상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 서로 다른 용융온도를 갖는 수지에 기능성 안료를 혼합한 2종 이상의 마스터배치를 용융 방사하여 사이드 바이 사이드(side by side)형태의 단면을 갖는 복합섬유로 제조한 후 상기 수지의 열변형 온도로 열처리한 것을 특징으로 하는 위조방지용 섬유에 관한 것이다.
본 발명에서 열변형 온도는 일정한 하중을 고분자에 가하면서 일정속도로 승 온하여, 고분자가 하중을 견뎌내지 못하고 변형되는 온도를 측정한 것을 의미한다.
또한 본 발명은 이러한 위조방지용 섬유를 제조하는 방법을 제공한다. 제조되는 섬유의 형태에 따라 두 가지의 양태로 제조될 수 있으며, 일 양태로는
a) 서로 다른 용융온도를 갖는 수지에 기능성 안료를 첨가하여 2종 이상의 마스터배치를 제조하는 단계;
b) 상기 2종 이상의 마스터배치를 용융 방사하여 사이드 바이 사이드(side by side)형태의 단면을 갖는 복합섬유를 제조하는 단계;
c) 상기 섬유를 일정한 길이로 잘라 단섬유로 제조하는 단계;
d) 상기 수지들이 열변형을 일으키는 온도로 열처리한 후 냉각하는 단계;
를 포함한다.
또 다른 양태로는
a) 서로 다른 용융온도를 갖는 수지에 기능성 안료를 첨가하여 2종 이상의 마스터배치를 제조하는 단계;
b) 상기 2종 이상의 마스터배치를 용융 방사하여 사이드 바이 사이드(side by side)형태의 단면을 갖는 복합섬유를 제조하는 단계;
c) 상기 복합섬유를 합사(合絲)하여 연사뭉치로 형성시키고 뒤틀림이 발생하도록 꼬임을 형성하는 단계;
d) 상기 수지들이 열변형을 일으키는 온도로 열처리한 후 냉각하는 단계;
e) 상기 꼬임이 형성된 복합섬유를 일정한 길이로 잘라 단섬유로 제조하는 단계;
를 포함한다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 구성 요소인 사이드 바이 사이드 형태의 복합섬유는 보편적이고 기지의 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 용융온도가 다른 하나 이상의 수지에 기능성 안료를 혼합한 2종 이상의 마스터배치를 하나의 노즐을 통해 용융 방사함으로써, 단면이 사이드 바이 사이드 형태로 부착되어 있는 섬유를 제조할 수 있다. 이렇게 제조되는 사이드 바이 사이드 형태의 단면을 갖는 섬유는 상기 수지의 열변형 온도로 열을 가했다가 냉각시키는 경우 수지의 용융온도, 분자량 등의 물성에 따라 인장 또는 수축을 하게 되어 섬유가 휘거나 구부러지는 등의 변형이 일어나게 되며, 본 발명은 이러한 특성을 이용하여 특수한 형태의 섬유를 제공할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 동일한 종류의 수지를 사용하는 경우, 제1마스터배치의 수지는 용융온도가 높은 것을 이용하고, 제2마스터배치의 합성고분자는 용융온도가 낮은 것을 이용하여 섬유를 제조하고 단섬유로 만든 다음에 열처리를 하면 수축과 팽창의 차이에 의하여 제2마스터배치 성분 방향으로 섬유가 휘어지게 되는 것이다.
또한 제1마스터배치와 제2마스터배치의 수지를 서로 다른 종류로 조합함으로서 각각의 고분자가 가지고 있는 용융특성에 따라 수축과 팽창의 차이에 의하여 섬유가 휘어지게 된다.
본 발명에서 상기 수지는 용융 특성이 있는 것이 바람직하며, 이러한 용융방 사는 고온으로 가열하면 용융하고, 저온으로 되돌려 놓으면 고체가 되는 열가소성 합성고분자인 폴리에스테르, 나일론, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 복합섬유에는 시각적 효과 또는 기기감지 효과를 위하여 기능성 안료를 첨가하는 것이 바람직하며, 상기 기능성 안료는 유색안료, 형광안료, 적외선안료에서 선택되는 어느 하나 이상의 안료를 사용하여 빛의 파장에 따라 상이한 색상을 발현하도록 한다. 안료의 함량은 섬유가 의류나 직물에 이용되지 않기 때문에 방사공정에 영향을 주지 않는 범위에서 자유롭게 사용할 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명에서 상기 마스터배치는 용융온도가 다른 2종의 제1마스터배치와 제2마스터배치로 제조하여 2성분을 갖는 섬유로 제조할 수 있으며, 상기 제1마스터배치와 제2마스터배치는 동일한 수지를 사용하거나 또는 서로 다른 수지를 사용하는 것이 가능하다. 상기 복합섬유는 2종 이상의 마스터배치를 각각의 방사용 익스투루더에 유입한 후 하나의 노즐을 통해 용융 방사하여 사이드 바이 사이드(side by side)형태의 단면을 갖도록 제조한다.
