KR100924094B1 - 폴리에스테르 및 폴리아미드 섬유로 이루어진이중표면구조의 다기능성 원단 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신축성을 부여한 폴리아미드계 섬유로 구성된 표면 및 기능성 물질을 첨가한 폴리에스테르계 섬유로 구성된 이면의 이중표면구조를 이루며, 상기 폴리에스테르계 섬유가 상기 폴리아미드계 섬유상에 파일을 형성하고 있는 다기능성 원단에 관한 것으로, 보다 구체적으로 상기 폴리에스테르계 섬유는 게르마늄 및 질코늄을 함유할 수 있고, 원단상에 파일에 의한 기모를 형성할 수 있어 부드러운 촉감과 함께 기능성 첨가물의 함량을 높일 수 있으며, 상기 표면층의 신축성에 의하여 원단전체에 고 신축성을 부여하는 것을 특징으로 하는 다기능성 원단에 관한 것이다.
보온성, 고신축성, 폴리에스테르, 폴리아미드, 게르마늄, 질코늄, 2층구조
Description
본 발명은 신축성을 부여한 폴리아미드계 섬유로 구성된 표면 및 기능성 물질을 첨가한 폴리에스테르계 섬유로 구성된 이면의 이중표면구조를 이루고, 상기 폴리에스테르계 섬유가 상기 폴리아미드계 섬유상에 파일을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 다기능성 또는 건강기능성 원단에 관한 것이다.
최근 건강에 대한 관심과 기능성 원단에 대한 수요가 늘어나면서 의복을 통해 건강에 도움을 줄 수 있는 기능성 의복에 대한 연구가 활발하다.
건강 증진성 기능성 원단, 특히 원적외선 방사 등으로 신체 대사를 활발하게 하여 통증 등에 치료 효과를 주는 의복의 경우 나이가 많거나 몸이 불편한 노약자들에게 주로 유용하지만, 신체활동이 많은 운동복이나 작업복에도 적용하여 몸의 피로를 줄이거나, 피로를 빨리 풀어줄 수 있는 기능성 의복으로 활용될 수도 있을 것이다.
그러나, 종래 건강 기능성 섬유들은 주로 얇은 원단으로 제작되어 원적외선 을 방사하는 기능성 물질의 양이 적을 뿐만 아니라, 신축성 소재와 접목시킨 원단으로 제작한 옷은 속옷에 그치는 경우가 대부분이었기 때문에, 건강 기능성 의류의 활용범위를 겉옷에 까지 확대하기 위해서는 종래의 방법과는 다른 방법으로 기능성을 향상시킨, 겉옷을 위한 원단의 출현이 필요한 실정이다.
종래에도 천연옥이나 맥반석, 영구자석 또는 게르마늄 등과 같은 기능성 성분이 첨가된 섬유가 공지된 바 있었으나, 종래의 방법들에 의하여 제조된 기능성 섬유의 경우, 상기 기능성 및 보온성, 신축성을 동시에 가지는 섬유는 현재 개발되어 있지 않다. 뿐만 아니라, 신축성 원사 제조 단계에서 기능성 물질 첨가시 섬유고분자간 무기물에 의한 강도의 저하로 운동복 및 작업복으로서 내구성이 떨어지는 단점이 있어왔다. 또한, 신축성 원사에 기능성 물질 후처리 가공을 하는 방법을 모색할 수 있겠으나, 세탁내구성 및 터치감이 저하하는 문제점이 발생하고 있다.
따라서, 당해 기술 분야에서는 충분한 원적외선 방사성, 우수한 보온성, 경량성 및 신축성을 동시에 가지고, 세탁견뢰도 및 내구성이 뛰어나며 안정적 공정을 통해 제조될 수 있는 겉옷을 위한 원단의 출현이 절실하게 요청되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 우수한 4방향 신축성, 보온성, 흡수성, 건조성 및 건강기능성을 동시에 가지고, 필요에 따라 게르마늄 및 질코늄을 함유할 수 있는 이중표면구조의 다기능성 원단 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 신축성을 부여한 폴리아미드계 섬유로 구성된 표면 및 기능성 물질을 첨가한 폴리에스테르계 섬유로 구성된 이면의 이중표면구조를 이루고, 상기 폴리에스테르계 섬유가 상기 폴리아미드계 섬유상에 파일을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 다기능성 원단을 제공한다.
특히, 표면의 폴리아미드계 섬유로 폴리우레탄 섬유를 이중 커버링하여 신축성을 부여함으로써 섬유 전체에 우수한 4방향 신축성을 부여하며, 상기 폴리에스테르계 섬유는 전체 섬유 중량 대비 0.1~10중량%의 게르마늄 및 전체 섬유 중량 대비 0.1~5중량%의 질코늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 다기능성 원단 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 사용하는 용어인 "다기능성"이라 함은 건강에 도움을 주는 여러 가지 성질을 총칭하여 일컫는 말로서, 특히 본 명세서에서는 이와 관련하여 섬유가 가질 수 있는 다양한 성질, 예를 들어 신축, 항균, 방취, 흡습, 경량, 보온, 온도 조절, 및 정전기 방지 등의 우수한 특성을 나타낼 수 있는 기능을 포함한다.
