리튬, 철, 망간 또는 다른 금속 불순물들), 전극 입자들의 파편, 절단 파편 또는 파손된 전극 커버링, 및 압력 하의 두 개의 평편한 전극들 사이의 직접적인 접촉을 포함한다.

EP 0 892 448 A2는 소위 폐쇄 메커니즘(shutdown mechanism)을 공개한다. 상기 폐쇄 메커니즘은, 초기 단락의 근처에서 이온의 이동을 방지함으로써 상기 단락의 대기상의 확산에 대항하여, 예를 들면 단락에 기인하는, 국부적인 가열에 반응한다. 상기 단락으로 인한 열은 폴리에틸렌이 녹아서 상기 세퍼레이터들의 공극들을 막을 정도로 상기 폴리에틸렌을 가열한다. 더 높은 융점을 가지는 폴리프로필렌은 기계적으로 온전하게 유지된다.

US 2002/0168569 A1은, 제조 조작에서, 초기에 용매로 용해되고, 실리카 입자들과 혼합되고, 얇은 필름으로 적용되는 폴리비닐 디플루오라이드(polyvinyl difluoride)로 구성된 세퍼레이터의 구조를 설명한다. 상기 용매를 제거하면 다공성 멤브레인이 남는다.

WO 2006/068428 A1은 겔 같은 폴리머들과 무기 입자들로 추가로 충전된 폴리올레핀 세퍼레이터를 사용함으로써, 리튬 이온 배터리용 세퍼레이터들의 생산을 설명한다.

WO 2004/021475 A1은 얇은 시트 재료를 형성하기 위해 실리콘, 알루미늄 및/또는 지르코늄 원소들의 산화물들로부터 제조된 무기 바인더들과 유기실리콘 접착 촉진제들(organosilicon adhesion promoters)에 결합된 세라믹 입자들의 사용을 설명한다.

적절한 기계적 유연성을 얻기 위해, 상기 세라믹 입자들이 지지 재료, 예를 들면 부직포 재료에 포함된다. 이는 WO 2005/038959 A1에 의해 개시된다.

금속 수지상정 형성의 초기단계들에서 단락들을 방지하기 위해, WO 2005/104269 A1은 세라믹 페이스트에 대한 혼합물로서 비교적 저 융점의 왁스들의 사용을 설명한다.

WO 2007/028662 A1은 상기 세퍼레이터의 기계적 특성들이 개선될 수 있도록 100℃를 초과하는 융점을 가지는 폴리머 입자들을 세라믹 충전재들에 추가하는 것을 설명한다. 기술된 상기 재료들은 리튬 이온 재료들을 위한 세퍼레이터로서 사용할 의도이다. 이 세퍼레이터들은 멤브레인들보다 더 높은 열적 안정성을 제공하지만, 그들은 아직 상업적인 성공을 이루지 못하고 있다. 이는 그들의 비교적 높은 비용과 25㎛를 초과하는 상기 재료의 과도한 두께 때문일 수 있다.

WO　2000/024075　A1은 연료전지들에 사용될 수 있는 멤브레인의 생산을 설명한다. 이 멤브레인은 불소 처리된 탄화수소 폴리머들이 규산염 바인더에 의해 부착된 유리 섬유 재료들로 구성된다.

마지막으로, JP　2005268096　A는 폴리에틸렌/폴리프로필렌 섬유로 된 지지 재료에서 열가소성 입자들과 함께 가열에 의해 녹임으로써 생산되는 리튬 이온 배터리용 세퍼레이터를 설명한다. 이 세퍼레이터는 0.1-15㎛의 공극 직경을 가지는 거품 모양의 다공성 구조를 가진다.

상기 선행기술은, 작은 두께로 높은 공극률 및 높은 열 안정성을 제공하고, 높은 전력과 에너지 밀도를 가지는 배터리들에서 넓은 온도 범위에 걸쳐 안전하게 사용될 수 있는, 값이 싼 세퍼레이터를 보여 주지 못한다.

EP　0　892　448　A2, US　2002/0168569　A1, WO　2006/068428　A1, WO　2004/021475　A1, WO　2005/038959　A1, WO　2005/104269　A1, WO　2007/028662　A1, WO　2000/024075　A1, 및 JP　2005268096　A

본 발명의 목적은 처음에 언급된 타입의 층을 개발하고 개량하여 그 결과로 낮은 원가로 생산되는 작은 두께로 높은 공극률 및 높은 열 안정성을 제공하는 것이다.

