WO2023121341A1 - 열접착성 섬유웹 제조방법 및 이를 통해 제조된 열접착성 섬유웹 - Google Patents

열접착성 섬유웹 제조방법 및 이를 통해 제조된 열접착성 섬유웹 Download PDF

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WO2023121341A1
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김찬
이효정
이승훈
신강식
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주식회사 아모그린텍
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a heat-sealable fibrous web and a heat-sealable fibrous web manufactured thereby.
  • electrospinning is a method of producing nanofibers through an electric field formed by applying an electric field to a polymer solution. Specifically, as the surface tension of the polymer solution is overcome by the electric field applied to the spinneret, the discharged polymer solution forms a jet, and this jet flies to the collector by a whipping mechanism, thereby dissolving the solvent. With volatilization, the polymer solidifies to form a fibrous structure.
  • the electrospun nanofibers manufactured through the above method are fused and combined with woven fabrics, non-woven fabrics, knits, and papers, and are applied to filters, moisture-permeable and waterproof materials, separators for various batteries, biomedical materials, and vents for electronic devices. there is.
  • the convergence process of nanofibers and heterogeneous materials having different material and / or structural specifications, such as woven fabrics and nonwovens is performed through processing such as fusion or calendering through heat or ultrasonic waves using adhesives or binders.
  • processing such as fusion or calendering through heat or ultrasonic waves using adhesives or binders.
  • a separate binder or hot melt material results in clogging of the pores of the web formed of nanofibers, resulting in reduced air permeability, and there is a problem in that the excellent physical properties of the web formed of nanofibers cannot be sufficiently expressed.
  • the use of separate adhesives or hot melt materials accompanies the addition of materials and processes, ultimately adversely affecting carbon emissions and energy.
  • woven or nonwoven fabrics that are converged with nanofibers are made of sheath-core type low-melting composite fibers or configured to contain some low-melting composite fibers to achieve convergence with nanofibers. Attempts are continuing, but it is difficult to achieve interfacial adhesion between nanofibers and conventional low-melting composite fibers, so that nanofibers are partially separated from the fusion composite, or woven or nonwoven fabrics used in the fusion composite are made only with low-melting composite fibers. There is a problem in that there is a limitation in the selection of woven fabric or nonwoven fabric because there is no choice but to use it.
  • the present invention has been devised in consideration of the above points, and since the fiber web itself has thermal adhesiveness without a separate adhesive or hot melt material, it is possible to easily perform interfacial bonding to dissimilar materials having different materials and structural specifications through thermal fusion. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a heat-sealable fibrous web and a heat-sealable fibrous web produced through the method.
  • the present invention exhibits excellent thermal bonding performance while preventing the closure of pores possessed in the initial application during interfacial thermal bonding with different materials, so that the initial properties such as air permeability and water pressure resistance of the thermal bonding fiber web are intact even after interfacial thermal bonding
  • another object is to provide a heat-sealable fibrous web that is expressed.
  • the present invention is (1) the first spinning solution in which the support component, which is the first polymer compound, is dissolved, and the thermal bonding component, which is the second polymer compound, which has a melting point at least 50 ° C lower than that of the first polymer compound, is dissolved.
  • Step of preparing the second spinning solution (2) transferring the first spinning solution and the second spinning solution to the end of the discharge port of one spinning nozzle of the electrospinning device to the end of the discharge port after transferring the first spinning solution and the second spinning solution through different channels so that the spinning solutions are not blended Accumulating side-by-side heat-sealable composite fibers having a diameter of less than 1 ⁇ m by electrospinning such that the first spinning solution is discharged to a certain portion of the cross section and the second spinning solution is discharged to the remaining portion, and (3) ) It provides a heat-sealable fibrous web manufacturing method comprising the step of preparing a heat-sealable fibrous web by applying heat to the accumulated side-by-side heat-sealable composite fibers.
  • the first spinning solution and the second spinning solution may contain the same kind of solvent.
  • the first polymer compound includes at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), polybenzyl imidazole (PBI), and high melting point polyethersulfone (PES), and the second polymer compound may include at least one of low melting point polyethersulfone and polyvinyl butyral.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PBI polybenzyl imidazole
  • PES high melting point polyethersulfone
  • the second polymer compound may include at least one of low melting point polyethersulfone and polyvinyl butyral.
  • the solvent may be any one or more solvents of dimethylformamide and dimethylacetamide, or a solvent in which acetone or alcohol is mixed with any one or more solvents of dimethylformamide and dimethylacetamide.
  • step (3) heat may be applied at a temperature higher than the glass transition temperature and lower than the melting point of the second polymer compound.
  • the present invention is a side-by-side having a diameter of less than 1 ⁇ m in which a support part formed of a first polymer compound in a cross section and a heat-sealed part formed of a second polymer compound having a melting point at least 50 ° C lower than that of the first polymer compound are adjacently disposed.
  • a heat-sealable fibrous web having a three-dimensional network structure in which heat-sealable composite fibers are accumulated and welded between surfaces of the composite fibers in contact.
  • the area of the thermally bonded portion in the cross-section of the heat-sealable composite fiber may be 50% or less of the cross-sectional area.
  • the area of the thermal bonding portion may be 10 to 30% of the cross-sectional area.
  • first polymer compound may include polyvinylidene fluoride
  • second polymer compound may include polyvinyl butyral
  • the present invention has a diameter of less than 1 ⁇ m, and in a cross section, a support part formed of a first polymer compound and a thermal bonding part formed of a second polymer compound having a melting point at least 50 ° C lower than that of the first polymer compound are disposed adjacent to each other.
  • a support part formed of a first polymer compound and a thermal bonding part formed of a second polymer compound having a melting point at least 50 ° C lower than that of the first polymer compound are disposed adjacent to each other.
  • the method for manufacturing a heat-sealable fibrous web according to the present invention can realize a side-by-side type heat-sealable fiber in which separation does not occur at the interface formed by adjacently spun two types of polymer compounds, and through this, separate As the fibrous web itself has heat-adhesiveness without adhesives or hot-melt materials, it is suitable for realizing a heat-sealable fibrous web capable of interfacial bonding to dissimilar materials having different material and structural specifications through easy heat-sealing.
  • the heat-sealable fibrous web manufactured according to the present invention exhibits excellent heat-sealing performance while preventing the closure of pores initially held during interfacial thermal bonding with a different material, thereby improving air permeability and water resistance possessed by the heat-sealable fibrous web. Since the initial physical properties can be fully retained and expressed even after interfacial thermal bonding, it can be used as a thermal bonding member or itself can be widely used for various purposes, such as membranes for water treatment or membranes for electronic devices.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an electrospinning process included in an embodiment of the present invention
  • FIGS. 2a to 2c are cross-sectional schematic views of side-by-side heat-sealable composite fibers according to various embodiments of the present invention.
