KR101876410B1 - An airpermeable and waterproof textile for the uppers of shoes - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리에스테르로 구성된 자카드 직물, 나노섬유 멤브레인 및 나일론과 폴리에스테르로 구성된 헤링본을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기투과성 및 방수성이 있는 신발 갑피용 원단에 관한 것으로, 상기 나노섬유 멤브레인을 제조함에 있어 온도조절 장치를 포함한 전기방사장치를 사용함으로서 고온에서 전기방사가 가능하며, 기존의 희석제를 사용하던 생산공정을 간소화하고 희석제의 폭발의 위험성을 줄이며, 나노섬유 멤브레인의 직경은 일정하게 유지함과 동시에 폴리머 용액 농도를 증가시켜 나노섬유 멤브레인 제조의 생산성을 높일 수 있고, 제조된 나노섬유 멤브레인의 잔존 용매량을 낮추어 나노섬유 멤브레인의 품질을 향상시키는 효과가 있다.The present invention relates to a fabric for air-permeable and water-resistant shoe upper which comprises a jacquard fabric composed of polyester, a nanofiber membrane, and a herringbone composed of nylon and polyester. In fabricating the nanofiber membrane, By using the electrospinning device including the temperature control device, electrospinning at a high temperature is possible, the production process using the existing thinner is simplified, the risk of explosion of the diluent is reduced, the diameter of the nanofiber membrane is kept constant, It is possible to increase the productivity of the nanofiber membrane by increasing the concentration of the solution and improve the quality of the nanofiber membrane by lowering the amount of residual solvent of the nanofiber membrane.
Description
본 발명은 공기투과성 및 방수성이 있는 신발 갑피용 원단에 관한 것으로, 신발 갑피에 사용되는 원단으로 나노섬유 멤브레인을 사용함으로서 기존 제품보다 방수성이 우수할 뿐 아니라 공기투과도에 있어서도 우수한 기능을 가지는 신발 갑피용 원단에 관한 것이다.The present invention relates to a fabric for a shoe upper which has air permeability and waterproof property, and a shoe upper which is superior in waterproof property than a conventional product by using a nanofiber membrane as a raw fabric for a shoe upper, It is about the fabric.
신발에 사용되는 갑피(Upper)는 보통 어퍼라고 불리우며 신발 상위, 상부부분을 의미하며 외관 디자인과 형태를 유지하고 발등과 관절부위를 보호하는 역할을 한다. 상기와 같은 신발의 갑피가 제공해야하는 기본적인 사항에는 지지력, 보호, 통기성, 가벼움 등이 있다. 갑피의 종류는 메쉬, 가죽, 인조가죽 등이 많이 사용되고 있으며, 통기성은 신발 갑피에서 매우 중요하다. 통기성과 더불어 방수 및 통풍기능을 동시에 가지는 신발에 대한 니즈가 증가해왔고, 이에 통기성 및 방수성을 갖춘 소재를 갑피에 이용 및 적용해오고 있는 실정으로 이에 대한 시도가 계속 진행되고 있다.Upper, which is usually used for shoes, is called the upper, which means upper and upper parts of the shoes. It protects the shape and shape of appearance and protects the foot and joints. The basic items that the shoe upper should provide include bearing capacity, protection, ventilation, and lightness. There are many types of upper, such as mesh, leather, artificial leather, etc., and breathability is very important in the upper of the shoe. In addition to the breathability, the needs for shoes with both waterproof and ventilating functions have increased. Therefore, ventilation and waterproof materials have been used and applied to the upper.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자, 전기방사로 제조된 나노섬유 멤브레인을 포함하고 공기투과도와 방수도를 가지는 신발 갑피용 원단을 제공하는데 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a fabric for a shoe upper comprising a nanofiber membrane manufactured by electrospinning and having air permeability and waterproofness.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 폴리에스테르로 구성된 자카드 직물; 나노섬유 멤브레인; 및 나일론과 폴리에스테르로 구성된 헤링본;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기투과성 및 방수성이 있는 신발 갑피용 원단을 제공한다. 구체적으로 나노섬유 멤브레인은 45 내지 120℃인 고온에서 전기방사되어 제조되는 것이 특징이고, 자카드 직물의 평량은 500 내지 600g/yard2이고, 상기 헤링본의 평량은 130 내지 150g/m2인 것을 특징으로 한다. 여기서 헤링본은 나일론과 폴리에스테르의 혼합비가 30:70 내지 40:60인 것을 특징으로 하며, 나노섬유 멤브레인은 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 특징이다. 또한 나노섬유 멤브레인의 평량은 3 내지 15g/m2이고, 두께는 3 내지 20㎛이며, 공기투과도는 0.1 내지 2cm3/cm2/sec이고, 투습도는 20,000이하이며, 상기 나노섬유 멤브레인의 일면 또는 양면에 접착제가 도포되고 라미네이팅되는 것을 특징으로 하는 공기투과성 및 방수성이 있는 신발 갑피용 원단을 제공한다.According to a preferred embodiment of the present invention, a jacquard fabric composed of polyester; Nanofiber membranes; And a herringbone composed of nylon and polyester. The airtight and waterproof fabric for a shoe upper is provided. Specifically, the nanofiber membrane is manufactured by electrospinning at a high temperature of 45 to 120 DEG C, the basis weight of the jacquard fabric is 500 to 600 g / yard2, and the basis weight of the herringbone is 130 to 150 g / m < 2 >. Wherein the herringbone is characterized in that the mixing ratio of nylon to polyester is 30:70 to 40:60, and the nanofiber membrane is one or more selected from the group consisting of polyurethane, polyvinylidene fluoride, and polyethylene terephthalate . The nanofiber membrane has a basis weight of 3 to 15 g / m 2, a thickness of 3 to 20 탆, an air permeability of 0.1 to 2 cm 3 / cm 2 / sec, a moisture permeability of 20,000 or less, The present invention provides a fabric for an air-permeable and waterproof shoe upper which is coated and laminated.
본 발명의 신발 갑피용 원단에 사용되는 나노섬유 멤브레인은 온도조절 장치를 포함한 전기방사장치를 사용함으로서 고온에서 전기방사가 가능하며, 기존의 희석제를 사용하던 생산공정을 간소화하고 희석제의 폭발의 위험성을 줄이며, 점도에 따라 폴리머 용액 농도를 증가시켜 나노섬유 멤브레인 제조의 생산성을 높일 수 있고, 제조된 나노섬유 멤브레인의 잔존 용매량을 낮추어 나노섬유 멤브레인의 품질을 향상시키는 효과가 있다.The nanofiber membrane used in the shoe upper fabric of the present invention can be electrospun at a high temperature by using an electrospinning device including a temperature control device, simplifying the production process using the existing thinner, and reducing the risk of explosion of the diluent It is possible to increase the productivity of the nanofiber membrane by increasing the concentration of the polymer solution according to the viscosity and to improve the quality of the nanofiber membrane by lowering the residual solvent amount of the nanofiber membrane.
또한, 이와 같은 나노섬유 멤브레인을 신발 갑피에 적용함으로서 공기투과도와 방수성이 뛰어난 효과가 있다.In addition, by applying such a nanofiber membrane to a shoe upper, air permeability and water resistance are excellent.
도 1은 본 발명에 사용되는 오버플로우 시스템을 구비한 전기방사장치에 관한 도면이다.
도 2는 본 발명에 사용되는 온도조절장치를 구비한 전기방사장치에 있어서, 코일 형태의 열선을 장착한 관체를 도시한 정단면도이다.
도 3은 상기 도 2의 A-A'선 측단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 온도조절장치를 구비한 전기방사장치에 있어서, 선형 형태의 열선을 장착한 관체를 도시한 정단면도이다.
도 5은 상기 도 4의 B-B'선 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 사용되는 온도조절장치를 구비한 전기방사장치에 있어서, U자 형태의 파이프를 장착한 관체를 도시한 정단면도이다.