본 발명은 청구항 1의 특징들에 의해 위에서 언급된 목적을 달성된다.

그에 따르면, 상기 층은 상기 충전된 영역들의 입자들이 제2 공극들을 형성하고, 상기 입자들의 평균 직경이 절반 이상(majority)의 상기 제2 공극들의 평균 공극 크기보다 더 큰 것을 특징으로 한다.

상기 평균 공극 크기들의 도수분포가 본 발명에 따라 설정되어 그 결과로 50%를 초과하는 상기 제2 공극들이 상기 입자들의 평균 직경 미만의 평균 공극 크기들을 가진다. 발명자들은 값싼 부직포 재료의 공극의 구조가 입자들의 적절한 배열과 선택을 통해 변경될 수 있다는 것을 인식했다. 구체적으로, 본 발명의 상기 층의 공극률이, 폴리올레핀 멤브레인들과 비교할 때, 상기 층의 안정성을 저하시키지 않고 증가될 수 있다는 것이 인식되었다. 입자들의 평균 직경이 상기 충전된 영역의 절반 이상의 상기 제2 공극들의 평균 공극 크기보다 더 큰 다수의 입자들의 배열이 높은 공극률을 형성하여서 상기 부직포 재료에 의한 전해액의 흡수를 증가시키는 것을 가능하게 한다. 동시에, 생성된 상기 공극 구조는 유해한 금속 수지상정들이 그의 내부에 형성되는 것을 거의 불가능하게 한다. 본 발명은 거품 같지 않고 미로 같으며, 긴 공극들을 포함하는 공극 구조를 생성하는 상기 입자들의 배열을 제공한다. 이와 같은 공극 구조에서, 상기 층의 한 측으로부터 다른 측으로 계속하여 연장되는 수지상정 성장이 형성되는 것이 거의 불가능하다. 이는 배터리들 또는 커패시터들에서 단락들을 방지하는 데에 효과적이다. 그러므로 본 발명의 상기 층은 높은 전력과 에너지 밀도를 갖는 배터리들과 커패시터들을 위한 세퍼레이터로서 매우 유용하다. 본 발명의 상기 층은 넓은 온도 범위에 걸쳐 사용하기에 안전하다. 그러므로 처음에 언급된 목적이 달성된다.

상기 입자들은 구형일 수 있다. 이는 상기 부직포 재료의 제1 공극들에 구들의 극히 치밀한 충전(overwhelmingly closest packing)을 유리하게 생성할 수 있다. 절반 이상의 제2 공극들의 평균 공극 크기는 기본적으로 구들의 충전의 기하학적 상태들에 의해 결정된다. 구들의 가장 치밀한 충전(closest packing)을 형성하기 위한 무한한 방법들이 있다. 그들의 공통적인 특징은 그들이 구들의 육각형의 층들로 구성된다는 것이다. 두 개의 가장 중요한 대표들은 구들의 육각형의 가장 치밀한 충전(hexagonally closest packing)(구의 층 순서 A, B, A, B, A, B)과 구들의 입방체의 가장 치밀한 충전(cubically closest packing)(구의 층 순서 A, B, C, A, B, C, A)이다. 구들의 입방체의 가장 치밀한 충전은 또한 구들의 면심 입방 충전(face-centered cubic packing)으로도 알려져 있다. 구들의 가장 치밀한 충전에서의 각각의 구는 12개의 이웃들을 가지며, 6개는 구의 그 자체의 층에 있고 위와 아래에 3개씩이 있다. 그들은 입방체 배열에서 입방팔면체(cuboctahedron)를 형성하고 육각형 배열에서 반입방팔면체(anticuboctahedron)를 형성한다. 구들의 가장 치밀한 충전의 충전 밀도는 74%이다. 그러나 가능한 한 높은 공극률을 생성하고자 하는 요구가 있다. 그러므로 상기 부직포 재료의 제1 공극들에 있는 모든 입자들이 구들의 가장 치밀한 충전을 형성하지는 않을 것이다. 오히려, 상기 입자들이 엉성하게 충전된, 높은 공극률을 촉진하는, 영역들이 또한 있을 것이다.

