KR100820034B1 - 열 조절성 부직물 - Google Patents

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KR100820034B1
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프로이덴베르크 블리스슈토페 카게
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프리스비 테크놀로지즈, 인코포레이티드
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    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H13/00—Other non-woven fabrics

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  • Footwear And Its Accessory, Manufacturing Method And Apparatuses (AREA)

Abstract

본 발명은 배트 또는 웹의 내부에 열 조절성 물질을 함유하는 중합체 결합제에 의해 결합된 배트 또는 웹을 포함하는 가역성의 증강된 열 조절 특성을 갖는 부직포로서, 열 조절성 물질이 중합체 결합제의 내부 전체에 걸쳐 분산되어 있으며, 사실상 전체적으로 부직포의 내부에 존재하는 부직포에 관한 것이다.
부직포, 열 조절성 물질, 중합체성 결합제, 상 변화 물질, 배트, 웹, 마이크로캡슐, 신발 안창.

Description

열 조절성 부직물{Thermal control nonwoven material}
본 발명은 춥거나 더운 환경 조건에 대해 보호하는 의류의 성분으로서 유용한 부직물에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 상 변화 물질을 사용하여 열을 흡수하고 방출하는 제품에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 밀폐된 신발 안에서 열 기후를 유지하기 위한 신발의 안창 및 라이닝(lining) 물질에 관한 것이다.
상 변화 물질로 도포된 섬유 제품은 공지되어 있다. 이들 제품 및 관련 제품은, 예를 들어, 3층 절연 시스템을 기술하는 포즈(Pause)의 미국 특허 제6,077,597호를 포함하는 문헌 및 특허에 기술되어 있다. 제1 층은, 상 변화 물질을 함유하는 미소구가 분산되어 있는, 도료로 처리된 가요성 지지체이다. 제2 층은 상 변화 물질을 함유하는 미소구가 분산되어 있는 섬유의 매트이다. 제3 층은 가요성 지지체이다. 다카시마(Takashima) 등의 미국 특허 제4,939,020호에는 비닐 중합체, 열 팽창성 마이크로캡슐 및 티오시아네이트 화합물을 포함하는 도료 조성물을 갖는 부직포가 기술되어 있다. 버클리(Buckley)의 미국 특허 제5,722,482호 및 제6,004,662호에는 상 변화 물질을 함유하는 가요성 복합재가 기술되어 있다. 게이트웨이 테크놀로지스(Gateway Technologies)의 국제공개공보 제WO 95/34609호에는 중합체 결합체 전체에 걸쳐 분산된 상 변화 물질, 계면활성제, 분산제, 소포제 및 증점제를 포함하는 직물 도료가 기술되어 있다. 브라이언트(Bryant) 등의 미국 특허 제5,366,801호 및 유럽 특허공보 제611,330 B1호에는 중합체 결합제 및 마이크로캡슐로 도포된 직물 및 섬유 기재 물질을 포함하는 제품이 기술되어 있다. 브라이언트 등의 미국 특허 제4,756,958호에는 상 변화 물질로 충전된 완전 미소구를 갖는 섬유가 기술되어 있다.
발명의 요약
본 발명은 물질의 신규한 배합 및 구조를 사용하여 덥거나 추운 조건에 대해 보호하는 열 조절성 부직포를 만들 수 있다는 발견을 토대로 한다. 부직포는 의류(예: 쟈켓, 바지, 셔츠, 작업 바지, 모자, 스카프 등) 속에 심(interlining)으로서 삽입하기에 적합할 뿐만 아니라 신발(예: 단화 및 장화)에 넣기에 적합한 다용도 제품일 수 있다. 예를 들어, 통상적인 물질 또는 방법을 사용하는 것보다 효과적으로 신발 내부에서 열 기후의 유지를 보조하는 신발 안창 또는 라이닝을 제조할 수 있다. 부직포는 여행용 가방 및 백의 라이닝으로 사용할 수 있다. 부직포를 사용하여 의료용 복장을 제조할 수 있다.
본원에서 통상적인 의미로 사용된 "부직포"라는 용어는 직물 또는 편직물과는 대조적으로, 결합된 연속 섬유 또는 스테이플 섬유를 포함하는 직물을 언급한다. 본원에서 사용된 "신발"이라는 용어는 일반적으로 야외용 신발을 나타내는 것으로 이해해야 한다.
달리 정의하지 않는 한, 본원에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 분야의 숙련가에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 기술된 것과 유사하거나 동일한 방법 및 물질을 본 발명의 수행 또는 시험에 사용할 수 있지만, 적합한 방법 및 물질은 아래에 기술되어 있다. 본원에서 언급된 모든 문헌, 특허원, 특허 및 다른 참조 문헌은 전체적으로 참고로 인용되어 있다. 모순되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 대조될 것이다. 또한, 물질, 방법 및 실시예는 예시일 뿐이지, 제한하려는 것은 아니다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 다음 상세한 설명 및 청구의 범위로부터 명백하다.
도 1은 본 발명의 특정 양태에 따르는 부직 웹(web) 물질의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 특정 양태에 따르는 부직 웹 물질의 개략도이다.