  • Figures 3a and 3b are schematic diagrams at the interface of convergence with different materials
  • Figure 3a is a schematic diagram showing thermal bonding at the interface between a heat-sealable fibrous web and a different material according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3b is a schematic diagram showing thermal bonding through a hot melt agent at the interface between a non-thermal bonding fiber web and a different material;
  • Example 4 is a scanning electron micrograph of side-by-side thermally adhesive composite fibers accumulated after electrospinning in the process of manufacturing a thermally adhesive fibrous web according to Example 1, (a) magnification 5,000 times, (b) 10,000x magnification photo,
  • Example 5 is a scanning electron micrograph of a heat-sealable fibrous web prepared according to Example 1, including (a) a surface and (b) a cross-sectional photograph, and
  • Example 6 is a scanning electron micrograph of a heat-sealable fibrous web prepared according to Example 2 (a) at 5,000 times magnification and (b) at 30,000 times magnification.
  • a heat-sealable fibrous web includes: (1) a first spinning solution in which a support component, which is a first polymer compound, is dissolved; Preparing the second spinning solution in which the adhesive component is dissolved, respectively, (2) the first spinning solution and the second spinning solution are passed through different channels to the end of the discharge port of one spinning nozzle of the electrospinning device so that the spinning solutions are not blended. After transferring, electrospinning is performed so that the first spinning solution is discharged to a part of the end surface of the discharge port and the second spinning solution is discharged to the remaining portion, thereby accumulating side-by-side heat-sealable composite fibers having a diameter of less than 1 ⁇ m. and (3) preparing a heat-sealable fibrous web by applying heat to the accumulated side-by-side heat-sealable composite fibers.
  • step (1) the first spinning solution in which the support component, which is the first polymer compound, is dissolved, and the second polymer compound, which is the second polymer compound, in which the melting point is at least 50 ° C. lower than that of the first polymer compound, the thermal bonding component is dissolved.
  • the first spinning solution in which the support component, which is the first polymer compound, is dissolved, and the second polymer compound, which is the second polymer compound, in which the melting point is at least 50 ° C. lower than that of the first polymer compound, the thermal bonding component is dissolved.
  • the support component is a component that performs a support function in the spun side-by-side heat-sealable composite fibers and the heat-sealable fiber web realized by them.
  • the thermal bonding component is a component that exhibits thermal bonding characteristics between side-by-side thermally bonding conjugate fibers or at an interface between these conjugate fibers and a different material.
  • support components and thermal bonding components may be used without limitation when a combination of polymer compounds having a melting point difference of 50° C. or more among known polymer compounds known to be generally electrospinable is used.
  • the same type of polymer compound having a melting point difference of 50° C. or more may also be used as a support component and a thermal bonding component, respectively. If the melting point difference is less than 50 ° C., it may be difficult to achieve the object of the present invention, such as weakening the thermal adhesiveness at the interface.
  • the melting point difference may be preferably 100 °C or less.
  • the supporting component is high melting point (or high polymer) polyurethane, polyacrylonitrile (PAN), polyetherimide (PEI), polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride (PVC), polycarbonate (A first polymer compound comprising at least one selected from the group consisting of PC), polyethylene terephthalate, polyamide, polyvinylidene fluoride (PVDF), polybenzyl imidazole (PBI), and high melting point polyethersulfone (PES) can be
  • the heat sealing component is low melting point (hypopolymer) polyurethane, polystyrene (PS), polyvinyl alcohol (PVA), polymethyl methacrylate (PMMA), polylactic acid (PLA), polyethylene oxide (PEO), poly Vinyl acetate (PVAc), polyacrylic acid (PAA), polycaprolactone (PCL), polyvinyl fluoride (PVDF), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyacrylonitrile (PAN), polycarbonate (PC) , It may be a second polymer compound containing at least one of low melting point polyethersulfone and polyvinyl butyral.
  • the first polymer compound includes at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), polybenzyl imidazole (PBI) and high melting point polyethersulfone (PES), and the second polymer compound A side-by-side composite fiber can be implemented with a combination containing at least one of low-melting polyethersulfone and polyvinylbutyral, and more preferably, the first polymer compound includes polyvinylidene fluoride, ,
  • the second polymer compound may include polyvinyl butyral, which may be advantageous in achieving the object of the present invention.
  • first polymer compound and the second polymer compound are each dissolved in a solvent to form a first spinning solution and a second spinning solution. If homogeneous or heterogeneous polymer compounds with different melting points are mixed and the ratio of polymer compounds with low melting points is increased when spinning with a single spinning solution, the ratio exposed to the surface of the spun fiber is not uniform, and in addition, the ratio exposed to the surface is small. It is better not to mix these two spinning solutions until just before spinning.
  • the first spinning solution and the second spinning solution may include a solvent capable of dissolving the first polymer compound and the second polymer compound, respectively.
  • the solvent is suitable for dissolving the selected polymer compound, and may be used without limitation in the case of a known solvent used in the preparation of a spinning solution for electrospinning.
  • the solvent contained in the first spinning liquid and the solvent contained in the second spinning liquid are each independently in any one or more solvents of dimethylformamide and dimethylacetamide, or any one or more solvents of dimethylformamide and dimethylacetamide.
  • a solvent mixed with acetone or alcohol may be used.
  • the solvents used for each of the first spinning solution and the second spinning solution may be of the same kind, and further substantially the same solvent. If the same or even substantially the same solvent is not used, the solidification that occurs when the two spinning solutions meet each other at the tip of a single spinning nozzle causes clogging of the spinning nozzle or deterioration in spinning performance, and side-by-side composite fibers are realized. Even in this case, the area formed of the first polymer compound and the area formed of the second polymer compound can be implemented to have an area ratio different from the area ratio designed in the initial drawing, so that it does not have sufficient thermal bonding performance or the pores are closed after thermal bonding. can
  • first spinning solution and the second spinning solution preferably contain the first polymer compound and the second polymer compound at 10 to 30% by weight, preferably 10 to 20% by weight, respectively, and if less than 10% by weight
  • first polymer compound and the second polymer compound at 10 to 30% by weight, preferably 10 to 20% by weight, respectively, and if less than 10% by weight
  • the fiber-forming component exceeds 30% by weight, the viscosity increases and solidification occurs on the surface of the solution, making it difficult to spin for a long time, and the fiber diameter increases, making it difficult to manufacture composite fibers having a diameter size of less than a micrometer.
  • step (2) (2) the first spinning solution and the second spinning solution are transferred to different flow paths so that the spinning solutions are not blended to the end of the discharge port of one of the spinning nozzles of the electrospinning device Side-by-side heat-sealable composite fibers having a diameter of less than 1 ⁇ m are accumulated by electrospinning such that the first spinning solution is discharged to a part of the end surface of the discharge port and the second spinning solution is discharged to the remaining portion. do.