도 7은 상기 도 6의 C-C'선 측단면도이다.1 is a diagram of an electrospinning apparatus having an overflow system used in the present invention.
Fig. 2 is a front sectional view showing a tubular body equipped with a coil-shaped heating wire in an electrospinning apparatus having a temperature control device used in the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'in FIG.
4 is a front sectional view showing a tubular body equipped with a linear heating wire in an electrospinning apparatus having a temperature control device according to the present invention.
5 is a cross-sectional view taken along line B-B 'of FIG.
6 is a front sectional view showing a tubular body equipped with a U-shaped pipe in an electrospinning apparatus having a temperature regulating device used in the present invention.
7 is a cross-sectional view taken along the line C-C 'in FIG.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 공기투과성 및 방수성이 있는 신발 갑피용 원단은 폴리에스테르로 구성된 자카드 직물, 나노섬유 멤브레인 및 나일론과 폴리에스테르로 구성된 헤링본의 구성으로 이루어진다. The air permeable and waterproof fabric for a shoe upper of the present invention comprises a jacquard fabric composed of polyester, a nanofiber membrane, and a herringbone composed of nylon and polyester.
먼저 본 발명에서 사용되는 갑피 원단에서 외피에 가까운 직물의 경우 자카드 직물이 사용된다. 자카드란 여러 색의 실을 사용하여 무늬를 짜낸 원단으로서 인쇄 형태가 아니므로 세탁 후에도 무늬에 손상이 없으며 자카드 직기를 사용하여 복잡하 문양이 표현되는 직물을 의미한다. First, jacquard fabrics are used in the case of fabrics that are close to the outer covering from the upper fabric used in the present invention. Jacquard refers to a fabric that is made by using yarns of various colors to squeeze the pattern and is not a printing form, so that even after washing, there is no damage to the pattern, and a complex pattern is expressed using a jacquard loom.
본 발명에 사용되는 자카드 직물의 경우 폴리에스테르 100%로 구성되는 것이 바람직하며, 평량의 범위는 500 내지 600g/yard2인 것이 바람직하다. 평량이 500g/yard2 미만이거나, 600g/yard2를 초과하는 경우 신발 갑피의 용도로 사용되기에 기계적 물성이 떨어지거나 너무 뻣뻣한 문제가 발생했다. 본 자카드 직물의 경우는 위사로 사용되는 원사가 2가지 이상으로 조합되는 것이 바람직한데, 자카드 직물의 특성상 색상 발현을 위해 2가지 이상의 원사가 경사에 사용되는 것이 바람직하다.The jacquard fabric used in the present invention is preferably composed of 100% polyester, and the basis weight is preferably 500 to 600 g / yard2. When the basis weight is less than 500 g / yard 2, or when it exceeds 600 g / yard 2, the mechanical properties are deteriorated or too stiff to be used for the shoe upper. In the case of the present jacquard fabrics, it is preferable that two or more kinds of yarns used as weft yarns are combined. It is preferable that at least two yarns are used for warp yarns in order to express color due to the characteristics of the jacquard fabrics.
자카드 직물 아래에는 전기방사에 의해 제조되는 나노섬유 멤브레인이 위치하고, 나노섬유 멤브레인 아래에는 안감으로서 헤링본이 사용된다. 헤링본이란 청어의 뼈 라는 의미로 그와 닮은 조직 효과를 가진 옷감을 의미하며 물고기의 뼈 모양 혹은 화살의 오늬 같은 모양을 여러 개 짜 맞춘 무늬 또는 그런 모양이 되도록 짠 능직을 의미한다. 본 발명에 사용되는 헤링본은 나일론과 폴리에스테르로 구성된 각각의 원사가 혼합되어 있는 것이 특징이며 나일론과 폴리에스테르 원사의 혼합비는 30:70 내지 40:60인 것이 특징이다. 여기서 혼합비가 30:70 내지 40:60이 아닌 경우에는 나일론의 비율이 많아져서 안감 지지대로서의 물성이 떨어지는 문제가 있다. 본 발명에 사용되는 헤링본의 평량은 130 내지 150g/m2인 것이 특징인데 130g/m2 미만이거나 150g/m2를 초과하는 경우 신발 갑피의 용도로 사용되기에 기계적 물성이 떨어지거나 너무 뻣뻣하여 사용하기 어려운 문제가 발생한다. 또한 헤링본은 기모처리된 것을 사용하는 것이 가능하며, 방수처리 된 것을 사용하는 것도 바람직하다.Below the jacquard fabric is a nanofiber membrane fabricated by electrospinning and below the nanofiber membrane is a herringbone lining. Herringbone means a fabric with a tissue effect resembling the bone of a herring, and means a twine with a pattern of fish bone or a pattern of arrows. The herringbone used in the present invention is characterized in that each yarn composed of nylon and polyester is mixed, and the mixing ratio of nylon and polyester yarn is 30:70 to 40:60. In the case where the mixing ratio is not 30:70 to 40:60, the proportion of nylon is increased, which leads to a problem of deteriorating physical properties of the lining support. The herringbone used in the present invention has a basis weight of 130 to 150 g / m < 2 >. When the weight of the herringbone is less than 130 g / m 2 or exceeds 150 g / m 2, Lt; / RTI > Also, it is possible to use a bristle treated herringbone, and it is also preferable to use a waterproofed one.
한편, 본 발명에 사용되는 나노섬유 멤브레인은 전기방사에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다. 이하 전기방사장치를 이용하여 제조하는 나노섬유 멤브레인을 설명한다.Meanwhile, the nanofiber membrane used in the present invention is characterized by being formed by electrospinning. Hereinafter, a nanofiber membrane manufactured using an electrospinning device will be described.
1. 오버플로우 시스템이 구비된 전기방사방법1. Electrospinning method with overflow system
본 발명에 의한 나노섬유 멤브레인의 제조방법은 전기방사장치(1) 노즐블럭(110)에서 방사되었으나 나노섬유화되지 못한 방사용액을 재사용하는 오버플로우 시스템(200)을 포함하여 구성된다.The method of manufacturing a nanofiber membrane according to the present invention comprises an
여기서, 상기 전기방사장치(1)는 케이스(102), 노즐블록(110), 컬렉터(150), 전원장치(160)와 보조 벨트장치(170)와 이들을 내부에 수용하는 유닛(100, 100')과, 주저장탱크(210), 제2 이송배관(216), 제2 이송제어장치(218)와 재생탱크(230)와 이들로 이루어진 오버플로우 시스템(200)으로 구성되어 있다.Here, the electrospinning device 1 includes a case 102, a
이때 상기 케이스(102)는 도전체로 이루어지는 것이 바람직하나, 상기 케이스(102)가 절연체로 이루어지거나, 상기 케이스(102)가 도전체 및 절연체가 혼용되어 적용되는 것도 가능하고, 기타 다양한 재질로 이루어지는 것도 가능하다. At this time, it is preferable that the case 102 is made of a conductor, but the case 102 may be made of an insulator, or the case 102 may be applied with a conductor and an insulator mixedly used. It is possible.