본 발명에서 사용하는 용어인 "신축성"이라 함은 탄성을 말한다. 탄성이란 물체에 외력을 가하여 당겨 늘인 후 이 외력을 제거했을 때 원상태로 돌아가는 성질을 말하며, 이 탄성체가 사(絲) 상태이면 탄성사라고 하고 이것을 사용하여 직물로 제조되면 신축성 직물로 분류된다.
본 발명에서 용어 "보온성"은 온도를 보존하는 성질을 의미하는 것으로 외부와 피부사이에 의류에 의한 두꺼운 공기층을 형성하고 온도가 낮은 바깥 부분으로 열이 빠져나가지 않도록 단열시키는 기능에 의한 특성을 나타낸다.
본 발명에서 사용하는 용어 "건강기능성"이란 원적외선이 방출되기 때문에 혈액순환 촉진되고, 무좀이나 땀띠를 방지하는데도 효과가 있으며, 우수한 보온성을 지니면서 흡수 속건성도 뛰어나 인체의 건강에 좋은 영향을 주는 동시에 쾌적한 신체 상태를 유지시켜주는 다양한 기능들을 총칭하여 일컫는 말이다.
본 발명에서 용어 "섬유"는 섬유원사를 의미하는 용어로서, 섬유원사(filament, thread, yarn 등)는 섬유원단의 구성 소재이다. 본 발명에서 상기 용어 "섬유"는 필라멘트, 사(絲)와 혼용되어 사용하고 있다.
또한, “원단”이란 섬유원사로 만든 제품, 예를 들어 제직물(woven), 편성물, 펠트, 프레이트(plaited), 브레이드(braid), 레이스(lace), 부직포, 접층직물(laminated), 몰드직물 등을 포함한다. 본 발명에서 상기 용어 "원단"은 직물 또는 섬유제품과 혼용된다. 이러한 섬유로 제조된 섬유 제품, 예를 들어 의류(예: 내의, 스포츠 웨어, 잠옷, 평상복, 등산복 등); 식물; 침구류; 신발창; 카펫; 타올; 커튼 등도 본 발명의 범위 내에 포함된다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다
본 발명에서는 이중 표면구조의 원단을 개발함으로써 표면에 의한 우수한 신축성, 강한 마모저항성 및 방풍성과 이면의 기모층 등에 의한 통기성 및 흡습성, 그리고 기능성 첨가물의 함량을 높이므로 나타나는 우수한 건강기능성을 골고루 발현할 수 있는 다기능성 원단을 제공한다.
신축성 직물을 제조하는 방법으로서 현재 사용되고 있는 것으로는 스판덱스사를 이용하는 방법과 폴리에스테르사의 사가공을 이용하는 방법이 있다.
그러나, 스판덱스사인 경우에는 실제 사용에 있어 단독사용이 불가능하기 때문에 스판덱스사에 타 원사를 커버링하여 사용하게 된다. 이 때 타 원사 간의 혼합비율이 낮아 스판덱스의 단독물성을 잃게 되어 고유의 물성을 발휘하지 못하게 된다. 일반적으로 스판덱스의 탄성은 400~800%의 절단신도를 지니고 있으나, 직물에 있어서 10~30%정도의 신축성으로 이는 타원사의 크림프를 스판덱스가 단독으로 형성시켜야만 되는데, 이 수축강도가 혼합비율 문제로 낮아 고유의 신축성이 배제되는 것이다. 특히 폴리에스테르사와 혼합의 경우 감량가공이 불가능할 뿐 아니라 내열성이 낮아(120℃ 이하 처리)염색이나 가공이 어렵다.
폴리에스테르사 가공을 이용하는 방법은 섬유 자체에 횡단면상에 수축성과 이완성이 공존하는 바이메탈 구조를 강화시킨 잠재 권축사를 이용하는 방법과 필라멘트사를 가연조건 중 히터온도를 융점에 근접하는 온도인 235℃에서 고장력으로 처리함으로써 고분자 배향도를 높여, 크림프를 최대한 살린 고벌키 가연사를 제조 하여 사용하는 방법이 있다. 그러나, 이제품은 폴리에스테르 소재이므로 교직물로 응용할 때, 염색조건에 따라 적용을 하지 못하는 경우도 있고, 부드럽고 가벼우며 고기능성을 요구하는 스포츠용 제품으로는 적용에 한계가 있다.
폴리에스테르계 신축성 섬유에 대하여 일본국 특개평 제10-72732호에서는 극한 점도차를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 2종을 사용하는 방법이 게시되고 있다. 또한, 일본국 특개 제2000-328378호 및 일본국 특개평 제9-41234호에서는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 고수축성의 공중합 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 폴리에스테르계 잠재권축 발현성 섬유의 제조방법을 공지하고 있다. 이외에도 미합중국 특허 제3,671,379호 및 일본국 특개평 제11-189923호에서는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)에 스트레치성을 가지는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)를 사용하는 방법도 제시하고 있다. 이와 같이 종래의 신축성 복합섬유의 제조방법들은 대부분 서로 다른 폴리에스테르계 고분자에 의한 복합방사에 대해서만 제안이 되어 있을 뿐이다.
