[go: up one dir, main page]

KR20160073971A - 용융 방사 폴리프로필렌 미세 등급 나노섬유 웨브 - Google Patents

용융 방사 폴리프로필렌 미세 등급 나노섬유 웨브 Download PDF

Info

Publication number
KR20160073971A
KR20160073971A KR1020167010154A KR20167010154A KR20160073971A KR 20160073971 A KR20160073971 A KR 20160073971A KR 1020167010154 A KR1020167010154 A KR 1020167010154A KR 20167010154 A KR20167010154 A KR 20167010154A KR 20160073971 A KR20160073971 A KR 20160073971A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nanofiber
web
melt
nanofiber web
nanofibers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020167010154A
Other languages
English (en)
Inventor
타오 후앙
토마스 패트릭 데일리
재커리 알. 딜워스
Original Assignee
이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 filed Critical 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
Publication of KR20160073971A publication Critical patent/KR20160073971A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4282—Addition polymers
    • D04H1/4291—Olefin series
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/12—Stretch-spinning methods
    • D01D5/14—Stretch-spinning methods with flowing liquid or gaseous stretching media, e.g. solution-blowing
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/18—Formation of filaments, threads, or the like by means of rotating spinnerets
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/02—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F6/04—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyolefins
    • D01F6/06—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyolefins from polypropylene
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4382—Stretched reticular film fibres; Composite fibres; Mixed fibres; Ultrafine fibres; Fibres for artificial leather
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4382—Stretched reticular film fibres; Composite fibres; Mixed fibres; Ultrafine fibres; Fibres for artificial leather
    • D04H1/43838—Ultrafine fibres, e.g. microfibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/724—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged forming webs during fibre formation, e.g. flash-spinning
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/736—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged characterised by the apparatus for arranging fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/005—Synthetic yarns or filaments
    • D04H3/007—Addition polymers
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/016—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the fineness
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2321/00—Fibres made from polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D10B2321/02—Fibres made from polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds polyolefins
    • D10B2321/022—Fibres made from polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds polyolefins polypropylene
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2401/00—Physical properties
    • D10B2401/10—Physical properties porous
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/04—Filters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/60—Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]
    • Y10T442/608—Including strand or fiber material which is of specific structural definition
    • Y10T442/614—Strand or fiber material specified as having microdimensions [i.e., microfiber]
    • Y10T442/626—Microfiber is synthetic polymer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

본 발명은 유동 대 장막 특성이 우수한 균형을 이루는 선택성 장막 매체를 산출하는, 수평균 나노섬유 직경이 200 nm 미만이고 평균 유동 기공 크기가 1000 nm 미만인 나노섬유 네트워크를 포함하는 미세 등급 자립형 나노웨브 및 나노섬유막에 관한 것이다.

