KR100403452B1 - 흡한속건성을 갖는 투습방수포 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투습방수 기능과 흡한속건성이 동시에 우수한 흡한속건성을 갖는 투습방수포에 관한 것이다. 본 발명은 소수성인 합성섬유 원단(1) 상에 친수성인 2액형 폴리우레탄수지의 접착제층(2), 일액형 폴리우레탄수지층(3), 친수성인 2액형 폴리우레탄 수지의 접착제층(4) 및 흡한속건성 직편물(5)이 순차적으로 적층되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 섬유 시이트는 스포츠용 의류나 침구류 등의 제조에 사용된다.
Description
본 발명은 우수한 내수압, 투습도와 동시에 흡한속건성을 갖는 투습방수포에 관한 것이다. 투습방수포는 스포츠웨어, 등산복 및 스키웨어 등과 같이 비교적 가혹한 기상조건 하에서 격렬한 운동을 할 때 착용하는 스포츠용 의류 원단으로 사용 되고 있다.
종래 투습방수포는 원단상에 유기용제에 용해 될수 있는 습식 폴리우레탄 수지(분자량 15만~20만)조성물 또는 폴리우레탄 수지(분자량 7만~10만)조성물을 플로팅 나이프(Floating Knife) 또는 나이프 오버 롤(Knife Over Roll) 방식으로 직접 도포한 다음 건식 또는 습식공정으로 응고시켜 코팅층 상에 미세기공을 형성하는 방법으로 제조되어 왔다.
이와 같은 종래의 투습방수포는 인체에 유해하고 수질 및 대기 공해를 유발하는 디메틸포름아마이드, 메틸에틸케톤, 톨루엔 등의 유기용제를 다량 사용하여 제조함으로 인해 가공 공장의 작업환경을 저해하고 환경오염을 초래하는 원인이 되어왔다. 또한 종래의 투습방수포는 미세기공이 형성되어 있기 때문에 내수압이 16,000mmH2O 이하이고, 투습도가 15,000g/㎡·1일 이하이며, 촉감이 스티프하여 접힘소음이 심하고 드레이프(Drape)성이 나쁜 문제도 있었다.
최근 이런 문제점들을 해결하기 위하여 폴리에스테르, 폴리아미드 또는 이들의 혼섬 포지상에 수분산형 발수제를 함유하는 유중수분산형(이하 w/o형 이라고 한다) 에멀젼 폴리우레탄 수지코팅액, 저분자형 수용성 아크릴수지 코팅액 또는 수용성폴리우레탄수지 코팅액 등을 나이프 오버 롤(Knife Over Roll) 방식으로 코팅한 후 다단 건조하여 건식다공형 투습방수포를 제조하였다.
상기 방법으로 제조된 종래의 건식다공형 투습방수포는 환경오염의 문제를 해결 할수 있지만, 내수압 및 투습도 등의 기능성이 상대적으로 저하되는 문제가 있다. 또한 종래의 투습방수포의 경우에는 인체로부터 발산된 땀을 잘 흡수하고 발산시키는 성질(이하 "흡한속건성"이라고 한다)이 부족하여 쾌적한 착용감을 느낄 수 없는 문제가 있었다.
본 발명은 종래기술의 문제점들을 해결하므로서 내수압 및 투습성이 우수하고, 흡한속건성이 양호하여 쾌적한 착용감을 느낄 수 있는 투습방수포를 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 단면 확대도
도 2는 본 발명의 사용상태를 나타내는 단면도
도 3은 본 발명에서 사용하는 흡한속건성 직편물의 단면 확대도
※ 도면중 주요부분에 대한 부호 설명
1 : 합성섬유 원단
2,4 : 2액형 폴리우레탄수지의 접착제층(친수성)
3 : 일액형 폴리우레탄수지층
5 : 흡한속건성 직편물
5a : 흡한속건성 직편물의 표면조직층
5b : 흡한속건성 직편물의 이면조직층
5c : 흡한속건성 직편물의 루프(Loop)
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 투습방수포는 소수성인 합성섬유 원단(1) 상에 친수성인 2액형 폴리우레탄수지의 접착제층(2), 일액형 폴리우레탄수지층(3), 친수성인 2액형 폴리우레탄수지의 접착층(4) 및 흡한속건성 직편물(5)이 순차적으로 적층되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명인 흡한속건성을 갖는 투습방수포의 제조방법을 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.
먼저, 폴리에스테르 및 폴리아미드 등의 소수성인 합성섬유 원단(1)을 테프론계 발수제로 발수처리한 다음 시레(Cire)가공하여 평활성을 부여한다. 이때 발수처리는 통상의 방법으로 실시하고, 시레가공은 130℃~150℃의 온도와 60kg/㎠ 정도의 압력하에서 실시하는 것이 바람직하다.
한편, 이형지 상에 친수성이지만 접착제층(2) 보다는 소수성인 일액형 폴리우레탄 수지를 주성분으로 하는 수지 조성물을 콤머 나이프 코팅 방식으로 도포한 후 건조시켜 일액형 폴리우레탄수지층(3)을 형성한다. 상기 일액형 폴리우레탄수지 조성물의 구체적인 예로는 아래 조성(Ⅱ)와 같은 조성물을 사용 할 수 있다.
- 조성(Ⅱ) -
일액형 폴리우레탄 수지(고형분 30%) 64~82중량%
메틸에틸케톤 15~30중량%
백색안료 3~ 6중량%
이때 사용되는 일액형 폴리우레탄 수지는 점도가 70~150포아즈 인것이 바람직하다. 일액형 폴리우레탄수지층(3) 형성시 건조는 120~160℃에서 0.5~2분정도 실시하는 것이 바람직하다. 일액형 폴리우레탄 수지는 용제를 제거하는 중에 강인한 피막이 형성되며, 직쇄상 분자구조를 갖는다. 또한 결정부(우레탄 결합)와 비결정부(장쇄의 폴리올)로 구성되어 있으며 결정부는 우레탄 결합간에 수소결합을 이루고 있어서 이부분을 용해시키기 위해서는 극성이 강한 용제가 필요하다.
일액형 우레탄 수지의 경연도는 결정성의 정도에 의해 결정된다. 또한 일액형 폴리우레탄 수지는 기본적으로 친수성을 갖고 있지만 접착제층(2)을 형성하는 2액형 폴리우레탄수지 보다는 소수성 이다. 이와 같이 일액형 폴리우레탄수지층(3)은 직쇄상 분자구조를 갖고 있어서 내구성 및 내수압을 증대시키는 역할을 한다.
계속해서 상기 일액형 폴리우레탄수지층(3) 상에 친수성을 갖는 2액형 폴리우레탄 수지를 주성분으로 하는 조성물을 콤머 나이프 코팅방식으로 도포한 후 건조시켜 접착제층(2)을 형성한다. 다음으로 상기 접착제층(2) 상에 발수처리된 합성섬유 원단(1)을 라미네이팅 한 후 이형지를 박리 시킨다. 상기 친수성의 2액형 폴리우레탄수지 조성물의 구체적인 예로는 아래 조성(Ⅰ)과 같은 조성물을 사용 할 수 있다.
- 조성(I) -
친수성을 갖는 2액형 폴리우레탄 수지
(고형분 40%) 74.0~92.5중량%
메틸에틸케톤 0~10중량%
멜라민포름알데히드계 경화제 2~5중량%
아미노계 촉매 0.5~1.0중량%
백색안료(이산화티타늄) 5~10중량%
이때 사용되는 친수성의 2액형 폴리우레탄 수지는 점도가 300~400포아즈인 것이 바람직하다. 상기 접착제층(2) 형성시 코팅량은 100~200g/㎡인 것이 바람직하며, 건조는 100~140℃에서 0.5~2분정도 실시하는 것이 바람직 하다. 2액형 폴리우레탄 수지는 말단에 -OH를 갖는 우레탄 수지와 말단 이소시아네이트계 가교제를 결합한 것으로 강신도가 우수한 피막제조가 가능하다.
2액형 수지의 물성은 수지와 촉매의 조성량, 큐어링조건, 숙성조건 등에 따라 변한다. 접착제층(2)을 구성하는 2액형 폴리우레탄 수지는 3차원 망상구조를 갖는다. 접착제층(2)에는 습기를 확산시킬 수 있는 초미세 간격이 형성되어 있고, 친수성 분자를 갖고 있어서 투습도를 증가시키는 역할을 하게 된다.
다음으로는 상기 일액형 폴리우레탄수지층(3) 상에 친수성을 갖는 2액형 폴리우레탄수지를 주성분으로 하는 조성물을 콤머 나이프 코팅 방식으로 도포한 후 건조시켜서 접착제층(4)을 형성한다. 이때 접착제층(4)의 조성으로는 앞에서 설명한 조성(Ⅰ)과 동일한 조성물을 사용하며, 코팅 및 건조조건도 접착제층(2)의 형성과 동일하게 한다.
마지막으로 상기 접착제층(4) 상에 흡한속건성 직편물(5)을 접착시켜 본 발명의 투습방수포를 제조한다. 상기 흡한속건성 직편물로는 표면조직층(5a), 이면조직층(5b) 및 이들을 결착시켜 주는 루프(5c)들로 이루어진 3층 구조이며, 상기 표면조직층(5a)과 이면조직층(5b)은 공정수분율이 1% 이하인 소수성 원사로 구성되고, 상기 루프(5c)는 공정수분율이 5% 이상인 친수성 원사로 구성된 것을 특징으로 하는 흡한속건성 직편물을 사용한다.
친수성 원사로는 면, 양모 또는 레이온 섬유를 사용하고, 소수성 원사로는 폴리프로필렌 섬유 또는 폴리에스테르 섬유를 사용한다. 특히 표면조직층(5a)과 이면조직층(5b)을 구성하는 소수성 원사로 이형단면사를 사용하는 것이 흡한속건성에 더욱 바람직 하다. 흡한속건성 직편물의 이면조직층(5b)의 원사밀도를표면조직층(5a)의 원사밀도 보다 높게 하는 것이 흡습성 향상에 더욱 바람직 하다.
본 발명에서 사용하는 흡한속건성 직편물(5)은 도 3과 같은 단면 상태를 갖는다. 다시말해 고밀도·소수성의 이형조직층(5b)-친수성의 루프(5c)-저밀도·소수성의 표면조직층(5a)의 순서로 배열되어 있고, 이들간에 모세관 현상 등이 발생되어 흡한속건성이 매우 우수함을 특징으로 한다.
보다 구체적으로 고밀도·소수성인 이면조직층(5b)과 친수성인 루프(5c) 사이에서는 이들간의 밀도차이에 의한 삼투압이 발생된다. 피부에서 발산된 땀은 앞에서 설명한 원리에 의해 흡한속건성 포지(5)와 접착제층(4)을 통과하여 고밀도의 이면조직층(5b)에 흡습된후 상기 삼투압에 의해 신속하게 루프(5c)로 이동하게 된다. 이와 같은 현상은 유체가 고밀도에서 저밀도로 이동하는 열역학 제2법칙에 기인한 것이다.
또한, 고밀도·소수성인 이면조직층(5b)과 친수성인 루프(5c) 사이에서는 친수성/소수성에 기인한 분자간 인력이 상호 작용하게 된다. 다시말해 소수성인 이면조직층(5b)에는 피부에서 발산된 땀을 밖으로 밀어내려는 힘이 작용하게 되고, 친수성인 루프(5c)에는 이면조직층(5b)으로 부터 땀을 끌어 당기려는 힘이 작용하게 된다. 이와 같은 삼투압 및 분자간 인력(반데르 발스 포스)에 의해 피부로 부터 발산된 땀은 이면조직층(5b)을 통과하여 루프(5c)쪽으로 신속하게 흡수된다.
한편, 친수성의 루프(5c)와 저밀도·소수성의 표면조직층(5a) 사이에는 밀도차이로 인해 앞에서 설명한 바와 같이 삼투압이 작용한다. 그 결과 루프(5c)에 흡수된 땀은 신속하게 표면조직층(5a)으로 이동하게 된다. 또한 상기표면조직층(5a)의 원사가 이형단면사인 경우에는 모세관 현상도 발생되어 더욱 더 흡한속건성이 향상된다. 또한 본 발명은 표면조직층(5a)이 소수성 원사로 구성되기 때문에 땀을 대기로 밀어내는 성질이 우수하다. 그 결과 속건성 역시 우수하게 된다.
이와 같이 제조된 본 발명의 투습방수포는 [ⅰ] 저밀도·소수성의 합성섬유 원단(1), [ⅱ] 중간밀도·친수성인 2액형 폴리우레탄수지의 접착제층(2), [ⅲ] 합성섬유 원단(1)보다는 친수성이고 2액형 폴리우레탄 접착제층(2) 보다는 소수성인 고밀도 일액형 폴리우레탄수지층(3), [ⅳ] 친수성의 2액형 폴리우레탄 접착제층(4) 및 [ⅴ] 흡한속건성 포지(5)가 순차적으로 배열되어 있기 때문에, 다시말해 소수성재료와 친수성재료가 교호로 반복 배열되어 있어서. 이들간의 삼투압·분자인력 및 모세관 현상으로 투습기능이 더욱 우수하게 된다.
보다 구체적으로 고밀도·소수성인 일액형 폴리우레탄수지층(3)과 중간밀도·친수성인 2액형 폴리우레탄 수지의 접착제층(2) 사이에서는 이들간의 밀도차이에 의한 삼투압이 발생된다. 피부에서 발산된 땀은 먼저 피부와 접촉하고 있는 고밀도의 일액형 폴리우레탄수지층(3)에 흡습된 후 상기 삼투압에 의해 신속하게 중간밀도인 2액형 폴리우레탄수지의 접착제층(2)으로 이동하게 된다. 이와 같은 현상은 유체가 고밀도에서 저밀도로 이동하는 열역학 제2법칙에 기인한 것이다.
또한 고밀도·소수성인 일액형 폴리우레탄수지층(3)과 중간밀도·친수성인 2액형 폴리우레탄수지의 접착제층(2),(4) 사이에서는 친수성/소수성에 기인한 분자간 인력이 상호작용하게 된다. 다시말해 소수성인 일액형 폴리우레탄수지층(3)에는 피부에서 발산된 땀을 밖으로 밀어내려는 힘이 작용하게 되고, 친수성인 2액형 폴리우레탄수지층(3)으로 부터 땀을 끌어당기려는 힘이 작용하게 된다. 이와 같은 삼투압 및 분자간 인력(반데르 발스 포스)에 의해 피부로 부터 발산된 땀은 일액형 폴리우레탄수지층(3)을 통과하여 2액형 폴리우레탄수지 접착제층(2)으로 신속하게 흡수된다.
한편, 중간밀도·친수성의 2액형 폴리우레탄수지의 접착제층(2)과 저밀도·소수성의 합성섬유 원단(1) 사이에는 밀도차이로 인해 앞에서 설명한 바와 같이 삼투압이 작용한다. 그 결과 접착제층(2)으로 흡수된 땀은 신속하게 합성섬유 원단(1)으로 이동하게 된다. 계속해서 합성섬유 원단(1)으로 이동한 땀은 합성섬유 원단의 소수성에 기인하여 대기중으로 신속하게 배출되어 빨리 건조 된다.
또한, 본 발명의 투습방수포는 외부온도에 따라 투습도가 자동으로 조절된다. 그 이유는 3차원 망상구조를 갖는 상기 2액형 폴리우레탄수지의 분자쇄가 외부온도에 따라 민감하게 브라운 운동을 하기 때문이다. 구체적으로 외부온도가 상승하게 되면 접착제층(2)을 구성하는 2액형 폴리우레탄수지의 분자 브라운 운동이 활발하게 진행되고, 그 결과 분자구조 내 미세기공이 보다 많이 형성되어 투습도가 향상하게 된다. 아울러 본 발명의 투습방수포에는 흡한속건성 직편물(5)이 접착되어 있어서, 흡한속건성이 우수하여 쾌적한 착용감을 발현하게 된다.
이와 같이 제조된 본 발명의 투습방수포는 내수압이 20,000mmH2O이상이고, 투습도는 온도에 따라 자동조절 되며 10℃에서 30,000g/㎡·24시간 이상이다. 또한 20℃에서의 투습도는 35,000g/㎡·24시간 이상, 30℃에서의 투습도는 40,000g/㎡·24시간 이상, 40℃에서의 투습도는 55,000g/㎡·24시간 이상이다.
본 발명에 있어서 내수압, 투습도 및 흡한속건성은 아래와 같은 방법으로 평가 하였다.
·흡수속도(mm/10분): KSK 0815, 5.27.1, A법으로 측정한다. 구체적으로 가로 및 세로가 각각 2.5cm인 일정길이의 직편물 시료 말단부를 수중에 10분동안 침지시킨 다음 물이 시료를 따라 올라온 길이를 측정한다.
·건조속도(분): 표준상태에서 직편물 시료에 시료무게와 동일(100중량%)한 양의 물을 침지한 다음, 시료가 완전히 건조하는데 소요되는 시간을 측정한다.
·투습도(g/㎡·24시간): ASTM E 96-95 B 방법으로 측정한다.
·내수압(mmH 2 O): JIS L 1096 방법으로 측정한다.
이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 살펴본다. 그러나 본 발명이 아래 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리에스테르 직물(밀도 : 150×60, 경위사 : 75데니어/72필라멘트)를 테프론계 발수제로 발수처리한 다음, 150℃의 온도와 60kg/㎠의 압력으로 시레가공 한다. 한편, 이형지 상에 아래 조성(Ⅳ)와 같이 구성되어 주성분이 일액형 폴리우레탄 수지인 조성물을 콤머 나이프 코팅 방식으로 도포(코팅량 : 100g/㎡)하고 120℃에서 1분간 건조하여 일액형 폴리우레탄수지층(3)을 형성한다. 계속해서상기 일액형 폴리우레탄수지층(3) 상에 아래 조성(Ⅲ)과 같이 구성된 친수성의 2액형 폴리우레탄 수지조성물을 콤머 나이프 코팅방식으로 1회 도포(코팅량 : 100g/㎡)하고 120℃에서 1분간 건조하여 1층의 접착제(2)층을 형성한다. 다음으로, 상기 접착제층(2) 상에 발수 및 시레가공 처리된 상기 폴리에스테르 직물을 라미네이팅 한 후 이형지를 박리 시킨다. 계속해서 상기 일액형 폴리우레탄수지층(3) 상에 조성(Ⅲ)의 친수성 2액형 폴리우레탄수지 조성물을 콤머 나이프 코팅 방식으로 1회 도포(코팅량 : 100g/㎡)하고 120℃에서 1분간 건조하여 접착제(4)층을 형성하고, 그 위에 흡한속건성 환편지를 접착하고, 70℃에서 24시간 경화시켜 최종제품인 투습방수포를 제조한다. 이때 흡한속건성 환편지로는 18게이지, 다이얼 4레이스(race)인 양면환편기에 표면조직층 원사 및 이면조직층 원사로 폴리프로필렌 이형단면사를 급사하고, 루프용 원사로는 면사를 급사하여 제조한 환편지를 사용 하였다. 제조한 투습방수포의 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.
