KR20120126912A - 박막형 미세다공성 부직포 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 극세합성섬유로 이루어진 웹의 일면 또는 양면에 고분자가 코팅된 부직포에 관한 것으로서 특히 부직포의 표면 및 단면에 미세기공을 갖는 박막형 미세다공성 부직포에 관한 것이다. 본 발명에 의해 인장강도가 약 20배증가되어 공정 취급성이 우수한 기계적 물성을 가지며, 내열성고분자의 코팅에 의해 내열성 및 내약품성을 가지며 평균 기공크기가 0.2~2마이크로미터인 미세다공 특성을 갖는 두께 50마이크로미터 이하인 박막형 미세다공성 부직포를 제공할 수 있다.

Description

박막형 미세다공성 부직포{Microporous Thin Film Type Nonwoven Fabric}
본 발명은 균일한 미세 다공분포와 수십 마이크로미터 두께의 박막특성을 가지며 응용제품 적용시 공정특성이 우수한 기계적 물성을 갖는 박막형 미세다공성 부직포에 관한 것이다.
섬유기술의 발전과 더불어 섬유의 직경을 더욱 가늘게 제조하는 기술이 발전되어 왔으며, 이는 기존 의류용 용도를 탈피하여 의료용 및 산업용 용도로의 적용 범위 확대 효과를 가져왔다. 초기 극세섬유의 제조방법은 1970-80년대 일본 화섬사를 중심으로 신합섬 소재의 중심축을 담당한 나일론, 폴리에스터 소재 중심의 해도형, 분할형 원사(수?십마이크로 직경)제조 기술에서, 현재는 전기방사를 이용한 나노사이즈(수십?수백 나노미터 직경)섬유의 대량생산 기술까지 발전하였다.
해도형, 분할형 극세사는 易溶性 고분자 또는 나일론/폴리에스터와 같이 異性分 고분자를 복합방사한 후 2차원상의 직물 또는 부직포상의 웹을 제조한 후 溶出, 分割 공정을 거쳐 극세사웹을 제조하는 방법으로 요약할 수 있다. 이렇게 제조된 극세사웹은 극세사의 섬도(굵기)에 따라 피치스킨에서 인조스웨드 촉감까지 발현이 가능하며 고부가가치 의류용 소재는 물론 경사와 위사 간극이 기존 직포 대비 매우 작은 고밀도 직물제조가 가능한 이유로 미세먼지 흡착 특성이 우수하여 클리너 소재로 널리 이용되고 있다. 그러나 제조공법의 특성상 단섬유의 사이즈를 1마이크로미터 미만으로 제조하는 것에 한계가 있으며 따라서 제조된 극세섬유웹의 두께를 수십마이크로 미터로 제작하기 어려우며, 원사제조 후 직조(제직 또는 부직포화) 및 알칼리 용출과 같은 후가공 공정을 거쳐야만 하는 이유로 연속 대량생산 공정 적용이 어려운 단점이 있다. 이와 같은 이유로 용출, 분할형 극세사는 주로 고감성 의류용 소재 또는 와이퍼 소재로 이용되고 있는 실정이다 . 의류용도 외 극세섬유웹의 용도로는 미세다공과 넓은 표면적 특성을 이용한 액체, 기체의 성분을 여과하는 필터용 濾材, 이온전도성 분리막 등이 대표적이며 이러한 소재로 사용되기 위한 필수성능으로, 유체내의 피여과 물질을 선택적으로 포집 및 여과할 수 있는 고효율성, 유체의 압력손실을 최소화 할 수 있는 저압손 특성 및 오랜 시간 사용할 수 있는 장수명 특성이 대표적인 요구특성이다. 특히 해수담수화 필터여재, 이온전도성 분리막 등으로 사용되기 위해서는 극세섬유 부직포의 박막화 및 미세다공 특성이 매우 중요하다.