Description

용융 방사 폴리프로필렌 미세 등급 나노섬유 웨브{MELT-SPUN POLYPROPYLENE FINE-GRADE NANOFIBROUS WEB}
본 출원은, 2013년 10월 22일자로 출원되고 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 가특허 출원 제61/893,961호의 우선권의 이득을 주장한다.
본 발명은 수평균 나노섬유 직경이 200 nm 미만이고 평균 유동 기공 크기가 1000 nm 미만인 나노섬유 네트워크를 포함하는 용융 방사 폴리프로필렌 미세 등급 나노섬유 웨브에 관한 것이다.
나노섬유에 의해 제공되는 증가된 표면 대 부피의 비는 넓은 범위의 응용에 상당한 영향을 끼친다. 특히, 필터를 막지 않고서 가장 미세한 입자를 포획 및 보유하면서 가장 높은 유량을 생성하는 것을 기초로 하는 필터의 성능에서, 나노섬유는 개선된 차단 및 관성 충돌(inertial impaction) 효율을 갖고 섬유 표면에서 슬립(slip) 유동을 야기하여, 주어진 압력 강하에서 우수한 성능을 제공한다. 그 결과, 기재 상의 또는 기재와 적층된 코팅 층으로서 나노섬유가 현재 공기, 액체 및 자동차 응용에서 필터 내에 포함되어 있다.
중합체 나노섬유는 용액 기반의 일렉트로스피닝(electrospinning) 또는 일렉트로블로잉(electroblowing)으로부터 제조될 수 있지만, 이는 가공비가 매우 높고, 처리량이 제한적이며, 생산성이 낮다. 섬유를 무작위로 레이다운(laydown)하는 멜트 블로잉 나노섬유 공정은 대부분의 최종 용도 응용을 위한 충분히 높은 처리량으로 적절한 균일성을 제공하지 못한다. 생성된 나노섬유는 종종 다수 층들을 구성하기 위하여 굵은 섬유 부직포 또는 마이크로섬유 부직포의 기재 층 상에 놓인다. 정상적인 취급 또는 어떤 물체와의 접촉에 의해 부서지기가 매우 쉽고 압착되기가 쉬운 멜트 블로운 폴리프로필렌 나노섬유 또는 작은 마이크로섬유가 웨브의 상측부 상에 노출된다는 문제가 있다. 또한, 그러한 웨브의 다층 특성은 그의 두께 및 무게를 증가시키고, 제조 시에 약간의 복잡함을 또한 가져온다. 원심 방사 나노섬유 공정은 대규모 나노웨브 생산에서 더 낮은 제조 비용을 보여 왔다.
듀폰(DuPont)에게 허여된 미국 특허 제8,277,711 B2호에는 회전식 박막 피브릴화(fibrillation)를 통한 무노즐 원심 용융 방사 공정이 개시되어 있다. 수평균 직경이 약 500 nm 미만인 나노섬유가 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 수지로부터 방사된 예들에서 청구되었고 보였다. 실제로, 방사 디스크의 내부 표면 상의 균일하고 매끄러운 박막 유동의 요구로 인해 균일한 나노섬유를 제조하기 위한 작동 윈도(operation window)는 매우 좁아서, 이는 중합체의 정확한 유동학적 특성과, 온도, 회전 속도 및 용융물 공급 속도의 정확한 조합을 필요로 한다. 그렇지 않다면, 방사 디스크의 내부 표면 상에는 균일하고 매끄러운 박막 유동을 갖지 않을 것이다. 결과적으로, 박막 유동의 불안정성 및 박막 내의 두께의 변동은 나노섬유와 혼합된 더 큰 섬유의 형성을 야기할 것이다.
미국 특허 제8,277,711 B2호의 공정으로부터 제조된 나노섬유는, 복잡한 공기 유동 관리가 구현될 필요가 있는, WO 2013/096672호의 공정을 이용하여 균일한 웨브 매체를 형성하도록 벨트 수집기 상에 놓일 수 있다. 그와 달리, 고속 회전 디스크 아래의 "토네이도(tornado)" 유사 효과로 인한 섬유 스트림의 소용돌이 및 비틀림 때문에 균일한 웨브가 레이다운될 수는 없다.
유니버시티 오브 텍사스(University of Texas)(이후, 피브리오 테크놀로지 코포레이션(FibeRio Technology Corporation))에게 허여된 미국 특허 제8,231,378 B2호에는 직경 크기가 0.01 내지 0.80 mm인 전형적인 개구를 갖는 시린지(syringe), 마이크로 메시 기공 또는 비-시린지 갭과 같은 노즐을 갖는 회전 방사구로부터 방사되는 원심 나노섬유가 개시되어 있다. 수평균 직경이 1 마이크로미터 이상인 마이크로섬유 및 나노섬유가 제시되었다. 수평균 직경이 약 300 nm 미만인 나노섬유가 개시되었다. 대체적으로, 노즐을 통한 원심 방사는 노즐 오리피스를 통한 모세관 유동 및 노즐 출구에서의 용융물 다이 스웰(melt die swell)로 인해 처리량이 매우 적다. 본 기술 분야의 현 상태에서, 폴리프로필렌 나노섬유가 용융물로부터 방사된 경우, 단지 매우 낮은 평량의 박층 나노섬유가 스크림(scrim) 상에 침착될 수 있다. 약 600 nm의 폴리프로필렌은 섬유들의 결함과의, 특히 분말 및 "스패터(spatter)"와의 혼합물로 보고되었다. PP 웨브는 강도가 매우 낮아서 열적 열화로 인해 스크림 없이 취급하기가 어렵다.
미세 등급 나노섬유 웨브를 제조하기 위해 원심 용융 방사 나노섬유 공정의 개선이 필요하다.
본 발명은 수평균 나노섬유 직경이 약 200 nm 미만이고 평균 유동 기공 크기가 약 1000 nm 미만인 나노섬유 네트워크를 포함하는 용융 방사 폴리프로필렌 미세 등급 나노섬유 웨브에 관한 것이다.
도 1a는 본 발명의 웨브 구조체의 저배율 SEM 이미지이고 도 1b는 본 발명의 웨브 구조체의 고배율 SEM 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따라 개선된, 미국 특허 제8,277,711 B2호의 공정에 기초한 방사 디스크를 이용하는 장치의 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른, 미국 특허 제8,277,711 B2호의 공정을 개선하는 자립형(stand-alone) 웨브 수집기를 갖는 방사 디스크의 도면이다.
도 4a는 본 발명의 실시예 1의 수평균 나노섬유 직경 분포의 그래프 형태이다. 도 4b는 본 발명의 실시예 1의 수평균 나노섬유 직경 분포의 표 형태이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1의 기공 크기 분포이다.
도 6은 실시예 1의 웨브 샘플 및 실시예 1의 제조에 사용되는 중합체 수지 펠릿(pellet)의 열 중량 분석(thermo gravimetric analysis, TGA) 데이터이다.
도 7은 고온의 크기 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography, SEC)를 이용하여 측정된 실시예 1의 웨브 및 실시예 1의 제조에 사용되는 중합체 수지 펠릿의 분자량(Mw) 데이터이다.