  • the first spinning solution is provided in the first flow path 31, the second spinning solution so that the first spinning solution and the second spinning solution do not meet until the end of the discharge port of any one spinning nozzle 30 in the electrospinning device.
  • the used liquid is electrospun on the current collector 40 so that the first spinning liquid is discharged to a certain part of the end surface of the discharge port and the second spinning liquid is discharged to the remaining part.
  • the side-by-side heat-sealable composite fibers may be accumulated on the current collector 40 .
  • a spinning nozzle having a Y-shaped cross section may be used as an example of the spinning nozzle.
  • the electrospun side-by-side heat-sealable composite fiber may have a diameter of less than 1 ⁇ m, preferably 100 to 700 nm, and the heat-sealable fiber web realized through this exhibits excellent water pressure resistance characteristics and It can be advantageous in terms of thermal bonding performance as the interface in contact with different materials to be fused and combined increases.
  • composite fibers having a cross-section of sheath-core type can also be implemented through a single spinning nozzle divided into different parts of the end surface of the discharge port, that is, the core part and the sheath part surrounding it, but to manufacture sheath-core type composite fibers
  • Spinning nozzles for side-by-side type composite fibers are more complicated than spinning nozzles for producing side-by-side composite fibers, and even when the ejection area is designed differently during spinning, low-melting polymer compounds may not be exposed to the outside, and different types of polymers
  • the area of the interface in contact with the compound is larger than that of the side-by-side type composite fiber, and there is a concern that separation between regions formed of heterogeneous polymer compounds may occur.
  • the fibrous web in which the spun sheath-core type thermally adhesive composite fibers are accumulated has a problem of frequent pore blockage during thermal compression.
  • the step (2) can use a conventionally known electrospinning apparatus, and the electrospinning conditions can also be performed within a known condition range in consideration of the type of polymer compound selected, so the present invention is not particularly limited thereto.
  • the discharge amount of each spinning solution is 0.01 to 5 cc/g per minute for each spinning nozzle independently
  • the applied voltage is 0.5 kV to 100 kV
  • the air gap which is the distance from the nozzle to the current collector, is 5 to 50 cm
  • the spinning atmosphere is relative humidity 20 ⁇ 80%
  • the temperature may be 20 ⁇ 40 °C.
  • step (3) heat is applied to the accumulated side-by-side heat-sealable composite fibers to prepare a heat-sealable fibrous web.
  • Step (3) is performed so that the heat-sealable fibrous web has a three-dimensional network structure and has a desired porosity, pore diameter, basis weight, etc.
  • Heat and pressure may be applied to realize a heat-sealable fibrous web.
  • the heat or heat and pressure may be performed through a known device, for example, calendering.
  • the applied heat may be applied at a temperature higher than the glass transition temperature of the second polymer compound and lower than the melting point, and specific Since the temperature varies depending on the type of the second polymer compound selected, the present invention is not particularly limited thereto.
  • the applied temperature may be 70 to 130 °C.
  • the calendering process when performing the calendering process, it may be performed once or multiple times, for example, after performing a drying process to remove the solvent remaining in the fiber through primary calendering, 2 Tea calendering can be carried out.
  • the degree of heat and/or pressure applied in each calendering process may be the same or different.
  • the heat-sealable fibrous web manufactured through the above-described manufacturing method includes a support portion 10 formed of the first polymer compound in the cross section and a melting point lower than that of the first polymer compound by at least 50 ° C.
  • Side-by-side heat-sealable composite fibers (100, 101, 102) having a diameter of less than 1 ⁇ m, in which heat-sealed portions 20 formed of two polymer compounds are adjacently disposed, are accumulated, and three-dimensional welded between the surfaces of the heat-sealable composite fibers in contact. have a network structure.
  • the heat-sealable fibrous web can be welded (A) at the interface formed with the fibers 200 in the heterogeneous material in which the heat-sealable composite fibers 100 are fused and fused. And there is an advantage that can be thermally bonded without affecting the pores of both materials.
  • FIG. 3B in the case of the non-thermal adhesive fiber 300 having the same diameter as the thermally adhesive composite fiber, a separate adhesive or hot melt agent 400 is required to bond with the fiber 200 in a different material, The hot melt agent 400 may change the pores of both the heat-sealable fibrous web and the different materials.
  • the area of the thermally bonded portion 20 in the cross section of the heat-sealable composite fibers 100 and 101 may be 50% or less of the cross-sectional area, and if the area of the thermally bonded portion 20 exceeds 50%, the heat-sealable fibrous web Pores may be clogged during the manufacturing process or during the thermal bonding process with different materials to be converged. More preferably, the area of the thermal bonding portion 20 may be 10 to 30% of the cross-sectional area, and through this, the bonding performance can be greatly improved through line contact with a different material to be converged. However, when the thermal bonding portion 20 contains less than 10%, it is not preferable because there is a concern that the thermal bonding performance is greatly reduced.
  • the area of the thermally bonded portion in the cross section of the thermally adhesive composite fiber can be realized by adjusting the concentration of the polymer compound in the first spinning solution and the second spinning solution, and the supply speed.
  • the heat-sealable fibrous web described above may have a thickness of 10 to 100 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the heat-sealable fibrous web may be used to manufacture a sound-permeable waterproof sheet.
  • the sound-permeable waterproof sheet may include layers provided in known sound-permeable waterproof sheets such as a water repellent layer, a waterproof layer, a sound layer and a protective layer, and the heat-sealable fiber web according to an embodiment of the present invention is a waterproof and dustproof layer and / Alternatively, it can be used as an acoustic layer.
  • the sound-permeable waterproof sheet Application No. 10-2019-0151233 and Application No. 10-2021-0021153 by the same applicant of the present invention are inserted as references in the present invention.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • DMAc dimethylacetamide
  • Acetone mixed solvent of DMAc (dimethylacetamide) / Acetone (mixing ratio 80:20 in weight%) so that it is 15% by weight relative to the total weight of the spinning solution.
  • 1 spinning solution was prepared.
  • polyvinyl butyral (PVB) which has a melting point lower than that of the first polymer compound by about 100 ° C, is mixed with DMAc (dimethylacetamide) / Acetone (the mixing ratio is 80:20 in weight %) as a second polymer compound, which is a thermal bonding component.
  • a second spinning solution was prepared by dissolving to be 15% by weight relative to the total weight of the spinning solution.
  • the prepared first spinning solution and the second spinning solution are transferred to a spinning nozzle pack, and each using a metering pump through the first flow path 31 and the second flow path 32 in one spinning nozzle 30 in FIG.
  • Electrospinning was performed in a radiation atmosphere with a discharge amount of 0.05 cc/ghole per minute, an applied voltage of 20 kV, a distance between the spinning nozzle tip and the current collector of 20 cm, a temperature of 30 ° C and a relative humidity of 60%, and the average diameter as shown in FIG.