열 조절성 부직물은 이의 내부 전체에 걸쳐 분산된 중합체성 결합제, 및 결합제의 내부 전체에 걸쳐 분산된 열 조절성 물질을 갖는다. 부직포 내의 결합제는 연속적 충전물이거나, 설명되는 바와 같이 불연속적일 수 있다. 본 발명에 따르는 열 조절성 부직물은 덥거나 추운 환경에 대해, 열 조절성 물질로부터 열의 흡수 및/또는 방출에 의해 보호하는 능력을 갖는다.
부직포는 광범위한 종류의 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 부직포는 셀룰로오스, 폴리올레핀(예: 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리에스테르, 폴리아미드(예: 나일론), 상술한 물질 중의 이성분 물질 또는 혼합물 및 심지어 무기 섬유로부터 형성될 수 있다. 이들 섬유는, 목적하는 웹 형성 및 결합 방법에 따라 약 0.3 내지 약 7cm의 길이일 수 있으며, 또한 용융된 중합체의 연속적 압출에 의해 방사결합/용융취입 기술을 거쳐 제조된 섬유(들)을 포함하는 섬유는 더욱 길어질 수 있다. 섬유는 약 0.5 내지 약 30데니어의 범위일 수 있다.
부직포는 두개의 별개의 단계로 제조된다: 제1 단계는 느슨한 배트(bat) 또는 웹의 형성이고, 제2 단계는 부직포를 형성하는, 배트 또는 웹의, 예를 들어, 결합제에 의한 결합, 또는 배트 또는 웹의 결합부에서의 물리적 융합, 또는 배트 또는 웹의 교락이다.
웹 형성은 당해 분야에 공지된 모든 방법에 따라서 수행할 수 있다. 예를 들어, 웹은 원주를 따라 미세한 톱니를 갖는 회전 롤러를 사용하여 각각의 섬유를 실질적으로 평행식 또는 일방향성 웹으로 카딩하는 건식 공정(dry-laid process)에 의해 제조할 수 있다. 이러한 일방향성 웹은 각각의 일방향성 웹이 서로에 대해 특정한 각도로 축적되는 크로스래핑(crosslapping)에 의해 결합될 수 있다. 추가로 예를 들어, 웹은 섬유가 물에 분산되어 벨트 스크린을 통과하는 습식 공정(wet-laid process)으로 제조할 수 있다. 물은 스크린을 통해 추출되고, 수득된 웹은 벨트 위에 형성된다. 이러한 방법에 의해 조밀하고, 균질하며, 강한 웹이 생성된다. 랜덤식(등방성) 웹은 공기 부착에 의해 형성할 수 있으며, 이는 섬유를 스크린 위에 랜덤하게 취입하는 것을 포함한다. 또 다른 양태에서, 섬유는 예비성형된 부직포 스크림(nowoven scrim) 위에 랜덤하게 놓일 수 있으며, 이는 스크린의 위치를 취한다. 예를 들어, 섬유는 결합제 내부에 분산된 열 조절성 물질과 결합제를 갖는 예비성형된 웹 위로 취입시켜 열 조절성 특성을 갖는 1층 및 이러한 특성을 갖지 않는 다른 층을 갖는 이층 생성물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 열 조절성 물질을 포함하는 약 200g/m2 부직포의 1층, 및 열 조절성 부직포 위에 취입된 약 200 내지 800g/m2 부직포의 다른 층을 갖는 이러한 생성물이 제조될 수 있다.
랜덤식 웹은 용융 취입 방법에 의해 형성시킬 수 있으며, 여기에서 섬유는 중합체로부터 직접 방사되고, 공기 스트림에 의해 연신되고 여러 길이로 인열되고, 부착되어 지지체를 형성한다. 또한, 스펀본딩(spunbonding)을 사용하여 원료의 과립으로부터 실질적으로 무한한 섬유를 형성시킬 수 있다. 섬유는 (가열된 공기)에 의해 신장되어 웹으로 된다. 이러한 방법에 의해 부직포가 하나의 연속 공정으로 생성된다.
안창 구조물에 대해, 부직포는 다수의 형태를 취할 수 있다. 사용된 물질의 종류는 물질의 필요한 최종 용도에 따라 다르다. 안창 물질에 대해, 부직포는 바람직하게는, 예를 들어, 경질 중합체 결합제와 특정 범위의 데시텍스 값(decitex values)을 갖는 폴리에스테르 섬유의 배합물로부터 형성된, 경질의 강성 보드를 포함한다. 쿠션형 안창에 대해, 부직포는 바람직하게는, 예를 들어, 약 6의 데시텍스 값을 갖는 굵은 폴리에스테르 섬유와, 탄성 및 개방 구조를 갖는 물질을 제공하는 연질의 탄성 중합체 결합제의 배합물을 포함한다.