노즐블록(110)의 노즐(42)은 상향식과 하향식 그리고 수평식이 모두 가능하며, 특히 오버플로우 시스템(200)이 적용된 전기방사 장치에 있어서는 상향식 전기방사가 바람직하다. 노즐(42)은 상향식, 하향식 또는 수평식으로 다수개 배열설치되며, 주저장탱크(210) 또는 재생탱크(230)로부터 방사용액을 공급받는다. 이하 상향식 전기방사를 기본으로 발명을 설명하며, 하기 상향식 방사는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.The
상향식 전기방사의 노즐(42)의 선단부는 원통을 해당원통의 축과 비스듬히 교차하는 평면을 따라서 절단한 형상으로 이루어지는 것이 바람직하나, 노즐블록(110) 일부분의 노즐(42) 선단부가 나팔관 모양의 형상을 가지는 것도 가능하다.The tip of the
컬렉터(150)는 노즐블록(110) 보다 위쪽에 배치되어 있으며, 도전체로 이루어지고, 절연부재(152)를 통하여 케이스(102)에 취부되어 있다. 이때 상기 케이스(102)가 절연체로 이루어지거나, 케이스(102)의 상부는 절연체로, 하부는 도전체로 혼용되어 적용되는 경우에는 절연부재(152)를 삭제하는 것도 가능하다.The
전원장치(160)는 노즐블록(110)에 상향식으로 다수개 배열설치된 노즐(42)과 컬렉터(150)와의 사이에 고전압을 인가한다. 전원장치(160)의 정극은 컬렉터(150)에 접속되고, 전원장치(160)의 부극은 케이스(102)를 통하여 노즐블록(110)에 접속되어 있다.The
상기 노즐블록(110)의 방사용액을 토출구로부터 상향의 컬렉터(150)를 향하여 나노섬유를 토출하는 노즐(42)을 통해 제작된 나노섬유는 장척시트에 퇴적되어 균일한 두께를 유지하면서 이동한다.The nanofibers produced through the
이때, 전기방사 나노섬유는 전기방사가 가능한 합성수지 재질을 방사하여 제조된 평균직경이 50~1000nm의 섬유로, 상기 전기방사가 가능한 합성수지 재질은 별도로 제한받지 아니하나, 예를 들면 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴플루라이드, 나일론, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리우레탄(PUR), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), 폴리비닐부틸랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리올레핀, 폴리유산(PLA), 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리유산글리롤산(PLGA), 실크, 셀룰로오스, 키토산 등이 있으며, 그 중 폴리프로필렌(PP)재질의 소재와 내열성 고분자 물질인 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리 비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]과 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등의 폴리머로 이루어진 군이 상용적으로 널리 사용되고 있다.In this case, the electrospun nanofiber is a fiber having an average diameter of 50 to 1000 nm manufactured by spinning a synthetic resin material capable of electrospinning, and the synthetic resin material capable of electrospinning is not limited, but polypropylene (PP) , Polyethylene terephthalate (PET), polyvinylidene fluoride, nylon, polyvinyl acetate, polymethylmethacrylate, polyacrylonitrile (PAN), polyurethane (PUR), polybutylene terephthalate (PBT) (PVA), polyethylene naphthalate (PEN), polyamide (PA), polyvinyl alcohol (PVA), polyethyleneimine (PVA), polyvinyl butyral, polyvinyl chloride, polyethyleneimine, polyolefin, Polyethylene glycol (PEI), polycaprolactone (PCL), polylactic acid glyceric acid (PLGA), silk, cellulose and chitosan. Among them, polypropylene (PP) , Aromatic polyesters such as polyimide, polyamideimide, poly (meta-phenylene isophthalamide), polysulfone, polyether ketone, polyetherimide, polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, Polyphosphazenes such as polytetrafluoroethylene, polydiphenoxaphospazene, and polybis [2- (2-methoxyethoxy) phosphazene], polyurethane copolymers including polyurethane and polyether urethane, Cellulose acetate propionate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate and the like are widely used commercially.
더 바람직하게는 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다. More preferably, it is one or more selected from the group consisting of polyurethane, polyvinylidene fluoride and polyethylene terephthalate.
먼저 폴리우레탄은 알코올기와 아이소사이안산기의 결합으로 만들어진 우레탄 결합으로 결합된 고분자 화합물을 총칭한다. 대표적으로는 합성섬유로 만들어진 스판덱스가 있고, 우레탄계 합성고무도 널리 사용된다. 다시 말해, 폴리우레탄은 주사슬의 반복당위 중에 우레탄 결합(-NHCOO-)기를 갖는 고분자 화합물을 총칭한다. 상기와 같은 폴리우레탄은 폴리아미드와 폴리에스테르 중간의 성질을 보이는데, 흡습성은 폴리아미드보다 작고, 상대습도 65%에서 1 내지 1.5%를 나타낸다. 내마모성, 내약품성, 내용제성이 좋고 내노화성, 산소에 대한 안정성이 뛰어난 장점이 있다. First, polyurethanes are collectively referred to as polymer compounds bonded by an urethane bond formed by the combination of an alcohol group and an isocyanate group. Typically, there are spandex made of synthetic fibers, and urethane-based synthetic rubber is widely used. In other words, the polyurethane is collectively referred to as a polymer compound having a urethane bond (-NHCOO-) group during the repeating of the main chain. Such a polyurethane exhibits properties intermediate between polyamide and polyester, and hygroscopicity is smaller than that of polyamide and exhibits 1 to 1.5% at relative humidity of 65%. It has the advantages of abrasion resistance, chemical resistance, solvent resistance, aging resistance and oxygen stability.
한편, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF; 이하 PVDF라 칭한다)는 플루오로계열의 고분자 중 하나로, 플루오로 수지는 플루오린을 함유하여 열적, 화학적 성질이 뛰어나다.On the other hand, polyvinylidene fluoride (PVDF) (hereinafter referred to as PVDF) is one of the fluorine-based polymers, and the fluororesin contains fluorine, which is excellent in thermal and chemical properties.
반응식1. PVDF의 제조Reaction 1. Manufacture of PVDF
PVDF는 상기 반응식 1과 같은 과정으로 제조되며, 다른 플루오로 수지에 비해 녹는점(177)과 밀도(1.78)가 낮고, 단가가 싸며, 화학적으로 매우 안정하여, 전기줄의 절연에 이용되며, 건물의 외벽을 바르는 고급 페인트로도 쓰인다.PVDF is prepared by the same process as in the above reaction formula 1, and has a melting point (177) and a density (1.78) lower than those of other fluororesin, and is cheap in chemical cost and low in unit cost. It is also used as an advanced paint for exterior walls.
또한, PVDF는 압전성을 나타내는 대표적인 유기물질로 1960년대부터 많은 연구가 진행되어 왔다. PVDF 고분자 내에는 4가지 종류의 결정이 혼재하는데, 이것은결정형태에 따라 α,β,γ 그리고 δ형의 최소 4가지의 형태로 구분 할 수 있다. 그 중 PVDF의 β형 결정은 트랜스형 분자쇄가 평행으로 충진된 것으로 모노머가 갖는 영구쌍극자가 모두 한 방향으로 배열되어 큰 자발 분극을 나타낸다. 이는 연신을 통하여 PVDF 분자를 규칙적으로 배열하여 집합상태에 이방성을 부여함으로써 압전성을 가질 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 압전 특성을 향상시키기 위하여, PVDF 섬유 내 β형 결정을 증가시키는 다양한 방법들이 연구되고 있다.In addition, PVDF is a representative organic material exhibiting piezoelectricity, and many studies have been conducted since the 1960s. In PVDF polymer, four kinds of crystals are mixed, and it can be divided into at least four types of α, β, γ and δ type depending on crystal form. Among them, β-type crystals of PVDF are filled with trans-type molecular chains in parallel, and all of the permanent dipoles of the monomers are aligned in one direction and exhibit large spontaneous polarization. This means that PVDF molecules are arranged regularly through stretching to impart piezoelectricity by giving anisotropy to the aggregated state. In order to improve such piezoelectric properties, various methods for increasing the? -Form crystal in the PVDF fiber have been studied.
또한 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 흔히 PET(Polyethylene terephthalate)라고도 하는데, 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 축합중합하여 얻을 수 있는 포화 폴리에스터이다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 테레프탈산다이메틸과 에틸렌글리콜을 150~230℃에서 가열하여 에스터교환 반응으로 Bis(β-하이드록시에틸)테레프탈레이트를 얻는다. Bis(β-하이드록시에틸)테레프탈레이트를 1토르(torr) 이하에서 270∼300℃로 가열하면 중축합이 이루어지면서 에틸렌글리콜을 내보내며 PET가 얻어진다. Bis(β-히드록시에틸)테레프탈레이트를 얻는 다른 방법은 고순도 테레프탈산과 에틸렌글리콜에 압력을 가하면서 약 230℃에서 반응시키는 것이다. 이러한 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 내열성, 강성, 전기적 성질 등이 뛰어나고, 높은 온도에 오랫동안 있어도 극한강도가 약간만 줄어드는 이점이 있다.Polyethylene terephthalate is also called PET (polyethylene terephthalate), which is a saturated polyester obtained by condensing terephthalic acid with ethylene glycol. Poly (ethylene terephthalate) is obtained by heating dimethyl and terephthalic acid at 150 to 230 ° C for ester exchange reaction to obtain bis (beta -hydroxyethyl) terephthalate. When bis (? -Hydroxyethyl) terephthalate is heated to 270 to 300 占 폚 at 1 torr or lower, polycondensation is carried out, and ethylene glycol is emitted to obtain PET. Another method of obtaining Bis (beta -hydroxyethyl) terephthalate is to react at about 230 [deg.] C while applying pressure to high purity terephthalic acid and ethylene glycol. Such polyethylene terephthalate is excellent in heat resistance, rigidity and electrical properties, and has an advantage that the extreme strength is slightly reduced even at a high temperature for a long time.
한편, 상기 방사용액은 고분자를 용매에 용해시켜 제조하는데, 용매의 종류 또한 고분자를 용해시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않으며, 예를 든다면 페놀, 포름산, 황산, m-크레솔, 티플루오르아세트앤하이드라이드/다이클로로메테인, 물, N-메틸모폴린 N-옥시드, 클로로폼, 테트라히드로푸란과 지방족 케톤군인 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 지방족 수산기 군인 m-부틸알콜, 이소부틸알콜, 이소프로필알콜, 메틸알콜, 에탄올, 지방족 화합물인 헥산, 테트라클로로에틸렌, 아세톤, 글리콜군으로서 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 할로겐 화합물군으로 트리크롤로에틸렌, 다이클로로메테인, 방향족 화합물 군인 톨루엔, 자일렌, 지방족 고리 화합물군으로서 사이클로헥사논, 시클로헥산과 에스테르군으로 n-부틸초산염, 초산에틸, 지방족에테르군으로 부틸셀로살브, 아세트산2-에톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 아미드로 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등을 사용할 수 있으며, 복수 종류의 용매를 혼합하여 이용할 수 있다. 방사용액에는 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유하는 것이 바람직하다.On the other hand, the spinning solution is prepared by dissolving the polymer in a solvent, and the type of the solvent is not limited as long as it can dissolve the polymer, and examples thereof include phenol, formic acid, sulfuric acid, m-cresol, Methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, aliphatic hydroxyl group, m-butyl alcohol, isobutyl alcohol, isobutyl alcohol, isobutyl alcohol, isopropyl alcohol, Hexane, tetrachlorethylene, acetone, propylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol as a glycol group, trichlorethylene as a group of halogen compounds, dichloromethane, aromatic compounds such as methylene chloride, Toluene, xylene, aliphatic cyclic compound groups such as cyclohexanone, cyclohexane and ester groups such as n-butyl acetate, ethyl acetate, Group ether group in salbeu, ethyl 2-butyl-cell-ethoxyethanol, may be used. Ethoxyethanol, dimethylformamide to, dimethylacetamide or the like 2 can be used a mixture of a plurality kinds of solvents. The spinning solution preferably contains an additive such as a conductivity improver.
한편, 상기 컬렉터(150)의 외측에는 보조 벨트장치가 구비되며, 상기 보조벨트장치(170)는 장척시트의 이송속도에 동기하여 회전하는 보조벨트(172)와, 보조벨트(172)의 회전을 돕는 보조벨트용 롤러(174)와 보조벨트(172)의 구동을 위한 보조벨트 구동장치로 구성된다. The
이때, 보조벨트용 롤러(174)는 보조벨트 구동장치에 의하여 보조벨트(172)를 회전시키는 것이 바람직하나, 마찰계수가 낮은 롤러를 사용하여 별도의 구동장치가 없이 장척시트의 이송을 보조하는 것도 가능하다.At this time, it is preferable that the
주저장 탱크(210)는 나노섬유의 원료가 되는 방사용액을 저장한다. 주저장 탱크(210)내에는 방사용액의 분리나 응고를 방지하기 위한 교반장치(211)를 내부에 구비한다.The
제2 이송배관(216)은 상기 주저장 탱크(210) 또는 재생탱크(230)에 접속된 파이프와 밸브(233)로 구성되어 있고, 상기 주저장 탱크(210) 또는 재생탱크(230)로부터 중간탱크(220)에 방사용액을 이송한다.The
제2 이송제어장치(218)는 상기 제2 이송배관(216)의 밸브(212, 213, 214)를 제어함으로써, 제2 이송배관(216)의 이송동작을 제어한다. 밸브(212, 213, 214)는 주저장 탱크(210)로부터 중간탱크(220)로의 방사용액의 이송을 제어하며, 재생탱크(230)로부터 중간탱크(220)로의 방사용액의 이송을 제어하고, 주저장 탱크(210) 및 재생탱크(230)로부터 중간탱크(220)에 유입하는 방사용액의 양을 제어한다.The second
상기와 같은 제어방법은 후술하는 중간탱크(220)의 구비된 제2 센서(222)로 계측된 방사용액의 액면높이에 따라서 제어된다.The control method as described above is controlled according to the liquid surface height of the spinning solution measured by the
중간탱크(220)는 주저장 탱크(210) 또는 재생탱크(230)로부터 공급된 방사용액을 저장하고, 노즐블록(110)으로 상기 방사용액을 공급하며, 공급된 방사용액의 액면높이를 측정하는 제2 센서(222)를 구비하고 있다. The
상기 제2 센서(222)는, 액면높이 측정이 가능한 센서면 가능하고, 예를 들면 광센서 혹은 적외선 센서 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.The
상기 중간탱크(220)의 하부에는 노즐블록(110)으로 방사용액을 공급하는 공급배관(24)과 공급제어밸브(242)가 구비되어 있는데, 상기 공급제어밸브(242)는 상기 공급배관(240)의 공급동작을 제어한다.A supply pipe 24 and a
재생탱크(230)는 오버플로우되어 회수된 방사용액을 저장하고 방사용액의 분리나 응고를 방지하기 위한 교반장치(231)를 내부에 갖고, 회수된 방사용액의 액면높이를 측정하는 제1 센서(232)를 구비하고 있다.The
상기 제1 센서(232)는, 액면높이 측정이 가능한 센서면 가능하고, 예를 들면 광센서 혹은 적외선 센서 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.The
한편, 노즐블록(110)에서 오버플로우된 방사용액은 노즐블록(110) 하부에 구비된 방사용액 회수 경로(250)를 통하여 회수된다. 상기 방사용액 회수 경로(250)는 제1 이송배관(251)을 통해 재생탱크(230)로 방사용액을 회수한다.On the other hand, the spinning solution overflowed in the
한편, 제1 이송배관(251)은 상기 재생탱크(230)에 접속되는 파이프와 펌프를 구비하고, 상기 펌프의 동력으로 방사용액을 방사용액 회수경로(250)로부터 재생탱크(230)로 이송한다.The
이때, 재생탱크(230)는 적어도 하나 이상인 것이 바람직하며, 2개 이상인 경우에는 상기 제1 센서(232)와 밸브(233)가 복수개로 구비되는 것도 가능하다.At this time, it is preferable that at least one of the
이어서, 재생탱크(230)가 2개 이상인 경우, 재생탱크(230) 상부에 위치한 밸브(233)도 복수로 구비됨에 따라 제1 이송제어장치(미도시)는 상기 재생탱크(230)에 구비된 상기 제1 센서(232)의 액면높이에 따라서 상부에 위치한 2개 이상의 밸브를 제어하여 방사용액을 복수의 재생탱크(230) 중 어느 하나의 재생탱크(230)로 이송할지에 대하여 제어한다.When the number of the
2. 폴리머 용액(고분자)의 온도조절 시스템2. Temperature control system of polymer solution (polymer)
전기방사를 위해 폴리머 용액을 사용한다. 일반적으로 기존의 발명들은 폴리머 용액의 농도를 일정하게 유지하기 위해 희석제, 농도 조절 장치들을 구비한다. 이러한 희석제로는 MEK(methyl ether ketone), THF(tetra hydro furan), Alcohol 등이 사용된다. 노즐블록(110)을 통해 전기방사되어 컬렉터(150)에 집적되는 폴리머 용액 이외에 오버플로우 시스템(200)을 통해 회수되는 폴리머 용액의 농도는 주저장 탱크(210)로부터 최초에 공급되는 폴리머 용액의 농도보다 높은 농도를 가지게 되는데, 기존 전기방사시에는 이러한 폴리머 용액의 농도를 일정수준으로 유지하기 위하여 희석제를 첨가하였다. 또한 희석제로 사용되는 MEK 또는 THF 등은 끓는점(b.p)이 낮아(약 60℃) 전기방사시에 용매인 DMAc 단독으로 사용하는 경우보다 비산성이 좋아 나노섬유형성이 용이하다. A polymer solution is used for electrospinning. Generally, the existing inventions have a diluting agent and concentration adjusting devices to keep the concentration of the polymer solution constant. MEK (methyl ether ketone), THF (tetrahydrofuran), and alcohol are used as the diluent. The concentration of the polymer solution recovered through the
그러나 본원발명은 농도를 일정하게 유지하는 대신, 재사용되는 고농도의 폴리머 용액을 오버플로우 후에 다시 사용하되 폴리머 용액의 점도를 온도조절 제어장치(60)를 이용하여 일정하게 조절함으로써 전기방사의 효율을 높이는 수단을 제공하며 희석제의 사용이 없이도 높은 점도를 조절하기 위한 높은 온도조건에서 비산성이 우수하여 폴리머 용액의 나노섬유형성을 용이하게 할 수 있다. 본 발명의 온도조절 제어장치(60)는 폴리머 용액의 점도를 측정하고 이에 따라 방사온도를 제어하는 것이 가능하다.However, in the present invention, instead of maintaining the concentration constant, the high-concentration polymer solution to be reused is used again after the overflow, and the viscosity of the polymer solution is controlled to be constant using the
점도란 흐르는 액체 내에서 용질과 용매의 비뚤어짐 응력과 비뚤어짐 속도의 비율을 의미한다. 일반적으로 절단면적당 점탄율로 표시하며 단위는 dynscm-2gcm-1s-1또는 푸아즈(poise, P)이다. 점도는 온도 상승에 반비례하여 저하된다. 용해액의 점도가 용매의 점도보다 높은 것은 용질에 따라 액체의 흐름에 비뚤어짐이 생기며 그 양만큼 액체의 유속이 저하되기 때문이다. The viscosity refers to the ratio of the skew stress and the skewness rate of solute and solvent in the flowing liquid. In general, it is expressed in terms of the point dryness per cutting area, and the unit is dynscm-2gcm-1s-1 or poise (P). The viscosity decreases in inverse proportion to the temperature rise. If the viscosity of the solution is higher than the viscosity of the solvent, the flow of the liquid is distorted depending on the solute, and the flow rate of the liquid is lowered by the amount.
용액의 점도를 각종 용액농도로 측정하여 그것을 농도 0에 외삽한 값, 고유점도(η)와 물질의 분자량M의 관계는 (η)=KMa로 표시할 수 있다. 이때의 K, a는 용질또는 용매의 종류, 온도에 의존하는 정수이다. 따라서, 점도값은 온도에 영향을 받으며 그 변화정도는 유체의 종류에 따라 다르다. 따라서, 점도를 이야기할 때에는 온도 및 점도의 값을 명시해야 한다.The viscosity of the solution is measured at various solution concentrations and extrapolated to a concentration of 0, and the relationship between the intrinsic viscosity (?) And the molecular weight M of the substance can be expressed as (?) = KMa. In this case, K, a is an integer depending on the type of solute or solvent and the temperature. Therefore, the viscosity value is affected by the temperature, and the degree of the change depends on the type of fluid. Therefore, when talking about viscosity, the values of temperature and viscosity should be specified.
전기방사장치(1)로 나노섬유를 제조할 때에, 사용되는 고분자와 용매(Solvent)의 종류, 고분자 용액의 농도, 방사실(Spinningroom)의 온도 및 습도 등이 제조되는 나노섬유의 섬유직경과 방사성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 즉, 전기방사에서 방사되는 고분자(폴리머 용액)의 물성이 중요하다. 통상적으로 전기방사시에 고분자의 점도는 일정 점도이하를 유지하는 것이 필요한 것으로 여겨져 왔다. 이는 점도가 높을수록 노즐(42)을 통해 나노 굵기의 섬유의 방사가 원활이 이루어지지 않는 특성에서 기인하며 점도가 높으면 전기방사를 통해 섬유화 하기에 부적당하다.When fabricating the nanofiber with the electrospinning device 1, the fiber diameter and radioactivity of the nanofiber produced, such as the type of polymer and solvent used, the concentration of the polymer solution, the temperature and humidity of the spinning room, And the like. That is, the physical properties of the polymer (polymer solution) emitted from electrospinning are important. It has been considered that it is usually necessary to maintain the viscosity of the polymer at or below a predetermined viscosity at the time of electrospinning. This is because the higher the viscosity is, the more the nano-sized fibers are not radiated smoothly through the
본원발명은 상기에서 설명한 바와 같이 전기방사에 적합한 섬유점도를 유지하기 위하여 온도조절 제어장치(60)로 점도를 조절하기 위한 온도조절 제어장치(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that it includes a
상기 온도조절 제어장치(60)로는 오버플로우를 통해 재사용되는 높은 점도의 폴리머 용액의 점도를 낮게 유지할 수 있는 가열장치와 상대적으로 낮은 점도의 폴리머 용액의 점도를 높게 유지할 수 있는 냉각장치 모두 또는 어느 하나를 구비할 수 있다.As the
전기방사 영역에서의 온도에 있어서, 전기방사가 일어나는 영역(이하, '방사영역'이라 한다)의 온도는 방사용액의 점도를 변화시킴으로써 방사 용액의 표면장력을 변화시키므로, 결국 방사된 나노섬유의 직경에 영향을 미치게 된다.In the temperature in the electrospinning region, the temperature of the region where the electrospinning occurs (hereinafter, referred to as the 'radiating region') changes the surface tension of the spinning solution by changing the viscosity of the spinning solution, . ≪ / RTI >
즉, 방사영역의 온도가 상대적으로 높아서 용액의 점도가 낮으면 섬유직경이 상대적으로 가는 나노섬유가 만들어지고, 온도가 상대적으로 낮아서 용액의 점도가 높으면 섬유직경이 상대적으로 굵은 나노섬유가 만들어진다.That is, when the temperature of the radiation region is relatively high, the nanofiber having a relatively small fiber diameter is produced when the viscosity of the solution is low, and the nanofiber having relatively large fiber diameter is produced when the viscosity of the solution is relatively high because the temperature is relatively low.
농도를 측정하기 위한 농도측정장치는 용액에 직접 접촉하는 접촉식과 비접촉식이 있으며, 접촉식으로는 캐필리러식 농도측정장치, 디스크(DISC)식 농도측정장치 등이 사용될 수 있으며, 비접촉식으로는 자외선을 이용한 농도측정장치 또는 적외선을 이용한 농도측정장치 등을 사용할 수 있다.The concentration measuring device for measuring the concentration has a contact type and a non-contact type in direct contact with a solution, and a capillary type concentration measuring device and a disk (DISC) type concentration measuring device can be used as a contact type. A concentration measuring device using the infrared or a concentration measuring device using infrared can be used.
본 발명의 가열장치는 전열히터, 온수순환장치 또는 온풍 순환 장치등으로 이루어 질 수 있으며, 이외에 상기 장치들과 균등한 범위에서 온도를 높일수 있는 장치들을 차용할 수 있다. The heating device of the present invention may be an electric heater, a hot water circulating device, a hot air circulating device, or the like. In addition, devices capable of raising the temperature in the same range as the above devices can be borrowed.
가열장치의 일예로 전열히터는 열선형태로 사용될 수 있으며, 노즐블록(110)의 관체(43)내부에 코일형태의 열선(62a, 62b)을 장착할 수 있으며, 이는 자킷형태로도 변형가능하다(도 3 내지 도 8 참고).As an example of the heating device, the electro-thermal heater may be used in the form of a hot wire, and coil-shaped
또한, 선형형태의 열선(62a, 62b) 및 U자 형태의 파이프(63)의 구성을 지닌 것도 가능하다.It is also possible to have the configuration of the
상기와 같은 가열장치는 폴리머 용액이 방사되는 노즐블록(110), 폴리머 용액이 저장되는 탱크(주저장 탱크, 중간탱크 또는 재생탱크) 및 오버플로우 시스템(200 : 특히 회수부로부터 재생탱크로 이송되는 이송배관)중 어느 하나 이상에 구비될 수 있다.The heating device includes a
본 발명의 냉각장치는 칠링장치를 포함한 냉각수단등이 사용될 수 있으며, 폴리머 용액의 일정점도를 유지하기 위한 수단은 통상적으로 적용이 가능하다. 냉각장치는 가열장치와 동일하게 노즐블록(110), 탱크 및 오버플로우 시스템(200) 중 어느 하나 이상에 구비될 수 있으며, 폴리머 용액의 일정점도를 유지하기 위해 사용된다.The cooling device of the present invention may be a cooling device including a chilling device, and the means for maintaining a constant viscosity of the polymer solution is usually applicable. The cooling device may be provided in at least one of the
또한, 본 발명의 온도조절 제어장치(60)는 농도를 측정하는 센서와 이에 따라 온도를 제어하는 온도조절 제어부(미도시)를 포함한다.In addition, the
상기 센서는 주저장 탱크(210), 중간탱크(220), 재생탱크(230), 노즐블록(110) 또는 오버플로우 시스템(200) 등에 설치되어 방사용액의 농도를 실시간으로 측정하여 이를 온도조절 제어장치(60)에서 점도가 일정하게 유지되도록 가열장치 및/또는 냉각장치를 작동한다.The sensor is installed in the
본 발명의 오버플로우 시스템(200)을 통해 재공급 되는 폴리머 용액의 농도는 20 내지 40%이며, 이는 통상적인 전기방사에서 사용되는 폴리머 용액의 농도인 10 내지 18%에 비해 고농도의 용액이다.The concentration of the polymer solution re-supplied through the
또한, 본 발명의 재공급 되는 폴리머 용액의 점도를 일정하게 하기 위해, 폴리머 용액의 농도에 따른 폴리머 용액의 온도는 상온이 아닌, 45 내지 120 ℃로 조절되는 것을 특징으로 한다.In addition, the temperature of the polymer solution according to the concentration of the polymer solution is adjusted to 45 to 120 캜, rather than the room temperature, in order to maintain the viscosity of the polymer solution to be supplied again.
한편, 본 발명의 폴리머 용액은 점도는 1,000 내지 5,000 cps가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1,000 내지 3,000 cps 의 점도가 좋다. 점도가 1,000 cps 이하일 경우 전기방사되어 적층되는 나노섬유의 품질이 불량하며, 점도가 3,000 cps 이상일 경우 전기방사시 노즐(42)로부터 폴리머 용액의 토출이 용이하게 되지 않아 생산속도가 느려진다. Meanwhile, the viscosity of the polymer solution of the present invention is preferably 1,000 to 5,000 cps, more preferably 1,000 to 3,000 cps. If the viscosity is 1,000 cps or less, the quality of the nanofibers to be electrospun is poor, and if the viscosity is 3,000 cps or more, the polymer solution can not be easily discharged from the
또한, 본원발명은 전기방사를 진행할수록 폴리머 용액의 점도는 일정하여 전기방사시의 방사용이성이 우수함과 동시에 폴리머용액의 농도가 증가하여 콜렉터에 집적되는 나노섬유 중 용매를 제외한 고형분 양의 증가로 생산성이 증대되는 효과가 있다.In the present invention, since the viscosity of the polymer solution is constant as the electrospinning progresses, the ease of spinning during electrospinning is excellent, and the concentration of the polymer solution is increased. As a result, the amount of solids in the nanofibers accumulated in the collector increases, There is an increasing effect.
이에 더해, 전기방사를 이용한 나노섬유의 잔존 용매량이 기존의 전기방사를 이용한 경우 보다 적어 우수한 품질의 나노섬유를 제조할 수 있다.In addition, the amount of the residual solvent of the nanofibers using electrospinning is lower than that of the conventional electrospinning, and thus it is possible to produce nanofibers of excellent quality.
또한, 본 발명의 온도조절 제어장치(60)는 오프라인 상으로 작업자가 중간탱크(220)의 농도를 측정하여 노즐블록(110)이나 주저장탱크(210)의 온도조절을 통해 폴리머 용액의 점도를 제어할 수 있는 수동식이 가능함과 동시에, 온라인상으로 자동제어 시스템을 통해 농도측정에 따라 해당 용액의 온도를 조절할 수 있는 자동식인 것을 포함한다.The
이하에서는 온도조절 제어장치(60)를 구비하여 점도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 전기방사전기방사를 이용한 나노섬유 제조방법에 대해 설명한다. 그러나 하기 제조방법은 본 발명의 일 제조방법에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a method for fabricating nanofibers using electrospinning electrospinning will be described in which a
나노섬유 제조방법은 폴리머 용액이 저장된 주저장 탱크(210)로부터 폴리머 용액이 노즐블록(110)으로 공급되는 공급단계를 포함한다. 이때 주저장 탱크(210)에 유입되는 폴리머 용액의 종류는 상기에서 설명한 폴리머 용액이 다양하게 사용될 수 있다.The nanofiber manufacturing method includes a supplying step in which the polymer solution is supplied from the
주저장 탱크(210)로부터 노즐블록(110)으로 공급된 폴리머 용액은 노즐(42)을 통해 컬렉터(150)에 전기방사되어 나노섬유층을 적층하는 전기방사단계를 포함한다. 전기방사단계에서는 노즐블록(110)과 컬렉터(150) 간의 거리를 평균적으로 20 내지 50 cm로 조절하고, 인가전압을 10 내지 40kV로 조절하고, 폴리머 용액의 유량, 온도 및 습도는 전기방사에 있어서 통상의 범위로 설정할 수 있다.The polymer solution supplied from the
전기방사단계에서 노즐블록(110)에서 전기방사되는 폴리머 용액의 30 내지 10%만이 나노섬유화 되며 나머지 70 내지 90%의 폴러머 용액은 나노섬유화 되지 못한다. 이렇게 나노섬유화 되지 못한 폴리머 용액은 오버플로우 시스템(200)을 통해 재생탱크(230)로 수거 및 수집되는 회수단계를 거친다.Only 30% to 10% of the polymer solution electrospun in the
이후 재생탱크(230)에 저장된 폴리머 용액은 바로 노즐블록(110)으로 재공급될 수 있으며, 이에 더해 주저장 탱크(210)로부터 재생탱크(230)로 폴리머 용액이 유입되어 재생탱크(230)에 저장되는 저장단계를 거쳐 노즐블록(110)으로 재공급될 수 있다.The polymer solution stored in the
이 후 재생탱크(230)로부터 폴리머 용액이 노즐블록(110)으로 재공급되는 재공급단계를 거치게 되며 이때 폴리머 용액의 점도를 일정하게 조절하기 위해 노즐블록(110)에 온도조절 제어장치(60)가 설치된다. 또한, 온도조절 제어장치(60)는, 노즐블록(110) 뿐만 아니라 오버플로우 시스템(200)과, 재생탱크(230) 또는 주저장 탱크(210) 어느 하나에 설치 될 수 있다.Thereafter, the polymer solution is supplied from the
상기 나노섬유 멤브레인은 평량이 3 내지 15g/m2인 것이 바람직하며, 제조되는 나노섬유 멤브레인의 두께로는 3 내지 20㎛인 것이 바람직하다. 여기서 평량이 3g/m2미만 또는 두께가 3㎛ 미만인 경우 기계적 물성이 떨어지는 문제가 있으며, 평량이 15g/m2 초과 또는 두께가 20㎛를 초과하면 공기투과도 및 방수도의 물성이 떨어지는 문제가 발생한다. 또한 본 발명에 의해 제조되는 나노섬유 멤브레인의 공기투과도는 0.1 내지 2cm3/cm2/sec인 것이 바람직하며 투습도는 20,000 이하인 것을 특징으로 한다.Preferably, the nanofiber membrane has a basis weight of 3 to 15 g / m < 2 > and a thickness of the nanofiber membrane is 3 to 20 m. If the basis weight is less than 3 g / m < 2 > or the thickness is less than 3 mu m, the mechanical properties are deteriorated. If the basis weight exceeds 15 g / m 2 or the thickness exceeds 20 m, the properties of air permeability and waterproofness are deteriorated. The air permeability of the nanofiber membrane produced by the present invention is preferably 0.1 to 2 cm 3 / cm 2 / sec and the moisture permeability is 20,000 or less.
