KR20190100406A - 시트 및 시트 제조 방법 - Google Patents

Abstract

기계적 강도가 보다 향상된 시트, 및 이 시트를 제조하는 시트 제조 방법을 제공한다.
시트의 일례인 부직포는, 제1 나노 파이버와 제2 나노 파이버를 구비한다. 제1 나노 파이버는, 제1 셀룰로스계 폴리머로 형성되어 있다. 제2 나노 파이버는, 제2 셀룰로스계 폴리머로 형성되어 있다. 제1 셀룰로스계 폴리머와 제2 셀룰로스계 폴리머는, 서로 상이한 셀룰로스계 폴리머이며, 유리 전이점이 적어도 50℃ 상이하다.

Description

시트 및 시트 제조 방법

본 발명은, 시트 및 시트 제조 방법에 관한 것이다.

파이버로 형성되어 있는 시트가 알려져 있고, 파이버로서는, 예를 들면 수 nm 이상 1000nm 미만의 나노 오더의 직경을 갖는 이른바 나노 파이버가 있다. 이러한 파이버로 형성되어 있는 시트는, 다양한 분야에 있어서의 용도 개발이 활발히 행해지고 있다.

상기 시트로서는 예를 들면 부직포가 있다. 예를 들면 일본 공개특허공보 2009-095787호에는, 나노 파이버인 제1 파이버와, 직경이 1μm 이상인 제2 파이버를 구비하는 부직포가 기재되어 있다. 제1 파이버의 폴리머로서는, 아실기 치환도가 2.0 이상 3.0 이하의 범위 내인 셀룰로스아실레이트가 기재되고, 제2 파이버의 폴리머로서는 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)가 기재되어 있다. 이 일본 공개특허공보 2009-095787호에서는, 제1 파이버와 제2 파이버를 포집함으로써 부직포를 제조하고 있다. 또, 일본 공개특허공보 2012-036517호에는, 평균 섬유 직경이 0.1~20μm인 셀룰로스 파이버와, 평균 섬유 직경이 100nm 미만인 셀룰로스 나노 파이버를 초지(抄紙)한 부직포가 기재되어 있다. 셀룰로스 파이버 및 셀룰로스 나노 파이버의 소재로서는, 화학적으로 합성된 셀룰로스 섬유를 이용할 수 있고, 이와 같은 셀룰로스 섬유로서는 셀룰로스아세테이트와, 셀룰로스프로피오네이트와, 셀룰로스뷰티레이트와, 카복시알킬셀룰로스 등이 기재되어 있다. 카복시알킬셀룰로스로서는, 카복시메틸셀룰로스와, 카복시에틸셀룰로스가 기재되어 있다.

그런데 나노 파이버를 제조하는 방법으로서, 전계 방사법이 알려져 있다. 전계 방사법은, 일렉트로스피닝법이라고도 불리고, 노즐과 컬렉터와 전원을 갖는 전계 방사 장치(일렉트로스피닝 장치라고도 불림)를 이용하여 행해진다(예를 들면, 일본 공개특허공보 2009-095787호 참조). 이 전계 방사 장치에서는, 전원에 의하여 노즐과 컬렉터의 사이에 전압을 인가하여, 예를 들면 노즐을 마이너스, 컬렉터를 플러스로 대전시킨다.

전압을 인가한 상태에서 노즐로부터 원료인 용액을 내보내면, 노즐의 선단의 개구에 테일러 콘이라고 불리는 용액으로 구성되는 원뿔상의 돌기가 형성된다. 인가 전압을 서서히 증가시켜, 쿨롱력이 용액의 표면 장력을 상회하면, 테일러 콘의 선단으로부터 용액이 분출하여, 방사 제트가 형성된다. 방사 제트는 쿨롱력에 의하여 컬렉터까지 이동하고, 컬렉터 상에서 나노 파이버로서 포집되어, 컬렉터 상에는 나노 파이버로 구성된 부직포가 형성된다.

전계 방사법으로 얻어지는 나노 파이버로 부직포를 형성한 경우에는, 그 부직포의 기계적 강도가 충분하다고는 말할 수 없다. 예를 들면, 와이핑용의 이른바 와이핑 클로스로서 이용한 경우에는, 부직포의 표면에 보풀이 생기거나, 및/또는 부직포로부터 탈리한 파이버편(片)이 와이핑 대상물의 표면에 부착된 상태로 남게 된다. 일본 공개특허공보 2009-095787호 및 일본 공개특허공보 2012-036517호에 기재되는 부직포도 일정한 기계적 강도는 있지만, 기계적 강도가 보다 향상되면 용도가 더 확대된다.

따라서 본 발명은, 기계적 강도가 보다 향상된 시트, 및 그 시트를 제조하는 시트 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 시트는, 제1 나노 파이버와 제2 나노 파이버를 포함한다. 제1 나노 파이버는, 제1 셀룰로스계 폴리머로 형성되어 있다. 제2 나노 파이버는, 유리 전이점이 제1 셀룰로스계 폴리머와 적어도 50℃ 상이한 제2 셀룰로스계 폴리머로 형성되어 있다.