  • a side-by-side composite fiber having a thickness of about 500 nm and an area of 50:50 between the support portion and the thermally bonded portion was prepared.
  • the prepared side-by-side composite fibers are thermally fused between the heat-sealable composite fibers through a roller heated to 120 ° C, which is between the glass transition temperature and the melting temperature of PVB, so that the interfacial bonding between the heat-sealable composite fibers is achieved.
  • a heat-sealable fibrous web having an average thickness of 45 ⁇ m as shown in FIG. 4 was obtained.
  • Example 1 Mechanical strength was measured by a tensile tester according to ASTM D882-95a for the heat-sealable fiber webs according to Examples 1 to 5, and the area of the specimen was 0.5 cm in width, 6.0 cm in gauge length, and 10 mm/min. of cross-head speed.
  • the measured values of Example 1 were set as 100, and the measured values of the other examples were expressed as relative percentages.
  • Air permeability fluctuation rate (%) [(initial air permeability (ccs) - final air permeability (ccs))/initial air permeability (ccs))] ⁇ 100
  • Example 1 Example 2 Example 3
  • Example 4 Example 5 fiber type Side-by-side composite fiber Thermal bonding area in composite fibers (%) 50 67 5 11 30 Mechanical strength (%) 100 105.0 70.9 88.4 96.7 Air permeability fluctuation rate (%) 16.1 48.4 0.6 1.1 3.8

Abstract

열접착성 섬유웹 제조방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열접착성 섬유웹은 (1) 제1고분자화합물인 지지성분이 용해된 제1방사용액 및 상기 제1고분자화합물 보다 융점이 적어도 50℃ 낮은 제2고분자화합물인 열접착성분이 용해된 제2방사용액을 각각 준비하는 단계, (2) 전기방사장치의 어느 일 노즐의 토출구 끝단까지 방사용액 간에 블랜드 되지 않도록 서로 다른 유로로 제1방사용액과 제2방사용액을 이송시킨 뒤 토출구 끝단면의 어느 일부분으로 제1방사용액이 토출되고, 나머지 부분으로 제2방사용액이 토출되도록 전기방사 하여 직경이 1㎛ 미만인 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유를 축적시키는 단계, 및 (3) 축적된 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유에 열을 가해 열접착성 섬유웹을 제조하는 단계를 포함해 구현된다. 이에 의하면, 섬유웹 자체가 열접착성을 보유함에 따라서 재료 및 구조적 스펙이 상이한 이종 소재에 쉽게 계면접착이 가능하면서 열접착 시 초도에 보유한 기공의 폐쇄가 방지되는 열접착성 섬유웹을 구현하는데 적합하다.

Description

열접착성 섬유웹 제조방법 및 이를 통해 제조된 열접착성 섬유웹
본 발명은 열접착성 섬유웹 제조방법 및 이를 통해 제조된 열접착성 섬유웹에 관한 것이다.
일반적으로 전기방사는 고분자용액에 전기장을 가하여 형성되는 전계(電界)를 통해서 나노섬유을 제조하는 방법이다. 구체적으로 방사노즐에 인가된 전기장에 의해 고분자용액의 표면장력이 극복되면서 토출된 고분자용액은 젯(Jet)을 형성하고 이러한 젯이 휘핑(whipping) 기구에 의해 집전체(collector)로 비행하면서 용매의 휘발과 함께 고분자는 고화되어 섬유상 구조를 형성하게 된다.
위와 같은 방법으로 통해 제조된 전기방사된 나노섬유는 직포나 부직포, 니트류, 종이류 등과 융·복합화 되어 필터류, 투습방수용 소재, 각종 전지용 분리막, 바이오·메디컬 소재, 전자기기용 벤트(vent)류 등에 응용되고 있다.
이때 직포나 부직포와 같은 재질 및/또는 구조적 스펙이 상이한 이종소재와 나노섬유의 융복합화 과정은 접착제나 바인더 등을 사용하여 열이나 초음파를 통한 융착 또는 캘린더(calender) 등의 가공과정을 통하여 이루어지고 있다. 그러나 별도의 바인더나 핫멜트 재료의 사용은 나노섬유로 형성된 웹의 기공을 막는 결과를 초래해 통기성 저하 등을 유발하며, 나노섬유로 형성된 웹이 갖는 우수한 물성을 충분히 발현하지 못하게 되는 문제가 있다. 또한, 별도의 접착제나 핫멜트 재료 등의 사용은 재료 및 공정 등의 추가를 수반해 궁극적으로는 탄소배출 및 에너지 측면에서도 악영향을 미치게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 융점이 서로 다른 두 고분자화합물을 블랜드해서 전기방사해 전기방사를 통해 제조된 나노섬유가 별도의 접착제나 핫멜트 재료 없이 자가 용착되도록 하는 연구가 이루어졌으나 대부분의 전기방사용 고분자화합물들은 이종 간에 상용성이 떨어져 상 분리 현상으로 균일하게 블랜드된 나노섬유를 수득하는데 어려움이 있다.
또한, 이를 해결하기 위해서 최근에는 나노섬유와 융복합 되는 직포나 부직포가 시스-코어(sheath-core)형 저융점 복합섬유로 이루어지거나 저융점 복합섬유가 일부 함유되도록 구성시켜서 나노섬유와 융복합을 시키는 시도들이 계속되고 있으나, 나노섬유와 통상적인 저융점 복합섬유 간에 계면접착이 이루어지기 어려워 융복합체에서 나노섬유가 부분적 탈리되거나, 융복합체에 사용되는 직포나 부직포를 저융점 복합섬유가 포함된 것만 사용할 수밖에 없어서 직포나 부직포의 선택 상에 제한이 있는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 별도의 접착제나 핫멜트 재료 없이도 섬유웹 자체가 열접착성을 보유함에 따라서 재료 및 구조적 스펙이 상이한 이종 소재에 쉽게 열융착을 통해서 계면접착이 가능한 열접착성 섬유웹의 제조방법 및 이를 통해 제조된 열접착성 섬유웹을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 이종 소재와 계면 열접착 시 초도에 보유한 기공의 폐쇄가 방지되면서 우수한 열접착성능을 발현함에 따라서 열접착성 섬유웹이 보유한 통기성 및 내수압 등의 초도 물성이 계면 열접착 후에도 온전히 보유 및 발현되는 열접착성 섬유웹을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 (1) 제1고분자화합물인 지지성분이 용해된 제1방사용액 및 상기 제1고분자화합물 보다 융점이 적어도 50℃ 낮은 제2고분자화합물인 열접착성분이 용해된 제2방사용액을 각각 준비하는 단계, (2) 전기방사장치의 일 방사노즐의 토출구 끝단까지 방사용액 간에 블랜드 되지 않도록 서로 다른 유로로 제1방사용액과 제2방사용액을 이송시킨 뒤 토출구 끝단면의 어느 일부분으로 제1방사용액이 토출되고, 나머지 부분으로 제2방사용액이 토출되도록 전기방사 하여 직경이 1㎛ 미만인 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유를 축적시키는 단계, 및 (3) 축적된 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유에 열을 가해 열접착성 섬유웹을 제조하는 단계를 포함하는 열접착성 섬유웹 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1방사용액 및 제2방사용액은 동종의 용매를 함유할 수 있다.
또한, 상기 제1고분자화합물은 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리벤질 이미다졸(PBI) 및 고융점 폴리에테르설폰(PES)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 제2고분자화합물은 저융점 폴리에테르설폰 및 폴리비닐부티랄 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 용매는 디메틸포름아마이드 및 디메틸아세트아미드 중 어느 하나 이상의 용매, 또는 디메틸포름아마이드 및 디메틸아세트아미드 중 어느 하나 이상의 용매에 아세톤 또는 알코올이 혼합된 용매일 수 있다.
또한, (3) 단계에서 열은 제2고분자화합물의 유리전이온도 보다 높고, 융점 보다 낮은 온도로 가해질 수 있다.
또한, 본 발명은 횡단면 내 제1고분자화합물로 형성된 지지부와 상기 제1고분자화합물 보다 융점이 적어도 50℃ 낮은 제2고분자화합물로 형성된 열접착부가 인접해 배치된 직경이 1㎛ 미만인 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유가 축적되며 맞닿는 복합섬유 표면 간에 용착된 3차원 네트워크 구조의 열접착성 섬유웹을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열접착성 복합섬유 횡단면 내 열접착부의 면적은 횡단면 면적의 50% 이하일 수 있다.
또한, 상기 열접착부의 면적은 횡단면 면적의 10 ~ 30%일 수 있다.
또한, 상기 제1고분자화합물은 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함하고, 상기 제2고분자화합물은 폴리비닐부티랄을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 직경이 1㎛ 미만이며, 횡단면 내 제1고분자화합물로 형성된 지지부와 상기 제1고분자화합물 보다 융점이 적어도 50℃ 낮은 제2고분자화합물로 형성된 열접착부가 인접해 배치된 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 열접착성 섬유웹을 구비하는 방수방진용 통음시트를 제공한다.
본 발명에 의한 열접착성 섬유웹 제조방법은 방사된 2종의 고분자 화합물이 인접해 형성한 경계면에서의 분리가 발생하지 않는 사이드-바이-사이드형 열접착 섬유를 구현할 수 있고, 이를 통해서 별도의 접착제나 핫멜트 재료 없이도 섬유웹 자체가 열접착성을 보유함에 따라서 재료 및 구조적 스펙이 상이한 이종 소재에 쉽게 열융착을 통해서 계면접착이 가능한 열접착성 섬유웹을 구현하는데 적합하다. 또한, 본 발명에 의한 제조된 열접착성 섬유웹은 이종 소재와 계면 열접착 시 초도에 보유한 기공의 폐쇄가 방지되면서 우수한 열접착성능을 발휘함에 따라서 열접착성 섬유웹이 보유한 통기성 및 내수압 등의 초도 물성이 계면 열접착 후에도 온전히 보유 및 발현될 수 있어서 열접착 부재로 이용되거나 그 자체가 수처리용 멤브레인이나 전자기기용 멤브레인 등에 다양한 용도에 널리 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 포함된 전기방사 공정을 나타낸 모식도,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 여러 실시예에 따른 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유의 단면모식도,
도 3a 및 도 3b는 이종 소재와의 융복합되는 계면에서의 모식도로써, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열접착성 섬유웹과 이종 소재와의 계면에서의 열접착을 보여주는 모식도이고, 도 3b는 비열접착성 섬유웹과 이종 소재와의 계면에서 핫멜트제를 통한 열접착을 보여주는 모식도,
도 4는 실시예1에 따라 열접착성 섬유웹을 제조하는 과정에서 전기방사 후 축적된 사이드-바이-사이드 열접착성 복합섬유에 대한 주사전자 현미경 사진으로 (a) 배율 5,000배, (b) 배율 10,000배 사진,
도 5는 실시예1에 따라 제조된 열접착성 섬유웹에 대한 주사전자 현미경 사진으로 (a) 표면 및 (b) 단면 사진, 그리고,
도 6은 실시예2에 따라서 제조된 열접착성 섬유웹에 대한 주사전자 현미경 사진으로 (a) 배율 5,000배, (b) 배율 30,000배 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열접착성 섬유웹은 (1) 제1고분자화합물인 지지성분이 용해된 제1방사용액 및 상기 제1고분자화합물 보다 융점이 적어도 50℃ 낮은 제2고분자화합물인 열접착성분이 용해된 제2방사용액을 각각 준비하는 단계, (2) 전기방사장치의 어느 일 방사노즐의 토출구 끝단까지 방사용액 간에 블랜드 되지 않도록 서로 다른 유로로 제1방사용액과 제2방사용액을 이송시킨 뒤 토출구 끝단면의 어느 일부분으로 제1방사용액이 토출되고, 나머지 부분으로 제2방사용액이 토출되도록 전기방사 하여 직경이 1㎛ 미만인 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유를 축적시키는 단계 및 (3) 축적된 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유에 열을 가해 열접착성 섬유웹을 제조하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 (1) 단계로써, 제1고분자화합물인 지지성분이 용해된 제1방사용액 및 상기 제1고분자화합물 보다 융점이 적어도 50℃ 낮은 제2고분자화합물인 열접착성분이 용해된 제2방사용액을 각각 준비하는 단계를 수행한다.
상기 지지성분은 방사된 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유 및 이들이 구현하는 열접착성 섬유웹에서 지지기능을 수행하는 성분이다. 또한, 상기 열접착성분은 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유 간, 또는 이들 복합섬유와 이종의 소재 간의 계면에서 열접착 특성을 발휘하는 성분이다.
이들 지지성분 및 열접착성분은 통상적으로 전기방사 가능하다고 알려진 공지의 고분자화합물 중에서 융점 차이가 50℃ 이상 나는 고분자화합물이 조합인 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 또한, 융점 차이가 50℃ 이상인 동종의 고분자화합물도 각각 지지성분 및 열접착성분으로 사용될 수 있다. 만일 융점 차이가 50℃ 미만일 경우 계면에서의 열접착성이 약화될 수 있는 등 본 발명의 목적을 달성하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 융점 차이는 바람직하게는 100℃ 이하일 수 있다. 또한, 일 예로 상기 지지성분은 고융점(또는 고중합체)폴리우레탄, 폴리아크릴로나이트릴(PAN), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리염화비닐(PVC), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아마이드, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리벤질 이미다졸(PBI) 및 고융점 폴리에테르설폰(PES)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 제1고분자화합물일 수 있다.
또한, 상기 열접착성분은 저융점(저중합체)폴리우레탄, 폴리스티렌(PS), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리락트산(PLA), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리아크릴산(PAA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리비닐플루오라이드(PVDF), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴로나이트릴(PAN), 폴리카보네이트(PC), 저융점 폴리에테르설폰 및 폴리비닐부티랄 중 어느 하나 이상을 포함하는 제2고분자화합물일 수 있다.
바람직하게는 상기 제1고분자화합물은 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리벤질 이미다졸(PBI) 및 고융점 폴리에테르설폰(PES)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하며, 제2고분자화합물은 저융점 폴리에테르설폰 및 폴리비닐부티랄 중 어느 하나 이상을 포함하는 조합으로 사이드-바이-사이드형 복합섬유를 구현할 수 있고, 보다 바람직하게는 제1고분자화합물은 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함하고, 제2고분자화합물은 폴리비닐부티랄을 포함할 수 있으며, 이를 통해 본 발명의 목적을 달성하기에 유리할 수 있다.
상술한 제1고분자화합물 및 제2고분자화합물은 각각이 용매에 용해되어 제1방사용액과 제2방사용액을 형성한다. 만일 융점 차이가 나는 동종 또는 이종의 고분자화합물을 혼합하여 단일 방사용액으로 방사 시 저융점인 고분자화합물의 비율을 높여도 방사된 섬유 표면에 노출되는 비율이 일률적이지 않고, 이에 더해 노출되는 비율이 적을 수 있어서 서로 다른 방사용액으로 제조하고, 방사되는 직전까지 이 두 방사용액은 혼합되지 않는 것이 좋다.
상기 제1방사용액과 제2방사용액은 각각 제1고분자화합물 및 제2고분자화합물을 용해할 수 있는 용매를 포함할 수 있다. 상기 용매는 선택되는 고분자화합물을 용해시키기에 적합하고, 전기방사용 방사용액의 제조에 사용되는 공지의 용매의 경우 제한 없이 사용할 수 있다. 일 예로 제1방사용액에 함유되는 용매와 제2방사용액에 함유되는 용매는 각각 독립적으로 디메틸포름아마이드 및 디메틸아세트아미드 중 어느 하나 이상의 용매, 또는 디메틸포름아마이드 및 디메틸아세트아미드 중 어느 하나 이상의 용매에 아세톤 또는 알코올이 혼합된 용매를 사용할 수 있다.
다만, 바람직하게는 제1방사용액과 제2방사용액에 각각 사용되는 용매는 동종이면서, 나아가 실질적으로 동일한 용매일 수 있다. 만일 동종, 나아가 실질적으로 동일한 용매를 사용하지 않을 경우 단일 방사노즐의 팁 부분에서 두 방사용액이 서로 만나면서 발생한 고화로 인해 방사노즐이 막히거나 방사성이 저하되고, 사이드-바이-사이드형 복합섬유가 구현된 경우에도 제1고분자화합물로 형성된 영역과 제2고분자화합물로 형성된 영역이 초도에 설계된 면적비율과 다른 면적비율을 가지도록 구현될 수 있어서 충분한 열접착성능을 가지지 못하거나 열접착 후 기공이 폐쇄될 수 있다.
또한, 제1방사용액과 제2방사용액에는 제1고분자화합물과 제2고분자화합물이 각각 10 ~ 30 중량%, 바람직하게는 10 ~ 20중량%로 포함됨이 좋고, 만일 10 중량% 미만으로 함유되는 경우 방사 시 섬유상으로 방사되지 않고 액적상태로 분사될 수 있으며, 방사가 이루어지더라도 비드가 많이 형성되고 용매의 휘발이 잘 이루어지지 않아 후술하는 캘린더링 공정에서 기공이 막히는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 만일 섬유형성성분이 30 중량% 초과할 경우 점도가 상승하여 용액 표면에서 고화가 일어나 장시간 방사가 곤란하며, 섬유직경이 증가하여 마이크로미터 이하 직경 크기를 가지는 복합섬유를 제조하기 어려울 수 있다.
다음으로 본 발명에 따른 (2) 단계로서, (2) 전기방사장치의 어느 일 방사노즐의 토출구 끝단까지 방사용액 간에 블랜드 되지 않도록 서로 다른 유로로 제1방사용액과 제2방사용액을 이송시킨 뒤 토출구 끝단면의 어느 일부분으로 제1방사용액이 토출되고, 나머지 부분으로 제2방사용액이 토출되도록 전기방사 하여 직경이 1㎛ 미만인 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유를 축적시키는 단계를 수행한다.
도 1을 참조하여 설명하면, 전기방사장치 내 어느 일 방사노즐(30)의 토출구 끝단까지 제1방사용액과 제2방사용액이 만나지 않도록 제1방사용액은 제1유로(31), 제2방사용액은 제2유로(32)를 통해서 이송된 뒤 토출구 끝단면의 어느 일부분으로 제1방사용액이 토출되고, 나머지 부분으로 제2방사용액이 토출되도록 집전체(40) 상에 전기방사되며, 방사된 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유는 집전체(40) 상에 축적될 수 있다. 또한, 상기 방사노즐은 일 예로 도 1에 도시된 것과 같이 단면이 Y자인 방사노즐이 사용될 수 있다.
또한, 전기방사된 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유는 직경이 1㎛ 미만, 바람직하게는 100 ~ 700㎚일 수 있는데, 이를 통해서 구현된 열접착성 섬유웹이 우수한 내수압 특성을 발휘하면서 융복합되는 이종 소재와 접하는 계면이 증가해 열접착성능에 있어서 유리할 수 있다.
한편, 시스-코어형인 단면을 가지는 복합섬유 역시 토출구 끝단면의 서로 다른 부분, 즉 코어부분과 이를 둘러싸는 시스부분으로 나뉘어진 단일 방사노즐을 통해 구현할 수 있으나, 시스-코어형 복합섬유를 제조하기 위한 방사노즐은 사이드-바이-사이드형 복합섬유를 제조하기 위한 방사노즐보다 복잡하고, 방사시 토출되는 영역을 다르게 설계하는 경우에도 저융점의 고분자화합물이 외부로 노출되지 않을 수 있으며, 이종의 고분자화합물 간 접하는 계면의 면적이 사이드-바이-사이드형 복합섬유보다 커서 이종의 고분자화합물로 형성된 영역간의 분리현상이 발생할 우려가 있다. 또한, 방사된 시스-코어형 열접착성 복합섬유가 축적된 섬유웹은 열압착 시 기공 폐색이 잦은 문제가 있다.