웹의 형성 후에, 그리고 특정한 양태에서, (아래에 기술되는) 웹의 궁극적인 가벼운 예비결합 후에, 웹은 중합체 결합제 및 열 조절성 물질의 현탁액 또는 분산액을 함유하는 욕에 침지시킨다. 본원에 기술된 방법에 따라서, 웹이 결합제에 의해 자신에, 적어도 교차점에서 결합된 부직포가 형성된다. 특정한 양태에서, 웹은 중합체 결합제로 실질적으로 연속 충전되는 한편, 다른 양태에서, 중합제 결합제는 실질적으로 웹 결합부에서 존재하며, 간극은 가스(예: 공기)로 실질적으로 충전된다. 본 발명의 직물에 유용한 결합제는 바람직하게는 세탁가능하고 드라이 클리닝할 수 있는 부직포를 생성하는 직물 용도의 온도에서 고체이다. 용매가 사용되는 경우, 결합제는 높은 융점을 가질 수 있다. 그러나, 용해되지 않는 경우, 적합한 결합제는 일반적으로 웹의 기재 물질의 연화점 이하에서 유동한다. 특정의 적합한 결합제는 중합체 물질이다. 접착성 및/또는 점착성 결합을 웹 내부에서, 예를 들어, 자체적인 가교결합에 의해 또는 웹 자체에 대한 가교결합에 의해 형성할 수 있는 중합체 분산액 또는 유탁액이 특히 유용하다. 중합체 결합제의 예는 아크릴 및 폴리아크릴, 메타크릴 및 폴리메타크릴, 폴리우레탄, 니트릴 고무, 스티렌/부타디엔 공중합체, 클로로프렌 고무, 폴리비닐 알콜 또는 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체 및 이들의 혼합물을 포함한다.
수성 라텍스 블렌드를 포함하는 라텍스 결합제를 또한 사용할 수 있다. 유리하게는, 라텍스 결합제는 경질 스티렌/부타디렌 고무 라텍스를 포함한다. 바람직하게는 결합제는 증점제(예: 암모니아), 및 증점제(예: 암모니아)와 반응하여 혼합물을 증점시키는 아크릴 라텍스를 포함한다. 예를 들어, 적합한 라텍스 결합제는 75중량%의 Applied Polymer S30R과 25중량%의 Synthomer™7050과의 블렌드를 포함한다. 이러한 블렌드는 암모니아 및 아크릴 라텍스, 예를 들어, Viscalex™ HV30(제조원: Allied Colloids)로 증점시킬 수 있다.
열 조절성 물질의 예는 아래에 기술된 것과 같은 상 변화 물질을 포함한다.
이러한 침지 단계는 웹에 현탁액 또는 분산액을 실질적으로 완전히 침투시키기에 필요한 정도로 수행한다. 욕은 가열하여 교차점에서 섬유의 융합을 초래할 수 있다. 이후, 웹을 건조시켜 용매(즉, 물)를 제거함으로써 웹 물질의 간극에서 결합제 및 열 조절성 물질을 갖는 부직포를 생성한다. 대안으로 또는 추가로, 웹은 가열되거나 가열되지 않을 수 있는 롤러를 통과할 수 있다. 또한, 따뜻하거나 뜨거운 공기를 사용하여 웹을 건조시킬 수 있다. 특정한 양태에서, 수득된 웹의 간극은 결합제 및 열 조절성 물질로 실질적으로 충전된다.
본 발명의 바람직한 양태는 웹이 자체적으로 교차하여 가스, 대표적으로 공기로 충전된 간극의 나머지를 이탈하는 지점에 거의 전부 배치된 결합제를 갖고, 이는 물질에 단열 특성을 부여한다. 도 1 및 도 2를 참조로 하면, 연결부(3)를 갖는 웹 물질(2), 및 간극 또는 공극(4)을 포함하는 부직포(1)의 부분이 도시되어 있다. 열 조절성 물질(6)이 전체적으로 분산되어 있는 결합제(5)의 영역이 웹 전체에 걸쳐서 분산되며, 웹 물질의 섬유의 연결부에 배치되어 있다. 웹의 나머지는 특정 양태에서 결합제를 함유하지 않는다. 결합제는 웹의 자체적인 결합제로서 뿐만 아니라, 열 조절성 물질의 서로에 대한 및 웹에 대한 결합제로서 작용하여, 열 조절성 물질이 내부에 분산된 결합된 부직포를 형성한다.
이러한 양태에 따르는 부직포는 결합제의 표면 장력, 및 결합제의 웹에 대한 및 결합체 자신에 대한 상대적 친화성을 사용하여 제조할 수 있다. 과도한 자체 친화성을 나타내는 결합제는 웹에 전혀 결합되지 않는 경향이 있는 한편, 웹에 대해 과도한 친화성을 나타내는 결합제는 웹의 교차점에서 섬(islands) 또는 소구체(globules)를 형성하지 않는다. 용매가 결합제로부터 제거되는 속도는 또한, 결합제가 섬 또는 소구체를 웹 교차점에서 형성하는 정도에 영향을 줄 수 있다. 과도하게 급속한 용매 제거는 결합제가 웹 결합부에 이입하지 못하게 할 수 있다. 결합제의 친화성에 적합하게 조화되는 용매 제거 속도를 선택하는 것은 당해 분야의 전문가의 통상적인 지식 범위 내에 있다.