도 8은 실시예 1의 웨브 샘플 및 실시예 1의 제조에 사용되는 중합체 수지 펠릿의 시차 주사 열량계(differential scanning calorimeter, DSC) 열 분석 데이터이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 250X 및 10,000X 배율의 비교예 1의 SEM 이미지를 도시한다.
도 10은 비교예 1의 기공 크기 분포이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 250X 및 10,000X 배율의 비교예 2의 SEM 이미지를 도시한다.
도 12는 비교예 2의 기공 크기 분포이다.
정의
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "웨브"는 부직포로 통상 제조되는 섬유의 네트워크의 층을 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "부직포(nonwoven)"는 섬유들의 배열에 있어서 전체적인 반복 구조가 육안에 의해 식별될 수 없는, 다수의 본질적으로 랜덤하게 배향된 섬유의 웨브를 지칭한다. 웨브에 강도 및 완전성(integrity)을 부여하기 위하여 섬유는 서로 결합될 수 있거나, 결합되지 않고 얽힐 수 있다. 섬유는 스테이플 섬유 또는 연속 섬유일 수 있으며, 단일 재료를 포함하거나, 또는 상이한 섬유들의 조합으로서 또는 상이한 재료로 각각 구성되는 유사한 섬유들의 조합으로서 다수의 재료를 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "나노섬유 웨브"는 나노섬유로 대부분 구성된 웨브를 지칭한다. "대부분"은 웨브 내의 50% 초과의 섬유가 나노섬유인 것을 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "나노섬유"는 수평균 직경이 약 1000 nm 미만인 섬유를 지칭한다. 비원형 단면의 나노섬유의 경우, 본 명세서에 사용되는 바와 같은 "직경"이라는 용어는 최대 단면 치수를 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "마이크로섬유"는 수평균 직경이 약 1.0 μm 내지 약 3.0 μm인 섬유를 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "굵은 섬유"는 수평균 직경이 약 3.0 μm보다 큰 섬유를 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "거친 등급 나노섬유 웨브"는 평균 유동 기공 크기가 약 5.0 μm보다 큰 나노섬유 웨브를 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "중간 등급 나노섬유 웨브"는 평균 유동 기공 크기가 약 1.0 μm보다 크고 5.0 μm보다 작은 나노섬유 웨브를 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "미세 등급 나노섬유 웨브"는 평균 유동 기공 크기가 약 1.0 μm보다 작은 나노섬유 웨브를 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "자립형"은 나노섬유 웨브가 독립적이고 어떠한 기재도 없는 단일 층인 것을 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "원심 방사 공정"은 섬유가 회전 부재로부터의 방출에 의해 형성되는 임의의 공정을 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "회전 부재"는 원심력에 의해 피브릴 또는 섬유로 형성되게 하는 재료를, 공기와 같은 다른 수단이 추진을 돕는 데 사용되든지 또는 그렇지 않든지 간에, 추진시키거나 분배하는 방사 장치를 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "오목한"은 반구형과 같은 단면이 곡선일 수 있는, 단면이 타원, 쌍곡선, 포물선, 또는 절두원추형일 수 있는 등의 회전 부재의 내부 표면을 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "방사 디스크"는 오목한, 절두원추형인, 또는 평탄한 개방 내부 표면을 갖는 디스크 형상을 갖는 회전 부재를 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "피브릴"은 피브릴이 세장화될 때 형성되는 미세 섬유에 대한 전구체로서 형성될 수 있는 긴 구조를 지칭한다. 피브릴은 회전 부재의 토출점에서 형성된다. 토출점은 에지, 세레이션, 또는 오리피스일 수 있는데, 이를 통하여 유체가 압출되어 섬유를 형성한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "무노즐"은 피브릴 또는 섬유가 회전 부재 상의 노즐을 비롯한 노즐 유형 방사 오리피스로부터 나오지 않는 것을 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "대전된"은 공정 중의 물체가 대전되지 않은 물체 또는 순전하(net electric charge)를 갖지 않는 물체에 대해 양 또는 음의 극성의 순전하를 갖는 것을 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "방사 유체"는 유동하여 섬유로 형성될 수 있는, 용융물 또는 용액 중 어느 한 형태의, 열가소성 중합체를 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "토출점"은 피브릴 또는 섬유가 방출되는 방사 부재 상의 위치를 지칭한다. 토출점은 예를 들어 에지, 또는 피브릴이 통과하여 압출되는 오리피스일 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "세레이션"은 톱니형 외관, 또는 날카로운 돌출부들 또는 치형 돌출부들의 열을 지칭한다. 세레이션 절단 에지가 절단되는 재료와 많은 작은 접촉점을 갖는다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "토네이도 유사"는 적란운(cumulonimbus cloud)과 같은 소용돌이 섬유 다발 및 수집기의 표면 둘 모두와 접촉하는 섬유의 격렬하게 회전하는 컬럼을 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "본질적으로"는, 파라미터가 "본질적으로" 소정 값에 유지되어 있다면, 그 값으로부터 떨어져 있는 것으로 파라미터를 서술하는 수치의, 본 발명의 작용에 영향을 주지 않는 변화가 파라미터의 서술의 범주 내에서 고려되는 것을 나타낸다.