상기 입자들은 상기 베이스 재료에 시트와 같은 균일한 분포를 형성할 수 있다. 이 구체적인 형상은 단락들을 방지하는 데에 특히 효과적이다. 금속 수지상정들과 파편이 균일하게 커버된 시트를 통해 이동하는 것이 거의 불가능하다는 것이 발견되었다. 게다가, 이와 같은 시트는 압력의 적용에 의해 전극들 사이의 직접적인 접촉을 방지한다. 상기 부직포 재료의 모든 제1 공극들이 상기 입자들로 균일하게 충전되고 그 결과로 상기 층이 대체로 상기 입자들의 평균 직경들보다 더 작은 평균 공극 크기들을 보이는 것이 이 배경을 고려하여 특히 생각될 수 있다.

상기 베이스 재료는 상기 입자들의 코팅을 가질 수 있다. 코팅은 마찬가지로 단락들을 앞에서 언급한 바와 같이 방지하는 유리한 방법이다. 층이 코팅을 가질 때에, 상기 베이스 재료는 불가피하게 입자들로 적어도 부분적으로 충전되는 경계 영역을 가질 것이다.

상기 입자들은 바인더에 의해 상기 부직포 재료, 또는 다른 입자들과 서로 결합될 수 있다. 이 바인더는 유기 폴리머들로 구성될 수 있다. 유기 폴리머들로 구성된 바인더의 사용은 충분한 기계적 유연성을 가진 층을 생산하는 것을 가능하게 한다. 폴리비닐피로리돈(polyvinylpyrrolidone)은 놀랍게도 우수한 바인더 특성들을 보인다.

열가소성 및/또는 열경화성 바인더들을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이 배경을 고려하여 언급될 수 있는 예들은 폴리비닐피로리돈, 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리아크릴레이트들(polyacrylates), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리메타크릴레이트들(polymethacrylates), 폴리스티렌, 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide) 및 앞에서 언급된 것들의 코폴리머들, 셀룰로오스 및 그의 유도체들, 폴리에테르들(polyethers), 페놀 수지들, 멜라민 수지들, 폴리우레탄들(polyurethanes), 니트릴 고무(NBR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 및 라텍스이다.

상기 바인더 및/또는 상기 입자들의 융점은 상기 부직포 재료의 파이버들의 융점들보다 낮을 수 있다. 이와 같은 바인더/입자들을 선택함으로써, 상기 층이 폐쇄 메커니즘을 구현하는 것이 가능하다. 폐쇄 메커니즘에서, 상기 공극들을 통한 수지상정 성장들과 그에 따른 단락들이 일어날 수가 없도록 녹은 입자들 및/또는 바인더가 상기 부직포 재료의 공극들을 막는다.

다른 융점들을 가지는 입자들의 혼합물들을 사용하는 것이 이 배경을 고려하여 생각될 수 있다. 이는 상승하는 온도로 상기 공극들의 단계적 또는 스테이지적 막힘(stagewise blinding)을 달성하기 위해 사용될 수 있다.

상기 입자들은 0.01 내지 10㎛의 범위의 평균 직경을 가질 수 있다. 이 범위로부터의 상기 평균 직경의 선택이 수지상정 성장들 또는 파편의 형성에 의한 단락들을 회피하기에 특히 유리한 것이 발견될 것이다.

상기 입자들은 유기 폴리머들로부터, 특히 폴리프로필렌, 폴리비닐피로리돈, 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리에스테르, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 퍼플루오로에틸렌-프로필렌(perfluoroethylene-propylene: FEP), 폴리스티렌, 스티렌-부타디엔 코폴리머들, 폴리아크릴레이트들 또는 니트릴-부타디엔 폴리머들 및 앞에서 언급된 폴리머들의 코폴리머들로부터, 제조될 수 있다. 상기 입자들에 대한 유기 폴리머들의 사용은 폐쇄 효과를 얻기 위한 상기 입자들의 문제 없는 용융을 허용한다. 부스러지지 않고 절단하기 쉬운 층을 제조하는 것이 또한 가능하다. 상기 층에 비교적 높은 비율의 무기 입자들이 있을 때에 상기 층의 부스러짐이 통상적으로 일어날 것이다. 다른 입자들의 혼합물들 또는 코어-쉘 입자들을 사용하는 것이 이 배경을 고려하여 생각된다. 이는 상승하는 온도로 상기 공극들의 단계적 또는 스테이지적 막힘을 얻기 위해 사용될 수 있다.