그러나, 본 발명의 원단은 폴리에스테르계 섬유로 구성되어 있는 이면 및 폴리아미드계 섬유로 구성되어 있는 표면의 이중표면구조를 이루는, 즉, 상이한 종류의 복합 원단에 관한 것으로 상기와 같은 문제점을 발생시키지 않는다.
이면을 이루는 폴리에스테르계 섬유는 파일을 형성하거나 또는 추가로 기모를 형성하여 상기 섬유간 충분한 공간을 형성시켜 함기율을 높이므로써 우수한 보 온성 및 건강 기능성을 갖게 하며, 게르마늄 및 질코늄 등의 기능성 첨가물을 함유할 수 있다. 또한, 표면을 이루는 신축성이 부여된 폴리아미드계 섬유는 원단 전체에 신축성을 부여하면서 촘촘한 조직으로 바람 등을 막아주어 보온성 유지와 편안한 활동성을 부여한다.
상기 이면을 구성하는 구조사는 단사섬도 1~3 데니아를 가지는 삼각단면의 폴리에스테르 필라멘트로 파일(루프)이 잘 형성될 수 있도록 강도를 조절한다.
상기 이면의 폴리에스테르는 디올 및 디카르복실산의 축중합에 의해 제조된 중합체로 정의한다. 디카르복실산으로는 테레프탈산, 이소프탈산, 프탈산, 나프탈렌 디카르복실산, 아디프산, 및 세바신산이 있다. 디올로는 에틸렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 테트라메틸렌 글리콜 및 시클로헥산 디메탄올이 있다. 특히, 유용한 폴리에스테르로는 폴리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 이소프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌-p-옥시벤조에이트, 폴리-1,4-시클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트가 있다. 말할 필요도 없이, 이들 폴리에스테르는 단독중합체 또는 공중합체일 수 있고, 공중합 성분은 예를 들면, 디에틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 및 폴리알킬렌 글리콜과 같은 디올 성분, 및 아디프산, 세바신산, 프탈산, 이소프탈산 및 2,6-나프탈렌 디카르복실산과 같은 디카르복실산 성분이 있다. 기계적인 강도, 열 안정성, 내약품성, 및 내구성 측면에서 볼 때, 본 발명에 바람직한 것으로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이 트, 폴리에틸렌 이소프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 (폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트), 및 이들의 공중합체가 있다.
상기 이면 소재인 삼각단면의 폴리에스테르 필라멘트는 일반적인 원형단면의 사에 비해 입모성이 크다는 장점이 있다. 따라서 폴리에스테르 섬유로 파일(루프)을 형성시키거나, 나아가 상기 파일을 터트려, 즉 추가의 기모 공정을 통해 원단의 부품성(bukiness)을 증가시키는 효과를 높일 수 있으며, 필요에 따라 기모의 길이는 1~5mm로 조절할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 폴리에스테르 파일사의 삼각단면 형태는 흡수속건기능을 제공하는 장점이 있다. 즉, 파일층 또는 기모층이 피부와 밀착되어 액체상의 땀을 신속히 흡수/표면층으로 이송시키는 기능을 할 수 있다.
또한, 파일층 또는 기모층 내에 두꺼운 공기층을 형성하므로 운동 중에 발생되는 액체상의 땀에 의한 인체의 체온저하를 방지하고 추운 날씨로 부터 몸을 보호해 주어 기존의 방한 의류에 비해 부피를 줄이면서도 보온효과는 높일 수 있다.
게다가, 상기 파일(루프)은 원단상에 수직방향으로 형성되기 때문에, 일반 편직물에 비해 본 발명의 이중표면구조의 원단은 전체 중량대비 많은 양의 폴리에스테르 섬유를 포함할 수 있고, 이는 폴리에스테르사 내에 포함되어 있는 게르마늄 및 질코늄 등의 기능성 첨가물의 함량을 동시에 높이는 효과를 가져온다. 이에 따라 함유되는 기능성 첨가물에 의한 건강기능성 효과를 더 높일 수 있다.
본 발명의 다기능성 원단의 표면을 구성하는 주요 구조사는 단사섬도 0.5~1 데니아인의 폴리아미드 필라멘트로, 상기 폴리아미드 필라멘트로 이루어진 상기 표면에는 신축성이 부여되어 있는 것을 특징으로 한다.
표면을 이루는 주요 구조사인 상기 폴리아미드계 섬유는 4방향 돌출부를 가지는 평면곡선도형 단면구조를 이루고 있는데, 구체적으로 상기 폴리아미드계 섬유는 지방족 폴리아미드 중합체로서 상부면과 하부면은 타원형의 돌출부를 이루고 있고 좌측면과 우측면에 원형의 돌출부를 이루는, 4방향 돌출부를 가지는 평면곡선도형 단면구조를 가지고 있다(도 3). 이러한 4방향 요철 돌출부를 형성에 의해 섬유 상호간의 공극부를 크게 하고, 모세관 현상에 의한 수분의 이동통로를 부여하여 땀과 물의 이동속도를 빠르게 하고, 넓은 표면적을 가져 이동된 수분을 빠르게 증발시킬 수 있는 장점을 갖게 된다.