다른 양태에서, 웹은 결합제로 실질적으로 완전히 충전되며, 결합제는 전체에 걸쳐 분산된 열 조절성 물질을 갖는다. 웹이 충전된 양태는 또한 용도에 따라서, 상대적으로 가요성인 결합제 물질을 필요로 하거나 상대적으로 강성인 결합제 물질을 필요로 할 수 있다.
결합제의 점도를 조절하여 웹의 간극에서 응집된 결합제를 갖는 부직포를 생성할 수 있다. 이러한 양태에서, 결합제는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 웹의 간극에서 응집된다.
웹의 결합은 바람직하게는 웹 형성 직후에, 열 조절성 물질을 함유하는 결합제 욕으로 웹의 침지에 의해 수행한다. 또한, 결합제 분무 결합, 열 결합 방법, 니들링 방법(needling processes) 및 워터-제트 결합 방법을 포함하는 가벼운 대체 예비결합 방법은 웹을 결합제 욕에 침지시키고 부직포를 최종 결합시키기 전에 수행할 수 있다. 이들 방법은 당해 분야의 전문가에 의해 인식되는 바와 같이, 가공된 생성물에 다양한 품질을 제공할 수 있다. 예를 들어, 니들링 또는 워터-제트 결합을 사용하여 니들링 또는 수-제트 밀도 및 압력에 따라서, 상대적으로 조밀하고 가연성인 부직포 뿐만 아니라, 상대적으로 가볍고 용량이 큰 부직포를 생성할 수 있다. 특정한 양태에서, 바람직한 웹은 부직포 니들 펠트일 수 있다. 또 다른 예에서, 방사결합된 웹은 이들이 결합된 후에 상기 화학약품 욕에 침지시킬 수 있다.
직물에 포함될 수 있는 열 조절성 물질은 냉기 및/또는 열에 대해 보호하기에 적합한 것이다. 특히 유용한 열 조절성 물질은 상 변화 물질을 포함한다. 캡슐화된, 특히 마이크로캡슐화된 상 변화 물질은 본 발명에 유용하다. 본 발명에 적합한 마이크로캡슐은 광범위한 종류의 물질을 함유할 수 있다. 물질의 선택은 본원에 기술된 직물의 가공을 위한 조건에 의해서만 제한된다. 본 발명에 적합한 마이크로캡슐은 15.0 내지 2,000㎛ 범위의 직경을 갖는다. 바람직하게는, 마이크로캡슐은 15 내지 500㎛의 직경을 갖는다. 가장 바람직하게는, 마이크로캡슐은 15 내지 200㎛의 직경을 갖는다. 상 변화 물질은 마이크로캡슐에 도입하기에 매우 적합하며, 여기에서 마이크로캡슐은 부직포를 구성하는 물질의 직경과 동일하거나 이보다 큰 크기의 직경을 갖는다.
상 변화 물질은 가역성 상 변화 전이(예: 고체-액체 전이)와 연관된 잠열 흡수를 이용하도록 고안된 것이다. 또한, 특정한 상 변화 물질은 고체-고체 상 전이에 대한 열을 흡수하거나 방출한다. 따라서, 물질을 열 흡수제로서 사용하여 대상물을 추가 열로부터 보호할 수 있으며, 이는 다량의 열 에너지가 상 변화 물질에 의해, 이의 온도가 상승할 수 있기 전에 흡수되기 때문이다. 상 변화 물질은 예열되어 냉기 차단제로서 사용할 수도 있는데, 이는 이의 온도가 하락하기 시작할 수 있기 전에 다량의 열이 상 변화 물질로부터 제거되기 때문이다. 본 발명에 바람직한 상 변화 물질은 가역성 고체-액체 전이를 사용한다.
상 변화 물질은, 마이크로캡슐 내부의 코어 물질이 용융 또는 냉동되거나 고체-고체 전이되면서 상태의 물리적 변화 형태로 열 에너지를 저장한다. 이들 물질은 상 변화 전에 일정한 온도(이의 상 변화 온도)에서 열을 흡수하거나 방출할 것이다. 따라서, 물질은 열의 흡수제로서 사용되어 대상물을 추가 열로부터 보호할 수 있는데, 이는 다량의 열 에너지가 상 변화 물질에 의해, 이의 온도가 상승할 수 있기 전에 흡수되기 때문이다. 상 변화 물질은 예열되어 냉기 차단제로서 사용할 수도 있는데, 이는 이의 온도가 하락하기 시작할 수 있기 전에 다량의 열이 상 변화 물질로부터 제거되기 때문이다. 상 변화 물질이 고체 및 액체 상 사이에서 재순환되는 능력을 유지하기 위해서, 이들이 액체 형태인 경우, 용매(또는 캐리어 유체) 전체에 걸쳐 상 변화 물질의 분산을 방지하는 것이 중요하다. 성공한 것으로 밝혀진 접근법은 상 변화 물질을 얇은 막 또는 쉘 내부에 캡슐화시키는 것이다. 이러한 얇은 막 또는 쉘은 캡슐 내로 또는 이의 밖으로 열 전이를 바람직하게는 크게 방해하지 않는다. 캡슐은 비교적 큰 표면적을 나타내기에 충분히 작은 것도 바람직하다. 이에 의해 가능한 캐리어 유체로 및 당해 캐리어 유체로부터 급속하게 열 전달이 이루어진다. 이러한 캡슐은 마이크로캡슐로서 공지되어 있다. 마이크로캡슐은 약 10 내지 약 50㎛ 크기의 범위이며, 당해 분야의 전문가에 익히 공지된 통상적인 방법에 따라서 제조된다. 마이크로캡슐 물질을 가로질러 이의 내부로의 열 전달은 본 발명에서 최대한의 유용성으로 효율적이다.
