KR100725273B1 - 초임계 공정을 이용한 상전이물질이 함유된 기능성 직물지제조방법 - Google Patents

초임계 공정을 이용한 상전이물질이 함유된 기능성 직물지제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상전이물질을 초임계 유체에 용해시켜 섬유나 시트(heet)(이하 '직물지'라 총칭함)에 직접 함침시키는 방법으로 직물지가 축열 기능을 갖도록 함으로써 축열성 기능성 의류 및 축열성 건축자재 등을 간단한 공정으로 제조 가능하도록 하는 초임계 공정을 이용한 상전이물질이 함유된 기능성 직물지 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 파라핀계 상전이물질인 아이코산(eicosane:C20H42), 도코산 (docosane:C22H46), 테트라코산 (tetracosane:C24H50), 옥타코산(octacosane) 중에서 택일 된 어느 하나, 또는 유기산계 상전이물질인 카프린산(capric acid: CH3(CH2)8COOH), 라우린산(lauric acid: CH3(CH2)10COOH), 팔미틴산(palmitic acid: CH3(CH2)14COOH), 스테아린산(stearic acid: CH3(CH2)16COOH) 중에서 택일 된 어느 하나를 초임계 유체인 이산화탄소, 에탄, 에틸렌 중에서 택일 된 어느 하나에 용해시켜 초임계 상태에서 섬유나 시트지 등에 함침한 것에 특징이 있다.
초임계, 상전이물질, 섬유, 직물지

Description

초임계 공정을 이용한 상전이물질이 함유된 기능성 직물지 제조방법{Preparation of functional materials with phase chang materials using supercritical process}
도 1은 본 발명에 적용되는 초임계 함침장치의 구성도
본 발명은 상전이물질을 초임계 유체에 용해시켜 섬유나 시트(heet)(이하 '직물지'라 총칭함)에 직접 함침시키는 방법으로 직물지가 축열 기능을 갖도록 함으로써 축열성 기능성 의류 및 축열성 건축자재 등을 간단한 공정으로 제조 가능하도록 하는 초임계 공정을 이용한 상전이물질이 함유된 기능성 직물지 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 주위 온도의 변화에 따라 융해-응축의 상변화를 일으켜 열을 축적하거나 방출하는 기능을 가진 물질을 상전이물질(또는 축열물질)이라 하고, 섬유나 시트지와 같은 직물지를 상전이물질로 처리하면, 기온이 올라갈 경우 상전이물질이 융해되면서(녹으면서) 열을 흡수하여 시원하게 하고, 기온이 내려가면 응고하면서(굳으면서) 열을 방출하여 따뜻하게 하는 기능성 소재가 된다.
이와 같은 상전이물질로는 잠열이 크고, 열전도도가 좋으며, 사용온도 범위가 적당한 유기물과 무기물이 사용되고 있으며, 유기물로는 값이 싸고 열 비축 용량이 적당하고, 용융점이 넓으며, 과냉각이나 상 분리 현상이 없는 파라핀 왁스가 많이 사용되고 있으며, 또한 무기물로는 열 비축 용량과 열전도도가 크고, 낮은 중기압으로 연소위험이 적은 수화물염(hydrated salts)이 사용되고 있다.
이들 상전이물질을 섬유나 시트지의 직물지에 적용할 때는 통상적으로 주로 상전이물질을 미립자화 한 다음, 이 미립자를 고분자물질 등으로 코팅하고, 이 후 섬유나 시트지의 표면에 도포하는 과정을 거치게 되며, 경우에 따라서는 섬유나 시트지를 성형하기 전에 상전이물질을 원료와 혼합한 후 성형하기도 한다.