본 발명은 수평균 나노섬유 직경이 약 200 nm 또는 그 미만이고 평균 유동 기공 크기가 1000 nm 미만이고 SEM 이미지가 도 1에 도시된 바와 같고 수평균 나노섬유 직경 분포가 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같고 기공 크기 분포가 도 5에 도시된 바와 같은 나노섬유 네트워크를 포함하는 용융 방사 폴리프로필렌 미세 등급 자립형 나노웨브 및 나노섬유막에 관한 것이다.
원칙적으로, 부직포 웨브는 미국 특허 제8,277,711 B2호에 개시된 바와 같은 원심 용융 방사 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 나노섬유는 균일한 박막 피브릴화를 통하여 형성된다. 용융물 유동은 방사 디스크의 내부 표면 상에 퍼져서 박막을 형성한다. 막 피브릴화는 방사 디스크의 에지에서 일어나서 가는 실을 형성한다. 이러한 가는 실은 원심력에 의해 섬유로 더 신장된다. 주어진 중합체에 대해, 나노섬유는 미국 특허 제8,277,711 B2호에서 균일하고 안정한 박막 피브릴화로부터 형성된다. 섬유 방사의 작동 파라미터는 온도, 용융물 공급 속도 및 디스크 회전 속도이다. 미국 특허 제8,277,711 B2호의 실시에 있어서, 완전 순수 나노섬유는 단지 방사 디스크의 내부 표면 상의 균일하고 매끄러운 박막 유동으로부터 제조될 수 있어서, 이는 중합체의 정확한 유동학적 특성과, 온도, 회전 속도 및 용융물 공급 속도의 정확한 조합을 필요로 한다. 그러나, 개방 단부 방사 디스크 상의 내부 표면 상의 회전 중합체 박막의 표면은 고속 회전에 의해 들어온 저온 공기와의 반응으로 인해 냉각될 것이다. 실제로, 방사 디스크에 대한 가열은 정확한 용융물 점도 및 균일한 박막 유동을 갖기 위하여 더 고온으로 될 것이다. 따라서, 온도가 너무 높게 설정된 경우 잠재적인 열적 열화가 존재하였다. 본 발명은 이러한 문제를 처리하려는 것이다. 회전 중합체 박막의 표면 온도의 감소를 최소화하도록 방사 디스크의 상측부 상의 열 차폐부가 설계된다. 방사 디스크의 상측부 상의 열 차폐부는 열적 열화를 최소화 또는 제거하기 위하여 디스크 가열 온도를 낮출 것이다.
고속 회전 중공 샤프트(200) 상에 장착된 방사 디스크(205)에 대한 도 2를 고려하면, 섬유(210)가 방사 디스크의 에지에 있는 토출점을 나가는 것이 도시되어 있다. 방사 디스크와 직경이 동일한 보호 차폐부(206)가, 방사 디스크의 내부 표면으로 열이 빼앗기는 것을 방지하기 위한 용융물 방사에 대한 열 보호 차폐부로서, 그리고 방사 디스크의 내부 표면 상의 박막 유동으로부터의 신속한 용매 증발을 방지하기 위한 용액 방사에 대한 공기 보호 차폐부로서 방사 디스크의 상측부 상에 장착되어 있다.
보호 차폐부는 회전 디스크의 에지 상의 세레이션에 접촉하도록 배치되어 봉입된 세레이션(enclosed serration)을 형성한다. 회전 디스크의 에지 상의 봉입된 세레이션은 방사 디스크의 에지에서의 두께의 변동 및 박막 유동의 불안정성을 억제한다.
방사 디스크에 대한 정지 차폐부(208)가 방사 디스크의 하측부에서 회전 중공 샤프트를 통하여 정지 샤프트 상에 장착되어 열 손실을 보호하고 균일한 웨브 레이다운을 위한 고속 회전 디스크 아래에서의 "토네이도" 유사 효과로 인한 섬유 스트림의 비틀림 및 소용돌이를 방지한다.
회전 디스크의 에지를 둘러싸는 연신 구역이 파선의 직사각형 영역 내에 나타나 있다. 연신 구역 온도는 3개의 가열 공기 스트림들의 조합으로부터 비롯된 적절한 공기에 의해 수립된다. 하나는 방사 디스크 위의 적절한 가열 공기(202)에서 비롯되고; 다른 하나는 방사 디스크의 하측부와 정지 차폐부 사이의 갭을 통하여 연신 구역에 도달하도록 회전 중공 샤프트(200) 내의 정지 고온 공기 튜브로부터 오는 적절한 가열 공기(209)의 스트림에서 비롯되고; 나머지 다른 적절한 가열 공기는 하향 유동(201)이다. 연신 구역 온도는 원심력에 의한 연신 또는 신장을 최대화하기 위하여 실을 용융된 상태로 유지시키도록 설계 및 구현된다. 연신 구역 직경은 방사 디스크의 직경의 약 1.5배이다. 연신 구역 온도는 나노섬유를 제조하기 위하여 중요한 요소이다. 실시예에서 폴리프로필렌의 경우, 연신 구역 온도는 더 나은 나노섬유 방사에 적절한 그리고 선택사항으로서 정전하를 취하도록 섬유에 적절한 가열 공기에 의해 약 180℃로 최적화된다.
나노섬유는 WO 2013/096672호의 웨브 레잉(laying) 공정을 이용하여 수평 스크림 벨트 수집기 또는 수직 관형 스크림 벨트 수집기의 표면 상에 침착되고, 이어서 웨브의 롤이 수집 벨트로부터 떨어져 자립형 웨브 롤로서 감긴다. 전형적으로, 섬유는 수집기를 향해 제어된 방식으로 유동하지 않고, 수집기 상에 균일하게 침착되지 않는다. 정지 차폐부가 방사 디스크 아래에 있는 WO 2013/096672호의 개선된 공정이 본 발명에서 이용된다. 정지 차폐부는 고속 회전 디스크 아래에서의 "토네이도" 유사 효과를 방지하고, 따라서, 섬유 스트림의 소용돌이 및 비틀림이 본 발명에서 제거된다. 대전된 링(203)이 니들 조립체와 함께 선택적이거나, 또는 날카로운 치형부를 갖는 링 톱(ring saw)이 방사 디스크로부터 방출되는 피브릴 및 섬유(210)에 정전하를 인가하기 위한 연신 구역 공기 가열 링의 상측부 상에 장착된다.
나노섬유 웨브를 형성하기 위하여 벨트 수집기 상의 섬유 레이다운에 대한 도 3을 고려하면, 301은 도 2에 도시된 방사 팩(spin pack)이다. 나노섬유 웨브(300)는 전체 방사 팩 아래에 배치될 수 있는 진공 박스 웨브 레이다운 수집기(310) 상에 놓인다. 수집기는 천공 표면을 가질 수 있다. 수집기에는 진공이 인가되는데, 수집기의 코너 및 에지에서 가장 높은 진공 세기를 갖고, 수집기의 코너 및 에지로부터 진공 세기가 영(0)인 수집기의 중심으로 갈수록 진공 세기가 서서히 감소한다. 섬유를 303에 의해 구동되는 순환 벨트(302) 상에 수집하였고, 304는 장력 조절 롤이고, 305는 자립형 나노섬유 웨브에 대한 지지 롤이고, 자립형 웨브는 한 쌍의 닙(nip)(306)을 통하여 권취 롤(307) 상으로 보내져서 권취된다.