시트가 부직포인 경우에, 본 발명은 특히 현저한 효과를 나타낸다.

제1 셀룰로스계 폴리머는, 제1 셀룰로스아실레이트인 것이 바람직하고, 제1 셀룰로스아실레이트의 아실기 치환도가 2.4 이상 3.0 이하의 범위 내인 경우에 본 발명은 특히 효과가 크다. 제1 셀룰로스아실레이트가 아실기로서 아세틸기를 갖는 경우에 본 발명의 효과가 특히 크다.

제2 셀룰로스계 폴리머는, 유리 전이점이 제1 셀룰로스아실레이트보다 적어도 50℃ 낮은 것이 바람직하다.

제2 셀룰로스계 폴리머는, 제2 셀룰로스아실레이트와, 나이트로셀룰로스와, 에틸셀룰로스와, 카복시메틸에틸셀룰로스 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 제2 셀룰로스아실레이트는, 셀룰로스프로피오네이트와, 셀룰로스뷰티레이트와, 셀룰로스아세테이트프로피오네이트 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

제1 나노 파이버의 질량 비율은, 20% 이상 90% 이하의 범위 내인 것이 바람직하다.

본 발명의 시트 제조 방법은, 제1 출액 단계와, 제2 출액 단계와, 포집 단계를 갖고, 제1 나노 파이버와 제2 나노 파이버를 포집함으로써 시트를 제조한다. 제1 출액 단계는, 대전된 상태의 제1 용액을 제1 노즐로부터 내보낸다. 제2 출액 단계는, 대전된 상태의 제2 용액을 제2 노즐로부터 내보낸다. 포집 단계는, 제1 용액 및 제2 용액과 역극성으로 대전되었거나 또는 전위를 제로로 한 컬렉터에, 제1 노즐로부터 나온 제1 용액과 제2 노즐로부터 나온 제2 용액을 유인함으로써, 제1 셀룰로스계 폴리머로 형성된 제1 나노 파이버와 제2 셀룰로스계 폴리머로 형성된 제2 나노 파이버를 포집한다. 제1 용액은, 제1 셀룰로스계 폴리머와, 용매를 포함한다. 제2 용액은, 유리 전이점이 제1 셀룰로스계 폴리머와 적어도 50℃ 상이한 제2 셀룰로스계 폴리머와, 용매를 포함한다.

본 발명의 시트는 기계적 강도가 우수하고, 본 발명의 시트 제조 방법에 의하면 기계적 강도가 향상된 시트가 얻어진다.

도 1은 본 발명을 실시한 부직포의 개략 사시도이다.
도 2는 부직포 제조 설비의 개략, 및 용액 조제 유닛과 노즐 유닛과의 접속 관계를 설명하는 설명도이다.
도 3은 부직포 제조 장치의 개략도이다.

도 1에 나타내는 부직포(10)는, 시트의 일례이다. 부직포(10)는, 이 예에서는, 제1 나노 파이버(11)와, 제1 나노 파이버(11)와 소재가 상이한 제2 나노 파이버(12)만으로 구성되어 있다. 단, 부직포는, 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)를 포함하고 있으면 되고, 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)에 더하여, 이들 중 어느 것과도 소재가 상이한 다른 나노 파이버를 구비해도 된다. 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)는, 직경이 50nm 이상 2000nm 이하의 범위 내이며, 본 실시형태에서는 대략 400nm이다. 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)의 직경은, 서로 동일해도 되고, 상이해도 된다.

제1 나노 파이버(11)는, 제1 셀룰로스계 폴리머(15)(도 2 참조)로 형성되어 있다. 제2 나노 파이버(12)는, 제1 셀룰로스계 폴리머(15)와 상이한 제2 셀룰로스계 폴리머(16)(도 2 참조)로 형성되어 있고, 제2 셀룰로스계 폴리머(16)는 제1 셀룰로스계 폴리머(15)와, 유리 전이점이 적어도 50℃ 상이하다. 즉, 제1 셀룰로스계 폴리머(15)와 제2 셀룰로스계 폴리머(16)와의 유리 전이점의 차는, 50℃ 이상이다. 유리 전이점이 낮은 쪽의 셀룰로스계 폴리머로 형성된 나노 파이버는, 부직포의 기계적 강도를 향상시키는 기능을 담당한다. 이 예에서는, 제2 나노 파이버(12)가 부직포(10)의 기계적 강도를 향상시키는 기능을 담당하도록, 제2 셀룰로스계 폴리머(16) 쪽이, 제1 셀룰로스계 폴리머(15)보다 유리 전이점이 낮게 되어 있다.