다른 한편으로 제1방사용액과 제2방사용액을 서로 다른 방사노즐을 통해 방사해 제조되는 지지섬유와 열접착성 섬유가 혼재된 열접착성 섬유웹의 경우 지지섬유와 열접착성 섬유 간에 균일하게 혼재되지 않을 수 있고, 열접착성 섬유웹의 외부에 노출되는 열접착성 섬유의 비율도 균일하지 않을 수 있어서 융복합되는 이종 소재와의 계면에서 열접착력이 충분하지 않거나, 부분적으로 충분하지 못한 영역이 존재해 해당 부분의 들뜸이 발생할 우려가 있어서 이러한 형태의 열접착성 섬유웹 역시 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유가 축적된 형성된 열접착성 섬유웹에 대비해 바람직하지 못할 수 있다.
상기 (2) 단계는 통상의 공지된 전기방사장치를 이용할 수 있고, 전기방사 시 조건 역시 선택되는 고분자화합물의 종류를 고려해 알려진 조건범위 내에서 수행할 수 있으므로 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. 일 예로 각 방사용액의 토출량은 각각 독립적으로 방사노즐마다 분당 0.01 ~ 5cc/g, 인가전압은 0.5kV ~ 100kV, 노즐로부터 집전체까지의 거리인 에어갭은 5 ~ 50㎝, 방사분위기는 상대습도 20 ~ 80%, 온도는 20 ~ 40℃일 수 있다.
다음으로 본 발명에 따른 (3) 단계로서 축적된 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유에 열을 가해 열접착성 섬유웹을 제조하는 단계를 수행한다.
(3) 단계는 열접착성 섬유웹이 3차원 네트워크 구조를 가지고, 목적하는 기공율, 공경, 평량 등을 보유하기 위해 수행되며, 축적된 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유에 열, 또는 열 및 압력이 가해져 열접착성 섬유웹이 구현될 있다. 상기 열 또는 열 및 압력은 공지된 장치, 일 예로 캘린더링을 통해서 수행할 수 있으며, 이때 가해지는 열은 온도가 제2고분자화합물의 유리전이온도 보다 높고, 융점 보다 낮은 온도로 가해질 수 있고, 구체적인 온도는 선택되는 제2고분자화합물의 종류에 따라서 달라지므로 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. 일 예로 제1고분자화합물이 폴리비닐리덴플루오라이드이고, 제2고분자화합물이 폴리비닐부티랄일 경우 가해지는 온도는 70 ~ 130℃ 일 수 있다.
또한, 캘린더링 공정을 수행할 경우 1회 또는 다수 회 수행될 수 있고, 예를 들어 1차 캘린더링을 통해 섬유에 잔존하는 용매를 제거하기 위한 건조과정을 수행 후 기공조절 및 강도 향상을 위해 2차 캘린더링을 실시할 수 있다. 이때, 각 캘린더링 공정에서 가해지는 열 및/또는 압력의 정도는 동일하거나 상이할 수 있다.
상술한 제조방법을 통해서 제조된 열접착성 섬유웹은 도 2a 내지 도 2c에 도시된 것과 같이 횡단면 내 제1고분자화합물로 형성된 지지부(10)와 상기 제1고분자화합물 보다 융점이 적어도 50℃ 낮은 제2고분자화합물로 형성된 열접착부(20)가 인접해 배치된 직경이 1㎛ 미만인 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유(100,101,102)가 축적되며, 맞닿는 열접착성 복합섬유 표면 간에 용착된 3차원 네트워크 구조를 가진다.
상기 열접착성 섬유웹은 도 3a에 도시된 것과 같이 열접착성 복합섬유(100)가 융복합되는 이종 소재 내 섬유(200)와 형성한 계면에서 용착(A)될 수 있어서 열접착성 섬유웹 및 이종 소재 모두의 기공에 영향을 미치지 않으면서 열 접착시킬 수 있는 이점이 있다. 그러나 도 3b에 도시된 것과 같이 열접착성 복합섬유와 동일직경인 비열접착성 섬유(300)의 경우 이종 소재 내 섬유(200)와 접합되기 위해서 별도의 접착제나 핫멜트제(400)가 필요하고, 핫멜트제(400)는 열접착성 섬유웹 및 이종 소재 모두의 기공에 변동을 줄 수 있다.
바람직하게는 상기 열접착성 복합섬유(100,101) 횡단면 내 열접착부(20)의 면적은 횡단면 면적의 50% 이하일 수 있고, 만일 열접착부(20)의 면적이 50%를 초과 시 열접착성 섬유웹의 제조공정 중 또는 융복합 되는 이종 소재와의 열접착 공정에서 기공의 막힘 현상이 발생할 수 있고, 이 경우 통기성 및 내수압 등의 물성이 저하되고, 균일한 세공구조 분포를 갖지 못할 우려가 있다. 보다 바람직하게는 열접착부(20)의 면적이 횡단면 면적의 10 ~ 30%일 수 있는데, 이를 통해 융복합화 되는 이종 소재와 선접촉을 통해 접착성능이 크게 개선될 수 있다. 다만, 열접착부(20)가 10% 미만으로 함유 시 열접착 성능이 크게 저하될 우려가 있어서 바람직하지 못하다.
한편, 열접착성 복합섬유 횡단면에서 열접착부의 면적은 제1방사용액과 제2방사용액에서 고분자화합물의 농도, 공급속도 등을 통해 조절해 구현할 수 있다.
상술한 열접착성 섬유웹은 두께가 10 ~ 100㎛일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 열접착성 섬유웹은 통음방수시트를 제조하는데 사용될 수 있다. 상기 통음방수시트는 발수층, 방수층, 음향층 및 보호층 등 공지된 통음방수시트에 구비되는 층들을 포함할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 열접착성 섬유웹은 방수방진층 및/또는 음향층으로써 사용할 수 있다. 한편, 통음방수시트의 구체적 예시는 본 발명의 동일출원인에 의한 출원번호 10-2019-0151233호, 출원번호 10-2021-0021153호가 본 발명의 참조로 삽입된다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예1>
지지성분인 제1고분자화합물로 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF)를 DMAc(dimethylacetamide)/Acetone의 혼합용매(혼합비는 중량%로 80:20)에 방사용액 전체 중량 대비 15중량%가 되도록 용해시켜서 제1방사용액을 제조했다. 또한, 열접착성분인 제2고분자화합물로 제1고분자화합물 보다 융점이 약 100℃ 낮은 폴리비닐부티랄(PVB)을 DMAc(dimethylacetamide)/Acetone의 혼합용매(혼합비는 중량%로 80:20)에 방사용액 전체 중량 대비 15중량%가 되도록 용해시켜서 제2방사용액을 제조했다.