본 발명은 수평균 나노섬유 직경이 약 200 nm 미만이고 평균 유동 기공 크기가 약 1000 nm 미만인 나노섬유 네트워크를 포함하는, 용융 방사 폴리프로필렌 미세 등급 나노섬유 웨브에 관한 것이다.
나노섬유 네트워크는 평균 및 중간 섬유 직경 둘 모두가 약 200 nm 미만이고 개별 나노섬유는 섬유 직경이 최소 약 10 nm 내지 최대 약 1000 nm의 범위에 있다.
나노섬유 웨브는 (a) 나노섬유 웨브를 제조하기 위해 사용되는 중합체와 비교하여 나노섬유 웨브의 약 5% Mw 미만의 감소; (b) TGA에 의해 측정될 때 나노섬유 웨브를 제조하기 위해 사용되는 중합체와 비교하여 본질적으로 동일한 열 중량 손실; 및 (c) 나노섬유 웨브를 제조하기 위해 사용되는 중합체와 비교하여 나노섬유 웨브의 더 높은 결정도를 갖는다.
시험 방법
고속 비디오 이미지: 막형성 및 섬유 방사를 시각화하기 위하여, 고속 비디오 이미지가 수용액 중에서 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)의 방사를 관찰하기 위해 사용되어 왔다. 시그마 알드리치(Sigma-Aldrich)로부터 구매된 300,000 Mw PEO의 0% 내지 12% 범위의 중량 백분율 용액을 탈이온수 중에 제조하였다. 하버드(Harvard) 장치 PHD2000 주입 시린지 펌프를 사용하여 용액의 유량을 1,000 내지 30,000 RPM의 회전 기하형상 방사(rotating geometry spinning)로 제어하였다. 0.01 내지 50.00 mL/min 범위의 유량을 시험하였다. 캐논(Canon) 100 mm 매크로 렌즈를 구비한 두 대의 포톤 패스트캠(Photon FASTCAM) SA5 모델 1300K-M3 고속 비디오 카메라를 사용하여, 한 대의 카메라가 방사 기하형상에 평행하게 위치되고 한 대의 카메라는 방사 기하형상에 직각으로 위치된 이러한 경우에 포함된 이미지들을 캡처하였다. 카메라(10) 및 렌즈 설정은 7,000 fps, 0.37 내지 4.64 μs 범위의 셔터 속도, 및 f2.8 내지 f32의 조리개로 선명도를 최대화하도록 선택하였다.
열 분석: 열적 열화 및 결정도를 연구하기 위하여, 티에이 인스트루먼츠(TA Instruments)의 Q2000 시리즈 시차 주사 열량계(DSC) 및 Q500 시리즈 열 중량 분석기(TGA)를 사용하여 열 분석을 수행하였다. DSC 샘플은 질소 하에서 10℃/min으로 실온 내지 250℃의 표준 가열, 냉각, 재가열 사이클을 거쳤다. TGA 샘플은 질소 하에서 10℃/min으로 실온 내지 900℃의 표준 경사 가열을 거쳤다. 티에이 인스트루먼츠 유니버설 어낼리시스(Universal Analysis) 2000을 이용하여 열적 데이터를 분석하였다. 207 J/g과 동등한 100% 결정성 폴리프로필렌에 대한 용융 엔탈피(enthalpy of fusion)의 허용된 값을 이용하여 샘플의 백분율 결정도를 결정하였다. (참고 문헌: A van der Wal, J.J Mulder, R.J Gaymans. Fracture of polypropylene: The effect of crystallinity. Polymer, Volume 39, Issue 22, October 1998, Pages 5477-5481)
분자량의 측정: 고온의 크기 배제 크로마토그래피(SEC)를 사용하여 폴리올레핀 수지에 대한 분자량을 측정하였다. 이 방법은 150℃에서 트라이클로로벤젠(TCB) 중에서 다중 각 광 산란 및 점도 검출기의 사용을 포함한다. 사용된 장비는 용매 전달 및 자동주입기를 갖는 폴리머 래보래토리즈(Polymer Laboratories) PL220 액체 크로마토그래프 장비, 및 와이어트 테크놀로지즈 도온 헬레오스(Wyatt Technologies Dawn HELEOS) 다중 각 광 산란 검출기(multi-angle light scattering detector, MALS)를 포함한다. 폴리머 래보래토리즈 SEC는 내부 시차 점도계(internal differential viscometer) 및 시차 굴절계(differential refractometer)를 포함한다. 4개의 폴리머 래보래토리즈 혼합된 B SEC 컬럼들을 분리를 위하여 사용하였다. 샘플 주입 부피는 0.5 mL/min의 유량으로 200 마이크로리터였다. 샘플 격실, 컬럼, 내부 검출기, 트랜스퍼 라인, 및 와이어트 MALS를 중합체에 따라 150 내지 160℃의 제어된 온도로 유지하였다. 용액이 폴리머 래보래토리즈 SEC 내의 컬럼을 통과한 후에, 유동은 장비로부터 그리고 가열된 트랜스퍼 라인을 통하여 와이어트 MALS로 지향되었고, 그 후에 폴리머 래보래토리즈 SEC로 다시 복귀하였다. 계측장비로부터 수신된 데이터는 와이어트 테크놀로지즈 아스트라(Astra) 소프트웨어를 이용하여 분석하였다. 농도는 TCB 중 폴리올레핀에 대해 0.092의 dn/dc를 이용하여 계산하였다. 분자량은 용리 시간(elution time)보다는 오히려 광 산란 세기로부터 계산하였고, 표준물에 대한 것은 아니다. 장비 성능 및 정밀도를 보장하기 위하여, 입수가능한 NIST 폴리에틸렌 표준물을 주기적으로 분석한다.
웨브 강도의 측정: 나노섬유 웨브 샘플의 인장 강도 및 신장률을 인스트론(INSTRON) 인장 시험기 모델 1122를 이용하여, 변형된 샘플 치수 및 변형률로 ASTM D5035-11, "직물 패브릭의 파단력 및 연신율에 대한 표준 시험 방법(스트립 방법(Strip Method))"에 따라서 측정하였다. 각 샘플의 게이지 길이는 2 인치이고 폭은 0.5 인치이다. 크로스헤드(crosshead) 속도는 1 inch/min(50% min-1의 일정 변형률)이다. "횡방향"(TD)뿐만 아니라 "기계 방향"(MD)으로도 샘플을 시험한다. 최소 3개의 시편을 시험하여 인장 강도 또는 신장률에 대한 평균 값을 얻는다.
SEM : 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 이미지를 나노섬유 특성화에 주로 사용하였는데, 이는 고배율에서 최상의 이미지 선명도를 산출하고 나노섬유 직경을 측정하기 위한 산업상 표준이 되어왔기 때문이다. 상이한 나노섬유 공정으로부터 생성된 나노섬유 웨브들의 ×5,000 또는 ×10,000의 고배율 SEM 이미지에서 나노섬유 형태의 차이는 섬유 직경 이외에는 구별되기 어렵다. 상세하게 상이한 레벨들로 섬유 형태를 드러내기 위하여, SEM 이미지를 ×25, ×100, ×250, ×500, ×1,000, ×2,500, ×5,000 및 ×10,000로 촬영하였다.