즉, 2종류의 마스터배치를 이용하여 제조된 사이드 바이 사이드 형태의 복합섬유를 단면적 측면에서 대략적으로 살펴보면 섬유의 단면이 원형, 삼각형, 사각형, 타원형에서 선택되는 어느 하나 이상의 형태가 될 수 있으며, 좌측과 우측의 면적이나 형태가 다르게 형성될 수 있으며, 좌우측 성분에 해당하는 제1성분과 제2성분이 동일한 것으로 구성되게 하거나, 각각 다르게 조합하여 제조할 수 있다.
그리고 제1성분과 제2성분을 다르게 할 경우에는 제1성분과 제2성분의 상호 용해성, 계면접착성이 양호한 것을 선택하는 것이 용융방사에 바람직하다.
즉, 상기 제1마스터배치와 제2마스터배치를 각각의 방사용 익스투루더에 유입한 후 하나의 노즐을 통해 용융 방사하여 사이드 바이 사이드(side by side)형태의 단면을 갖도록 제조하는 것이다.
상기 위조방지용 섬유는 상기 용융 방사되는 복합섬유를 잘라 단섬유로 제조하고 수지가 열변형을 일으키는 온도로 열처리 하거나, 상기 복합섬유를 일정 길이에서 뒤틀림이 발생하도록 합사(合絲)하고 수지가 열변형을 일으키는 온도로 열처리 한 후 섬유를 잘라 단섬유로 제조하여 특수한 형태를 갖도록 제조한다. 상기 특수한 형태는 "C"형, "O"형 또는 "S"형으로 제조할 수 있다.
이하는 본 발명에 따른 특수형태의 섬유를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
a) 서로 다른 용융온도를 갖는 수지에 기능성 안료를 첨가하여 2종 이상의 마스터배치를 제조하는 단계;
b) 상기 2종 이상의 마스터배치를 용융 방사하여 사이드 바이 사이드(side by side)형태의 단면을 갖는 복합섬유를 제조하는 단계;
c) 상기 섬유를 일정한 길이로 잘라 단섬유로 제조하는 단계;
d) 상기 수지들이 열변형을 일으키는 온도로 열처리한 후 냉각하는 단계;
를 포함하며, 상기 제조방법에 의해 제조되는 단섬유는 "C"형 또는 "O"형으로 제조할 수 있다.
또 다른 양태로
a) 서로 다른 용융온도를 갖는 수지에 기능성 안료를 첨가하여 2종 이상의 마스터배치를 제조하는 단계;
b) 상기 2종 이상의 마스터배치를 용융 방사하여 사이드 바이 사이드(side by side)형태의 단면을 갖는 복합섬유를 제조하는 단계;
c) 상기 복합섬유를 합사(合絲)하여 연사뭉치로 형성시키고 뒤틀림이 발생하도록 꼬임을 형성하는 단계;
d) 상기 수지들이 열변형을 일으키는 온도로 열처리한 후 냉각하는 단계;
e) 상기 꼬임이 형성된 복합섬유를 일정한 길이로 잘라 단섬유로 제조하는 단계;
를 포함하는 제조방법에 의해 제조하는 단섬유는 "S" 형으로 제조할 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 마스터배치는 용융온도가 다른 2종의 제1마스터배치와 제2마스터배치로 구성되며, 상기 제1마스터배치와 제2마스터배치는 동일한 수지를 사용하거나 또는 서로 다른 수지를 사용할 수 있다.
본 발명에 의한 특수형태의 섬유 제조방법은 이성분이 부착되어 있는 사이드 바이 사이드 형태의 복합섬유를 짧게 잘라 단섬유로 만들고 제1성분과 제2성분이 열변형을 일으키는 온도로 열처리하는 방법이 있으며, 복합섬유를 일정 길이에서 뒤틀림이 발생하도록 합사(合絲)하고 열처리하여 특정 형태로 변형시킨 후에 섬유 를 짧게 잘라 단섬유화 하는 방법 등으로 제조할 수 있다.
