KR20180127653A

KR20180127653A - 고분자량 및 저분자량 미세 섬유와 ｔｐｕ 미세 섬유

Info

Publication number: KR20180127653A
Application number: KR1020187031889A
Authority: KR
Inventors: 비샬 반살; 토마스 디. 카; 요게시 네르; 카이이 리우; 스티븐 알. 케이
Original assignee: 클라코르 인코포레이션
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2018-11-29
Also published as: CN109154105A; KR102304596B1; US20170306148A1; US10676614B2; EP3445899A1; EP3445899A4; SA518400266B1; WO2017184716A1

Abstract

실시예에서, 본 발명은 제1 폴리머 및 제2 폴리머로부터 제조된 복수의 미세 섬유 스트랜드를 제공하며, 제2 폴리머는 제1 폴리머보다 높은 분자량을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 미세 섬유 스트랜드는 2㎛ 미만의 평균 직경을 가지며, 미세 섬유 스트랜드는 적어도 1㎜의 길이를 갖는다.

Description

고분자량 및 저분자량 미세 섬유와 ＴＰＵ 미세 섬유

본 발명은 일반적으로 둘 이상의 폴리머로 구성된 섬유 스트랜드에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 본 발명은 하나의 폴리머가 섬유 스트랜드 중의 적어도 하나의 다른 폴리머보다 높은 분자량을 갖는 섬유 스트랜드에 관한 것이다.

나노섬유를 제조하는 방법 및 장치는 원심 스피닝에 의해 공지되어 있다. 예시적인 개시내용은 미국 공개 번호 2016/0083867, 2016/0069000, 2015/0013141, 2014/0339717, 2014/0217629, 2014/0217628, 2014/0159262, 2014/0042651, 2014/035179, 2014/0035178, 2014/0035177, 2012/0295021 및 2012/0294966 및 미국 특허 9,181,635; 8,778,240; 8,709,309; 8,647,541; 및 8,647,540을 포함한다. 이들 전체 개시내용은 그 전문이 본 명세서에 참조로서 통합된다. 이와 같이, 이러한 참고 문헌에 개시된 원심 스피닝, 방사구, 재료 및 방법은 이러한 원심 스피닝 시스템에 대한 개선 및 새로운 용도를 제공하는 본 발명의 실시예에서의 사용에 바람직하다.

이하의 요약의 별개의 단락에서 설명되는 본 발명의 양태 및 실시예는 독립적으로 또는 서로 조합하여 사용될 수 있다.

일 양태에서, 본 발명은 제1 폴리머 및 제2 폴리머로부터 제조된 복수의 미세 섬유 스트랜드를 제공하며, 제2 폴리머는 제1 폴리머보다 높은 분자량을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 미세 섬유 스트랜드는 2㎛ 미만의 평균 직경을 가지며, 미세 섬유 스트랜드는 적어도 1㎜의 길이를 갖는다.

가장 바람직한 실시예에서, 제2 폴리머는 제1 폴리머보다 1.5배 높은 분자량을 갖는다.

특정 구성에서, 제2 폴리머는 미세 섬유 스트랜드의 1 중량% 내지 25 중량%를 포함한다.

바람직하게는, 제1 및 제2 폴리머는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 다른 플루오로폴리머, 폴리아미드, 폴리에스테르, 셀룰로오스 및 그 유도체, 폴리술폰, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리(4-비닐피리딘) 및 열가소성 우레탄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

특정 실시예에서, 제1 및 제2 폴리머 중 하나는 제1 및 제2 폴리머 중 다른 것보다 더 소수성이거나, 보다 높은 강도를 가지거나, 또는 보다 높은 인열 내성을 갖도록 선택된다.

다른 양태에서, 미세 섬유 스트랜드를 원심 스피닝하기 위한 용액이 제공된다. 바람직하게는, 폴리머 용액은 제1 폴리머 및 제2 폴리머의 적어도 10 중량%의 폴리머 농도를 갖는다.

특정 실시예에서, 제2 폴리머는 폴리머 농도의 1 내지 25 중량%를 포함한다.

또 다른 양태에서, 미세 섬유 스트랜드를 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 용매에 제1 및 제2 폴리머를 용해시켜 폴리머 용액을 형성하는 단계- 제2 폴리머는 제1 폴리머보다 높은 분자량을 가짐 -; 방사구를 적어도 2500rpm의 속도로 회전시키면서 적어도 하나의 방사구의 오리피스를 통해 폴리머 용액을 원심 배출하는 단계; 및 원심력을 통해 미세 섬유 스트랜드의 섬유 직경을 연조(drawing down)하는 단계를 포함한다.