또한, 상기 표면 소재인 폴리아미드계 섬유는 흡수속건성이 우수한 단면구조를 가질 뿐 아니라, 연신비 및 배향도가 높아 마모, 장력 등에 강하고 치밀한 조직으로 편직되어 방풍성과 보온 효과가 우수하다.
본 발명에 있어 적당한 지방족 폴리아미드는 폴리헥사메틸렌 아디프아미드 (나일론 66), 폴리카프로락탐 (나일론 6), 폴리부티로락탐 (나일론 4), 폴리(9-아미노노난산)(나일론 9), 폴리에난토락탐 (나일론 7), 폴리카프릴락탐 (나일론 8) 및 폴리헥사메틸렌 세박아미드 (나일론 6,10)를 포함한다. 바람직한 폴리아미드는 폴리헥사메틸렌 아디프아미드 (나일론 66) 이다.
상기 신축성은 폴리아미드계 섬유로 폴리우레탄사를 이중커버링한 커버링사(covering filament)를 사용하거나, 폴리아미드계 섬유와 폴리우레탄사를 함께 편직하는 방법으로 부여될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 구체예에서는, 상기 폴리아미드 필라멘트를 공급하여 연신비 2~3 배 및 꼬임수 600~800(T/M)으로 40~43 데니아의 폴리우레탄사를 이중커버링하여 사용한다. 폴리우레탄사에 의해 부여된 신축특성이 저하되지 않게 하고 편물고유의 신축성을 유지하기 위해 무장력 상태에서 염색 및 가공한다.
본 발명의 상기 폴리아미드 섬유 외에도, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴계에서 선택된 한가지 혹은 두가지 이상의 원사로 커버링사를 형성하여 편직할 수 있고, 상기 원사들 중 2종이상의 원사를 교직하여 폴리우레탄사와 함께 표면층을 형성해도 좋지만, 가장 바람직하게는 본 발명의 폴리아미드 섬유를 사용한다.
이와 같이 본 발명의 이중표면구조의 원단은 겉옷용으로 적합한 두꺼운 직물 단면을 가지면서도 표면층에만 신축사를 사용하여 이면층까지 동시에 신축성을 주므로 고가의 스판사 함량을 줄이면서 우수한 신축성을 발휘할 수 있으며, 피부에 닫는 부분이 부드럽게 밀착되면서 신축성 있게 움직여 원단 전체에 스판사를 사용한 두꺼운 직물에 비해 착용감을 향상시켜, 특히 몸을 보호하면서도 충분한 활동성을 요구하는 스포츠 레져웨어로 활용도가 높다.
본 발명의 원단은 각기 다른 원단층을 접착하는 방식이 아니라 편직공정에서 상기 폴리에스테르계 섬유 및 폴리아미드계 섬유가 직접적으로 연결되어 편직되어 제조된다. 즉, 접착공정을 생략할 수 있다.
폴리아미드계 섬유로 폴리우레탄섬유를 이중커버링한 커버링사(covering filament)가 바닥사로 사용되고, 폴리에스테르계 섬유는 스판(span) 등의 폴리우레탄사에 커버링하지 않은채 사용되어 파일을 형성한다. 상기 폴리아미드계 섬유와 폴리에스테르계 섬유를 직접 연결하여 편직함으로써, 폴리아미드계 섬유로 형성된 원단 내에 폴리에스테르계 섬유가 고정된 형태를 이루게 되고, 폴리에스테르계 섬유로 형성한 파일이 폴리아미드계 섬유의 표면상에도 존재하게 된다. 선택적으로, 상기 폴리에스테르 섬유의 파일을 터트려 기모를 형성할 수 있다. 삼각단면의 폴리에스테르사를 사용하기 때문에 기모가 잘 일어나고, 이에 의해 본 발명의 원단은 벌키성을 갖는다. 상기 기모의 길이는 필링의 발생을 고려하여 적당한 길이를 선택할 수 있고, 바람직하게는 1~3mm로 한다.
그리고, 이와 같이 상기 폴리아미드계 섬유와 폴리에스테르계 섬유를 직접 연결하여 편직함으로써, 폴리아미드계 섬유로 형성된 원단 내에 폴리에스테르계 섬유가 고정된 형태를 이루게 되기 때문에 표면의 폴리아미드에만 신축성을 부여하여도 원단 전체에 충분한 신축성능을 부여할 수 있다.
즉, 본 발명은 신축성이 뛰어난 폴리우레탄 섬유로 이중커버링 된 폴리아미드계 섬유 및 파일 또는 기모에 의해 보온성을 높인 폴리에스테르의 이중 구조로 되어 있어서 외부의 오염, 바람, 마찰 등에 강하면서 피부에 부드러운 감촉과 건강기능을 제공한다.
또한, 본 발명의 원단은 건강 기능성을 위하여 게르마늄 및 질코늄과 같은 기능성 첨가물을 함유할 수 있다. 기능성 첨가물은 피부와 접촉하는 폴리에스테르의 이면층에 혼입시키는 것이 바람직하다. 특히, 폴리에스테르계 섬유는 파일의 길이조절에 의해 원단내 상기 기능성 첨가 물질의 함량을 조절할 수 있다.
기능성 첨가물의 대표적인 예로서, 게르마늄 및 질코늄을 들 수 있다.
게르마늄(Ge)은 원적외선을 다량 방출하는 물질로서, 인체의 온열효과, 자율 신경계의 균형촉진 및 피부 혈류량을 증가시키는 효능과 혈액순환 및 신진대사를 촉진하고 전자파를 차단 및 정전기방지 효과가 있고, 질코늄(Zr)은 우수한 내마모성과 산 및 알카리 등에 탁월한 내식성을 갖게 하는 물질이다.
질코늄(zirconium)은 질코늄 화합물은 내마모성, 내열성, 내식성을 요하는 여러분야에 사용되고 있고, 근래에 와서는 여러형태의 질코늄 화합물이 요업원료, 안료흡착제, 탈취제, 촉매, 섬유용 방수제 원료, 유화안정제, 고분자 화합물 경화제등에 널리 이용되고 있다.
게르마늄 및 질코늄은 체온과 가까운 32℃ 근처에서 반응하여 원적외선을 방출하므로 인체와 접하는 이면층에 다량 함유시키는 것이 이면층과 표면층으로 분산시키는 것보다 효율적이며, 폴리아미드계 섬유로 구성된 표면층의 경우는 높은 마찰내구성 및 강도가 요구되므로 혼입된 게르마늄 및 질코늄에 의한 물성저하가 일어날 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 게르마늄 및 질코늄의 물성저하를 막기 위해 피부와 접촉하는 폴리에스테르로 구성된 이면층에만 혼입시킨다.
바람직하게 상기 게르마늄은 전체 섬유중량에 대하여 0.1~10중량% 함유시키 고, 질코늄 성분은 전체 섬유중량에 대하여 0.1~5중량% 함유시킨다. 상기의 범위보다 적은 량의 게르마늄 및 질코늄을 첨가할 경우 첨가물에 의해 발휘되는 항균성 및 원적외선 방사율이 떨어져 충분한 효과를 낼 수 없으며, 그 함량이 제시한 범위를 초과할 경우 용융 폴리에스테르의 점도를 현저히 저하시켜 방사에 의한 섬유 형성이 불가능하거나, 사 상태에서 편직 될 때 끊어짐이 심하여 편직이 불가능한 문제점이 발생한다.
상기 게르마늄 및 질코늄 성분을 폴리에스테르계 섬유에 함유시키는 방법으로는 이하와 같은 방법을 포함하는 통상의 방법에 의할 수 있다.
우선, 0.05~5.0미크론의 미세입자로 만들어진 게르마늄과 질코늄을 폴리에스테르계 섬유제조용 합성수지에 혼합하여 용융방사한 후, 연신하여 폴리에스테르 필라멘트를 제조한다. 이 때 게르마늄은 합성수지에 대해 0.1~10중량% 범위로 혼합시키며, 질코늄은 0.1~5중량%의 범위로 혼합시킨다.
상기 공정에서, 폴리에스테르 사로 형성하는 파일의 길이를 조절하므로써 포함되는 게르마늄 및 질코늄의 함량을 조절할 수 있다. 예를 들면, 폴리에스테르 섬유 10g 중량대비 10%의 게르마늄 및 5%의 질코늄을 함유하는 섬유로 2면구조의 원단을 편직하는데 있어서, 폴리에스테르 섬유로 1mm의 파일을 형성하면, 폴리에스테르 섬유 10g이 사용되어 형성된 파일의 일정 면적 내에 1g의 게르마늄과 0.5g의 질코늄이 포함되게 된다. 또한, 같은 비율의 첨가물을 포함하는 폴리에스테르사를 사용하여 파일의 길이를 3mm로 형성하면, 같은 면적 내에 30g의 폴리에스테르가 사용 되고 게르마늄 및 질코늄의 함량도 각각 3g, 1.5g이 되어 파일의 길이가 늘어남에 따라 원사에 포함되어 있는 기능성 물질의 함량이 비례적으로 증가하게 되는 것이다.
또한, 본 발명에서 폴리에스테르계 섬유에 첨가된 기능성 물질로는 게르마늄, 질코늄 외에도 은, 활성탄, 천연광물, 유기합성물, 식물추출물, 해조류, PCM 등을 포함할 수 있다.
본 발명은 다른 관점에서, 또한, 폴리에스테르계 섬유로 구성되어 있는 이면 및 폴리아미드계 섬유로 구성되어 있는 표면의 이중표면구조를 가지는 다기능성 원단의 제조방법에 관한 것으로,
(a) 0.05~5.0미크론의 게르마늄 및 질코늄 입자를 함유하는, 단사섬도 1~3 데니아인 삼각단면의 폴리에스테르 섬유를 제조하는 단계;
(b) 단사섬도 0.5~1 데니아인, 4방향 돌출부를 가지는 평면곡선도형 단면구조의 폴리아미드 섬유를 공급하여 폴리우레탄사를 커버링한 커버링사(covering filament)를 제조하는 단계;
(c) 상기 커버링사를 바닥사로 하여 폴리에스테르 섬유와 편직하되, 커버링사로 형성된 원단 바닥 내에 고정된 상기 폴리에스테르 섬유로 파일(루프)을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 형성된 파일(루프)을 터트려 기모하는 단계를 포함한다.
각 단계에 관한 상세한 설명은 앞서 언급한 바와 같다.
본 발명의 원단은 기능성 첨가물을 함유하는 폴리에스테르계 섬유로 구성된 이면 및 신축성이 부여된 폴리아미드계 섬유로 구성되어 있는 표면의 이중표면구조를 이루고 있어, 원단 전체에 스판을 부여한 기존의 두꺼운 직물에 비해 우수한 4방향 신축성과 보온성을 지니고 있을 뿐만 아니라, 피부와 맞닿는 폴리에스테르 섬유에 게르마늄 및 질코늄과 같은 기능성 첨가물을 함유하고 있어 순환, 신경계통 질환의 치료 및 통증개선 효과등 건강관련 기능성을 지니고 있다. 따라서 본 발명의 원단은 기존 속옷류 등의 제한된 범위에서 벗어나 겉옷에 까지 건강기능 섬유의 활용범위를 넓힐 수 있다. 또한 섬유의 편직 방법을 변형함으로써 방사 및 편직 등에 문제를 일으키지 않으면서도 원단 내 함유되는 기능성 물질의 함량을 원하는 수준으로 높일 수 있다.
즉, 본 발명의 원단은 가볍고 우수한 4방향 신축성 및 보온성, 건강기능성을 가져 특히 노약자에게 적합하며 피로를 줄여주는 고부가가치 스포츠 레져용 의류로 폭넓게 이용될 수 있는 건강 원단을 제공한다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
본 발명에 의한 경량성, 흡한 속건성 및 보온성을 지닌 다기능성 폴리에스테르 원단의 성능을 측정하기 위한 측정방법에 대하여 먼저 상술한다.
1) 섬유의 신장률 :
섬유의 신장률 측정을 위해 KS K 0352에 정해진 방법에 따라 시험하였다.
2) 경량성 및 보온성:
실시예 또는 비교예에 따라 수득된 섬유로부터 직물 및/또는 편물을 제조하였다. 수득된 직물의 경량성 및 보온성은 각각 KS K 0514 및 KS K 0466 에 정해진 방법에 따라 시험하였다.
3) 흡한 속건성: KS K 0815 법에 따라 시험하였다.
실시예
1 :
폴리에스테르계
및
나일론계
섬유의 이중표면구조의 4방향 신축
다기능성
원단 제조
(1) 이면의 폴리에스테르계 섬유 제조
폴리에스테르의 종류중 구체적으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하였고, 용융시킨 방사용액을 방사속도 1800m/min 이상, 방사온도 290℃, 냉각풍 속도 0.4 m/sec로 방사하여, 이를 연신비 1.0, 핫롤러의 온도 85℃, 열고정 온도 180℃ 로 연신하여 원사단면 측정 현미경으로 측정시 단사섬도 2.5 데니아를 갖는 삼각단면의 폴리에스테르사를 얻었다.
그 과정에서 0.5~2.0미크론의 미세입자로 만들어진 게르마늄과 질코늄을 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 합성수지에 혼합하여 용융방사한 후 연신하여 제조하였다. 이 때 게르마늄은 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 합성수지에 대해 5 중량%로 혼합시켰고, 질코늄은 2 중량%로 혼합시켰다. 게르마늄 및 질코늄은 상기 폴 리에스테르 섬유 방사공정에서 섬유 내부에 균일하게 분포하였다(도 1). 상기 폴리에스테르 단사 36가닥을 합사한 75데니아 필라멘트사를 원단 편직에 이용하였다.
(2) 표면의 폴리아미드계 섬유 제조
폴리헥사메틸렌 아디프아미드 (나일론 66)를 용융시킨 방사용액을 방사속도 2,500m/min 이상, 방사온도 285℃, 냉각풍 속도 0.4 m/sec로 방사하여, 이를 연신비 2.0, 핫롤러의 온도 85℃, 열고정 온도 130℃ 로 연신하여 단사섬도 0.5 데니아의 폴리아미드 섬유를 얻었다.
상기 단사섬도 0.5 데니아인 폴리아미드 필라멘트를 공급하여 연신비 약 2배 및 꼬임수 약 600(T/M)으로 40데니아 Lycra를 이중커버링하여 40/70의 커버링사(covering filament)를 제조하였다.
(3) 4방향 신축 다기능성 원단제조
본 발명의 다기능성 신축원단은 벨로아 조직으로 편직되었다. 각기 다른 원단층을 접착하는 방식이 아니라 편직공정에서 직접 연결하여 이중표면구조를 형성시켰기 때문에 별도의 접착공정을 생략할 수 있었다.
상기 폴리아미드 커버링사(covering filament)로 원단 외부인 바닥을 형성하고 상기 폴리에스테르사로 파일을 형성하였으며 추가로 상기 파일을 터트려 기모를 형성하였다. 이 과정에서 파일은 기존의 편직 및 기모 방식과 동일하게 원단 제편 과정에서 루프를 길게 형성시켜 만들었고, 기모 과정에서 상기 루프의 끝을 균일하 게 잘라내어 바닥원단층 위에 잔털 형태의 기모층을 형성시켜 주었다. 이 때, 폴리에스테르 섬유 10g을 사용하여 형성시킨 1mm 기모층의 일정 면적내에 0.5g의 게르마늄과 0.2g의 질코늄이 포함되게 하였다.
상기 편직, 염색 및 가공공정에 있어서 장축방향으로의 장력을 최소화하였고, 염색 온도는 130℃, 열처리 온도는 170℃로 하여 두께 2mm, 중량 250g/sqm,의 4방향 신축 다기능성 원단을 수득하였다.
비교예 1 : 면- 스판덱스 혼합 원단 제조
30수 코마사 면 섬유 96%와 4% 스판사를 single 조직으로 편직하고 기모시키지 않은 원단으로 ㎡당 무게 244g, 두께는 0.8mm였다.
비교예 2 : 폴리에스테르- 스판덱스 혼합원단 제조
폴리에틸렌테레프탈레이트 중합칩을 녹여 방사한 68가닥의 필라멘트로 구성된 70데니아 DTY 폴리에스테르 섬유 97%와 4% 스판사를 단일(single) 조직으로 편직하고 기모시키지 않은 원단으로 ㎡당 무게 172g, 두께 0.5mm였다.
비교예 3 : 폴리에스테르- 스판덱스 혼합 벨벳원단 제조
폴리에틸렌테레프탈레이트 중합칩을 녹여 방사한 34가닥의 필라멘트로 구성된 70데니아 폴리에스테르 섬유 93%와 7%스판사를 편직하고 기모시킨 벨벳원단으로 ㎡당 무게 370g, 두께 1.5mm 였다.
실험예
1 : 신축성 평가
상기 실시예 1 및 비교예 1~3에 의하여 수득된 신축성 원단의 신축성 시험결과를 하기 표1에 나타내었다.
측정 방법은 KS K 0352에 정해진 방법에 따라 시험하였다. 30cm의 시료에 20cm 지점을 표시하고 15N의 하중을 가한 후, 다시 20cm지점을 표시하였다. 20cm에 대한 늘어난 길이의 백분율을 계산하여 신장률을 구하였다. 측정 결과는 표1에 나타내었다.
| 신장률 | 실시예1 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 |
| 폭방향(%) | 76 | 87 | 81 | 27 |
| 축방향(%) | 70 | 79 | 70 | 13 |
실시예 1은 2 mm의 두께에도 불구하고, 얇은 직물의 비교예 1(0.8 mm) 및 비교예 2(0.5 mm)와 유사한 신축성을 가짐을 확인할 수 있었다. 그리고, 실시예 1의 경우처럼 두꺼운 조직을 갖는 비교예 3(1.5 mm)의 신축성은 실시예 1의 1/5에 불과하였다.
실험예 2 : 보온성 평가
KS K 0466에 의한 보온성 시험은 다음의 방법으로 진행하였다. 3개의 시험편을 가열판 위에 놓고 일정한 온도가 되도록 유지하였다. 이때 온도의 변동 범위는 ± 0.5℃이었고, 상대습도는 20~80%를 유지하였으며 ±5%를 벗어나지 않았다. 30분 동안 진행하면서, 측정이 계속되는 동안 전력이 일정량이 되도록 하기 위해서 스위치 작동 시간의 비율이 전체 측정 시간의 50~60% 범위 내에 있도록 하였다.
| 보온성 평가 | 실시예1 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 |
| 보온성 유지력(%) | 43 | 14 | 9 | 22 |
상기 표 2로부터 일반 스판직물의 보다 5배 이상, 기모한 벨벳 직물보다 3배 정도 보온성이 우수한 것을 알 수 있다.
실험예
3 : 흡수성 및
건조성
평가
흡수성은 적하법에 의해 평가하였다. 20× 20cm의 시험편에 28℃ 증류수를, 뷰렛을 이용하여 1cm정도 떨어진 높이에서 5초마다 1mL의 물방울 15~25방울이 떨어지게 하여 시험편 표면에서 특별히 반사되는 물방울이 눈에 띄지 않을 때까지의 시간을 스톱워치로 측정하여 그 평균값으로 표시하였다.
| 흡수성 | 실시예1 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 |
| 물방울 흡수시간 | 3.5초 | 4.5초 | 120초 이상 | 120초 이상 |
상기 표 3으로부터 실시예 1의 원단이 면보다 빠른 시간에 완전히 물방울이 흡수되는 것을 확인할 수 있었으며, 일반 폴리에스테르로 이루어진 비교예 2와 3은 폴리에스테르의 소수성 섬유로 편직되어져 120초 이상에서도 흡수가 거의 이루어지지 않아 흡수성이 현저히 떨어짐을 알 수 있었다.
건조성은 40× 40cm의 시험편을 증류수에 충분히 침지시킨 후 물방울이 떨어지지 않을 때 건조시간 측정 장치에 걸고 표준 상태의 시험실 내에 방치하여 자연 건조될 때까지의 시간을 측정하여 그 평균값으로 표시하였다.
| 건조성 | 실시예1 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 |
| 건조시간(분) | 95 | 187 | 76 | 114 |
가장 얇은 비교예 2에서 가장 빠른 건조속도를 보였으나, 실시예 1은 두께가 가장 두꺼움에도 불구하고 같은 소수성 섬유인 비교예 3보다 더 빠른 건조 속도를 보임을 확인하였다.
실험예 4 : 건강기능성 평가
본 발명의 게르마늄 및 질코늄이 함유된 원단으로 만든 옷을 입었을 때와 면 100%로 만든 옷을 있었을 때를 비교해 보았다.
그 결과 게르마늄 및 질코늄 함유 원단으로 만든 옷을 입었을 때는 착용전 체온 31.5℃에서 30분후 33.7℃로 2.2도 증가하였으며, 면 100%로 만든 옷을 입었을 때는 착용전 체온 31.6℃에서 착용 30분후 32.9℃로 1.3도 증가하였다.
혈류량을 측정한 결과 게르마늄 및 질코늄 함유 원단으로 만든 옷은 착용직후 1.319ml/min/100g 에서 30분후 2.094ml/min/100g 으로 증가하였으며, 면 100%섬유는 착용직후 1.484ml/min/100g 에서 30분후 1.676ml/min/100g 으로 증가하였다.
상기 결과로부터 본 발명의 게르마늄 및 질코늄 함유 원단으로 만든 옷을 착용하였을 때 온도 및 혈류량 증가폭이 더 커지는 것을 알 수 있었다. 즉, 본 발명의 섬유에 함유된 게르마늄 및 질코늄은 체온에 가까운 온도에서 최외각 전자를 인체에 전달하여 혈액순환을 촉진하고 그로 인해 몸의 대사를 활발히 하고 면역력 증진과 회복력 증진 등의 효과를 준다는 사실을 확인하였다.
도 1은 본 발명에 따른 이중 표면 구조를 지니고 있는 4방향 신축성 섬유의 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 이면 구조를 이루는 폴리에스테르 섬유의 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 표면 구조를 이루는 나일론 섬유의 단면도를 나타낸다.
Claims (11)
- 신축성을 부여한 폴리아미드계 섬유로 구성된 표면 및 기능성 물질을 첨가한 폴리에스테르계 섬유로 구성된 이면의 이중표면구조를 이루며, 상기 폴리에스테르계 섬유는 파일을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 다기능성 원단.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 섬유는 1~3 데니아의 단사섬도를 가지고, 상기 폴리아미드계 섬유는 0.5~1 데니아의 단사섬도를 가지는 것을 특징으로 하는 다기능성 원단.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 섬유는 삼각단면구조를 이루고, 폴리아미드계 섬유는 4방향 돌출부를 가지는 평면곡선도형 단면구조를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 다기능성 원단.
- 제1항에 있어서, 상기 기능성 물질은 게르마늄 및 질코늄인 것을 특징으로 하는 다기능성 원단.
- 제4항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 섬유는 전체 섬유 중량 대비 0.1~10중량%의 게르마늄 및 전체 섬유 중량 대비 0.1~5중량%의 질코늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 다기능성 원단.
- 제4항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 섬유로 형성된 파일은 길이 1mm 당 게르마늄 1g 및 질코늄 0.5g을 함유하는 것을 것을 특징으로 하는 다기능성 원단.
- 제1항에 있어서, 상기 신축성은(i) 상기 폴리아미드계 섬유로 폴리우레탄사를 이중커버링한 커버링사(covering filament)에 의해 부여되거나, 또는 (ii) 상기폴리아미드계 섬유와 폴리우레탄사를 함께 편직함으로써 부여되는 것을 특징으로 하는 다기능성 원단.
- 제7항에 있어서, 상기 폴리우레탄사는 40~43 데니아인 것을 특징으로 하는 다기능성 원단.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 섬유는 폴리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 이소프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌-p-옥시벤조에이트, 폴리-1,4-시클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트, 및 이들의 공중합체로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다기능성 원단.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드계 섬유는 폴리헥사메틸렌 아디프아미드 (나일론 66), 폴리카프로락탐 (나일론 6), 폴리부티로락탐 (나일론 4), 폴리(9-아미노노난산)(나일론 9), 폴리에난토락탐 (나일론 7), 폴리카프릴락탐 (나일론 8) 및 폴리헥사메틸렌 세박아미드 (나일론 6,10)로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다기능성 원단.
- 다음의 단계를 포함하는, 폴리에스테르계 섬유로 구성되어 있는 이면 및 폴리아미드계 섬유로 구성되어 있는 표면의 이중표면구조를 가지는 다기능성 원단의 제조방법:(a) 0.05~5.0미크론의 게르마늄 및 질코늄 입자를 함유하는, 단사섬도 1~3 데니아인 삼각단면의 폴리에스테르 섬유를 제조하는 단계;(b) 단사섬도 0.5~1 데니아인, 4방향 돌출부를 가지는 평면곡선도형 단면구조의 폴리아미드 섬유를 공급하여 폴리우레탄사를 커버링한 커버링사(covering filament)를 제조하는 단계;(c) 상기 커버링사를 바닥사로 하여 폴리에스테르 섬유와 편직하되, 커버링사로 형성된 원단 바닥 내에 고정된 상기 폴리에스테르 섬유로 파일(루프)을 형성하는 단계; 및(d) 상기 형성된 파일(루프)을 터트려 기모하는 단계.
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