상 변화 물질의 조성을 개질시켜, 제공된 온도 범위에 대한 최적의 열 특성을 수득한다. 예를 들어, 일련의 파라핀 탄화수소(화학식 CnH2n+2의 일반적인 직쇄 탄화수소)에 대한 융점은, 다음 표에 나타난 탄소원자의 수에 비례한다.
탄화수소 상 전이 온도
화합물 명칭 탄소수 융점(℃)
n-데칸 10 -32
n-운데칸 11 -26
n-도데칸 12 -11
n-트리데칸 13 -5.5
n-테트라데칸 14 5.9
n-펜타데칸 15 10.0
n-헥사데칸 16 18.2
n-헵타데칸 17 22.0
n-옥타데칸 18 28.2
n-노나데칸 19 32.1
n-에이코산 20 36.8
n-헤네이코산 21 40.5
n-도코산 22 44.4
n-트리코산 23 47.6
n-테트라코산 24 50.9
n-펜타코산 25 53.7
n-헥사코산 26 56.4
n-헵타코산 27 59.0
n-옥타코산 28 61.4
n-노나코산 29 63.4
n-트리아코탄 30 65.4
n-헨트리아콘탄 31 68.0
n-도트리아콘탄 32 70.0
n-트리트리아콘탄 33 71.0
n-테트라트리아콘탄 34 72.9
n-헥사트리아콘탄 36 76.1

여기에 기재된 탄화수소 이외에, 탄소원자의 수가 더 많거나 적고 융점이 더 높거나 낮은 다른 파라핀 탄화수소가 본 발명의 수행에 사용될 수도 있다. 추가로, 가소성 결정[예: 2,2-디메틸-1,3-프로판디올(DMP) 및 2-하이드록시메틸-2-메틸-1,3-프로판디올(HMP) 등]이 또한 온도 안정화 수단으로서 사용하기 위해 고려된다. 가소성 결정이 열 에너지를 흡수하는 경우, 분자 구조는 고체 상을 이탈하지 않고 개질된다.
상 변화 물질의 배합물이 사용될 수도 있다. 마이크로캡슐화된 상 변화 물질(MicroPCM)은 바람직하게는 중합체 결합제 전체에 걸쳐 균질하게 분포된다. 특정한 양태에서, MicroPCM은 분산제(예: Dispex™ A40)를 사용하여 물에 분산시킨 후에, 라텍스 결합제와 혼합할 수 있다. 이러한 양태에 따라서, 상 변화 물질은 물에 대해 고체 물질 약 30 내지 약 60중량%로, 또는 바람직하게는 약 40 내지 45중량%로 물에 분산시키는 것이 바람직하다. 물/MicroPCM 혼합물이 바람직하게 제조되는 경우, 바람직하게는 물/MicroPCM 혼합물은 라텍스 결합제와 혼합되어 MicroPCM 대 고무의 비 또는 약 0.5 내지 2 대 1의 비를 제공한다. 바람직하게는, 무수 결합제 대 기재 부직물 비는 약 0.3:1 내지 3:1이다. 바람직한 비는 가공된 생성물의 필요한 특성에 따라 다르다. 쿠션 안창에 대해, 비는 바람직하게는 약 0.3 내지 0.5 대 1이다. 라이닝 물질에 대해, 비는 바람직하게는 약 1:1이고, 강성 안창에 대해, 비는 바람직하게는 약 2.5:1이다. 임의로, 결합제 혼합물은 착색제를 포함할 수 있다.
상 변화 물질의 예는 파라핀 탄화수소, 즉 화학식 CnH2n+2의 일반(직쇄) 탄화수소(여기서, n은 10 내지 30의 범위일 수 있다)이다. 바람직한 파라핀 탄화수소는 n이 13 내지 28의 범위인 것이다. 상 변화 물질에 적합한 다른 화합물은 2,2-디메틸-1,3-프로판디올(DMP), 2-하이드록시메틸-2-메틸-1,3-프로판디올(HMP) 및 유사한 화합물이다. 지방 에스테르(예: 메틸 팔미테이트)도 유용하다. 바람직한 상 변화 물질은 파라핀 탄화수소이다.
열 조절 특성은 본원에 기술된 직물에 대해 상 변화 물질의 재생을 제공함으로써 가역성으로 만들 수 있다. 가온하는 동안, 예를 들어, 상 변화 물질이 점차로 용융되며; 냉각 동안, 상 변화 물질이 점차로 냉동된다. 상 변화 물질을 재생하는 한가지 방법은 상 변화 물질이 목적하는 보호를 위해 적합한 상으로 회복되는 온도를 갖는 환경에 부직포를 배치하는 것이다.