제조된 제1방사용액 및 제2방사용액을 방사 노즐팩으로 이송하여, 도 1의 일 방사노즐(30) 내 제1유로(31)와 제2유로(32)를 통해서 정량펌프를 사용하여 각각 분당 0.05cc/ghole의 토출량, 인가전압 20kV, 방사노즐 팁과 집전체와의 거리 20㎝, 온도 30℃ 상대습도 60%의 방사 분위기에서 전기방사를 실시하여 도 3에 도시된 것과 같은 평균 직경이 약 500㎚이고, 지지부와 열접착부의 면적이 50: 50인 사이드-바이-사이드형 복합섬유를 제조했다. 제조된 사이드-바이-사이드 복합섬유를 PVB의 유리전이 온도와 용융온도 사이의 범위인 120℃로 가열된 롤러를 통해 열접착성 복합섬유 간 열융착을 진행하여 열접착성 복합섬유 간 계면 접합이 이루어지도록 하여 도 4에 도시된 것과 같은 평균 두께 45㎛인 열접착성 섬유웹을 수득했다.
도 4를 통해서 열접착성 복합 섬유가 표면 열 용착에 의해 복합섬유 간 계면 접합이 원활하게 이루어졌고, 육안 상 기공의 변동도 적음을 확인할 수 있다.
<실시예2>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 제1방사용액과 제2방사용액의 공급속도를 1:2 비율로 조절해 열접착부의 면적이 약67%인 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유로 제조된 도 6에 도시된 열접착성 섬유웹을 제조했다.
도 6에 도시된 것과 같이 열접착부의 면적이 50%를 초과함에 따라서 계면에서 과도한 용착이 발생했고, 이로 인해 기공의 변동이 크게 발생한 것을 알 수 있다.
<실시예3 ~ 5>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 제1방사용액과 제2방사용액의 공급속도를 조절해 하기 표 1과 같은 열접착부의 면적을 가지는 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유로 제조된 열접착성 섬유웹을 제조했다.
<실험예>
실시예1 ~ 5에 따른 열접착성 섬유웹에 대해서 하기의 물성을 평가해 하기 표 1에 나타내었다.
1. 기계적 강도
기계적 강도는 실시예 1 ~ 5에 따른 열접착성 섬유웹에 대해서 ASTM D882-95a에 의거하여 인장시험측정기에 의해 측정했고, 시편의 면적은 폭이 0.5㎝, 게이지 길이 6.0㎝, 10㎜/분의 크로스-헤드 속도로 평가했다. 또한, 평가 결과에 대해서 실시예1의 측정값을 100으로 기준해 나머지 실시예의 측정값을 상대적인 백분율로 나타냈다.
2. 통기도 변동율
열융착에 따른 기공변동율을 확인하기 위하여 통기도 측정기(MODEL FX-3300, TEXTEST사)로 통기도(최초 통기도)를 측정한 후, 실시예별 시편에 대해 2회에 걸쳐서 120℃의 열 및 압력을 가한 후 다시 동일 압력조건에서 통기도(최종 통기도)를 측정한 후 아래의 식에 따라서 통기도 변동율을 계산했다. 통기도 변동율이 클수록 열압착에 따른 기공변동이 큰 것으로 평가할 수 있다.
[식]
통기도 변동율(%) = [(최초 통기도(ccs)-최종 통기도(ccs))/최초 통기도(ccs))]×100
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
섬유형태 사이드-바이-사이드형 복합섬유
복합섬유내 열접착부 면적(%) 50 67 5 11 30
기계적 강도(%) 100 105.0 70.9 88.4 96.7
통기도 변동율(%) 16.1 48.4 0.6 1.1 3.8
표 1을 통해 확인할 수 있듯이, 사이드-바이-사이드형 복합섬유로 형성된 열접착성 섬유웹의 경우에도 복합섬유 내 열접착부의 면적에 따라서 기계적 강도와 통기도 변동율에서 차이가 발생한 것을 확인할 수 있고, 실시예 2와 3에 대비해 실시예 1, 4, 5에 따른 섬유웹이 기계적 강도와 통기도 변동율을 동시에 달성할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. (1) 제1고분자화합물인 지지성분이 용해된 제1방사용액 및 상기 제1고분자화합물 보다 융점이 적어도 50℃ 낮은 제2고분자화합물인 열접착성분이 용해된 제2방사용액을 각각 준비하는 단계;
    (2) 전기방사장치의 어느 일 방사노즐의 토출구 끝단까지 방사용액 간에 블랜드 되지 않도록 서로 다른 유로로 제1방사용액과 제2방사용액을 이송시킨 뒤 토출구 끝단면의 어느 일부분으로 제1방사용액이 토출되고, 나머지 부분으로 제2방사용액이 토출되도록 전기방사하여 직경이 1㎛ 미만인 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유를 축적시키는 단계; 및
    (3) 축적된 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유에 열을 가해 열접착성 섬유웹을 제조하는 단계;를 포함하는 열접착성 섬유웹 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1방사용액 및 제2방사용액은 동종의 용매를 함유하는 열접착성 섬유웹 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1고분자화합물은 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리벤질 이미다졸(PBI) 및 고융점 폴리에테르설폰(PES)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하고,
    상기 제2고분자화합물은 저융점 폴리에테르설폰 및 폴리비닐부티랄 중 어느 하나 이상을 포함하는 열접착성 섬유웹 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 용매는 디메틸포름아마이드 및 디메틸아세트아미드 중 어느 하나 이상의 용매, 또는 디메틸포름아마이드 및 디메틸아세트아미드 중 어느 하나 이상의 용매에 아세톤 또는 알코올이 혼합된 용매인 열접착성 섬유웹 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    (3) 단계에서 열은 제2고분자화합물의 유리전이온도 보다 높고, 융점 보다 낮은 온도로 가해지는 열접착성 섬유웹 제조방법.
  6. 횡단면 내 제1고분자화합물로 형성된 지지부와 상기 제1고분자화합물 보다 융점이 적어도 50℃ 낮은 제2고분자화합물로 형성된 열접착부가 인접해 배치된 직경이 1㎛ 미만인 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유가 축적되고 맞닿는 복합섬유 표면 간에 용착된 3차원 네트워크 구조의 열접착성 섬유웹.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열접착성 복합섬유 횡단면 내 열접착부의 면적은 횡단면 면적의 50% 이하인 열접착성 섬유웹.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 열접착부의 면적은 횡단면 면적의 10 ~ 30%인 열접착성 섬유웹.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1고분자화합물은 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함하고, 상기 제2고분자화합물은 폴리비닐부티랄을 포함하는 열접착성 섬유웹.
  10. 직경이 1㎛ 미만이며, 횡단면 내 제1고분자화합물로 형성된 지지부와 상기 제1고분자화합물 보다 융점이 적어도 50℃ 낮은 제2고분자화합물로 형성된 열접착부가 인접해 배치된 사이드-바이-사이드형 열접착성 복합섬유.
  11. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 열접착성 섬유웹을 구비하는 방수 방진용 통음시트.
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