제2 나노 파이버(12)는, 두께 방향으로 중첩되는 제1 나노 파이버(11) 및/또는 부직포의 면 방향에 있어서 접하고 있는 제1 나노 파이버(11)와 고착되어 있다. 이와 같이 하여 제1 나노 파이버(11)끼리는 제2 나노 파이버(12)를 통하여 고정되어 있다. 이 고정에 의하여, 부직포(10)는, 제1 나노 파이버(11)만으로 구성되어 있는 부직포에 비하여, 기계적 강도가 우수하다. 이로 인하여, 예를 들면 부직포(10)를 와이핑 클로스로서 이용한 경우에 있어서, 부직포(10)의 보풀 발생과, 파이버편의 탈리와, 파손 등이 억제된다. 또한 보풀 발생의 억제란, 부직포(10)의 표면의 보풀 발생이 억제되는 것을 의미하고, 파이버편의 탈리의 억제란, 부직포(10)로부터의 파이버편의 탈리가 억제되는 것을 의미하며, 파손의 억제란, 부직포(10)가 찢어지기 어려운 것을 의미한다. 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)가 모두 셀룰로스계 폴리머로 형성되어 있음으로써, 어느 한쪽만이 셀룰로스계 폴리머로 형성되어 있는 경우에 비하여, 후술하는 본 예와 같이 전계 방사법을 이용하여 부직포를 제조하는 경우에 있어서는, 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)가 보다 강한 상태로 고착되기 때문에, 기계적 강도가 우수한 부직포(10)가 확실히 얻어진다.

제1 셀룰로스계 폴리머(15)는 셀룰로스아실레이트인 것이 바람직하다. 제1 셀룰로스계 폴리머(15)로서의 셀룰로스아실레이트를 제1 셀룰로스아실레이트라고 칭한다. 제1 셀룰로스아실레이트는, 아실기 치환도가 2.4 이상 3.0 이하의 범위 내인 것이 바람직하고, 2.78 이상 2.94 이하의 범위 내인 것이 보다 바람직하며, 2.87 이상 2.94 이하의 범위 내인 것이 더 바람직하다. 셀룰로스아실레이트는, 셀룰로스의 하이드록실기를 구성하는 수소 원자의 일부 또는 전부가 아실기로 치환되어 있는 셀룰로스에스터이다. 수소 원자의 전부가 치환되어 있는 셀룰로스아실레이트의 치환도는 3이다.

제1 셀룰로스아실레이트는, 아실기로서 아세틸기를 갖는 것이 바람직하고, 즉, 아세틸셀룰로스가 바람직하다. 아세틸셀룰로스로서는, 아실기 치환도가 2.4 이상 3.0 이하의 범위 내인 셀룰로스트라이아세테이트(트라이아세틸셀룰로스, 이하 TAC라고 칭함) 또는 셀룰로스다이아세테이트(다이아세틸셀룰로스)가 바람직하다.

제2 셀룰로스계 폴리머(16)는, 셀룰로스아실레이트와, 나이트로셀룰로스와, 에틸셀룰로스와, 카복시메틸에틸셀룰로스 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이로써, 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)가 보다 큰 강도로 고착되고, 그 결과, 제1 나노 파이버(11)끼리가 제2 나노 파이버(12)를 통하여 보다 강하게 고정되기 때문에, 기계적 강도가 보다 향상된 부직포(10)가 된다. 또한, 제2 셀룰로스계 폴리머(16)로서의 셀룰로스아실레이트를 제2 셀룰로스아실레이트라고 칭한다.

제2 셀룰로스아실레이트는, 셀룰로스프로피오네이트와, 셀룰로스뷰티레이트와, 셀룰로스아세테이트프로피오네이트 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이로써, 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)가 보다 큰 강도로 고착된 부직포(10)가 된다.

부직포(10)는, 제1 나노 파이버(11)의 질량 비율이 20% 이상 90% 이하의 범위 내인 것이 바람직하고, 이로써, 부직포(10)로서의 기계적 강도가 보다 확실히 향상된다. 제1 나노 파이버(11)의 질량 비율(단위는 %)은, 부직포(10)의 질량을 M10으로 하고, 제1 나노 파이버(11)의 질량을 M11로 할 때에, (M11/M10)×100의 산출식으로 구하는 백분율이다. 제1 나노 파이버(11)의 질량 비율은 40% 이상 90% 이하의 범위 내인 것이 보다 바람직하고, 50% 이상 80% 이하의 범위 내인 것이 더 바람직하다.

부직포(10)는, 예를 들면 와이핑 클로스와, 필터와, 상처 등에 대는 의료용 부직포(드레이프라고 불림) 등으로서 이용 가능하다. 또, 이 예의 시트는 부직포(10)이지만, 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)를 구비하는 시트이면 이에 한정되지 않고, 예를 들면 직물과, 편물 등이어도 된다.

부직포(10)는 예를 들면 이하의 방법에 의하여 제조된다. 도 2에 나타내는 부직포 제조 설비(20)는, 시트 제조 설비의 일례이며, 전계 방사법을 이용하여 부직포(10)를 제조하기 위한 것이다. 부직포 제조 설비(10)는, 용액 조제 유닛(21)과 부직포 제조 장치(22)를 구비한다. 또한, 부직포 제조 장치(22)의 상세는 다른 도면에 도시하고 있고, 도 2에 있어서는, 부직포 제조 장치(22)의 일부만을 도시하고 있다.