평균 유동 기공 크기를 ASTM E 1294-89, "자동화된 액체 다공도 측정기를 사용한 막 필터의 기공 크기 특성에 대한 표준 시험 방법"에 따라 측정하였다. 상이한 크기(8, 20 또는 30 mm 직경)의 개별 샘플들을 전술된 바와 같은 저 표면장력 유체로 습윤시켰고, 홀더에 두었으며, 공기의 차동 압력을 가하여 샘플로부터 유체를 제거하였다. 습윤 유동이 건조 유동(습윤 용매가 없는 유동)의 절반과 동일해지는 차동 압력은 제공된 소프트웨어를 사용하여 평균 유동 기공 크기를 계산하는 데 사용된다. 평균 유동 기공 크기는 μm로 기록하였다.
기포점을 ASTM F316, "기포점 및 평균 유동 기공 시험에 의한 막 필터의 기공 크기 특성에 대한 표준 시험 방법"에 따라 측정하였다. 개별 샘플들(8, 20 또는 30 mm 직경)은 전술된 바와 같이 저 표면장력 유체로 습윤되었다. 샘플을 홀더에 둔 후에, 차동 압력(공기)을 가하고, 샘플로부터 유체를 제거하였다. 기포점은 압축 공기압이 샘플 시트에 인가된 후의 첫 번째 개방 기공이었으며, 판매자가 공급하는 소프트웨어를 사용하여 이를 계산한다.
기공 크기 균일성 지수(uniformity index): 기공 크기에 대한 균일성 지수(UI)는 최소 기공 크기와 기포점 직경에서의 차이 대 평균 유동 기공과 기포점에서의 차이의 비로서 정의된다.
Figure pct00001
이 비가 2의 값에 근접할수록, 기공 분포는 가우스 분포(Gaussian distribution)가 된다. 균일성 지수가 2보다 훨씬 더 크다면, 나노섬유 구조는 직경이 평균 유동 기공보다 훨씬 더 큰 기공들에 의해 지배된다. 균일성 지수(UI)가 2보다 훨씬 작다면, 상기 구조는 평균 유동 기공 직경보다 작은 기공 직경을 갖는 기공들에 의해 더욱 지배된다. 분포의 말단에 상당수의 큰 기공들이 여전히 존재할 것이다.
실시예 :
실시예 1
도 3에 도시된 장치를 이용하여 정지 차폐부 및 봉입된 세레이션을 갖는 방사 디스크에 의해 폴리프로필렌 (PP) 단일중합체, 라이온덴바젤(LyondellBasell)로부터의 메토센(Metocene) MF650Y로 연속 섬유를 제조하였다. 이는 Mw = 75,381 g/mol, 용융물 유량 = 1800 g/10 min (230℃/2.16 ㎏), 및 200℃에서의 9.07 Pa-S의 영(0) 전단 점도를 갖는다. 용융물 트랜스퍼 라인으로부터의 방사 용융물의 온도는 240℃로 설정하였다. 방사 디스크 에지의 온도는 약 200℃였다. 연신 구역 가열 공기는 250℃로 설정하였다. 디스크와 정지 차폐부 사이의 갭을 통과한 연신 구역 공기는 50 SCFH의 공기 유량으로 200℃로 설정하였다. 하향 형상화 공기는 150℃로 설정하였다. 형상화 공기 유동은 50 SCFH로 설정하였다. 방사 디스크의 회전 속도를 일정한 10,000 rpm으로 설정하였다.
섬유 크기는 도 1에 도시된 바와 같은 주사 전자 현미경(SEM)을 이용한 이미지로부터 측정하였고 나노섬유의 수평균 직경의 분포는 도 5에 도시되어 있다. 실시예 1은 각각 최소 64.12 nm 내지 최대 872.47 nm 범위에 있는 전체 973개의 개별 나노섬유들로부터 217.31 nm 및 193.85 nm의 측정된 전체 섬유에 대한 평균 및 중위 섬유 직경을 갖는다. PMI 측정 결과는 나노섬유 웨브가 평균 유동 기공(MFP) = 504.1 nm, M0 = 465.6 nm, Min =197.7 nm 및 Max (BP) = 3442.2 nm를 갖는 것을 보여준다. |MFP-M0| = 38 nm, Ul = 1.104.
도 6은 실시예 1의 나노섬유 웨브 및 웨브의 제조에 사용되는 중합체 수지 펠릿의 거의 동일한 TGA 측정치를 도시한다. 도 7은 실시예 1의 나노섬유 웨브 및 웨브의 제조에 사용되는 중합체 수지 펠릿의 고분자량 측정을 도시한다. 웨브를 제조하는 데 사용되는 중합체 수지 펠릿과 비교하여 실시예 1의 나노섬유 웨브의 고분자량의 감소는 작다. 도 8은 나노섬유 웨브의 결정도가 DSC 측정으로부터 나노섬유를 제조하기 위해 사용되는 중합체 수지보다 더 높은 것을 도시한다. 전체적으로, 측정은 열적 열화가 최소값으로 감소된 것을 보여준다.
비교예 1
미국 특허 제8,277,711 B2호의 공정을 이용하여 개방 단부 방사 디스크에 의해 실시예 1에서 사용된 동일한 폴리프로필렌 (PP) 단일중합체로 연속 섬유를 제조하였다. 기어 펌프를 갖는 프리즘 압출기를 사용하여 중합체 용융물을 용융물 트랜스퍼 라인을 통하여 회전 방사 디스크로 전달하였다. 용융물 트랜스퍼 라인으로부터의 방사 용융물의 온도는 200℃로 설정하였다. 방사 디스크 에지의 온도는 약 240℃였다. 연신 구역 가열 공기는 200℃로 설정하였다. 하향 형상화 공기는 150℃로 설정하였다. 형상화 공기 유동은 15.0 SCFM으로 설정하였다. 방사 디스크의 회전 속도를 일정한 10,000 rpm으로 설정하였다.
섬유 크기는 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 주사 전자 현미경(SEM)을 이용한 이미지로부터 측정하였다. 비교예 1은 최소 126 nm 내지 최대 8460 nm 범위에 있는 전체 583개의 개별 나노섬유들로부터 685 nm 및 433 nm의 측정된 전체 섬유에 대한 평균 및 중위 섬유 직경을 갖는다.
비교예 2
미국 특허 제8,277,711 B2호의 공정을 이용하여 개방 단부 방사 디스크에 의해 실시예 1에서 사용된 동일한 폴리프로필렌 (PP) 단일중합체로 연속 섬유를 제조하였다. 용융물 트랜스퍼 라인으로부터 회전 방사 디스크까지의 방사 용융물의 온도는 200℃로 설정하였다. 방사 디스크 에지의 온도는 약 200℃였다. 연신 구역(30) 가열 공기는 180℃로 설정하였다. 하향 형상화 공기는 150℃로 설정하였다. 형상화 공기 유동은 50.0 SCFH로 설정하였다. 방사 디스크의 회전 속도를 일정한 10,000 rpm으로 설정하였다.
섬유 크기는 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이 주사 전자 현미경(SEM)을 이용한 이미지로부터 측정하였다. 비교예 2는 최소 172 nm 내지 최대 17,052 nm 범위에 있는 전체 431개의 개별 섬유들로부터 935 nm 및 670 nm의 측정된 전체 섬유에 대한 평균 및 중위 섬유 직경을 갖는다. 약 83.88% 나노섬유, 14.92% 마이크로섬유 및 1.2% 굵은 섬유가 존재한다.