또 다른 양태에서, 복수의 미세 섬유 스트랜드로부터 섬유 웨브를 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 기재 상에 복수의 미세 섬유 스트랜드를 피착하는 단계와, 복수의 미세 섬유 스트랜드의 적어도 일부를 기재에 열적으로, 화학적으로, 또는 접착식으로 결합시키는 단계를 포함한다.

특정 실시예에서, 기재는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리아미드, 셀룰로오스 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조된 스크림(scrim)이다.

다른 실시예에서, 열적 결합 단계는 적어도 하나의 고온 캘린더링 롤 세트의 사용을 포함한다.

본 발명의 다른 양태, 목적 및 이점은 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

명세서에 포함되어 그 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 몇몇 양태를 설명하고, 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라 적어도 2종의 폴리머로 이루어진 미세 섬유의 웨브를 형성하기 위한 제조 라인의 개략도(크기비 비준수)를 도시한다.
도 2는 적어도 2종의 폴리머로 구성된 미세 섬유 웨브를 형성하기 위한 도 1의 제조 라인상의 피착 챔버의 개략도(크기비 비준수)를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 저분자량 수지로부터 방사된 섬유의 SEM 이미지이다.
도 4a 내지 도 4c는 고분자량 수지로부터 방사된 섬유의 SEM 이미지이다.
또한, 도 5a 내지 도 5c는 저분자량 수지 대 고분자량 수지의 다양한 비율의 혼합물을 함유하는 23% 농축 용액으로부터 방사된 섬유의 SEM 이미지이다.
도 6a 및 도 6b는 동일한 비율의 저분자량 수지 대 고분자량 수지를 함유하는 2개의 상이한 농도의 용액으로부터 방사된 섬유의 SEM 이미지이다.
도 7은 저분자량 폴리머 및 다른 고분자량 폴리머의 용액으로부터 방사된 섬유의 SEM 이미지를 도시한다.
본 발명은 미리 결정된 바람직한 실시예와 관련하여 설명될 것이나, 본 발명을 이들 실시예로 제한하고자 하는 것은 아니다. 반대로, 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함되는 모든 대안, 수정 및 등가물을 포함하는 것을 의도한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 미세 섬유 스트랜드(10)가 제공되며, 미세 섬유 스트랜드(10)는 제1 폴리머 및 제2 폴리머의 적어도 2종의 폴리머로 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 제2 폴리머는 제1 폴리머보다 높은 분자량을 갖는다. 보다 바람직하게는, 제2 폴리머는 제1 폴리머보다 1.5배 높은 분자량을 갖는다.

미세 섬유 스트랜드(10)는 바람직하게는 제1 및 제2 폴리머가 용액의 적어도 10 중량%를 포함하는 폴리머 용액으로 제조된다. 보다 바람직하게는, 제1 및 제2 폴리머는 용액의 적어도 20 중량%를 포함하고, 가장 바람직하게는 제1 및 제2 폴리머는 용액의 적어도 23 중량%를 포함한다. 함께, 용액 내의 제1 및 제2 폴리머의 총량은 본 명세서에서 "폴리머 농도"로 지칭된다. 용액의 나머지는 디메틸포름아미드(DMF), 테트라히드로푸란(THF) 또는 이들의 혼합물과 같은 용매이다. 다른 용매 또는 이들의 혼합물은 두 폴리머가 균질 용액을 형성하는 방식으로 사용될 수 있다. 일부 용매의 예로는 특히 메틸 에테르 케톤(MEK), 디메틸술폭시드(DMSO), 아세톤, 톨루엔, 에틸 아세테이트, 디메틸아세트아미드(DMAc), 포름산 등이 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 폴리머 및 제2 폴리머는 바람직한 용매에서 개별적으로 용해될 수 있고, 이어서 제2 폴리머의 용액을 제1 폴리머의 용액과 혼합하여 폴리머 농도가 바람직하게는 적어도 15%인 제1 및 제2 폴리머의 최종 용액을 형성할 수 있다. 보다 바람직하게는, 폴리머 농도는 경계값을 포함하여 15% 이상 25% 이하이다. 제1 및 제2 폴리머의 용액 내에서, 바람직하게는 제2 폴리머는 폴리머 농도의 1 중량% 내지 25 중량%를 포함한다.

제1 및 제2 폴리머는 원하는 특성을 위해 선택된 임의의 다양한 적합한 폴리머일 수 있다. 실시예에서, 제1 및 제2 폴리머는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 다른 플루오로폴리머, 폴리아미드, 폴리에스테르, 셀룰로오스 및 그 유도체, 폴리술폰, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리(4-비닐피리딘) 및 열가소성 우레탄(TPU)을 포함하는 폴리머로부터 선택될 수 있다.

제1 및 제2 폴리머는 동일한 계열로부터 유래될 수 있으며, 예를 들어 이들은 둘 다 TPU의 유형일 수 있다. 또한, 제1 및 제2 폴리머는 분자량의 차이가 있는 동일한 분자 조성물, 예를 들어 분자량 100,000의 TPU 수지의 제1 폴리머 및 분자량이 150,000을 초과하는 TPU 수지의 제2 폴리머를 가질 수 있다.

특정 실시예에서, 제1 및 제2 폴리머의 조합은 선택된 폴리머 각각으로부터 별개의 이익을 유도하거나 폴리머 선택으로부터의 가산적 이익을 유도하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 폴리머는 우수한 소수성, 친수성, 강도 및/또는 인열 내성에 기초하여 선택될 수 있다. 따라서, 제1 폴리머는 그 소수성 특성을 위해 선택될 수 있는 반면, 제2 섬유는 그 우수한 강도를 위해 선택될 수 있다. 이러한 방식으로, 미세 섬유 스트랜드(10)는 제1 및 제2 폴리머 각각으로부터의 기여도(contribution)를 나타낼 것이다. 대안적으로, 두 폴리머는 예를 들어 이들의 소수성 특성에 대해 각각 선택될 수 있고, 이에 의해 가산적 이익을 제공한다. 또한, 제1 및 제2 폴리머는 동일하거나 상이한 분자량 분포, 분자 조성, 결정화도, 용융 흐름 지수 및/또는 점도를 갖도록 선택될 수 있다.

또한, 2개의 폴리머가 설명되지만, 이 개시에서의 어떠한 것도 미세 섬유 스트랜드(10)를 단지 2개의 폴리머로 형성되는 것으로 제한하는 것으로 이해하여서는 안된다. 미세 섬유 스트랜드(10)가 유도되는 용액에 2종보다 많은 폴리머가 첨가될 수 있다. 또한, 폴리머는 각각 별도의 이익을 제공하거나 미세 섬유 스트랜드(10)에 가산적 이익을 제공하도록 선택될 수 있다.

도 1은 적어도 2종의 폴리머로 구성된 미세 섬유(10)를 생성하기 위한 제조 라인(30)의 예시적인 실시예를 도시한다. 미세 섬유(10)는 섬유 피착 챔버(40)에서 느슨한 배트(loose batt)(35)로서 피착된다. 미세 섬유(10)는 바람직하게는 원심 스피닝(여기서는 "Forcespinning®"이라 칭함)을 통해 제조되고 이동 기재(42) 상에 피착된다. 이동 기재(42)는 도 1에 도시된 바와 같이 스크림 재료(44)(즉, 다공성 기재)와 같은 미세 섬유(10)의 느슨한 배트(35) 내에 통합될 수 있거나 이동 기재는 컨베이어 시스템과 같은 미세 섬유(10)의 느슨한 배트(35)로부터 분리될 수 있다.

도 2는 섬유 피착 챔버(40)의 단면의 보다 상세한 개략도를 도시한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 피착 챔버(40)는 Forcespinning® 챔버이다. Forcespinning®은 방사구(45)를 적어도 2500rpm의 속도로 회전시키면서 적어도 하나의 방사구(45)의 오리피스를 통해 액체 폴리머(이 경우 폴리머 용액)를 원심 배출하는 것을 수반한다. 이 원심 작용은 미세 섬유의 섬유 직경의 연조를 초래한다. Forcespinning®은 원심력을 사용하여 미세 섬유의 직경을 연조시킨다는 것에 유의하여야 한다.

도 2의 피착 챔버(40)는 단일 방사구(45)를 도시하지만, 도 1에 도시된 바와 같이, 필요한 미세 섬유(10)의 양에 의존하여 더 많은 방사구(45)가 피착 챔버(40)에 포함될 수 있다. 방사구(45)는 전형적으로 X, Y 및 Z 평면에서 이동할 수 있어 느슨한 배트(35)를 생산하기 위한 다양한 커버리지 옵션을 제공한다. 각각의 방사구(45)는 미세 섬유(10)가 통과 배출되는 복수의 오리피스(50)를 특징으로 한다. 오리피스(50)는 폴리머 용융물, 폴리머 용액 또는 액체 접착제의 동일한 저장소에 각각 연결될 수 있거나, 각각의 오리피스(50)는 폴리머 용융물, 폴리머 용액 또는 액체 접착제의 상이한 저장소에 연결될 수 있다. 또한, 다수의 방사구(45)를 갖는 실시예에서, 각각의 방사구(45)는 상이한 폴리머 용융물, 폴리머 용액 또는 액체 접착제를 배출할 수 있다. 미세 섬유 피착 동안, 방사구(45)는 적어도 2500rpm으로 회전할 것이다. 보다 전형적으로, 방사구(45)는 적어도 5000rpm으로 회전할 것이다.

방사구(45)를 사용하여, 예를 들어 용액 스피닝 방법 또는 용융 스피닝 방법을 사용하여 미세 섬유(10)가 생성될 수 있다. 폴리머 용융물은 예를 들어 폴리머를 용융시킴으로써 형성될 수 있고, 또는, 폴리머 용액은 폴리머를 용매에 용해시킴으로써 형성될 수 있다. 본원에서 사용된 폴리머 용융물 및/또는 폴리머 용액은 또한 폴리머를 융점 미만의 온도로 가열한 다음 폴리머를 용매에 용해시킴으로써, 즉 "폴리머 용액"을 생성함으로써 형성된 재료도 지칭한다. 폴리머 용액은 원하는 점도를 달성하도록 추가로 설계되거나, 흐름을 개선하기 위해 계면활성제가 첨가되거나, 가소제가 첨가되어 강성 섬유를 연화시키거나 전도성을 개선시키기 위해 이온 전도체가 첨가될 수 있다. 폴리머 용융물은 산화 방지제 또는 착색제와 같은 폴리머 첨가제를 추가로 함유할 수 있다.

피착 챔버(40)의 몇 가지 선택적인 특징들이 도 2에 도시되어 있다. (비록 미세 섬유(10)가 도 2에서 짧은 섬유로 개략적으로 도시되어 있지만) 일반적으로, 미세 섬유(10)는 연속 섬유인 것이 바람직하다. 미세 섬유(10)는 독립적으로 또는 서로 연계하여 작용할 수 있는 다양한 메커니즘을 통해 이동 기재(42) 상에 수집되도록 하향 이동이 조장될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 가스 유동 시스템(52)이 화살표(54)로 도시된 하향 가스 유동을 유도하도록 제공될 수 있다. 가스 유동 시스템(52)은 또한 피착 챔버(40) 내에서 상이한 방향으로 가스 유동을 유도하도록 제어될 수 있는 측방향 가스 유동 제트(56)를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 미세 섬유(10)의 형성은 섬유에서 양 또는 음의 정전 전하를 유도할 것이다. 이 정전 전하는 예컨대 전기방적시에는 섬유를 연조하는 데 주로 사용되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 정전 플레이트(58)가 대전된 섬유(10)를 이동 기재(42)로 하향 견인하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 정전 플레이트(58)는 이동 기재(42) 아래에 위치된다. 또한, 일부 실시예에서, 미세 섬유(10)가 이동 기재(42) 상에 수집되도록 더욱 조장하기 위해 피착 챔버(40)의 저부에 진공 시스템(60)이 제공된다. 또한, 일부 실시예에서, 출구 팬(62)은 Forcespinning® 프로세스 중에 용매 증발 또는 물질 기화의 결과로서 발생할 수 있는 것 같이 발생할 수 있는 임의의 가스를 배기하기 위해 제공된다.

다른 실시예에서, 미세 섬유(10)는 Forcespinning®과는 다른 방법을 사용하거나 Forcespinning®과 연계하여 피착될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 미세 섬유(10)는 전기방적을 통해 생산될 수 있다.

느슨한 배트(35)에 통합되는 미세 섬유 스트랜드(10)는 1㎜보다 긴 길이 및 2㎛ 미만의 평균 직경을 갖는다. 보다 바람직하게는, 미세 섬유 스트랜드(10)는 10㎝보다 큰 길이 및 2㎛미만의 평균 직경을 가지며, 가장 바람직하게는 미세 섬유 스트랜드(10)는 1 미터보다 긴 길이를 갖는다(즉, 연속 스트랜드).

도 1을 참조하면, 미세 섬유(10)의 느슨한 배트(35)는 이동 기재(42) 상의 피착 챔버(40) 외부로 수송된다. Forcespinning® 프로세스는 자체적으로 충분한 섬유 얽힘을 생성할 수 있으므로 추가적 얽힘은 필요하지 않는다. 그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 느슨한 배트(35)는 미세 섬유(10)의 얽힘의 양을 증가시키기 위해 니들펀칭 기계(65)로 수송된다. 실시예에서, 니들펀칭 기계(65)는 미세 섬유(10)를 스크림 또는 다공성 기재(42) 내로 천공한다. 일단 섬유가 Forcespinning® 단독 또는 니들펀칭과 같은 얽힘 프로세스를 통해 충분히 얽히게 되면, 미세 섬유(10)는 섬유 웨브(70)를 형성한다.

선택적으로, 섬유 웨브(70)는 섬유의 결합을 향상시키거나 또는 매체의 밀도를 증가시키기 위해 추가로 처리될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 섬유 웨브(70)는 캘린더링 롤(75)을 통해 이동한다. 다수의 세트의 캘린더링 롤을 사용할 수 있으며 캘린더링 롤을 가열할 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 섬유 웨브(70)는 오븐(80)을 통해 이동하며, 이는 미세 섬유(10)가 서로 열적으로 결합되도록 미세 섬유(10)를 연화시킬 수 있다. 특히, 열적 결합 프로세스, 즉, 특히, 캘린더링 및 스루-오븐 베이킹은 제1 폴리머의 분자량이 보다 낮기 때문에 보다 낮은 온도에서 수행될 것으로 기대된다. 통상의 숙련자는 더 낮은 분자량 폴리머가 더 높은 분자량 폴리머보다 낮은 연화점을 갖는다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 따라서, 미세 섬유 스트랜드(10)의 대부분을 차지하는 제1 폴리머의 보다 낮은 연화점은 캘린더링 또는 스루-오븐 베이킹을 통해 적층 재료를 형성하는 데 유익할 수 있다. 제조 라인(30)의 끝에서, 섬유 웨브(70)는 추후 처리를 위한 저장 또는 수송을 위해 롤(85)에 권취된다.

폴리머 용액을 사용한 Forcespinning®시에, 용액의 점도가 미세 섬유 스트랜드(10)의 달성 가능한 직경에 직접적으로 유관하다는 것이 알려져있다.

구체적으로, 보다 낮은 점도의 용액은 보다 작은 섬유 직경을 갖는 섬유를 초래할 것이다. 저점도 용액은 두 가지 방식으로 달성될 수 있다. 첫째, 용액 중의 폴리머의 농도를 낮출 수 있고, 둘째, 용액 중의 폴리머의 분자량을 낮출 수 있다. 그러나 이러한 각 옵션에는 단점이 있다. 용액 중의 폴리머 농도를 낮추는 것은 전체 시스템 처리량을 감소시키고 용액 중 용매의 양을 증가시키며, 이는 부직 웨브 제품을 생성하는 비용을 증가시킨다. 한편, 용액 중의 폴리머의 분자량을 낮추면 강도가 낮은 섬유의 형성, 섬유 파손 및 결함 형성이 초래된다.

표 1은 3 가지 상이한 폴리머 수지, 수지-A, 수지-B 및 수지-C의 다양한 농도를 함유하는 용액의 점도의 비교를 제공한다. 수지-A는 수지-C보다 높은 분자량을 가진 수지-B보다 높은 분자량을 가지고 있다. 이 예에서, 수지-A, 수지-B 및 수지-C 각각은 열가소성 우레탄(TPU)이다. 수지-A와 수지-B는 수지-C의 분자량의 1.5배를 초과한 분자량을 가지고 있다. 특히, 수지-B와 수지-C는 동일한 분자 조성을 가지고 있으며, 수지-A는 수지-B와 수지-C와 다른 분자 조성을 가지고 있다. 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 용액 중 고 농도의 폴리머는 용액의 점도를 증가시킨다. 또한, 주어진 농도의 폴리머를 함유하는 용액의 경우, 고분자량 폴리머 용액은 저분자량 폴리머 용액보다 점도가 높을 것이다. 표 1에 기재된 폴리머 용액 각각에 대해, 폴리머는 디메틸포름아미드(DMF) 대 테트라히드로푸란(THF)의 35:65 혼합물의 용매에 용해되었다.

비교예 1

수지-C 폴리머(수지-A, 수지-B 및 수지-C 중 가장 낮은 분자량을 가짐)를 함유하는 2개의 용액을 수지-C를 DMF:THF의 35:65 혼합물에 용해시켜서 제조하였다. 두 용액은 Forcespinning®을 사용하여 8000rpm 및 헤드 높이 5㎝로 방사되었다. 생성된 섬유는 도 1에 도시된 바와 같이 롤-투-롤 시스템을 사용하여 연속 방식으로 부직 기재 상에 수집되었다. 두 용액의 농도, 점도 및 최종 섬유 직경은 하기 표 2에 요약되어 있다. 도 3a 및 도 3b는 각각 샘플 C1 및 C2의 스피닝으로부터 얻어진 섬유의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 도시한다. 큰 백색 구체는 섬유의 결함을 나타내고, 도 3a 및 도 3b는 저분자량 폴리머로 제조된 섬유가 많은 결함을 포함하고 있음을 입증한다. 결함은 섬유 형성 동안 폴리머 용액의 강도가 낮아서 생성된다고 믿어진다. 유리하게는, 수지-C의 저분자량은 스피닝 용액에서 보다 높은 농도의 폴리머(> 20%)를 허용하며, 이는 수지-C 섬유를 보다 비용 효율적이 되게 한다.

비교예 2

수지-A 폴리머(수지-A, 수지-B 및 수지-C 중 가장 높은 분자량을 가짐)를 함유하는 3개의 용액을 수지-A를 DMF:THF의 35:65 혼합물에 용해시켜서 제조하였다. 세 용액은 Forcespinning®을 사용하여 8000rpm 및 헤드 높이 5㎝로 방사되었다. 생성된 섬유는 도 1에 도시된 바와 같이 롤-투-롤 시스템을 사용하여 연속 방식으로 부직 기재 상에 수집되었다. 세 용액의 농도, 점도 및 최종 섬유 직경은 하기 표 3에 요약되어 있다. 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 각각 샘플 C3, C4 및 C5의 스피닝으로부터 얻어진 섬유의 SEM 이미지를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 이들 이미지의 결함 수는 도 3a 및 도 3b와 비교하여 현저히 감소된다. 다시 말하면, 더 높은 분자량 및 그에 따른 더 높은 강도는 결함율을 낮추는데 일부 역할을 했다고 믿어진다. 그러나 원하는 나노 크기의 섬유 직경을 얻기 위해서는 점도를 낮추기 위해 용액 중의 폴리머 농도를 상대적으로 낮게 유지해야 한다. 따라서, 섬유를 제조하는 비용은 용액의 용매 함량이 증가한 결과 더 높았다.

예 1

비교예 1 및 2에서 나타난 앞서 확인된 문제점을 고려하여, 본 발명은 제1 폴리머가 고분자량 제2 폴리머와 혼합되는 용액을 제공한다. 이러한 방식으로, 제1 폴리머는 용액의 폴리머 성분의 높은 농도를 유지하면서 용액의 점도를 낮출 수 있다(따라서 시스템 처리량을 증가시키고 용매 비용을 감소시킨다). 고분자량 제2 폴리머의 첨가는 낮은 섬유 강도, 섬유 파손 및 결함 형성의 문제를 해결한다.

23% 농도의 수지-A 폴리머 및 수지-C 폴리머(각각 수지-A, 수지-B 및 수지-C 중에서 가장 높은 분자량 및 가장 낮은 분자량을 가짐)를 함유하는 3개의 용액이 DMF:THF의 35:65 혼합물 중에 다양한 비율의 수지-A 및 수지-C를 용해시킴으로써 제조되었다. 세 용액은 Forcespinning®을 사용하여 8000rpm 및 헤드 높이 5㎝로 방사되었다. 생성된 섬유는 도 1에 도시된 바와 같이 롤-투-롤 시스템을 사용하여 연속 방식으로 부직 기재 상에 수집되었다. 세 용액의 농도, 혼합 비율, 점도 및 최종 섬유 직경은 하기 표 4에 요약되어 있다. 표 4는 비교를 위해 비교예 1의 샘플 번호 C2를 포함한다. 또한, 도 3a, 도 5a, 도 5b 및 도 5c는 스피닝 샘플 C2, E1, E2 및 E3 각각으로부터 얻어진 섬유의 SEM 이미지를 나타낸다. 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 용액에서 수지-A의 양이 증가함에 따라 결함률이 감소하는 것이 명백하다. 역시, 더 높은 분자량의 수지-A의 첨가 및 그에 따른 높은 강도는 결함율을 낮추는데 일부 역할을 했다고 믿어진다. 또한, 표 4는 용액에서 수지-A의 비율이 증가하더라도 점도 및 섬유 직경이 실질적으로 증가하지 않으면서 용액 중의 폴리머 농도가 일정하게 유지될 수 있음을 입증한다.

각각 90:10 비율의 수지-C:수지-A를 함유하는 2개의 추가적 용액이 DMF:THF의 35:65 혼합물에 수지-C 및 수지-A를 용해시켜 19% 및 21% 폴리머-농축 용액을 제공하도록 제조되었다. 두 용액은 Forcespinning®을 사용하여 8000rpm 및 헤드 높이 5㎝로 방사되었다. 세 용액의 농도, 혼합 비율, 점도 및 최종 섬유 직경은 하기 표 5에 요약되어 있다. 표 5는 비교를 위해 샘플 번호 E2를 포함한다. 또한, 도 6a 및 도 6b는 각각 샘플 E4 및 E5로부터 얻어진 섬유의 SEM 이미지를 도시한다.

도 6a, 도 6b 및 도 5c로부터 명백한 바와 같이, 농도가 19%에서 23%로 증가하면 결함율이 감소된다.

예 2

92:8 비율의 수지-C:수지-B를 함유하는 다른 용액을 제조하였으며, 수지-B는 수지-C보다 높은 분자량을 갖는다. 그러나, 앞서 언급한 바와 같이 수지-B와 수지-C는 동일한 분자 조성을 가지고 있다. 이 용액의 폴리머 농도는 20%, 점도는 149 cPs, 섬유 직경은 371㎚이었다. 도 7은 이 용액으로부터 방사된 섬유의 SEM 이미지이다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 이 폴리머 용액은 또한 예를 들어 수지-C만을 함유하는 샘플 번호 C1 및 C2보다 상당히 낮은 결함률을 갖는 섬유를 초래하였다.

따라서, 예 1 및 2는 저분자량 폴리머 및 고분자량 폴리머를 함유하는 폴리머 용액이 높은 농도를 유지할 수 있어서 용매에 상당한 비용 절감을 실현할 수 있음을 보여준다.

또한 용액은 낮은 점도를 유지하여 Forcespinning® 중에 나노 크기 직경의 섬유가 연조될 수 있다.

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본 발명을 설명하는 문맥에서(특히 이하의 청구항의 문맥에서) 부정관사 및 정관사와 유사한 지시자의 사용은 본 명세서에 달리 나타나 있거나 문맥상 명백히 상충되지 않는 한 단수 및 복수를 포괄하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "포함하는", "갖는", "내포하는" 및 "함유하는"은 다른 언급이 없는 한, 개방단 용어(즉, "포함하지만 이에 한정되지 않는"을 의미함)로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 값의 범위를 기재한 것은 본 명세서에서 달리 지시되지 않는 한, 단지, 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 언급하는 것의 약식 방법의 역할을 하도록 의도되며, 각각의 개별 값은 본 명세서에서 개별적으로 인용된 것처럼 명세서에 통합된다. 본 명세서에 설명된 모든 방법은 본 명세서에서 달리 지시되거나 달리 문맥상 명백히 상충되지 않는 한 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본 명세서에서 제공된 임의의 및 모든 예 또는 예시적인 언어(예를 들어, "와 같은")의 사용은 달리 청구되지 않는 한, 단지 본 발명을 보다 잘 나타내기 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 명세서에서 어떠한 언어도 임의의 청구되지 않은 요소를 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 나타내는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 수행하기 위해 발명자에게 공지된 최선의 형태를 포함하여 본 명세서에 설명된다. 이들 바람직한 실시예의 변형은 전술한 설명을 읽음으로써 통상의 숙련자에게 자명해질 수 있다. 발명자는 숙련된 기술자가 그러한 변형을 적절하게 사용할 것을 기대하며, 발명자는 본 발명이 본 명세서에 구체적으로 설명된 것과 다르게 실시되는 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은 적용 가능한 법률에 의해 허용되는 바에 따라 본 명세서에 첨부된 청구의 범위에 기재된 주제의 모든 변형 및 균등물을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 달리 지시되거나 문맥에 의해 명확하게 상충되지 않는 한, 그 모든 가능한 변형에서 앞서 언급된 요소의 임의의 조합이 본 발명에 포함된다.

Claims

복수의 미세 섬유 스트랜드이며,
제1 폴리머 및 제2 폴리머를 포함하고,
제2 폴리머는 제1 폴리머보다 높은 분자량을 가지며, 미세 섬유 스트랜드는 2㎛ 미만의 평균 직경을 갖고, 미세 섬유 스트랜드는 적어도 1㎜의 길이를 갖는 복수의 미세 섬유 스트랜드.
제1항에 있어서, 제2 폴리머는 제1 폴리머보다 1.5배 높은 분자량을 갖는 복수의 미세 섬유 스트랜드.
제1항에 있어서, 제2 폴리머는 미세 섬유 스트랜드의 1 중량% 내지 25 중량%를 포함하는 복수의 미세 섬유 스트랜드.
제1항에 있어서, 제1 및 제2 폴리머는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 다른 플루오로폴리머, 폴리아미드, 폴리에스테르, 셀룰로오스 및 그 유도체, 폴리술폰, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리(4-비닐피리딘) 및 열가소성 우레탄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 복수의 미세 섬유 스트랜드.
제1항에 있어서, 제1 및 제2 폴리머 중 하나는 제1 및 제2 폴리머 중 다른 하나보다 더 소수성이도록 선택되는 복수의 미세 섬유 스트랜드.
제1항에 있어서, 제1 및 제2 폴리머 중 하나는 제1 및 제2 폴리머 중 다른 하나보다 더 높은 강도를 갖도록 선택되는 복수의 미세 섬유 스트랜드.
제1항에 있어서, 제1 및 제2 폴리머 중 하나는 제1 및 제2 폴리머 중 다른 것보다 더 높은 인열 내성을 갖도록 선택되는 복수의 미세 섬유 스트랜드.
제1항의 미세 섬유 스트랜드를 원심 스피닝하기 위한 용액이며, 제1 폴리머 및 제2 폴리머의 적어도 10 중량%의 폴리머 농도를 포함하는 용액.
제8항에 있어서, 제2 폴리머는 폴리머 농도의 1 내지 25 중량%를 포함하는 용액.
제1항의 미세 섬유 스트랜드를 형성하는 방법이며,
용매에 제1 및 제2 폴리머를 용해시켜 폴리머 용액을 형성하는 단계로서, 제2 폴리머는 제1 폴리머보다 높은 분자량을 갖는, 단계;
방사구를 적어도 2500rpm의 속도로 회전시키면서 적어도 하나의 방사구의 오리피스를 통해 폴리머 용액을 원심 배출하는 단계; 및
원심력에 의해 미세 섬유 스트랜드의 섬유 직경을 연조하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 따른 복수의 미세 섬유 스트랜드로부터 섬유 웨브를 형성하는 방법이며,
기재 상에 복수의 미세 섬유 스트랜드를 피착시키는 단계; 및
열적으로, 화학적으로 또는 접착식으로 복수의 미세 섬유 스트랜드의 적어도 일부를 기재에 결합시키는 단계를 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 기재는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리아미드, 셀룰로오스 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조된 스크림인 방법.
제11항에 있어서, 결합 단계는 적어도 하나의 고온 캘린더링 롤 세트의 사용을 포함하는 열적 결합 단계인 방법.
제1항에 따른 복수의 미세 섬유 스트랜드로부터 섬유 웨브를 형성하는 방법이며,
복수의 미세 섬유 스트랜드를 이동 벨트 상에 피착시키는 단계;
섬유 웨브를 형성하기 위해 열적으로, 화학적으로, 기계적으로 또는 접착식으로 복수의 미세 섬유 스트랜드를 서로 얽히게 하는 단계; 및
이동 벨트로부터 섬유 웨브를 벗겨내는 단계를 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 섬유 웨브의 밀도를 증가시키기 위해 가열되거나 가열되지 않은 롤러를 사용하여 섬유 웨브를 캘린더링하는 단계를 더 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 적층 구조를 형성하도록 섬유 웨브를 기재에 결합하는 단계를 더 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 유리 전이 온도와 제1 폴리머의 용융 온도 사이의 온도로 섬유 웨브를 가열하는 단계를 더 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 피착 단계, 얽힘 단계 및 벗겨냄 단계를 수반하는 연속 프로세스의 끝에서 권취 롤러 상에 섬유 웨브를 권취하는 단계를 더 포함하는 방법.