용액 조제 유닛(21)은, 제1 나노 파이버(11)를 형성하는 제1 용액(25)과 제2 나노 파이버(12)를 형성하는 제2 용액(26)을 조제하기 위한 것이며, 제1 준비부(27)와 제2 준비부(28)를 구비한다. 제1 준비부(27)는, 제1 셀룰로스계 폴리머(15)를 제1 셀룰로스계 폴리머의 용매(이하, 제1 용매라고 칭함)(31)에 용해함으로써, 제1 용액(25)을 조제(준비)한다. 제2 준비부(28)는, 제2 셀룰로스계 폴리머(16)를 제2 셀룰로스계 폴리머의 용매(이하, 제2 용매라고 칭함)(32)에 용해함으로써, 제2 용액(26)을 조제(준비)한다.

본 실시형태에서는, 제1 용매(31)로서 다이클로로메테인과 메탄올과의 혼합물을 이용하고 있고, 제2 용매(32)도 동일하게 다이클로로메테인과 메탄올과의 혼합물로 하고 있다. 제1 셀룰로스계 폴리머(15)와 제2 셀룰로스계 폴리머(16)로서 셀룰로스아실레이트를 이용하는 경우에는, 제1 용매(31)와 제2 용매(32)로서는, 메탄올, 에탄올, 아이소프로판올, 뷰탄올, 벤질알코올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 사이클로헥산온, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, 프로필아세테이트, 뷰틸아세테이트, 폼산 메틸, 폼산 에틸, 헥세인, 사이클로헥세인, 다이클로로메테인, 클로로폼, 사염화 탄소, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 다이메틸폼아마이드, N-메틸피롤리돈, 다이에틸에터, 다이옥세인, 테트라하이드로퓨란, 1-메톡시-2-프로판올 등을 들 수 있다. 이들은, 셀룰로스아실레이트의 종류에 따라 단독으로 사용해도 되고 혼합하여 사용해도 된다. 제2 셀룰로스계 폴리머(16)로서 나이트로셀룰로스를 이용하는 경우에는, 제2 용매(32)로서는 메탄올 및/또는 뷰탄올이 바람직하다. 제2 셀룰로스계 폴리머로서 에틸셀룰로스를 이용하는 경우와 카복시메틸에틸셀룰로스를 이용하는 경우에 있어서도, 제2 용매(32)로서는, 동일하게 메탄올 및/또는 뷰탄올이 바람직하다.

이 예에 있어서, 부직포 제조 설비(20)는, 용액 조제 유닛(21)과 부직포 제조 장치(22)를 접속하는 배관(33a~33c)을 구비하고, 부직포 제조 장치(22)는, 서로 이간된 상태로 배치된 노즐(36a~36c)을 갖는다. 배관(33a)과 배관(33c)은, 제1 용액(25)을 안내하기 위한 것이며, 배관(33b)은 제2 용액(26)을 안내하기 위한 것이다. 배관(33a)은 제1 준비부(27)와 노즐(36a)을 접속하고, 배관(33b)은 제2 준비부(28)와 노즐(36b)을 접속하며, 배관(33c)은 제1 준비부(27)와 노즐(36c)을 접속한다. 이로써, 노즐(36a)과 노즐(36c)로부터는 제1 용액(25)이 나오고, 노즐(36b)로부터는 제2 용액(26)이 나온다. 노즐(36a) 및 노즐(36c)로부터 나온 제1 용액(25)은 제1 나노 파이버(11)를 형성하고, 노즐(36b)로부터 나온 제2 용액(26)은 제2 나노 파이버(12)를 형성한다. 또한, 이후의 설명에 있어서, 배관(33a)과 배관(33b)과 배관(33c)을 구별하지 않는 경우에는, 배관(33)으로 기재한다. 또, 노즐(36a)과 노즐(36b)과 노즐(36c)을 구별하지 않는 경우에는, 노즐(36)로 기재한다.

또한 이 예에서는, 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)와의 집적 및 부직포의 지지에 장척의 지지체(37)를 이용하고 있고, 이 지지체(37)를 길이 방향으로 이동시키고 있다. 지지체(37)의 상세에 대해서는 다른 도면을 이용하여 후술하지만, 도 2에 있어서의 가로 방향은 지지체(37)의 폭 방향이며, 도 2의 지면(紙面) 깊이 방향이 지지체(37)의 이동 방향이다. 노즐(36a~36c)은 이 순서로, 지지체(37)의 폭 방향으로 나열하여 배치되어 있다. 제2 용액(26)은, 제1 용액(25)을 내보내는 노즐(36a)과 노즐(36c)의 사이의 노즐(36b)로부터 나오는 것이 바람직하고, 이 예에서도 그와 같이 하고 있다. 이로써, 단위 면적당 중량이 보다 확실히 균일한 부직포(10)가 얻어진다. 그 결과, 우수한 기계적 강도가 발현되어, 예를 들면 찢어지기 어려워진다. 단위 면적당 중량이란, 부직포의 단위 면적당의 질량이다. 이 예에서는, 노즐(36)을 3개로 하고 있지만, 노즐(36)의 개수는 이에 한정되지 않는다. 또한, 배관(33a~33c)의 각각에는 제1 용액(25) 또는 제2 용액(26)을 노즐(36)로 보내는 펌프(38)가 마련되어 있다. 펌프(38)의 회전수를 변경함으로써, 노즐(36a~36c)로부터 나오는 제1 용액(25)과 제2 용액(26)의 각 유량이 조절된다.