Claims (3)

  1. 용융 방사 폴리프로필렌 미세 등급 나노섬유 웨브로서, 수평균 나노섬유 직경이 약 200 nm 미만이고 평균 유동 기공 크기가 약 1000 nm 미만인 나노섬유 네트워크를 포함하는, 나노섬유 웨브.
  2. 제1항에 있어서, 나노섬유 네트워크는 평균 및 중간 섬유 직경 둘 모두가 약 200 nm 미만이고 개별 나노섬유는 섬유 직경이 최소 약 10 nm 내지 최대 약 1000 nm의 범위에 있는, 나노섬유 웨브.
  3. 제1항에 있어서,
    (a) 나노섬유 웨브를 제조하기 위해 사용되는 중합체와 비교하여 나노섬유 웨브의 약 5% Mw 미만의 감소;
    (b) TGA에 의해 측정될 때 나노섬유 웨브를 제조하기 위해 사용되는 중합체와 비교하여 본질적으로 동일한 열 중량 손실; 및
    (c) 나노섬유 웨브를 제조하기 위해 사용되는 중합체와 비교하여 나노섬유 웨브의 더 높은 결정도(crystallinity)를 갖는, 나노섬유 웨브.
KR1020167010154A 2013-10-22 2014-10-22 용융 방사 폴리프로필렌 미세 등급 나노섬유 웨브 Withdrawn KR20160073971A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361893961P 2013-10-22 2013-10-22
US61/893,961 2013-10-22
PCT/US2014/061664 WO2015061377A1 (en) 2013-10-22 2014-10-22 Melt-spun polypropylene fine-grade nanofibrous web