이와 같이 종래의 일반적인 방법으로 섬유나 시트지에 상전이물질을 적용하여 축열 기능을 갖게 하려면 상전이물질을 미립자화하여 코팅하고, 미세캡슐화(microencapsulation)시킨 후, 다시 섬유나 시트지에 도포하는 복잡한 공정을 거쳐야 함은 물론, 미세캡슐화 공정 자체도 아직 연구 개발 중에 있을 뿐만 아니라, 미세캡슐화 된 상전이물질의 도포도 완전하지 못하여 사용 중 떨어져 나가는 문제점이 지적되고 있어 널리 실용화되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서 상전이물질을 초임계 유체에 용해시켜 섬유나 시트지에 직접 함침시킴으로써 섬유나 시트지가 축열 기능을 갖게 함으로써 축열성 기능성 의류 및 축열성 건축자재 등을 간단한 공정으로 제조 가능하도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상전이물질이 함유된 기능성 직물지 제조방법에 있어서 파라핀계 상전이물질인 아이코산, 도코산, 테트라코산, 옥타코산 중에서 택일 된 어느 하나를 초임계 유체인 이산화탄소, 에탄, 에틸렌 중에서 택일 된 어느 하나에 용해시켜 초임계 상태에서 섬유나 시트지에 함침한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상전이물질이 함유된 기능성 직물지 제조방법에 있어서 유기산계 상전이물질인 카프린, 라우린산, 팔미틴산, 스테아린산 중에서 택일 된 어느 하나를 초임계 유체인 이산화탄소, 에탄, 에틸렌 중에서 택일 된 어느 하나에 용해시켜 초임계 상태에서 섬유나 시트지에 함침한 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 초임계 공정을 이용한 상전이 물질이 함유된 기능성 직물지 제조방법을 첨부된 도 1에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 상온 부근에서 작용하는 상전이물질로 사용되는 파라핀계 탄화수소들은 초임계 이산화탄소에 대한 용해도가 매우 크기 때문에, 본 발명에서 매우 효과적으로 사용된다.
본 발명에서 상기 상전이물질은 파라핀계의 아이코산(eicosane:C20H42), 도코산(docosane:C22H46), 테트라코산(tetracosane:C24H50), 옥타코산(octacosane) 중에서 택일 된 어느 하나를 사용한다.
또한, 상기 상전이물질은 유기산계의 카프린산(capric acid:CH3(CH2)8COOH), 라우린산(lauric acid:CH3(CH2)10COOH), 팔미틴산(palmitic acid:CH3(CH2)14COOH), 스테아린산(stearic acid:CH3(CH2)16COOH) 중에서 택일 된 어느 하나를 사용한다.
또한, 상기 초임계 유체는 이산화탄소, 에탄, 에틸렌 중에서 택일 된 어느 하나를 사용한다.
상기의 초임계 유체는 기체에 준하는 확산계수와 액체에 준하는 밀도를 갖기 때문에 용매력이 크고 확산이나 침투력이 우수한 것으로 알려져 있으며, 특히 고분자 물질에 대한 침투력도 우수하므로 파라핀 계열의 상전이물질을 용해한 초임계 유체 용액은 쉽게 섬유나 시트지를 제조한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 초임계 함침장치의 구성도로서, 도면 부호 5는 함침조로서 용량 500ml의 스레인레스 용기로 상하 분리형이며 접합부에는 밀봉재(metal seal)가 설치되어 있고, 교반을 위해 기계적 밀봉장치(mechanical seal)와 교반봉이 설치되고, 외부에는 밴드형 가열기(band heater)와, 비례(Proportional)-적분(Integral)-미분(Derivative)(이하 'PID'라함)제어방식의 온도 조절기를 설치하였으며, 상전이물질은 함침조 하부에 넣고, 섬유나 시트지 등은 원통형의 스레인레스 망에 감아 교반축에 설치하였다.
도면 부호 1은 체크밸브이고, 부호 2는 저온수조이며, 부호 3은 고압펌프이고, 부호 4는 안전핀이며, 부호 6은 압력조절기이다.
상기 초임계 함침장치의 조작과정을 설명하면 다음과 같다.
(1) 함침조에 상전이물질과 섬유나 시트지 등 대상물질을 채운 후, 이산화탄소 가스를 약 20분간 흘려 장치 내부의 공기를 완전히 제거한다.
(2) PID 온도조절기를 이용하여 함침조 내부의 온도를 40℃로 유지시킨다.
(3) 사이펀을 설치한 이산화탄소 용기로부터 나온 액체 이산화탄소를 저온수조에서 냉각시킨 후, 고압 펌프를 사용하여 함침조 내부를 계기압 2,500 psig(pound per square inch Gauge) 이상으로 가압한다.
(4) 교반기를 작동시켜 교반하면서 약 90분간 상전이물질을 함침시킨다.