노즐(36a~36c)은 유지 부재(41)에 의하여 유지되어 있고, 이 유지 부재(41)와 노즐(36)에 의하여, 부직포 제조 장치(22)의 노즐 유닛(42)이 구성되어 있다. 부직포 제조 장치(22)에 대하여, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3에는, 도 2의 노즐(36a) 측에서 본 경우를 도시하고 있고, 도면의 번잡화를 피하기 위하여, 노즐(36)에 대해서는 노즐(36a)만, 용액에 대해서는 제1 용액(25)만을 도시하며, 노즐(36b)과 노즐(36c)과 제2 용액(26)의 도시는 생략하고 있다. 부직포 제조 장치(22)는, 방사실(45)과, 상술한 노즐 유닛(42)과, 집적부(50)와, 전원(51) 등을 구비한다. 방사실(45)은, 예를 들면 노즐 유닛(42)과, 집적부(50)의 일부 등을 수용하고 있고, 밀폐 가능하게 구성됨으로써 용매 가스가 외부로 새는 것을 방지하고 있다. 용매 가스는, 제1 용액(25)의 제1 용매(31)와 제2 용액(26)의 제2 용매(32)가 기화한 것이다.

노즐 유닛(42)은 방사실(45) 내의 상부에 배치된다. 노즐(36)의 제1 용액(25) 또는 제2 용액(26)을 내보내는 선단은, 도 3에 있어서의 노즐(36)의 하방에 배치한 컬렉터(52)를 향해 있다. 제1 용액(25)과 제2 용액(26)이 노즐(36)의 선단에 형성되어 있는 개구(이하, 선단 개구라고 칭함)로부터 나올 때에, 선단 개구에는 제1 용액(25) 또는 제2 용액(26)에 의하여 대략 원뿔상의 테일러 콘(53)이 형성된다.

집적부(50)는, 노즐(36)의 하방에 배치된다. 집적부(50)는, 컬렉터(52)와, 컬렉터 회전부(56)와, 지지체 공급부(57)와, 지지체 권취부(58)를 갖는다. 컬렉터(52)는 노즐(36)로부터 나온 제1 용액(25)과 제2 용액(26)을 유인하여, 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)로서 포집하기 위한 것이며, 본 실시형태에서는, 후술하는 지지체(37) 상에 포집한다. 컬렉터(52)는, 금속제의 띠형상물로 형성된 무단(無端) 벨트로 구성되어 있다. 컬렉터(52)는, 전원(51)에 의하여 전압이 인가됨으로써 대전되는 소재로 형성되어 있으면 되고, 예를 들면 스테인리스제로 한다. 컬렉터 회전부(56)는, 한 쌍의 롤러(61, 62)와 모터(60) 등으로 구성되어 있다. 컬렉터(52)는, 한 쌍의 롤러(61, 62)에 수평으로 걸쳐져 있다. 한쪽의 롤러(61)의 축에는 방사실(45)의 밖에 배치된 모터(60)가 접속되어 있고, 롤러(61)를 소정 속도로 회전시킨다. 이 회전에 의하여 컬렉터(52)는 롤러(61)와 롤러(62)의 사이에서 순환하듯이 이동한다. 본 실시형태에 있어서는, 컬렉터(52)의 이동 속도는, 10cm/시로 하고 있지만, 이에 한정되지 않는다.

컬렉터(52)에는, 지지체 공급부(57)에 의하여, 띠형상의 알루미늄 시트로 이루어지는 지지체(37)가 공급된다. 지지체(37)는, 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)를 집적시켜, 부직포(10)로서 얻기 위한 것이다. 지지체 공급부(57)는 송출축(57a)을 갖는다. 송출축(57a)에는 지지체 롤(63)이 장착된다. 지지체 롤(63)은 지지체(37)가 권취 코어(64)에 권취되어 구성되어 있다. 지지체 권취부(58)는 권취축(67)을 갖는다. 권취축(67)은 모터(도시하지 않음)에 의하여 회전되고, 세트되는 권취 코어(68)에, 부직포(10)가 형성된 지지체(37)를 권취한다. 이와 같이, 이 부직포 제조 장치(22)는, 제1 나노 파이버(11) 및 제2 나노 파이버(12)를 제조하는 기능과, 부직포(10)를 제조하는 기능을 갖고, 전계 방사법에 의한 나노 파이버 및 부직포의 제조가 실시된다. 또한, 지지체(37)는, 컬렉터(52) 상에 얹어, 컬렉터(52)의 이동에 의하여 이동시켜도 된다.

또한, 컬렉터(52) 상에 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)를 직접 집적함으로써 부직포(10)를 형성해도 되지만, 컬렉터(52)를 형성하는 소재 또는 컬렉터(52)의 표면 상태 등에 따라서는 부직포(10)가 달라붙어 이를 박리하기 어려운 경우가 있다. 이로 인하여, 본 실시형태와 같이, 부직포(10)가 달라붙기 어려운 지지체(37)를 컬렉터(52) 상으로 안내하고, 이 지지체(37) 상에 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)를 집적하는 것이 바람직하다.