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160073971A true KR20160073971A (ko) 2016-06-27

Family

ID=51842933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167010154A Withdrawn KR20160073971A (ko) 2013-10-22 2014-10-22 용융 방사 폴리프로필렌 미세 등급 나노섬유 웨브

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20150111456A1 (ko)
EP (1) EP3060709A1 (ko)
JP (1) JP2016534239A (ko)
KR (1) KR20160073971A (ko)
CN (1) CN105658857A (ko)
WO (1) WO2015061377A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016184439A1 (en) * 2015-05-15 2016-11-24 České vysoké učení technické v Praze Apparatus for producing nanofibres or microfibres
CZ30554U1 (cs) * 2017-01-31 2017-04-03 Technická univerzita v Liberci Zařízení pro vysokorychlostní monitorování procesu výroby nanovláken elektrostatickým zvlákňováním
CN110997119B (zh) * 2017-07-21 2022-11-29 阿莫绿色技术有限公司 过滤器滤材、其制造方法及包括其的过滤器单元
CN110558219A (zh) * 2019-09-30 2019-12-13 国合凯希水体修复江苏有限公司 一种网绳椰棕卷

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6171684B1 (en) * 1995-11-17 2001-01-09 Donaldson Company, Inc. Filter material construction and method
CN102154913B (zh) * 2004-02-19 2015-05-06 东丽株式会社 纳米纤维合成纸及其制造方法
US20060135020A1 (en) * 2004-12-17 2006-06-22 Weinberg Mark G Flash spun web containing sub-micron filaments and process for forming same
US20080070463A1 (en) * 2006-09-20 2008-03-20 Pankaj Arora Nanowebs
US8277711B2 (en) * 2007-03-29 2012-10-02 E I Du Pont De Nemours And Company Production of nanofibers by melt spinning
JPWO2009075357A1 (ja) * 2007-12-13 2011-04-28 旭硝子株式会社 固体高分子形燃料電池用電極、膜電極接合体および触媒層の製造方法
US9834865B2 (en) * 2007-12-17 2017-12-05 E I Du Pont De Nemours And Company Centrifugal solution spun nanofiber process
JP5233381B2 (ja) * 2008-03-06 2013-07-10 旭硝子株式会社 エチレン／テトラフルオロエチレン共重合体の不織布
EP2257660A4 (en) * 2008-03-17 2012-01-04 Univ Texas METHOD AND DEVICES FOR PRODUCING ULTRA-FINE FIBERS
US8470236B2 (en) * 2008-11-25 2013-06-25 E I Du Pont De Nemours And Company Process of making a non-woven web
WO2011046657A2 (en) * 2009-07-22 2011-04-21 Massachusetts Institute Of Technology Multifunctional electroprorcessed membranes
US20110280660A1 (en) * 2010-05-14 2011-11-17 Pradip Bahukudumbi Chemical sorbent article
EP2794972B1 (en) 2011-12-21 2018-08-01 E. I. du Pont de Nemours and Company Process for laying fibrous webs from a centrifugal spinning process

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016534239A (ja) 2016-11-04
WO2015061377A9 (en) 2015-07-16
WO2015061377A1 (en) 2015-04-30
US20150111456A1 (en) 2015-04-23
CN105658857A (zh) 2016-06-08
EP3060709A1 (en) 2016-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101755081B (zh) 通过熔体纺丝法来制备纳米纤维
CN107208336B (zh) 用于呼吸装置和面罩的熔纺过滤介质
TWI580833B (zh) 高膨鬆度之紡黏網
CA3103960C (en) Method for producing nonwoven fabric with improved filtration performance
US10590565B2 (en) Polymeric nanofibers and nanofibrous web
US20150111019A1 (en) Electret nanofibrous web
AU2012312177B2 (en) Fibers made from soluble polymers
KR20160073971A (ko) 용융 방사 폴리프로필렌 미세 등급 나노섬유 웨브
JP6457757B2 (ja) メルトブローン不織布
KR102304596B1 (ko) 고분자량 및 저분자량 미세 섬유와 ｔｐｕ 미세 섬유
KR20150120992A (ko) 나노웹 구조물
KR20090114764A (ko) 자동차 헤드램프용 벤트 필터 여재 및 그 제조 방법
JP2020190057A (ja) 不織布、不織布の積層体、及びそれらを含むフィルター
JP5074271B2 (ja) 長繊維不織布
US20070248823A1 (en) Fluorine containing copolymer fiber and fabric

Legal Events

Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20160419

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid