KR100297473B1 - 원적외선을방사하는부직포및그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열가소성 수지로 되는 고분자 재료와 에어제트방식에 의하여 미분쇄된 원적외선 방사 세라믹 분말을 혼합하고, 용융방사하여 제조되는, 원적외선을 방사하는 부직포 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하여, 원적외선의 방사 효율이 높은 부직포가 제공된다.

Description

원적외선을 방사하는 부직포 및 그 제조방법

본 발명은 원적외선을 방사하는 부직포 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는, 열가소성 수지로 된 고분자 재료와 에어제트방식에 의하여 미분쇄된 원적외선 방사 세라믹 분말을 용융 방사하여 제조되는, 원적외선을 방사하는 부직포 및 그 제조방법에 관한 것이다.

부직포 산업은 국가의 경제성장에 따른 산업전반으로 용도의 확대, 가격 및 성능향상에 따라 기존 섬유를 대체하려는 노력과 새로운 용도창출에 크게 의존한다. 부직포는 현재, 전지분리막에서 자동차 내장재에 이르기까지 산업전반에 걸쳐 이용되고 있으며, 앞으로 부직포의 용도는 하이테크 섬유의 개발과 제조공정의 다양화로 고기능부직포 제품으로 전환될 것으로 전망된다.

한편, 원적외선이란 전자파의 일종으로서, 가시광선보다 파장이 긴 적외선의 일부를 가리킨다. 적외선은 0.76~1,000 미크론의 파장을 가지고 있으며, 원적외선은 5.6~1,000 미크론의 파장을 가지는 적외선을 가리킨다. 이중 우리 생활에서 유익하게 사용될 수 있는 파장은 6~14 미크론 정도이다. 원적외선은 방사에 의하여 생물체에 깊숙하게 침투하여 물분자를 활성화시킬 수 있어서, 생물체의 성장 촉진, 신진대사의 원활화 등에 기여하고, 음식의 숙성, 신선도 유지, 살균 작용 등을 하며, 에너지 효율이 높아 여러 분야에서 활용되고 있는 실정이다.

원적외선은 섬유에도 이용되고 있는 바, 원적외선 방사 세라믹을 코팅하거나 프린팅한 섬유로 만든 침구는 어깨결림, 요통 및 신경통 등의 증상을 없애주고, 스트레스, 불면증 해소 및 피로회복에도 효과가 있다. 또한, 원적외선 섬유로 만든 의복에서 방사되는 원적외선은 인체에 깊숙이 침투, 흡수되어 세포조직을 활성화시키고 신진대사를 촉진시키는 등의 사우나 효과를 주고, 인체에서 발생하는 열을 흡수, 방사시켜 줌으로써 보온효과가 탁월할 뿐만 아니라, 원적외선의 이온화 효과에 의해 몸냄새도 제거된다.

종래의 원적외선을 방사하는 섬유로는 섬유에 원적외선 방사 세라믹을 코팅하거나 프린팅하여 제조되는 것이외에도, 열가소성 수지와 원적외선 방사 세라믹을 혼합하여 만든 수지를 방사하여 제조된 것이 있다.

그러나, 전자의 것은 섬유의 제조후 원적외선 방사 세라믹의 코팅 또는 프린팅의 공정이 필요하고, 이러한 공정에 의하여 발생하는 환경오염의 문제점 등이 있다.

또한, 후자의 것은 원적외선 방사 세라믹의 제조시 밀폐된 용기안에 지르코니아 볼과 파쇄된 광석을 넣고 함께 돌려서 지르코니아 볼과 광석이 부딪혀서 분쇄가 되는 볼밀 분쇄방식을 사용함으로써 원적외선 방사 세라믹의 입자크기가 매우 크고, 입도 분포가 매우 넓다. 따라서 미세한 섬유 필라멘트를 제조하기에는 입자가 매우 클 뿐만 아니라 입자크기가 불균일하여 원적외선 방사 효율이 낮다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 입자크기가 매우 작고 입도분포가 매우 좁은 원적외선 방사 세라믹을 함유하는 열가소성 수지를 방사하므로써, 원적외선 방사효율이 뛰어난 원적외선 방사 부직포 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 원적외선 방사 부직포를 제조하는 공정의 흐름도를 나타낸 것이다.

본 발명은 열가소성 수지로 되는 고분자 재료 100중량부와 에어제트방식으로 미분쇄되어 평균 입자크기가 7 미크론 이하인 원적외선을 방사하는 세라믹 0.5 내지 20중량부의 혼합비로 된 방사 필라멘트로 제조되는, 원적외선을 방사하는 부직포를 제공한다.

여기에서, 본 발명의 섬유 필라멘트의 직경은 바람직하게, 1 내지 30 미크론이다.

또한, 본 발명의 세라믹은 Fe₂O₃의 함량이 10 내지 60중량%인 전기석, 게르마늄 함량이 0.5 내지 80 PPM인 운모석, Ag 함량이 0.5 내지 10중량%인 제올라이트, 석영-몬조나이트 또는 편마암류 또는 유문질용회암으로 되어 있는 맥반석, 및 복합세라믹으로 구성되는 그룹으로부터 하나 이상 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 사용되는 세라믹은 600 내지 1300℃의 온도에서 소성하여, 원적외선 방사율이 40℃에서 80% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 고분자 재료는 바람직하게, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 레이온으로 구성되는 그룹으로부터 하나 이상 선택된다.

또한, 본 발명의 부직포는 섬유 필라멘트 또는 섬유 필라멘트로 된 실과 천연면 또는 울을 교직하여 제조될 수 있다.

또한, 본 발명은 열가소성 수지로 되는 고분자 재료와 원적외선을 방사하는 세라믹을 혼합하여 압출기에 의하여 용융방사하는 단계 - 여기에서, 상기 세라믹은 고분자 재료 100중량부에 대하여 0.5 내지 20중량부이고, 에어제트방식으로 미분쇄되어 평균 입자크기는 7 미크론 이하임 -, 상기 방사후 연속하여 연신하는 단계, 상기 방사연신된 필라멘트를 실로 만들 후, 개섬하여 웹을 형성하는 단계, 열융착방식으로 웹을 결합시키는 단계를 포함하는 원적외선을 방사하는 부직포의 제조방법을 제공한다.

여기에서, 상기 용융방사 단계는 상기 고분자 재료와 상기 세라믹을 혼합, 용융하여 고분자칩을 얻는 단계, 상기 고분자를 압출기에서 용융하여 방사하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 세라믹은 600 내지 1300℃의 온도에서 소성한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이하에서는, 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 원적외선 방사 부직포를 제조하는 공정의 흐름도를 나타낸 것이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 먼저, 열가소성 수지로 되는 고분자 재료와 원적외선을 방사하는 세라믹을 압출기에서 혼합하여 용융시킨 후, 압출하고 적당한 길이로 절단하여 고분자칩을 얻는다.

이 때, 혼합되는 세라믹의 양은 고분자 재료 100중량부에 대하여 0.5 내지 20 중량부이다. 세라믹의 양이 0.5 중량부 이하가 되면, 원적외선을 방사하는 효과가 적고, 세라믹의 양이 20 중량부 이상이 되면, 점도의 상승으로 압출이 되지 않는다.

또한, 사용되는 세라믹은 바람직하게는 7 미크론 이하의 평균 입자크기를 가진다. 본 발명에서 사용되는 세라믹으로는 입자크기가 매우 작을 뿐만 아니라 입도의 분포도 매우 좁은 것을 사용한다. 이러한 세라믹 분말은 통상적으로 사용하는 볼밀분쇄방식으로는 얻을 수 없다. 따라서, 본 발명의 세라믹은 에어제트방식으로, 즉, 고압의 에어를 사용하여 세라믹 입자끼리 고속으로 충돌시킴으로써 제조된다.

본 발명은 초미세 세라믹 분말을 사용하므로써 동일한 길이의 필라멘트에 더 많은 세라믹 입자가 분포되어 원적외선 방사의 극대화를 기대할 수 있고, 더욱 가느다란 섬유를 방사할 수 있어 부드러운 섬유를 제조할 수 있다는 잇점이 있다.

세라믹의 입자크기는 작을수록 좋으나, 제조비용이 많아지게 되므로 기술의 허용한계 내에서 용도에 맞게 적당히 선택할 수 있으며, 3500 매쉬(Mesh)의 체를 세라믹의 98%가 통과할 수 있는 정도로서 입도 분포가 0.14~10미크론 정도이면 양호하다. 그러나, 세라믹 분말의 입자 크기가 너무 크게 되면, 균일한 혼합이 되지 않고, 가공성이 떨어지며, 원적외선의 방사효과가 좋지 않은 등 품질이 조악해진다.

본 발명에서 사용될 수 있는 세라믹으로는 어떤 것이라도 좋으나, 특히 Fe₂O₃의 함량이 10 내지 60중량%인 전기석, 게르마늄 함량이 0.5 내지 80 PPM인 운모석, Ag 함량이 0.5 내지 10중량%인 제올라이트, 석영-몬조나이트 또는 편마암류 또는 유문질용회암으로 되어 있는 맥반석, 및 복합세라믹을 사용하는 것이 좋다.

여기에서, 상기 전기석은 음이온을 다량 방출할 수 있고 전자파 차단 효과가 있으며, 운모석은 게르마늄에 의한 음이온 방출, 정화작용 및 탈취효과가 있는 등, 세라믹의 종류에 따라 원적외선에 의한 신진대사 촉진, 혈액순환 촉진 등의 효과 이외에도 특별한 효과가 있을 수 있다. 따라서, 요구되는 기능에 따라 적당한 세라믹을 선택할 수 있으며, 인위적으로 형성하는 복합세라믹은 요구되는 기능에 따라 그 구성성분의 비를 적당히 조절할 수 있다. 복합세라믹의 바람직한 예는 SiO₂9.0중량%, Al₂O₃60.8중량%, TiO₂3.93중량%, MgO 16.75중량%, CaO 3.37중량%를 함유하는 것이다.

또한, 본 발명에서 사용되는 세라믹은 원적외선 방사 효율을 높이기 위하여 600 내지 1300℃의 온도에서 소성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 고분자 재료는 열가소성 수지라면 무엇이라도 좋으나, 특히, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 레이온 등이 바람직하며, 최종 제품의 사용용도에 따라 적당하게 선택된다. 특히, 레이온 섬유는 부직포의 흡습성을 증가시키기 위해 많이 사용된다. 일반적으로 레이온 섬유는 물과 높은 친화력과 흡수성을 가지고 있으나, 흡수상태에서 이들 섬유내 주쇄의 결합력 약화로 섬유의 기계적 성질이 심각히 저하된다. 이들 섬유로 구성된 부직포는 흡수상태에서 인체와 같은 외압에 의하여 쉽게 붕괴되어 유체를 통과시키는 기공의 크기가 감소되므로 흡수량과 속도도 크게 감소한다. 이를 보완하기 위하여 레이온 섬유에 가교결합과 섬유의 단면형태를 세갈래 잎 형태(trilobate)로 한 레이온 섬유가 최근 개발되었다.

다음에, 적당한 크기로 절단된 고분자칩을 압출기에 넣고 융점 이상의 온도에서 용융시킨 후, 노즐을 통하여 방사한다.

방사후에는 용융 방사된 섬유를 부직포에 적합하도록 사용된 고분자의 융점 이하의 온도에서 적어도 4배의 연신을 수행하여 배향시키고 강신도를 향상시킨다.

본 발명에서는 초미세 세라믹 분말을 사용하므로써 섬유 필라멘트의 굵기가 1 내지 30 미크론 정도인 가는 필라멘트의 제조가 가능하다. 즉, 종래의 원적외선 방사 부직포를 제조함에 있어서는 입자크기가 20 미크론 정도인 세라믹 분말을 사용함에 반하여, 본 발명에서는, 예를 들어, 3500매쉬의 체를 98% 정도가 통과하여, 평균입도가 4 미크론이고 입도분포가 0.14~10미크론인 세라믹 분말을 사용함으로써 종래의 부직포에 비하여 매우 가는 필라멘트가 만들어질 수 있다.

연신방법에는 롤러연신방법과 에어제트 방법이 있으나 주로 에어제트 방법을 사용하는 것이 좋다. 연신롤러를 사용하여 연신하면 장치 및 조작이 복잡하게 되어 코스트가 높아진다. 예를 들어, 방사장치에 연신부를 직결하면, 방사속도는 500m/min이므로 4배로 연신하기 위해서는 최종 롤러는 2000m/min의 속도로 고속회전되어야 하는 데, 이 때 각 롤러와 섬유의 미끄러짐을 방지하기 위해서는 다수 롤러를 사용하거나 납롤러를 사용하여야 한다.

본 발명에서는 방사부와 연신부가 분리된 장치를 사용하여 방사후에 연속적으로 연신을 수행한다. 그럼으로써 고품질의 제품을 제조할 수 있다.

다음으로, 방사연신된 필라멘트를 균일하게 개섬하여 웹을 형성한다. 섬유를 개섬시키는 방법으로는 전기적 대전법, 충돌판 충격법, 전류 확산법 등이 있다. 즉, 전기적 대전법을 예로 들면, 방사연신된 필라멘트는 자유롭게 회전하는 롤러에 접속되어 실이 되고 이젝터를 통해 압출된다. 이젝터에는 가압공기가 공급되며, 실은 테이퍼가 있는 이젝터의 입구에 의해 마찰대전되면서 내부를 통과한다. 이젝터에는 대전장치가 설치되어 있으며, 대전장치 내부에는 절연된 침 형태의 전극이 설치되어 있고, 고압전선이 이 전극에 연결되어 있다. 이와 같은 대전장치에 의하여 코로나 방전이 될 수 있다. 예를 들어, 1.5 데니아의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 200 필라멘트를 25 kV로 방전시켰을 때 약 20 마이크로쿨롱/m²의 섬유 표면전위가 측정되었다. 이젝터의 입구에 의해 마찰대전이 충분하면 대전장치에 의한 대전은 필요없으나, 대전이 적은 섬유는 강제적으로 대전장치에 의해 대전된다. 이 때, 대전장치에서 섬유 다발은 환봉에 접하여 접지되어 있다. 대전으로 반발하여 분리된 필라멘트는 랜덤하게 넓은 시트상으로 포집되어 웹이 형성된다.

다음으로 형성된 웹을 결합한다. 웹 결합을 위해서는 열융착방법, 특히 부분접합용인 조각롤러(Engraved Roller)를 이용하는 롤러접합방식이 자주 이용된다.

웹 결합후에는 롤러에 권취하여 제품화하거나 저장한다.

또한, 본 발명은 열가소성 수지의 필라멘트를 이용하여 부직포를 제조하는 것뿐만 아니라 열가소성 수지의 필라멘트 또는 실을 천연면, 울 등의 천연섬유와 교직하여 부직포를 제조하는 것을 포함한다.

본 발명은 입자크기가 매우 작고 입도 분포가 좁은, 원적외선 방사 세라믹 분말과 고분자 재료를 혼합하여 제조된 섬유로 부직포를 제조함으로써 원적외선의 방사효율이 높은 부직포를 제공한다.

Claims (5)

1. 열가소성 수지로 되는 고분자 재료 100중량부와 에어제트방식에 의하여 미분쇄되어 평균 입자크기가 7 미크론 이하인 원적외선을 방사하는 세라믹 0.5 내지 20중량부의 혼합비로 된 재료를 방사 연신하여 제조되며,

   상기 고분자 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드 및 레이온으로 구성되는 그룹으로부터 하나 이상 선택되고,

   상기 세락믹은 Fe₂O₃의 함량이 10 내지 60중량%인 전기석, 게르마늄 함량이 0.5 내지 80 PPM인 운모석, Ag 함량이 0.5 내지 10중량%인 제올라이트, 석영-몬조나이트 또는 편마암류 또는 유문질용회암으로 되어 있는 맥반석, 및 복합세라믹으로 구성되는 그룹으로부터 하나 이상 선택된 것이며, 600 내지 1300℃의 온도에서 소성한 것이며, 원적외선 방사율이 40℃에서 80%이상인,

   원적외선을 방사하는 필라멘트 또는 그 필라멘트로 된 실로 제조되거나, 제조된 실과 천연면 또는 울을 교직하여 제조되는 원적외선을 방사하는 부직포.
2. 제1항에 있어서,

   상기 필라멘트의 직경이 1 내지 30 미크론 인

   원적외선을 방사하는 부직포.
3. 열가소성 수지로 되는 고분자 재료와 원적외선을 방사하는 세라믹을 혼합하여 압출기에 의하여 용융방사하는 단계;

   여기에서, 상기 세라믹은 고분자 재료 100중량부에 대하여 0.5 내지 20중량부이고, Fe₂O₃의 함량이 10 내지 60중량%인 전기석, 게르마늄 함량이 0.5 내지 80 PPM인 운모석, Ag 함량이 0.5 내지 10중량%인 제올라이트, 석영-몬조나이트 또는 편마암류 또는 유문질용회암으로 되어 있는 맥반석, 및 복합세라믹으로 구성되는 그룹으로부터 하나 이상 선택되며, 원적외선 방사율이 40℃에서 80%이상이며, 에어제트방식에 의하여 미분쇄되어 평균 입자크기가 7 미크론 이하임 -

   상기 방사후 연속하여 연신하는 단계;

   상기 방사연신된 필라멘트를 실로 만들 후, 개섬하여 웹을 형성하는 단계;

   열융착방식으로 웹을 결합시키는 단계

   를 포함하는 원적외선을 방사하는 부직포의 제조방법.
4. 제7항에 있어서,

   상기 용융방사 단계는

   상기 고분자 재료와 상기 세라믹을 혼합, 용융하여 고분자칩을 얻는 단계,

   상기 고분자를 압출기에서 용융하여 방사하는 단계

   를 포함하는 원적외선을 방사하는 부직포의 제조방법.
5. 제8항에 있어서,

   상기 세라믹은 600 내지 1300℃의 온도에서 소성한 것이고, 상시 웹의 형성은 마찰대전에 의한 것인 원적외선을 방사하는 부직포의 제조방법.