전원(51)은, 노즐(36)과 컬렉터(52)에 전압을 인가하여, 이로써, 노즐(36)을 제1 극성으로 대전시키고, 컬렉터(52)를 제1 극성과 역극성인 제2 극성으로 대전시키는 전압 인가부이다. 대전된 노즐(36) 내를 통과함으로써, 제1 용액(25)과 제2 용액(26)이 대전되고, 대전된 상태로 노즐(36)로부터 나온다. 또한, 이 예에서는 유지 부재(41)와 노즐(36)을 도통(導通)시키고 있고, 전원(51)을 유지 부재(41)에 접속시킴으로써, 유지 부재(41)를 통하여 노즐(36)에 전압을 인가하고 있지만, 노즐(36)로의 전압 인가의 수법은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 노즐(36)의 각각에 전원(51)을 접속시킴으로써 각 노즐(36)에 전압을 인가해도 된다. 본 실시형태에서는 노즐(36)을 플러스(+)로 대전시키고, 컬렉터(52)를 마이너스(-)로 대전시키고 있지만, 노즐(36)과 컬렉터(52)의 극성은 반대여도 된다. 또한, 컬렉터(52) 측을 어스하여 전위를 0으로 해도 된다. 본 실시형태에서는, 노즐(36)과 컬렉터(52)에 인가하는 전압은 30kV로 하고 있다. 이 대전에 의하여, 테일러 콘(53)으로부터는 제1 용액(25) 또는 제2 용액(26)이 방사 제트(69)로서 컬렉터(52)를 향하여 분출된다. 또한, 이 예에서는 노즐(36)에 전압을 인가함으로써 제1 용액(25) 및 제2 용액(26)을 대전시키고 있지만, 배관(33)에 있어서 제1 용액(25) 및 제2 용액(26)을 대전시켜, 대전된 상태의 제1 용액(25)과 제2 용액(26)을 노즐(36)로 안내해도 된다.

노즐(36)과 컬렉터(52)와의 거리(L2)는, 제1 셀룰로스계 폴리머(15)와 제2 셀룰로스계 폴리머(16)와 제1 용매(31)와 제2 용매(32)와의 종류와, 제1 용액(25)에 있어서의 제1 용매(31)의 질량 비율과, 제2 용액(26)에 있어서의 제2 용매(32)의 질량 비율 등에 따라 적절한 값이 상이하지만, 30mm 이상 300mm 이하의 범위 내가 바람직하고, 본 실시형태에서는 180mm로 하고 있다.

노즐(36)과 컬렉터(52)에 가하는 전압은, 2kV 이상 40kV 이하가 바람직하고, 제1 나노 파이버(11) 및 제2 나노 파이버(12)를 가늘게 형성하는 관점에서는 전압은 이 범위 내에서 가능한 한 높은 쪽이 바람직하다.

상기 구성의 작용을 설명한다. 노즐(36)과, 순환하여 이동하는 컬렉터(52)에는, 전원(51)에 의하여 전압이 인가된다. 이로써, 노즐(36)은 제1 극성으로서의 플러스로 대전되고, 컬렉터(52)는 제2 극성으로서의 마이너스로 대전된다. 노즐(36)에는, 용액 조제 유닛(21)으로부터 제1 용액(25)과 제2 용액(26)이 연속적으로 공급되고, 이동하는 컬렉터(52) 상에는, 지지체(37)가 연속적으로 공급된다. 제1 용액(25)은, 노즐(36a)과 노즐(36c)의 각각을 통과함으로써 제1 극성인 플러스로 대전되고, 대전된 상태로, 노즐(36a)과 노즐(36c)의 선단 개구로부터 나온다(제1 출액 단계). 제2 용액(26)은, 노즐(36b)을 통과함으로써 제1 극성으로 대전되고, 대전된 상태로, 노즐(36b)의 선단 개구로부터 나온다(제2 출액 단계).

컬렉터(52)는, 제1 극성으로 대전된 상태로 선단 개구로부터 나온 제1 용액(25)과 제2 용액(26)을 유인한다. 이로써, 선단 개구에는 테일러 콘(53)이 형성되고, 이 테일러 콘(53)으로부터 방사 제트(69)가 컬렉터(52)를 향하여 분출된다. 제1 극성으로 대전되어 있는 방사 제트(69)는, 컬렉터(52)를 향하는 동안에, 자신의 전하에 의한 반발로 보다 가는 직경으로 분열하여, 지지체(37) 상에 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)로서 포집된다(포집 단계). 지지체(37) 상에 있어서 제1 나노 파이버(11)끼리는 서로 접촉해도 고착되지 않거나, 또는 고착되어도 고착의 강도가 작다. 그러나, 제2 나노 파이버(12)의 제2 셀룰로스계 폴리머(16)는 제1 나노 파이버(11)의 제1 셀룰로스계 폴리머(15)보다 유리 전이점이 50℃ 이상 낮기 때문에 지지체(37)에 도달한 시점에 있어서도 점성(끈적거림, stickiness)이 남아 있고, 이로 인하여 제1 나노 파이버(11)와 강하게 고착된다.