무기 입자들 또는 무기-유기 하이브리드 입자들을 사용하는 것이 또한 가능하다. 이 입자들은 400℃의 온도 아래에서는 녹지 않는다. 배터리들에 존재하는 양자의 활동이 적어도 부분적으로 감소될 수 있도록 기본적인 특성들을 가지는 이 입자들을 선택하는 것이 더 가능하다.

상기 부직포 재료의 파이버들은 유기 폴리머들로부터, 특히 폴리부틸 테레프탈레이트(polybutyl terephthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에테르 에테르 케톤들, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리술폰들(polysulfones), 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene), 폴리아미드 또는 폴리비닐피로리돈으로부터, 제조될 수 있다. 앞에서 언급된 폴리머들을 포함하는 2성분 파이버들을 사용하는 것이 또한 생각된다. 이 유기 폴리머들의 사용은 오직 최소의 열 수축을 가지는 층을 생산하는 것을 가능하게 한다. 게다가, 이 재료들은 배터리들과 커패시터들에 사용되는 전해액들과 가스들에 대해 대체로 전기화학적으로 안정하다.

상기 부직포 재료의 파이버들의 평균 길이는 적어도 2 또는 그보다 큰 배수(factor), 바람직하게는 다수의 배(multiple)만큼 그들의 평균 직경을 초과할 수 있다. 상기 파이버들이 서로 얽히게 될 수 있으므로 이 구체적 실시예는 특히 강한 부직포 재료를 제조하는 것을 가능하게 한다.

상기 부직포 재료의 파이버들의 적어도 90%는 12㎛ 이하의 평균 직경을 가질 수 있다. 이 구체적 실시예는 상기 제1 공극들에 대해 비교적 작은 공극 크기들을 가지는 층을 만드는 것을 가능하게 한다. 상기 부직포 재료의 파이버들의 적어도 40%가 8㎛ 이하의 평균 직경을 가질 때에 더 미세한 공극이 얻어질 수 있다.

상기 층은 100㎛ 이하의 두께에 의해 특징지어질 수 있다. 이 두께의 층은 문제없이 여전히 롤링될 수 있으며 배터리의 매우 안전한 작동을 허용한다. 상기 두께는 바람직하게는 60㎛ 이하일 수 있다. 이 두께는 개선된 롤링성과 배터리의 여전히 안전한 작동을 허용한다. 상기 두께는 더 바람직하게는 25㎛ 이하일 수 있다. 이와 같은 두께를 가지는 층들은 매우 컴팩트한 배터리들과 커패시터들을 만들기 위해 사용될 수 있다.

상기 층은 적어도 25%의 공극률을 가질 수 있다. 이 공극률의 층은 재료의 밀도 때문에 단락들의 형성을 억제하기에 특히 효과적이다. 상기 층은 바람직하게는 적어도 35%의 공극률을 가질 수 있다. 이 공극률의 층은 높은 전력 밀도의 배터리를 생산하기 위해 사용될 수 있다. 여기에 기술된 상기 층은 상기 층의 일 측으로부터 다른 측으로 연장되는 수지상정 성장들이 형성될 수 없도록 높은 공극률을 가지면서도 매우 작은 제2 공극들을 보인다. 수지상정 성장들이 상기 층의 일 측으로부터 다른 측으로 형성될 수 없는 미로 미세구조를 상기 제2 공극들이 형성하는 것이 이 배경을 고려하여 생각될 수 있다.

상기 층은 3㎛ 이하의 공극 크기들을 가질 수 있다. 이 공극 크기의 선택이 단락들을 회피하는 데에 특히 유리한 것이 발견될 것이다. 상기 공극 크기들은 더 바람직하게는 1㎛ 이하일 수 있다. 이와 같은 층이 금속 수지상정 성장, 전극 입자들의 파편 및 압력의 적용 하의 상기 전극들 사이의 직접적인 접촉으로 인한 단락들을 회피하기에 특히 유리하다.

상기 층은 적어도 15뉴톤/5cm의 종방향의 최대 인장 강도를 가질 수 있다. 이 강도의 층은 배터리의 전극들 상에 파열되지 않고 롤링하기에 특히 용이하다.

상기 층은 카렌더링에 의해 기계적으로 결속될 수 있다. 카렌더링은 표면의 거칠기를 감소시키는 데에 효과적이다. 상기 부직포 재료의 표면에 사용되는 입자들은 카렌더링 후에 평편하게 된다.

여기에 기술된 상기 층이 단락들을 방지하는 데에 특히 효과적이므로 상기 층은 특히 배터리들과 커패시터들의 세퍼레이터로서 사용될 수 있다.

여기에 기술된 상기 층이 양호한 습윤 특성들을 보이고 액체들을 이송할 수 있으므로 상기 층은 또한 연료 전지들의 멤브레인 또는 가스 확산층으로서 사용될 수 있다.

그리고 본 발명의 내용을 유리하게 개발하고 개선하는 다양한 방법들이 있다. 한편으로는 종속항들을 참조해야 하고 다른 한편으로는 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예의 설명을 참조해야 한다.

도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예의 설명은 또한 상기 내용의 일반적으로 바람직한 개발들과 개선들을 설명하는 것을 돕는다.

도면에서
도1은 입자들이 부직포 재료의 제1 공극들에 존재하고 입자들로 충전된 공극 영역을 형성하는 층의 주사형 전자 현미경 사진을 보여주고,
도2는 코팅으로 구성된 충전된 영역의 상기 입자들의 주사형 전자 현미경 사진을 보여주며,
도3은 충전된 영역의 상기 입자들의 크게 확대된 주사형 전자 현미경 사진을 보여준다.

도1은 부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층을 보여 주며, 상기 베이스 재료는 파이버들(1)로 구성되고 상기 파이버들(1)에 의해 형성되는 제1 공극들(2)을 가지며, 상기 베이스 재료는 적어도 부분적으로 입자들(3)로 충전되며, 그 입자들(3)은 적어도 부분적으로 제1 공극들(2)을 충전하고 상기 입자들(3)로 충전된 영역들(4)을 형성한다.

도3은 충전된 영역(4)을 확대도로 보여준다. 도3을 참조하면, 상기 입자들(3)은 상기 충전된 영역들(4)에 제2 공극들(5)을 형성하며, 상기 입자들(3)의 평균 직경은 절반 이상의 상기 제2 공극들(5)의 평균 공극 크기보다 더 크다. 상기 입자들(3)은 구형이며 상기 영역들에서 구들의 가장 치밀한 충전을 형성하는 경향이 있다.

도2는 상기 부직포 재료에 적용되어 있는 상기 입자들(3)의 코팅을 보여준다.

도1 내지 3은 부직포 재료를 구성하는 층의 주사형 전자 현미경 사진들을 보여주며, 그의 파이버들(1)은 폴리에스테르로부터 제조된다. 상기 입자들(3)은 구형의 형상이며 상기 부직포 재료의 제1 공극들(2)을 충전하는 덩어리들을 영역들에 형성한다. 상기 파이버들(1)은 12㎛보다 작은 평균 직경을 가진다. 상기 층은 25㎛의 두께를 가진다. 이는 170℃의 온도에서 1%보다 작은 횡 방향의 수축을 보인다.

상기 입자들(3)의 평균 직경은 200nm이다. 상기 입자들(3)은 폴리비닐리덴 플루오라이드로 구성되며 폴리비닐피로리돈 바인더에 의해 상기 파이버들(1)에 부착되었다.

상기 입자들(3)의 평균 직경은 상기 충전된 영역(4)에 있는 입자들(3)의 수로부터 결정된다. 상기 입자들(3)은 바람직하게는 좁은 분포 곡선을 보이며; 즉, 평균 직경은 낮은 표준편차를 가진다. 절반 이상의 상기 제2 공극들(5)의 상기 평균 공극 크기들은 200nm 미만이다. 제2 공극(5)의 평균 공극 크기는 상기 공극(5)과 동일한 부피를 가지는 가상의 구(6)의 직경을 의미하게 된다. 상기 가상의 구는 이웃하는 입자들(3)의 표면을 접촉하게 되도록 상기 입자들(3) 사이에 있다. 상기 공극들의 치수를 특징짓는 가상의 구들(6)이 도3에 검은 경계선의 중공 원으로 묘사된다.

x축이 상기 제2 공극들(5)의 상기 평균 공극 크기들을 나타내고 y축이 상기 평균 공극 크기들의 빈도 수를 나타내는 분포 곡선은 50%를 초과하는 상기 제2 공극들(5)이 200nm 미만의 평균 공극 크기를 가진다는 것을 보여줄 것이다.

본 발명의 내용의 추가적인 유리한 실시예들과 개량들에 관해서는 명세서의 전체적인 부분과 첨부된 청구항들이 참조된다.

앞에서 완전하게 임의로 선택된 설명을 위한 실시예는 단지 본 발명의 내용을 논의하기 위한 것이며 설명을 위한 이 실시예에 그 내용을 한정하는 것은 아니라는 것이 마지막으로 특히 강조될 수 있다.

1: 파이버들 2: 제1 공극들
3: 입자들 4: 충전된 영역들
5: 제2 공극들 6: 가상의 구들

Claims

부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층으로서,
상기 베이스 재료는 파이버들(1)로 구성되고 상기 파이버들(1)에 의해 형성된 제1 공극들(2)을 가지며, 상기 베이스 재료는 입자들(3)로 적어도 부분적으로 충전되며, 상기 입자들(3)은 상기 제1 공극들(2)을 적어도 부분적으로 충전하며 상기 입자들(3)로 충전된 영역들(4)을 형성하는 상기 부직포 재료로 구성된 상기 베이스 재료를 가지는 층에 있어서,
상기 충전된 영역들(4)의 상기 입자들(3)은 제2 공극들(5)을 형성하고, 상기 입자들(3)의 평균 직경은 절반 이상의 상기 제2 공극들(5)의 평균 공극 크기보다 더 큰 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항에 있어서,
상기 입자들(3)은 구형의 형상인 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 또는 제2항에 있어서
상기 입자들(3)은 상기 베이스 재료에서 시트 같은 균일한 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충전된 영역들(4)의 적어도 일 부분은 상기 베이스 재료상의 상기 입자들(3)의 코팅으로서 구성된 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입자들(3)은 폴리비닐피로리돈, 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴아미드 및 앞에서 언급된 것들의 코폴리머들, 셀룰로오스와 그의 유도체들, 폴리에테르들, 폐놀 수지, 멜라민 수지, 폴리우레탄, 니트릴 고무(NBR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 및 라텍스로 구성된 그룹으로부터 선택된 유기 폴리머들로 구성된 바인더에 의해 상기 부직포 재료와 결합되는 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바인더의 융점은 상기 입자들(3) 및 상기 파이버들(1) 중 하나 이상의 융점들의 아래에 있는 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입자들(3)은 0.01 내지 10㎛의 범위에 있는 평균 직경을 가지는 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입자들(3)은 폴리프로필렌, 폴리비닐피로리돈, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에스테르, 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로-에틸렌-프로필렌(FEP), 폴리스티렌, 스티렌-부타디엔 코폴리머들, 폴리아크릴레이트 및 니트릴-부타디엔 폴리머들 및 앞에서 언급된 상기 폴리머들의 코폴리머들로 구성된 그룹으로부터 선택된 유기 폴리머들로부터 제조되는 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부직포 재료의 상기 파이버들(1)은 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리에틸렌 나프타레이트, 폴리술폰, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리아미드 및 폴리비닐피로리돈으로 구성된 그룹으로부터 선택된 유기 폴리머들로부터 제조되는 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부직포 재료의 상기 파이버들(1)의 평균 길이는 적어도 2 또는 그보다 큰 배수, 바람직하게는 다수의 배만큼 그들의 평균 직경을 초과하는 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부직포 재료의 상기 파이버들(1)의 적어도 90%는 12㎛ 이하의 평균 직경을 가지는 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부직포 재료의 상기 파이버들(1)의 적어도 40%는 8㎛ 이하의 평균 직경을 가지는 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
100㎛ 이하, 바람직하게는 60㎛　이하, 그리고 더 바람직하게는 25㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 25%, 바람직하게는 적어도 35%의 공극률을 가지는 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 공극들(2, 5)은 미로 미세구조를 형성하는 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 공극들(5)의 공극 크기가 3㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 15N/5cm의 종방향의 최대 인장 강도를 가지는 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베이스 재료는 카렌더링되는 것을 특징으로 하는
부직포 재료로 구성된 베이스 재료를 가지는 층.