- 조성(Ⅲ) -
친수성을 갖는 2액형 폴리우레탄 수지(고형분 50%) 90중량%
메틸에틸케톤 2.5중량%
멜라민포름알데히드계 경화제 2.0중량%
아미노계 촉매 0.5중량%
백색안료(이산화티타늄) 5.0중량%
- 조성(Ⅳ) -
일액형 폴리우레탄 수지(고형분 30%) 82중량%
메틸에틸케톤 10중량%
백색안료 3중량%
비교실시예 1
실시예 1에서 접착제층(4) 형성 공정과 흡한속건성 환편지의 접착공정을 생략한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 폴리에스테르직물(1)-친수성 2액형 폴리우레탄수지 접착층(2)-일액형 폴리우레탄수지(3)로 이루어진 3층 구조의 투습방수포를 제조하였다. 제조한 투습방수포의 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.
비교실시예 2
이형지 상에 조성(Ⅲ)의 친수성 2액형 폴리우레탄수지 조성물을 콤머 나이프 코팅 방식으로 1회 도포(코팅량 100g/㎡)하고 120℃에서 1분간 건조하여 코팅층을 형성한다. 그 위에 실시예 1의 폴리에스테르 직물을 라미네이팅 한 후, 70℃에서 24시간 동안 경화시키고 이형지를 박리하여 건식무공형 투습방수 원단을 제조한다. 제조한 투습방수 원단의 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.
비교실시예 3
이형지 상에 조성(Ⅳ)의 일액형 폴리우레탄수지 조성물을 콤머 나이프 코팅 방식으로 1회 도포(코팅량 100g/㎡)하고 120℃에서 1분간 건조하여 코팅층을 형성한다. 그 위에 실시예 1의 폴리에스테르 직물을 라미네이팅 한 후, 70℃에서 24시간 동안 경화시키고 이형지를 박리하여 건식무공형 투습방수 원단을 제조한다. 제조한 투습방수 원단의 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.
| 구 분 | 실시예 1 | 비교실시예 1 | 비교실시예 2 | 비교실시예 3 | |
| 내수압(mmH2O) | 25,000 | 23,000 | 12,000 | 13,000 | |
| 투습도(g/㎡·24시간) | 10℃ | 33,000 | 32,000 | 8,500 | 6,500 |
| 20℃ | 39,000 | 37,000 | 8,500 | 6,500 | |
| 30℃ | 45,000 | 43,000 | 8,500 | 6,500 | |
| 40℃ | 57,000 | 56,000 | 8,500 | 6,500 | |
| 흡수속도(mm/10분) | 길이방향 | 165 | 135 | 130 | 140 |
| 폭방향 | 155 | 120 | 115 | 125 | |
| 건조속도(분) | 100 | 190 | 170 | 180 |
본 발명의 투습방수포는 내수압 및 투습성이 우수하며, 특히 흡한속건성이 양호하여 쾌적한 착용감을 느낄 수 있다.
Claims (5)
- 소수성인 합성섬유 원단(1) 상에 친수성인 2액형 폴리우레탄수지의 접착제층 (2), 일액형 폴리우레탄수지층(3), 친수성인 2액형 폴리우레탄 수지의 접착제층(4) 및 소수성 원사로 이루어진 저밀도의 표면조직층(5a)과 소수성 원사로 이루어진 고밀도의 이면조직층(5b)이 친수성 원사의 루프(5c)에 의해 결착되어 있는 3층 구조의 흡한속건성 직편물(5)이 순차적으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 흡한속건성을 갖는 투습방수포.
- 1항에 있어서, 내수압이 20,000~25,000mH20인 것을 특징으로 하는 흡한속건성을 갖는 투습방수포.
- 1항에 있어서, 10℃의 대기온도 하에서 투습도가 30,000~33,000g/㎡·24시간 인 것을 특징으로 하는 흡한속건성을 갖는 투습방수포.
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