포집된 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)는 부직포(10)로서 지지체(37)와 함께 지지체 권취부(58)에 보내진다. 부직포(10)는, 지지체(37)와 중첩된 상태로 권취 코어(68)에 감긴다. 권취 코어(68)는 권취축(67)으로부터 제거된 후에, 지지체(37)로부터 부직포(10)가 분리된다. 이와 같이 하여 얻어진 부직포(10)는 장척이지만, 이후, 예를 들면 원하는 사이즈로 절단해도 된다.

얻어진 부직포(10)를 가열하는 가열 처리를 행해도 된다. 이로써, 제1 나노 파이버(11)와 제2 나노 파이버(12)와의 고착의 강도가 보다 높아지거나, 포집 단계에 있어서 고착되지 않았던 부분이 고착된다. 또한, 가열 처리를 행하는 경우에는, 제1 셀룰로스계 폴리머(15)의 유리 전이점과 제2 셀룰로스계 폴리머(16)의 유리 전이점 사이의 온도로, 부직포(10)를 가열하는 것이 바람직하다.

이 예에서는, 컬렉터(52)로서 순환 이동하는 벨트를 이용했지만, 컬렉터는 벨트에 한정되지 않는다. 예를 들면, 컬렉터는 고정식의 평판이어도 되고, 원통상의 회전체로 해도 된다. 평판이나 원통체로 이루어지는 컬렉터의 경우에도, 부직포를 컬렉터로부터 용이하게 분리할 수 있도록 지지체(37)를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 회전체를 이용하는 경우에는, 회전체의 둘레면에 나노 파이버로 이루어지는 통상의 부직포가 형성되기 때문에, 방사 후에 회전체로부터 통상의 부직포를 분리하고, 원하는 크기 및 형상으로 커트하여 부직포 제품으로 할 수 있다.

시트로서의 직물은, 캠(cam)과 태핏(tappet)(캠에 접촉하여, 캠의 운동을 전하는 장치임)에 의하여 종광의 개구 운동을 시키는 수법에 의하여, 제조할 수 있다. 시트로서의 편물은, 실로 고리(루프)의 형태를 이루면서, 이를 이차원적으로 이음으로써 제조할 수 있다.

실시예

[실시예 1]~[실시예 18]

부직포 제조 설비(20)에 의하여 부직포(10)를 연속적으로 제조하여, 실시예 1~18로 했다. 이용한 제1 셀룰로스계 폴리머(15)와 제2 셀룰로스계 폴리머(16)는, 표 1의 "제1 나노 파이버"란과 "제2 나노 파이버"란에 기재하고 있다. 제1 용매(31)와 제2 용매는, 모두 상술한 바와 같이 다이클로로메테인과 메탄올과의 혼합물이며, 질량비는, 다이클로로메테인:메탄올=87:13으로 했다. 제1 용액(25)에 있어서의 제1 셀룰로스계 폴리머(15)의 농도는 4질량%로 하고, 제2 용액(26)에 있어서의 제2 셀룰로스계 폴리머(16)의 농도는 7질량%로 했다. 이들의 농도는, 제1 셀룰로스계 폴리머(15) 또는 제2 셀룰로스계 폴리머(16)의 질량을 M1로 하고, 제1 용매(31) 또는 제2 용매(32)의 질량을 M2로 할 때에, {M1/(M1+M2)}×100으로 구한 것이다. 전원(51)에 의하여 각 노즐(36)과 컬렉터(52)에 인가한 전압은, 상술한 바와 같이 30kV로 했다. 제1 나노 파이버(11)의 직경의 평균값과 제2 나노 파이버(12)의 직경의 평균값은 각각 600nm였다. 직경의 평균값은, 주사형 전자 현미경으로 촬상한 화상으로부터 100개의 나노 파이버(12)의 직경을 측정하고, 평균값을 산출함으로써 구했다.

셀룰로스계 폴리머로서 셀룰로스아실레이트를 이용한 경우에는, 표 1의 "소재"란에 "CA"라고 기재한다. 소재가 셀룰로스아실레이트인 경우에 있어서 아실기가 아세틸기인 경우에는 "아실기"란에 "Ac"라고 기재하고, 프로피온일기인 경우에는 "Pr"이라고 기재하며, 뷰탄오일기인 경우에는 "Bu"라고 기재한다. 또한, 제2 나노 파이버의 "아실기 함량"(단위는 %)은, 이스트먼 케미컬 컴퍼니의 카탈로그값을 그대로 기재하고 있다.

얻어진 부직포(10)에 대하여, 기계적 강도의 평가로서, 촉감과 파이버편의 탈리를 평가했다. 평가 방법 및 평가 기준은 이하와 같다.

1. 촉감

얻어진 장척의 부직포(10)로부터 대략 50mm×50mm 사이즈의 샘플을 잘라냈다. 이 샘플을 손가락으로 만짐으로써 탄력감을 확인한 후, 손가락으로 만진 영역에 있어서의 섬유를 육안으로 관찰하고, 이하의 기준으로 평가했다. A와 B는 합격이고, C와 D는 불합격이다. 결과는 표 1의 "촉감"란에 나타낸다.

A; 탄력감이 있고, 섬유를 육안으로 명확하게 확인할 수 있었다.

B; 탄력감은 약간 약하지만 있고, 섬유는 육안으로 확인할 수 있으며, 실용상 문제가 없는 레벨이었다.

C; 탄력감이 없고, 섬유는 육안으로 아주 조금밖에 확인할 수 없었다.

D; 탄력감도 섬유도 전혀 확인되지 않았다.

2. 파이버편의 탈리

얻어진 장척의 부직포(10)로부터 대략 50mm×50mm 사이즈의 샘플을 잘라냈다. 이 샘플을, 1.47N(=150gf)의 하중을 가한 상태에서 수지판의 표면 상을 5회 왕복 이동시켰다. 수지판의 표면을 육안으로 관찰하고, 이하의 기준으로 평가했다. A와 B는 합격이고, C와 D는 불합격이다. 결과는 표 1의 "파이버편의 탈리"란에 나타낸다.

A; 파이버편이 전혀 확인되지 않았다.

B; 파이버편이 확인되었지만, 그 양은 매우 미량이며 실용상 문제가 없는 레벨이었다.

C; 파이버편의 집합체(덩어리)가 확인되었다.

D; 파이버편과 파이버편의 집합체가 다량으로 확인되었다.

[표 1]

[비교예 1]~[비교예 9]

제1 나노 파이버의 소재와 제2 나노 파이버의 소재를 변경하거나, 또는 제1 나노 파이버만으로 부직포를 제조하여, 이들을 비교예 1~9로 했다. 각 소재는 표 1에 나타낸다. 표 1에서는, 소재로서 폴리프로필렌을 이용한 경우에는 "소재"란에 "PP"라고 기재한다. 또, 제1 나노 파이버만으로 부직포를 제조한 경우에는, 제2 나노 파이버의 각 란에는 "-"이라고 기재한다. 그 외의 조건은 실시예와 동일하게 했다. 또한, 프로프로필렌을 용해하는 제2 용매는 다이클로로메테인과 메탄올과의 혼합물이며, 그 질량비는 다이클로로메테인:메탄올=87:13으로 했다. 폴리프로필렌을 이용한 제2 용액에 있어서, 폴리프로필렌의 농도는 7질량%로 했다.

실시예와 동일한 방법 및 기준으로, 촉감과 파이버편의 탈리의 평가를, 기계적 강도의 평가로서 행했다. 평가 결과는 표 1에 나타낸다.

Claims (10)

1. 제1 셀룰로스계 폴리머로 형성되어 있는 제1 나노 파이버와,
   유리 전이점이 상기 제1 셀룰로스계 폴리머와 적어도 50℃ 상이한 제2 셀룰로스계 폴리머로 형성되어 있는 제2 나노 파이버를 포함하는 시트.
2. 청구항 1에 있어서,
   부직포인 시트.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 셀룰로스계 폴리머는, 제1 셀룰로스아실레이트인 시트.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1 셀룰로스아실레이트는, 아실기 치환도가 2.4 이상 3.0 이하의 범위 내인 시트.
5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 셀룰로스아실레이트는, 아실기로서 아세틸기를 갖는 시트.
6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 셀룰로스계 폴리머는, 유리 전이점이 상기 제1 셀룰로스아실레이트보다 적어도 50℃ 낮은 시트.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제2 셀룰로스계 폴리머는, 제2 셀룰로스아실레이트와, 나이트로셀룰로스와, 에틸셀룰로스와, 카복시메틸에틸셀룰로스 중 어느 하나인 시트.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제2 셀룰로스아실레이트는, 셀룰로스프로피오네이트와, 셀룰로스뷰티레이트와, 셀룰로스아세테이트프로피오네이트 중 어느 하나인 시트.
9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 나노 파이버의 질량 비율은, 20% 이상 90% 이하의 범위 내인 시트.
10. 제1 나노 파이버와 제2 나노 파이버를 포집함으로써 시트를 제조하는 시트 제조 방법에 있어서,
    대전된 상태의 제1 용액을 제1 노즐로부터 내보내는 제1 출액 단계와,
    대전된 상태의 제2 용액을 제2 노즐로부터 내보내는 제2 출액 단계와,
    상기 제1 용액 및 상기 제2 용액과 역극성으로 대전되었거나 또는 전위를 제로로 한 컬렉터에, 상기 제1 노즐로부터 나온 상기 제1 용액과 상기 제2 노즐로부터 나온 상기 제2 용액을 유인함으로써, 제1 셀룰로스계 폴리머로 형성된 상기 제1 나노 파이버와 제2 셀룰로스계 폴리머로 형성된 상기 제2 나노 파이버를 포집하는 포집 단계를 갖고,
    상기 제1 용액은, 상기 제1 셀룰로스계 폴리머와, 용매를 포함하며,
    상기 제2 용액은, 유리 전이점이 상기 제1 셀룰로스계 폴리머와 적어도 50℃ 상이한 상기 제2 셀룰로스계 폴리머와, 용매를 포함하는 시트 제조 방법.

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