이렇게 만들어진 단섬유는 기존의 섬유형태와 달리 상기 단섬유는 "C"형, "O"형 또는"S"형 등으로 제조할 수 있다. 상기 단섬유는 3 ~ 15mm의 길이로 절단하여 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 특수한 형태의 단섬유를 동일한 형태 또는 둘 이상의 형태로 조합하여 종이, 시이트에 소량 혼합한 위조방지 물품도 본 발명의 범위에 포함된다. 즉, 단섬유를 지료에 혼가하여 초지하는 공정을 포함하여 제조한 위조방지용 혼초지도 본 발명의 범위에 포함되며, 상기 단섬유를 합성수지와 혼합하여 사출 또는 압출하여 제조한 위조방지 물품도 본 발명의 범위이다.
이러한 특수형태의 섬유는 섬유를 구성하는 수지와 기능성 안료를 혼합한 제1마스터배치와 제2마스터배치를 조합하여 열처리를 함으로써 여러 가지의 효과가 나타날 수 있으며, 이하의 실시 예에서 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
[실시 예 1]
실시 예 1은 특수형태의 섬유가 C형이면서, 가시선에는 청색으로 보이며, 장파장 자외선에서는 적색의 형광을 나타내는 제조방법에 관한 것이다.
사이드 바이 사이드 형태의 복합섬유를 제조하기 위하여 제1성분으로서 합성 고분자인 폴리에스테르(폴리에틸렌테레프탈레이트, 융점 260℃)의 칩(chip)에 유색 안료인 청색의 프탈로시아닌불루(C.I. 74160)를 5중량% 첨가하고 가열, 혼합하여 용융방사를 위한 마스터배치를 제조하였다.
제2성분 역시 합성 고분자인 폴리에스테르(폴리에틸렌테레프탈레이트, 융점 210℃)의 칩에 외관색이 백색이면서 장.단파장 자외선에서 적색형광을 나타내는 형광안료(제조사 : 욱성화학, 상품명 : PANAX RED PKS-225, 발광파장 : 520nm)를 3중량% 첨가하고 가열, 혼합하여 용융방사를 위한 마스터배치를 제조하였다.
이와 같이 제조된 제1성분과 제2성분의 마스터배치를 각각의 방사용 익스투루더(extruder)에 50:50의 비율로 유입하여 섬유의 직경이 30㎛(약 9데니어) 정도가 되도록 용융방사를 하였다.
그리고 제조된 복합섬유를 5㎜ 길이로 절단하여 가온 쳄버에 넣고 130℃로 승온하여 30분간 유지한 다음에 실온으로 냉각하였다.
[실시 예 2]
실시 예 2는 특수형태의 섬유가 O형이면서, 가시선에서 섬유의 반쪽은 청색으로 보이며, 반쪽은 황색으로 보이는 제조방법에 관한 것이다.
제1성분으로서 합성 고분자인 폴리에스테르(폴리에틸렌테레프탈레이트, 융점 260℃)의 칩에 외관색이 백색이면서 단파장 자외선에서 청색형광을 나타내는 형광안료(제조사 : DAYGLO's사, 상품명 : IPO-19, 발광파장 : 450nm)를 5중량% 첨가하고 가열, 혼합하여 용융방사를 위한 마스터배치를 제조하였다.
제2성분은 합성 고분자인 폴리아미드(나이론 6, 융점 : 215℃)칩에 외관색이 백색이면서 장파장 자외선에서 녹색형광을 나타내는 형광안료(제조사 : DAYGLO's사, 상품명 : IPO-18, 발광파장 : 530nm)를 5중량% 첨가하고 가열, 혼합하여 용융방사를 위한 마스터배치를 제조하였다.
이와 같이 제조된 제1성분과 제2성분의 마스터배치를 각각의 방사용 익스투루더에 70:30의 비율로 유입하여 섬유의 직경이 30㎛(약 9데니어) 정도가 되도록 용융방사를 하였다.
상기의 방법으로 제조된 복합섬유를 5㎜ 길이로 절단하여 가온 쳄버에 넣고 150℃로 승온하여 30분간 유지한 다음에 실온으로 냉각하였다.
[실시 예 3]
실시 예 3은 특수형태의 섬유가 S형 이면서, 가시선에서는 적색으로 보이며, 장파장 자외선에서는 적색의 형광을 나타내며, 단파장 자외선에서는 녹색형광을 나타내는 제조방법에 관한 것이다.
제1성분으로서 합성 고분자인 폴리아미드(나이론 66, 융점 : 250℃)의 칩에 유색이면서 형광성인 적색의 로다민 B(C.I. Basic Violet 10)를 5중량% 첨가하고 가열, 혼합하여 용융방사를 위한 마스터배치를 제조하였다.
제2성분은 폴리아미드(나이론 6, 융점 : 215℃)칩에 외관색이 백색이면서. 단파장 자외선에서 녹색형광을 나타내는 형광안료(제조사 : Honeywell사, 상품명: Lumilux?? CD-770, 발광파장 : 520㎚)를 5중량% 첨가하고 가열, 혼합하여 용융방사 를 위한 마스터배치를 제조하였다.
이와 같이 제조된 제1성분과 제2성분의 마스터 벳치를 각각의 방사용 익스투루더(extruder)에 60:40의 비율로 유입하여 섬유의 직경이 30㎛(약 9데니어) 정도가 되도록 용융방사를 하였다.
상기의 방법으로 제조된 복합섬유를 30개 섬유가 일합사 되도록 하고 1cm당 4번의 뒤틀림(꼬임)이 있도록 한 다음에 쳄버에 널고 150℃로 승온하여 30분간 유지한 다음에 실온으로 냉각하고, 길이가 5㎜가 되도록 절단하고 풀었다.
[실시 예 4]
실시 예 4는 특수형태의 섬유가 이중 꼬임의 S형 이면서, 가시선에서 미백색으로 보이며, 자외선의 장파장에서는 적색으로 보이고, 적외선의 영역에서는 적외선을 흡수하여 흑색을 나타내는 제조방법에 관한 것이다.
제1성분으로서 합성 고분자인 폴리에스테르(폴리에틸렌테레프탈레이트, 융점 260℃)의 칩에 외관색이 백색이면서 장.단파 자외선에서 적색형광을 나타내는 형광안료(제조사 : 욱성화학, 상품명 : PANAX RED PKS-225, 발광파장 : 520㎚)를 3중량% 첨가하고 가열, 혼합하여 용융방사를 위한 마스터배치를 제조하였다.
제2성분은 합성 고분자인 폴리아미드(나이론 6, 융점 : 215℃)의 칩에 외관색이 갈색이면서 근적외선 영역에서 적외선을 흡수하는 적외선안료(제조사 : Epolin사, 상품명 : Epolight 1117, 성분 : Tetrakisamminium, 최대흡수파장 : 1071nm)를 5중량% 첨가하고 가열, 혼합하여 용융방사를 위한 마스터배치를 제조하 였다.
상기의 방법으로 제조된 복합섬유를 15개 섬유로 구성된 합사를 3개가 교차되도록 3합사한 다음에 1cm당 6번의 뒤틀림(꼬임)이 있도록 한 다음에 쳄버에 넣고 150℃로 승온하여 30분간 유지한 다음에 실온으로 냉각하고, 길이가 5㎜가 되도록 절단하고 풀었다.
실시 예에 의한 기능성 및 효과는 표 1과 같다.
[표1] 실시 예에서 나타난 기능성 섬유의 시각적 효과
|
섬유형태 |
가시선에서 색상 |
자외선에서 발광색상 |
적외선에서 흡수색상 |
단파장 |
장파장 |
실시 예1 |
C형 |
청색 |
적색 |
- |
실시 예2 |
O형 |
- |
청색 |
녹색 |
- |
실시 예3 |
S형 |
적색 |
녹색 |
적색 |
- |
실시 예4 |
이중S형 |
- |
적색 |
흑색 |
본 발명에 의해 제조된 사이드 바이 사이드 형태의 단섬유는 종이 제조 시 혼합하여 이용하는 방법, 플라스틱 시트를 제조할 경우 수지에 분산하여 이용하는 방법, 코팅용 용액에 분산하여 특정 제품의 표면에 부착하는 방법, 장섬유로 이용하여 기능사로 이용하는 방법 등이 다양하게 있으며, 보안성이 요구되는 은행권, 여권, 수표, 유가증권과 특수 제품의 진위식별요소로 이용할 수 있다.