대부분의 양태에 대해, 상 변화 물질의 융점 또는 활성화 온도는 약 15 내지 약 55℃(60 내지 130℉)의 범위, 유리하게는 26 내지 38℃(80 내지 100℉)의 범위이다. 대부분의 용도에 대해, 활성화 온도는 바람직하게는 약 28℃(83℉)이다. 유리하게는, 상 변화 물질의 상이한 등급을 상이한 용도에 사용할 수 있다. 예를 들어, 신발 안창에 대해 약 35℃(95℉)의 높은 활성화 온도 및 신발의 갑피(upper) 또는 설포 부분(tongue areas)에 대해 약 28℃(83℉)의 낮은 활성화 온도가 유리할 수 있다. 활성화 온도의 편차는 발의 바닥으로부터 발의 상부까지 피부의 물리적 차이를 허용하도록 선택할 수 있다.
본원에 논의된 열 조절 물질의 사양은 이들이 투입되는 용도에 따라서 변할 수 있다. 웹의 중량은 약 15 내지 약 1000g/m2, 바람직하게는 약 40 내지 약 700g/m2 또는 약 50 내지 약 150g/m2일 수 있다.
예를 들어, 의류 또는 신발에 대한 심으로서 또는 절연 물질로서 사용되는 경우, 섬유상 웹의 중량은 약 15 내지 약 200g/m2, 바람직하게는 약 50 내지 약 160g/m2의 범위일 수 있다. 이러한 웹은 약 5 내지 약 600g/m2, 바람직하게는 약 50 내지 약 450g/m2의 결합제 및 상 변화 물질로 부하될 수 있다. 부직포의 두께는 심으로서, 또는 의류 및 신발에 대해 사용되는 경우, 약 0.5 내지 약 20mm의 범위일 수 있다. 바람직하게는 신발 안창 또는 라이닝 물질에 대해, 초기 두께는 약 0.5 내지 5mm인 한편, 쿠션 안창에 대해, 초기 두께는 약 5 내지 15mm이다.
본 발명은 추가로, 중합체를 보유하는 마이크로캡슐로 캡슐화된 가역성 열 에너지 저장 특성을 갖는 물질을 포함하고, 대략 체온(여기에서, 체온은 정상의 생리학적 피부 온도이다)의 활성화 온도를 갖는, 마이크로캡슐화된 상 변화 물질을 액체 중합체 결합제와 혼합하는 단계(1), 부직포 기재 물질을 결합제 혼합물로 함침시키는 단계(2) 및 함침된 물질을 건조시키는 단계(3)를 포함하여, 신발 안창 또는 라이닝 물질을 제조하는 방법을 제공한다. 바람직하게는, 당해 방법은 액체 중합체 결합제와 혼합하기 전에 마이크로캡슐화된 상 변화 물질을 물에 예비 분산시키는 단계를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 마이크로캡슐화된 상 변화 물질은 분산제(예: Dispex™ A40)를 사용하여 물에 예비 분산시킨다. 바람직하게는, 당해 방법은 증점제를 결합제 혼합물에 첨가하는 단계를 추가로 포함한다. 혼합 속도를 증가시키는 것은 안정성을 개선시키고, 함침 동안에 마이크로캡슐을 여과시키는 분리를 감소시키고, 가공된 물질에 더욱 좋은 외관을 초래한다는 것이 밝혀졌다. 바람직하게는, 함침된 물질은 약 120℃에서 건조시킨다. 바람직하게는, 당해 방법은 중합체 결합제 물질을 경화시키는 추가 단계를 포함한다. 유리하게는, 경화 단계는 약 140℃에서 수행한다. 바람직하게는, 당해 방법은 예를 들어, 물질을 필요한 게이지로 캘린더링하고, 부직포 라이닝의 표면을 스웨딩(sueding)하고, 신발 제조 공정을 보조하는 접착제 또는 차단 도료의 도포에 의해 물질을 가공하는 추가 단계를 포함한다.
본 발명은 부직포 기재 물질, 중합체 결합제, 결합제 내부에 분산된 마이크로캡슐화된 상 변화 물질을 포함하는 신발 안창으로서, 상 변화 물질이 중합체를 보유하는 마이크로캡슐로 캡슐화된 가역성 열 에너지 저장 특성을 갖는 물질을 포함하고, 상 변화 물질이 대략 체온의 활성화 온도를 가짐을 특징으로 하는 신발 안창을 추가로 제공한다.
본 발명은 다음 실시예에서 추가로 기술되며, 이는 청구의 범위에 기술된 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
실시예 1
부직포의 제조
중량이 50g/m2인 배트 또는 웹은 1.7dtex 및 길이 38mm의 섬유와 3.3dtex 및 길이 38mm의 섬유를 포함하는 100% 폴리에스테르 섬유의 혼합물로부터 카딩(carding)한다. 배트를 결합제 욕에 침지시키고, 160℃ 건조기 내에서 건조시켜, 수득된 생성물이 61g/m2 결합제 및 상 변화 물질을 함유하는 111g/m2의 중량을 갖도록 한다. 따라서, 생성물은 유리 전이 온도(Tg)가 -10℃인 자체 가교결합 아크릴레이트 결합제의 무수 매스 15g/m2 및 상 변화 물질(ThermasorbTM 83 Frisby Technologies) 46g/m2을 가지며, 이때 결합제 대 상 변화 물질의 중량비는 1:3.1이고, (배트 또는 웹) 대 (결합제 및 상 변화 물질)의 중량비는 1:1.2이다.
실시예 2
다른 부직포의 제조
110g/m2의 중량을 갖는 배트 또는 웹은 1.7dtex 및 길이 38mm의 50% 폴리에스테르 섬유 및 3.3dtex 및 길이 38mm의 50% 폴리아미드 6.6 섬유의 혼합물로부터 제조하고, 니들 펀칭에 의해 예비 결합시킨다. 배트를 결합제 욕에 침지시키고, 165℃ 건조기 내에서 건조시켜, 수득된 생성물이 289g/m2의 중량을 갖고 179g/m2 결합제 및 상 변화 물질을 갖도록 한다. 따라서, 생성물은 유리 전이 온도(Tg)가 -32℃인 자체 가교결합 아크릴레이트 결합제의 무수 매스 30g/m2 및 상 변화 물질(ThermasorbTM 83 Frisby Technologies) 149g/m2을 갖고, 이때 결합제 대 상 변화 물질의 중량비는 1:4.9이고, (배트 또는 웹) 대 (결합제 및 상 변화 물질)의 중량비는 1:1.6이다.
실시예 3
또 다른 부직포의 제조
75g/m2의 중량을 갖는 배트 또는 웹은 1.7dtex 및 길이 50mm의 90% 폴리에스테르 섬유 및 3.3dtex 및 길이 50mm의 폴리아미드 6.6 및 폴리아미드 6을 포함하는 10% 이성분 섬유의 혼합물로부터 제조하고, 205℃ 진공 오븐 내에서 열 결합시켜 예비 결합시킨다. 배트를 실시예 2에서와 같이 결합제 욕에 침지시키고, 165℃ 건조기 내에서 건조시켜, 수득된 생성물이 237g/m2의 중량을 갖도록 하고, 여기에서 결합제 대 상 변화 물질의 중량비는 1:4.9이고, (배트 또는 웹) 대 (결합제 및 상 변화 물질)의 중량비는 1:2.2이다.
실시예 4
신발 안창 물질로서 사용하기에 적합한 부직포의 제조
신발 안창으로서 사용하기에 적합한 폴리에스테르 섬유의 배합물의 부직포 니들 펠트[예: Texon(영국) Limited에 의해 제조된 상품명 T90의 펠트]는 수성 라텍스 결합제로 함침시킨다. 결합제는 중량 기준으로 다음 조성을 포함한다:
Thermasorb™ 마이크로캡슐 90 ) 예비 분산
Dispex™ A40 0.9 ) 고체 함량
물 109 ) 45%
적용 중합체 S30R 100
Synthomer™ 7050 33
착색제 15
암모니아 1.5
10% Viscalex™ HV30 25
이는 1.25:1의 Thermasorb™ 대 고무 성분 및 43.2%의 고체 함량을 제공한다.
4.0mm의 두께를 갖는 폴리에스테르 니들 펠트 40cm x 14cm의 매트를 결합제 혼합물로, 1.70:1의 무수 결합제 대 펠트의 비로 함침시킨다. 수득된 함침된 물질을 120℃에서 건조시키고, 140℃에서 경화시킨다. 최종 물질은 1850g/m2의 중량 및 4.2mm의 게이지 및 22% 또는 400g/m2의 Thermasorb™ 함량을 갖는다. 이 물질은 약 49 내지 50J/g의 에너지 저장능을 제공할 수 있으며, 이는 신발 안창으로서 사용되는 경우, 냉각 또는 가온 효과를 제공할 수 있다.
실시예 5
쿠션 신발 안창 물질로서 사용하기에 적합한 부직포의 제조
신발용 쿠션 안창으로서 사용하기에 적합한 굵은 폴리에스테르 섬유의 부직포 니들 펠트[예: Texon(영국) Limited에 의해 제조된 상품명 T100의 펠트]는 수성 라텍스 결합제로 함침시킨다. 결합제는 중량 기준으로 다음 조성을 포함한다:
Thermasorb™ 마이크로캡슐 90 ) 예비 분산
Dispex™ A40 0.9 ) 고체 함량
물 109 ) 45%
라텍스 2890 200
착색제 15
암모니아 1.5
10% Viscalex™ HV30 25
이는 1.13:1의 Thermasorb™ 대 고무 성분 및 38.5%의 고체 함량을 제공한다.
4.0mm의 두께를 갖는 펠트 40cm x 14cm의 매트를 결합제 혼합물로, 1.50:1의 무수 결합제 대 펠트의 비로 함침시킨다. 수득된 함침된 물질을 120℃에서 건조시키고, 140℃에서 경화시킨다. 최종 물질은 900g/m2의 중량 및 4.0mm의 게이지 및 23% 또는 200g/m2의 ThermasorbTM 함량을 갖는다. 이 물질은 약 57 내지 58J/g의 에너지 저장능을 제공할 수 있으며, 이는 신발 안창으로서 사용되는 경우, 냉각 또는 가온 효과를 제공할 수 있다. 실시예 4 및 5에 따라 제조된 샘플에 대한 시험 결과는 본 발명에 따르는 신발 안창 및 라이닝 물질을 신발 내부에 사용하는 경우, 현저한 냉각 또는 가온 효과를 제공한다는 사실을 보여주고 있다.
다른 양태
본 발명을 이의 상세한 설명과 함께 기술하였지만, 상기 기술은 첨부된 청구의 범위에 의해 한정되는 본 발명의 범주를 예시하는 것이지, 이를 제한하려는 것은 아님을 이해해야 한다. 다른 측면, 이점 및 변형은 다음 청구의 범위 내에 있다.

Claims (57)

  1. 웹이 자체적으로 접촉하는 교차점을 갖는 섬유상 웹, 및 중합체 결합제 속에 상 변화 물질의 마이크로캡슐이 분산되어 있는 혼합물을 포함하고, 당해 혼합물이 사실상 전체적으로 섬유상 웹의 내부에 존재하여 웹이 자체적으로 교차점에서 결합되도록 함을 특징으로 하는, 가역성의 증강된 열 조절 특성을 갖는 부직포.
  2. 제1항에 있어서, 신발 안창 또는 라이닝(lining)으로서 사용됨을 특징으로 하는, 부직포.
  3. 제2항에 있어서, 중합체 결합제가 액체 형태로 도포된 다음, 고화됨을 특징으로 하는, 부직포.
  4. 제1항에 있어서, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 이들의 이성분 물질, 폴리아크릴레이트, 셀룰로오스 또는 이들의 혼합물로 이루어짐을 특징으로 하는, 부직포.
  5. 제1항에 있어서, (섬유상 웹) 대 (중합체 결합체 속에 상 변화 물질의 마이크로캡슐이 분산되어 있는 혼합물)의 중량비가 1:0.5 내지 1:3임을 특징으로 하는, 부직포.
  6. 제1항에 있어서, (중합체 결합제) 대 (상 변화 물질의 마이크로캡슐)의 중량비가 1:0.5 내지 1:6임을 특징으로 하는, 부직포.
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  42. 섬유 교차점 및 간극을 갖는 섬유상 웹을 제조하는 단계,
    중합체 결합제와 상 변화 열 조절 물질을 함유하는 마이크로캡슐과의 분산된 혼합물을 포함하는 욕 속에 웹을 침지시키는 단계,
    욕으로부터 웹을 회수하는 단계 및
    웹을 건조시켜, 섬유 교차점이 결합제에 의해 결합되고 간극 속에 결합제-마이크로캡슐 혼합물을 함유하는 부직포를 생성시키는 단계를 포함하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  43. 제42항에 있어서, 웹이 용융된 중합체의 연속식 압출에 의해 제조된 하나 이상의 섬유로부터 형성됨을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  44. 제42항에 있어서, 욕으로부터 웹을 회수하는 단계가, 웹을 한 쌍의 롤러를 통해 통과시킴을 포함함을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  45. 제44항에 있어서, 롤러가 가열됨을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  46. 제42항에 있어서, 분산된 혼합물이 라텍스임을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  47. 제42항에 있어서, 중합체 결합제가 아크릴 중합체, 메타크릴 중합체, 비닐 알콜 중합체, 스티렌/부타디엔 공중합체, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 클로로프렌 고무, 니트릴 고무 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  48. 제47항에 있어서, 분산된 혼합물이 라텍스임을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  49. 제42항에 있어서, (섬유상 웹) 대 (중합체 결합체 및 열 조절 물질)의 중량비가 1:0.5 내지 1:3의 범위임을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  50. 제49항에 있어서, (중합체 결합제) 대 (열 조절 물질)의 중량비가 1:3.1 내지 1:4.9의 범위임을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  51. 제42항에 있어서, (중합체 결합제) 대 (열 조절 물질)의 중량비가 1:0.5 내지 1:6의 범위임을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  52. 제42항에 있어서, 웹의 두께가 0.5 내지 20mm의 범위임을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  53. 제42항에 있어서, 웹의 중량이 15 내지 200g/m2의 범위임을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  54. 제53항에 있어서, 섬유상 웹이 0.5 내지 30데니어의 섬유를 포함하고, 마이크로캡슐의 직경이 15 내지 200㎛임을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  55. 제54항에 있어서, 중합체 결합제와 상 변화 물질을 합한 총 중량이 부직포 1m2당 50 내지 600g의 범위임을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  56. 제42항에 있어서, 중합체 결합제와 상 변화 열 조절 물질을 합한 총 중량이 부직포 1m2당 50 내지 600g의 범위임을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
  57. 제42항에 있어서, 상 변화 열 조절 물질이 2개 이상의 상이한 온도에서 상 변화를 일으키는 2개 이상의 상 변화 물질을 포함함을 특징으로 하는, 열 조절 물질로 함침된 부직포의 제조방법.
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