현재까지 이러한 용도에 근접한 극세섬유 부직포의 제조방법으로는 스펀본드법, 멜트블로운법, 전기방사법이 있으며 모두 방사와 일련된 공정으로 극세부직포를 형성하여 수십마이크로 두께의 미세다공 특성을 갖는 극세섬유 부직포의 제조방법을 제공한다.
스펀본드법은 필라멘트를 사용하기 때문에 장섬유 부직포라고 하며 방사-연신-포집-결합의 연속공정으로 이루어진다, 대표적 제품으로는 미국 듀폰사의 Tyvek 이 있으며 비교적 다양한 두께의 부직포 제조가 가능하다. 그러나 스펀본드법은 합성섬유를 필라멘트 방사, 연신하여 웹을 결합시키는 방법으로서 섬유자체의 직경을 10마이크로 미터 이하로 제조하기 어려우며 부직포 두께 또한 수백마이크로미터 이상으로서 박막특성이 요구되는 용도에 사용하기는 어렵고, 따라서 분리막으로써 고성능을 발휘하기에는 한계가 있다.
멜트블로운법은 폴리프로필렌, 나일론과 같은 열가소성 수지를 용융방사하여 필라멘트를 제조할 때 고속, 고온의 공기로 필라멘트에 연신력(Drag force)을 가하면서 섬유를 噴纖 積層 랜덤하게 웹을 형성하는 방법으로서 수마이크로미터 굵기의 웹을 제조할 수 있으며, 수십마이크로 미터의 굵은섬유로도 웹을 만들 수 있다. 이와 같은 이유로 멜트블로운 부직포는 필터용 濾材로서 현재 널리 사용되고 있으며 다양한 열가소성 고분자를 이용한 소재의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 그러나 이러한 멜트블로운법으로도 직경이 1마이크로미터 이하인 극세섬유 제조에는 한계가 있으며, 고기능 분리막용도 등으로 사용되기 위한 1마이크로미터 전후의 기공크기 및 20마이크로 전후의 박막 특성을 갖는 부직포의 제조에는 한계가 있는 실정이다.
전기방사(Electo-spinning)는 현재까지의 제조공법 중 가장 섬도가 가는 섬유를 제조할 수 있는 공법으로서 고분자 용액에 표면장력을 극복할 수 있을 정도의 고전압을 인가하여 용제를 휘발시킴과 동시에 연무상의 극세섬유를 포집, 웹상의 나노섬유를 제조하는 방법이다. 이렇게 제조된 극세섬유 웹은 수십?수백 나노미터의 섬유직경과, 30마이크로미터 이하의 웹두께를 가지는 박막 극세섬유 부직포의 제조가 가능하다.
그러나 이러한 전기방사 섬유 부직포의 경우 웹자체의 강도가 매우 약해, 최소한의 공정강도에 미치지 못하며, 기공의 크기가 이온전도 등에 최적인 1마이크로미터 보다 큰 수 마이크로미터 정도로서 최적의 박막 극세부직포의 요구특성에는 미치지 못하는 단점이 있었다.
그러므로 본 발명에서는 상기 종래기술의 문제점을 해결하여 수십?수백 나노미터의 섬유직경과, 30마이크로미터 이하의 웹두께를 가지면서도 우수한 인장강도를 가지는 한편, 내열성 및 내약품성을 가지며 평균 기공크기가 0.2~2 마이크로미터인 미세다공 특성을 갖는 박막형 미세다공성 부직포를 제공하는 것을 기술적과제로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면 극세합성섬유로 이루어진 웹의 일면 또는 양면에 고분자가 코팅되고 미세기공을 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 미세다공성 부직포가 제공된다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 극세합성섬유로 이루어진 웹의 일면 또는 양면에 고분자가 코팅된 부직포에 관한 것으로서 특히 부직포의 표면 및 단면에 미세기공을 갖는 박막형 미세다공성 부직포에 관한 것이다.