(5) 함침이 완료되면 배출 밸브를 통하여 이산화탄소를 배출시켜 압력을 상압으로 낮춘다.
(6) 함침조를 열어 대상물질을 회수하고, 무게변화, 축열기능 등을 조사한다.
상기와 같은 순서에 의해 진행하게 되면 함침조에서 상전이물질을 용해한 초임계 용액과 섬유나 시트지 등을 접촉시켜 초임계 용액이 섬유나 시트지 내부로 충 분히 침투하게 한다.
상기 과정을 통해 침투가 완료되면 함침조의 배출밸브를 열어 초임계 유체를 기체 상태로 배출시키게 되며, 이때 상전이물질은 석출되어 섬유나 시트지 조직 내부에 남게 되고, 이러한 방법으로 조직 내부에 함침된 상전이물질은 섬유나 시트지가 축열기능을 갖게 한다.
상기 공정에서 함침되는 상전이물질의 양은 초임계 용액에 대한 상전이물질의 용해도에 따라 결정되고, 초임계 용액에 대한 용해도는 온도와 압력을 변화시키면 용이하게 조절할 수 있으므로 온도와 압력의 조절만으로 함침되는 양을 쉽게 변화시킬 수 있는 것도 본 발명의 또 다른 큰 장점이다.
(실시예 1)
도 1과 같은 초임계 함침장치를 구성하고, 함침조의 하부에 상전이물질인 아이코산(eicosane) 10g을 넣는다. 상전이물질을 함침시킬 폴리에스테르 섬유 1g을 원통형의 스테인레스 망에 감아 교반축에 설치하고 함침조를 밀봉한다.
그 다음 이산화탄소 가스를 흘려 함침장치 내부의 공기를 제거한 후, 온도 조절기를 사용하여 함침조의 온도를 40℃로 유지시킨 다음, 고압펌프를 구동시켜 이산화탄소를 공급함으로써 함침조 내부의 압력을 계기압 2,500 psig로 유지한다.
상기 과정을 통해 온도와 압력이 조절되면 교반기를 가동시켜 교반하면서 90분간 상전이물질을 함침시키며, 함침이 완료되면 배출밸브를 열어 함침조의 압력을 제거한다.
이때, 이산화탄소는 기체상태로 제거되고, 폴리에스테르 섬유의 무게는 아이코산(eicosane)의 함침으로 인하여 초기 무게의 약 8%가 증가 되었으며, 아이코산(Eicosane)이 함침된 폴리에스테르 섬유의 축열 효과를 열 분석기로 확인한 결과 축열 효과를 확인할 수 있었다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서 상전이물질을 초임계 유체에 용해시켜 섬유나 시트지에 직접 함침시킴으로써 섬유나 시트지가 축열 기능을 갖게 함으로써 축열성 기능성 의류 및 축열성 건축자재 등을 간단한 공정으로 제조 가능한 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

  1. 상전이물질이 함유된 기능성 직물지 제조방법에 있어서,
    파라핀계 상전이물질인 아이코산(eicosane:C20H42), 도코산(docosane:C22H46), 테트라코산(tetracosane:C24H50), 옥타코산(octacosane) 중에서 택일 된 어느 하나를 초임계 유체인 이산화탄소, 에탄, 에틸렌 중에서 택일 된 어느 하나에 용해시켜 초임계 상태에서 섬유나 시트지에 함침한 것을 특징으로 하는 초임계 공정을 이용한 상전이 물질이 함유된 기능성 직물지 제조방법.
  2. 상전이물질이 함유된 기능성 직물지 제조방법에 있어서,
    유기산계 상전이물질인 카프린산(capric acid:CH3(CH2)8COOH), 라우린산(lauric acid:CH3(CH2)10COOH), 팔미틴산(palmitic acid:CH3(CH2)14COOH), 스테아린산(stearic acid:CH3(CH2)16COOH) 중에서 택일 된 어느 하나를 초임계 유체인 이산화탄소, 에탄, 에틸렌 중에서 택일 된 어느 하나에 용해시켜 초임계 상태에서 섬유나 시트지에 함침한 것을 특징으로 하는 초임계 공정을 이용한 상전이 물질이 함유된 기능성 직물지 제조방법.
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