*상기와 같이 제조된 나노섬유 멤브레인은 자카드 직물과 헤링본 사이에 위치시켜 3층으로 구성하여 신발 갑피용 3층 원단을 최종적으로 제조한다. 여기서 3층 원단의 중간층을 이루고 있는 나노섬유 멤브레인의 일면 또는 양면에는 접착제가 도포되고 라미네이팅 되는 것도 가능하다. * The nanofiber membrane manufactured as above is composed of 3 layers between jacquard fabrics and herringbone to finally produce 3 layer fabrics for shoe upper. Here, it is also possible that an adhesive is applied to one side or both sides of the nanofiber membrane constituting the intermediate layer of the three-layer fabric and laminated.
상기 접착제로는 저융점 폴리머 또는 접착제를 도포함으로서 사용하는 것이 가능하며, 접착제로 사용되는 물질을 별도로 전기방사하는 방식도 가능하다.The adhesive may be applied by applying a low-melting-point polymer or an adhesive, or alternatively, a material used as an adhesive may be separately electrospun.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 나노섬유 멤브레인 및 이를 포함하고 있는 신발 갑피용 원단의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of fabricating a nanofiber membrane according to an embodiment of the present invention and a fabric for a shoe upper comprising the nanofiber membrane will be described.
자카드 직물과 헤링본을 각각 준비하는 단계, 전기방사를 통해 나노섬유 멤브레인을 제조하는 단계, 나노섬유 멤브레인의 양면에 상기 자카드 직물과 헤링본을 적층형성하는 단계; 및 적층형성된 적층체를 라미네이팅하는 단계;를 포함하여 신발 갑피용 원단을 제조한다.Preparing a jacquard fabric and a herringbone respectively, fabricating a nanofiber membrane through electrospinning, laminating the jacquard fabric and the herringbone on both sides of the nanofiber membrane; And laminating the laminated laminated body to produce a fabric for a shoe upper.
여기서, 상기 나노섬유 멤브레인을 제조하는 단계는 45 내지 120℃인 고온에서 전기방사되어 제조되는 것을 특징으로 하며, 나노섬유 멤브레인을 구성하는 고분자로는 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 한다.The step of preparing the nanofiber membrane is characterized in that the nanofiber membrane is prepared by electrospinning at a high temperature of 45 to 120 DEG C, and the polymer constituting the nanofiber membrane may be polyurethane, polyvinylidene fluoride or polyethylene terephthalate And at least one kind selected from the group consisting of
이와 같이 제조된 신발갑피용 원단은 신발 갑피로 사용되기에 방수성과 공기투과성을 동시에 만족함으로서 신발용 원단으로 사용되기에 적합하다. Since the fabric for the shoe upper manufactured as described above is used as a shoe upper, it is suitable to be used as a shoe fabric because it satisfies the waterproof property and the air permeability at the same time.
이하에서는 본 발명의 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the embodiments are only examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
[실시예 1][Example 1]
폴리우레탄 20중량%를 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 80중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 20%, 점도 1000cps인 방사용액을 제조하고 원료탱크에 구비하였다. 이후 상기 원료탱크로부터 방사용액을 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 50℃, 습도 50%로 지지체 상에 전기방사 하였다. 이후, 방사공정을 거치며 방사되지 못하고 오버플로우된 방사용액이 다시 저장탱크의 하나인 원료탱크로 구비되는 과정에서 원료탱크 내 방사용액의 농도가 25%로 변경되었고, 이에 따라 점도는 2000cps로 변경되었다. 이후 점도를 1000cps로 낮추기 위해 온도제어 장치에 의해 방사되는 노즐의 온도를 65℃로 상승시킨 후 지지체 상에 전기방사하여 나노섬유 멤브레인을 얻었다. 여기서 제조된 나노섬유 멤브레인의 평량은 7g/m2이고 두께는 14㎛였다. 이후 나노섬유 멤브레인 일면에는 폴리에스테르 100%이고 평량이 585g/yard2이고 폭이 59인치인 자카드 직물을 위치시켰다. 상기 자카드 직물의 경사는 폴리에스테르 150D/48F이었으며, 위사는 3개의 폴리에스테르 600D/192F DTY SD로 구성된 혼합사인 것을 특징으로 한다. 또한 상기 나노섬유 멤브레인의 다른 일면에는 나일론 70데니어 원사와 폴리에스테르 75데니어 원사가 혼합비 35:65로 구성된 헤링본을 위치시킨다. 여기서 상기 헤링본의 평량은 140g/m2이고 폭은 64인치였다. 상기와 같이 나노섬유 멤브레인의 양면에 각각 자카드 직물과 헤링본을 위치시켜 적층된 적층체를 라미네이팅하여 신발 갑피용 원단을 제조하였다. 20% by weight of polyurethane was dissolved in 80% by weight of a solvent of N-N-dimethylacetamide (DMAc) to prepare a spinning solution having a concentration of 20% and a viscosity of 1000 cps. Thereafter, the spinning liquid was moved from the raw material tank to the nozzle block, and then the distance between the nozzle block and the collector was 20 cm, the applied voltage was 15 kV, the spinning liquid flow rate was 0.1 mL / h, the temperature was 50 ° C, and the humidity was 50%. Thereafter, the concentration of the spinning solution in the raw material tank was changed to 25% in the course of providing the spinning solution which was not radiated through the spinning process and overflowed to the raw material tank which is one of the storage tanks again, and the viscosity was changed to 2000 cps . Thereafter, in order to lower the viscosity to 1000 cps, the temperature of the nozzle radiated by the temperature control device was raised to 65 DEG C, and then electrospun on the support to obtain a nanofiber membrane. The basis weight of the nanofiber membrane prepared here was 7 g / m 2 and the thickness was 14 μm. On one side of the nanofiber membrane, a jacquard fabric with 100% polyester, a basis weight of 585 g / yard2 and a width of 59 inches was placed. The warp of the jacquard fabric was polyester 150D / 48F and the yarn was a mixed yarn composed of three polyester 600D / 192F DTY SD. On the other side of the nanofiber membrane, a nylon 70 denier yarn and a polyester 75 denier yarn are placed at a mixing ratio of 35:65. Wherein the herringbone had a basis weight of 140 g / m 2 and a width of 64 inches. The jacquard fabric and the herringbone were placed on both sides of the nanofiber membrane as described above, and the laminated laminate was laminated to fabric the shoe upper fabric.
[실시예 2][Example 2]
방사용액으로 사용되는 고분자로 폴리우레탄을 폴리비닐리덴 플루오라이드로 변경하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 신발 갑피용 원단을 제조하였다.A fabric for a shoe upper was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polyurethane used as a spinning solution was changed to polyvinylidene fluoride.
[실시예 3][Example 3]
방사용액으로 사용되는 고분자로 폴리우레탄을 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 변경하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 신발 갑피용 원단을 제조하였다.A fabric for shoe upper was prepared in the same manner as in Example 1, except that the polyurethane used as the spinning solution was changed to polyethylene terephthalate.
[실시예 4][Example 4]
나노섬유 멤브레인 양면에 에폭시 접착제를 도포한 후 자카드 직물과 헤링본을 위치시켜 적층된 적층체를 라미네이팅 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 신발 갑피용 원단을 제조하였다.A fabric for a shoe upper was prepared in the same manner as in Example 1, except that an epoxy adhesive was applied to both sides of the nanofiber membrane and the laminated laminate was laminated by placing the jacquard fabric and herringbone.
[비교예 1][Comparative Example 1]
나노섬유 멤브레인 대신에 두께가 14㎛인 폴리테트라플루오로에틸렌 필름을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 신발 갑피용 원단을 제조하였다.A fabric for a shoe upper was prepared in the same manner as in Example 1, except that a polytetrafluoroethylene film having a thickness of 14 μm was used in place of the nanofiber membrane.
실시예와 비교예에 의해 제조된 신발 갑피용 원단의 공기투과도 및 투습도를 측정하였다.Air permeability and moisture permeability of the fabric for shoe upper fabric manufactured by Examples and Comparative Examples were measured.
1. 공기투과도의 측정1. Measurement of air permeability
공기투과도는 가스투과분석기(GPA-2001, B,S chem. Co,. LTD)로 측정하였다.Air permeability was measured with a gas permeance analyzer (GPA-2001, B, S Chem. Co., LTD).
2. 투습도 측정2. Measurement of moisture permeability
투습도는 JIS L1099A-1에 의하여 측정하였다.The moisture permeability was measured according to JIS L1099A-1.
이에, 본 발명의 실시예 1 내지 4는 기존의 희석제를 사용하던 생산공정을 간소화하고 희석제의 폭발의 위험성을 줄이며, 방사온도를 높임으로 방사용액 농도를 증가시켜 나노섬유 멤브레인 제조의 생산성을 높일 수 있고, 제조된 나노섬유 멤브레인을 포함하는 신발 갑피용 원단이 공기투과도가 우수한 반면, 비교예는 공기투과도 측정이 불가하였다. 투습도에 있어서도 투습도가 비교예에 비하여 낮은 특성을 보여 방수성이 더 탁월함을 보이는 효과를 제공한다.Thus, Examples 1 to 4 of the present invention can simplify the production process using existing diluents, reduce the risk of explosion of the diluent, increase the spinning temperature by increasing the spinning temperature, and increase productivity of nanofiber membrane manufacturing And the fabrics for the shoe upper including the fabricated nanofiber membranes were excellent in air permeability, whereas the comparative example was unable to measure the air permeability. The water vapor permeability is lower than that of the comparative example in that the water vapor permeability is more excellent.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 신발 갑피용 원단은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.As described above, the fabric of the shoe upper according to the present invention is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments can be applied to all or part of the embodiments so that various modifications can be made. Some of which may be selectively combined.
1 : 전기방사장치, 42: 노즐,
43: 관체 60: 온도조절 제어장치,
62a, 62b: 열선 63: 파이프,
100, 100' : 유닛, 102 : 케이스,
110 : 노즐블록, 150 : 컬렉터,
152 : 절연부재, 160 : 전원장치,
170 : 보조벨트장치, 172 : 보조벨트,
174 : 보조벨트용 롤러, 200 : 오버플로우 시스템,
210 : 주저장 탱크, 211 : 교반장치,
212 : 밸브, 213 : 밸브,
214 : 밸브, 216 : 제2 이송배관,
218 : 제2 이송제어장치, 220 : 중간탱크,
222 : 제2 센서, 230 : 재생탱크,
231 : 교반장치, 232 : 제1 센서,
233 : 밸브, 240 : 공급배관,
242 : 공급제어밸브, 250 : 방사용액 회수 경로,
251 : 제1 이송배관.1: electrospinning device, 42: nozzle,
43: tube 60: temperature control device,
62a, 62b: heat line 63: pipe,
100, 100 ': unit, 102: case,
110: nozzle block, 150: collector,
152: insulating member, 160: power supply unit,
170: auxiliary belt device, 172: auxiliary belt,
174: Roller for auxiliary belt, 200: Overflow system,
210: main storage tank, 211: stirring device,
212: valve, 213: valve,
214: valve, 216: second transfer pipe,
218: second conveyance control device, 220: intermediate tank,
222: second sensor, 230: regeneration tank,
231: stirring device, 232: first sensor,
233: valve, 240: supply piping,
242: supply control valve, 250: circulating fluid recovery path,
251: First transfer piping.
Claims (7)
상기 자카드 직물 상에 적층되는 나노섬유 멤브레인; 및
상기 나노섬유 멤브레인 상에 적층되고, 나일론과 폴리에스테르로 구성된 헤링본;을 포함하는 신발 갑피용 원단에 대하여,
상기 자카드 직물의 평량은 500 내지 600g/yard2이고,
상기 헤링본은 나일론과 폴리에스테르의 혼합비가 30:70 내지 40:60이고, 평량은 130 내지 150g/m2이며,
상기 나노섬유 멤브레인은 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상이고, 평량은 3 내지 15g/m2이고, 두께는 3 내지 20㎛이며,
상기 신발 갑피용 원단의 공기투과도는 0.1 내지 2cm3/cm2/sec이고, 투습도는 20,000mmH2O이하인 것을 특징으로 하는 공기투과성 및 방수성이 있는 신발 갑피용 원단.
A jacquard fabric composed of polyester;
A nanofiber membrane laminated on the jacquard fabric; And
A fabric for a shoe upper which is laminated on said nanofiber membrane and comprises a herringbone consisting of nylon and polyester,
The basis weight of the jacquard fabric is 500 to 600 g / yard 2 ,
The herringbone is the mixing ratio of nylon and polyester 30:70 to 40:60, the basis weight is from 130 to 150g / m 2,
Wherein the nanofiber membrane is one or more selected from the group consisting of polyurethane, polyvinylidene fluoride and polyethylene terephthalate, the basis weight is 3 to 15 g / m 2 , the thickness is 3 to 20 탆,
Wherein the shoe upper has an air permeability of 0.1 to 2 cm 3 / cm 2 / sec and a moisture permeability of 20,000 mmH 2 O or less.
상기 나노섬유 멤브레인은 45 내지 120℃인 고온에서 전기방사되어 제조되는 것을 특징으로 하는 공기투과성 및 방수성이 있는 신발 갑피용 원단.
The method according to claim 1,
Wherein the nanofiber membrane is manufactured by electrospinning at a high temperature of 45 to 120 DEG C, and the air permeable and waterproof fabric for a shoe upper.
상기 나노섬유 멤브레인의 일면 또는 양면에 접착제가 도포되고 라미네이팅되는 것을 특징으로 하는 공기투과성 및 방수성이 있는 신발 갑피용 원단.The method according to claim 1,
Characterized in that an adhesive is applied and laminated on one or both sides of the nanofiber membrane, and the fabric is air permeable and waterproof.
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