본 발명의 박박형 미세다공성 부직포의 기재가 되는 웹은 극세합성섬유로 제조된다. 상기 극세합성섬유는 나일론(Nylon), 폴리아라미드(Polyaramid), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리에테르이미드(PEI), 나일론-6-폴리이미드공중합체(Nylon6-co-polyimide), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐알콜(PVA) 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 고분자중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 제조된 것을 들 수 있으나, 전기방사를 통해 극세사 웹이 제조가능하면 어떠한 고분자라도 가능하다.
이러한 극세합성섬유는 부직포형태의 웹을 형성하여 사용되는데, 스펀본드법, 멜트블로운법등의 전통적인 방법으로 제조될 수도 있으며, 전기방사 등의 첨단방사방법으로 제조될 수 있다.
본 발명에서는 상기 제조된 극세섬유 웹의 기계적 강도향상과 미세다공특성 부여를 위해 고분자를 웹의 일면 또는 양면에 코팅을 한 박막형 미세다공성 부직포를 제공한다. 상기 고분자는 고강도, 고내열성 및 내학학성을 갖는 고분자로서 폴리페닐렌설파이드(PPS), 방향족폴리아릴레이트(Aromatic Polyarylate), 폴리벤족사졸(PBO), 폴리플루오라이드(Polyfluoride), 폴리우레탄(PU), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리염화비닐(PVC), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리술폰(PSF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 전기화학적으로 안정하고 기계적 물성과 내열성이 우수한 것이면 어떠한 고분자라도 가능하다.
본 발명에서 상기 웹에 상기 고분자를 코팅하기 위한 방법으로는 나이프코팅, 롤러코팅, 에어나이프코팅, 딥코팅, 스프레이코팅, 브러시코팅, 캘린더코팅 등이 있으며, 특히 본 발명에서는 미세부직포웹에 손상을 주지 않으며 웹의 양면을 고성능 고분자가 균일하게 도포되어 나노굵기의 극세합성섬유를 축방향으로 감싸주어 심초형(cis-core)구조로 만듦과 동시에 섬유간 접결점을 완전히 감싸도록 코팅하여 웹의 구성섬유간의 슬립을 방지하고, 섬유간 공극을 차단시키지 않으면서 공극크기를 균일하게 줄여주는 효과가 있는 딥(Dip)코팅 방식을 사용하는 것이 바람직하다.
이렇게 제조된 본 발명의 박막형 미세다공성 부직포의 미세기공의 평균직경은 0.1?2.0㎛인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 박막형 미세다공성 부직포의 구성섬유인 극세합성섬유의 직경은 100~1,000㎚이며, 부직포의 두께는 10~50㎛인 것이 최종용도인 창상피복재 커버드레싱, 에어필터 여재, 해수담수 분리막 여재, 1차전지 및 2차전지 분리막으로 활용하기 위해 균일한 미세다공분포 및 박막성, 내열, 내화학성등의 특성을 부여하는데 특히 바람직하다.
또한, 상기 박막형 미세다공성 부직포는 인장강도가 100~1000㎏ㆍf/㎡인 것이 최종제품 가공공정에 바람직하다.
그러므로 본 발명에 의하여 인장강도가 약 20배증가되어 공정 취급성이 우수한 기계적 물성을 가지며, 내열성고분자의 코팅에 의해 내열성 및 내약품성을 가지며 평균 기공크기가 0.2~2마이크로미터인 미세다공 특성을 갖는 두께 50마이크로미터 이하인 박막형 미세다공성 부직포를 제공함으로써 창상피복재 커버드레싱, 에어필터 여재, 해수담수 분리막 여재 및 2차전지 분리막과 같은 용도로 널리 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 박막형 미세다공성 부직포를 제조하기 위한 웹표면의 미세현미경사진이며,
도 2는 본 발명의 박막형 미세다공성 부직포표면의 미세현미경사진이다.
이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 박막형 미세다공성 부직포에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1]
1. PVA고분자를 이용한 나노섬유웹 제조공정
분자량 50,000의 PVA(폴리비닐알콜) 고분자를 물에 용해 시켜 28wt% 의 방사용액을 제조한 후 홀직경 0.5㎜, L/D 20인 노즐을 통해, 전기 방사하여 나노섬유 웹을 제조하였다. 이때 인가전압은 50KV로 하였으며 TCD(Tip to Collector Distance)는 200㎜로 조절하였다. 용매인 물의 제거를 위해 방사시 공정 습도는 5%이하로 극히 낮게 유지하였으며, 방사온도는 30℃로 유지 하였다. 이렇게 제조된 나노섬유 부직포웹의 섬유평균 직경은 약 700㎚였으며, 웹의 중량은 10g/㎡ 였다.
2. 코팅 공정
강도, 내열성, 내화학약품성이 우수한 고농도의 전선피복용 Polyamide Imide(PAI) 수지용액(고형분 40%)을 용매인 N-Methylpyrrolidone(NMP)용액에 희석하여 코팅용액을 제조하였다. 이후 상기 제조된 나노섬유 웹을 상기의 Polyamide Imide(PAI) 수지용액(온도 25℃)에서 침지하여 픽업율 100%가 되게 한 후 용매를 100℃ 열풍으로 제거하여 두께 15~30마이크로미터, 기공크기 1?5마이크로미터의 박막형 미세다공성 부직포를 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 1에서 나노섬유부직포웹에 코팅 공정을 하지 않는 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 나노섬유부직포웹을 제조하였다.
실시예 및 비교예의 제조된 극세섬유 부직포의 성능은 다음 표 1과 같다.
항목 실시예 1 비교예 1 평가법
평균 섬유직경(㎚) - 700 SEM 측정
부직포 두께(㎛) 26 21 ISO 534:2005
부직포 중량(g/㎡) 20 10 SCALE 실측
평균 기공 크기(㎛) 0.8 1.6 ISO 15901-2:2006
인장강도(㎏ㆍf/㎡) 450 22 ISO 1924-2:1994

Claims (8)

  1. 극세합성섬유로 이루어진 웹의 일면 또는 양면에 고분자가 코팅되고 미세기공을 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 미세다공성 부직포.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 극세합성섬유는 나일론(Nylon), 폴리아라미드(Polyaramid), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리에테르이미드(PEI), 나일론6-폴리이미드공중합체(Nylon6-co-polyimide), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐알콜(PVA) 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 고분자 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 구성된 극세합성섬유인 것을 특징으로 하는 박막형 미세다공성 부직포.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 고분자는 폴리페닐렌설파이드(PPS), 방향족폴리아릴레이트(Aromatic Polyarylate), 폴리벤족사졸(PBO), 폴리플루오라이드(Polyfluoride), 폴리우레탄(PU), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리염화비닐(PVC), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리술폰(PSF), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 구성된 것을 특징으로 하는 박막형 미세다공성 부직포.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 미세기공의 평균직경은 0.1?2.0㎛인 것을 특징으로 하는 박막형 미세다공성 부직포.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 부직포는 극세합성섬유의 직경이 100~1,000㎚이며, 부직포의 두께는 10~50㎛인 것을 특징으로 하는 박막형 미세다공성 부직포.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 고분자는 상기 극세합성섬유를 심초형으로 감싸는 것을 특징으로 하는 박막형 미세다공성 부직포.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 부직포는 인장강도가 100~1000㎏ㆍf/㎡인 것을 특징으로 하는 박막형 미세다공성 부직포.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 부직포는 창상피복재 커버드레싱, 에어필터 여재, 해수담수 분리막 여재, 1차전지 및 2차전지 분리막 중 어느 하나의 용도로 사용되는 것을 특징으로 하는 박막형 미세다공성 부직포.
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WO2015016449A1 (ko) * 2013-08-01 2015-02-05 (주)에프티이앤이 내열성이 향상된 다층 나노섬유 필터 및 이의 제조방법
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