KR101318109B1 - 천연 재료로 제조된 팽창가능한 단열재 클러스터 - Google Patents

천연 재료로 제조된 팽창가능한 단열재 클러스터 Download PDF

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Abstract

팽창가능한 단열재료는 천연 섬유나 재료로 이루어진 임의 형상의 팽창가능한 클러스터들을 포함한다. 바람직한 실시 예들에 있어서, 클러스터들은 인조 섬유들이나 재료로 이루어진다. 팽창가능한 클러스터들을 생산하기 위한 공정이 또한 개시된다.
팽창가능(blowable), 단열재료, 천연섬유, 클러스터, 속솜, 웹

Description

천연 재료로 제조된 팽창가능한 단열재 클러스터{BLOWABLE INSULATION CLUSTERS MADE OF NATURAL MATERIAL}
본 발명은 솜털같은(down-like) 단열 클러스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
의류, 침낭, 털목도리 등과 같은 단열 물품에서 사용하기 위하여 솜털같은(down-like) 질을 갖는 단열 재료를 달성하기 위한 여러 가지 시도들이 이루어져 왔다. 알맞은 재료를 개발하기 위한 종래의 노력들은 부드러운털(down-like)로 고려되기에는 너무 무겁고 치밀한 것들을 대부분 생산하였다.
이것의 예외가 있는데, 예를 들면 Donovan에게 허여된 미합중국 특허 제 4,588,635에는 우수한 합성 솜털이 개시되어 있으며, 이 특허에서는 저밀도 조립체들에서 미세 섬유들의 사용에 의해 달성될 수 있는 경량 단열 장치들을 특별히 참조하였고, 섬유 혼합물들의 범위를 개시하고 있는데, 이는 단열 속솜을 제조하기 위해서 사용되는 경우에 높은 보온력 대 하중 비, 부드러운 촉감 및 양호한 압축 복원성과 같은 바람직한 솜털같은 질들을 제공한다. 이 재료는 천연 솜털의 단열 특성에 근접하며, 몇몇의 경우에는 천연 솜털의 단열 특성들을 초과한다. 기계적인 관점에서 보면, 극단적으로 미세한 섬유들은 강도의 결핍으로 어려움을 겪게 되는 데, 이는 생산, 조작 및 사용을 어렵게 한다. 그와 같은 합성 단열재료의 회복 특성들은 큰 섬유 직경에 의해서 향상되지만, 큰 섬유 성분의 증가는 전체 단열 특성들을 전체적으로 심하게 감소시킨다. 미세 섬유 조립체들의 기계적 안정성과 연관된 문제점들은 모세 수(capillary water)의 존재와 연관된 표면장력이 중력이나 다른 정상적인 사용 하중으로 인한 것보다 상당히 크고 구조물에 훨씬 해로운 영향을 주기 때문에 습윤 조건하에서 더욱 심해진다. 그러나, 물새가 떨어지는 것과는 달리, 설명한 섬유 조합은 습윤에 대한 훌륭한 저항성을 제공한다.
다른 예외가 또한 도노반(Donovan) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,992,327 호에 개시되어 있는데, 이 특허는 원하는 특성을 손상시킴이 없이 절연체의 완결성을 개선하기 위한 바인더 섬유 성분들의 사용을 개시하고 있다. 특히 여기에서 설명하는 발명은 (a) 3 내지 12미크론의 직경을 갖는 70 내지 95중량퍼센트의 합성 중합체 미세섬유들; 및 (b) 12 내지 50미크론의 직경을 갖는 5 내지 30중량퍼센트의 합성 중합체 대형섬유들의 조립체를 포함하는 응집성 섬유 구조물의 형태인 합성 섬유 단열재료에 관한 것이며, 섬유들 중 적어도 몇몇은 그들의 접촉 지점에서 결합하고, 결과로서 생기는 구조물의 밀도가 3 내지 16㎏/㎥가 되는 결합이며, 결합된 조립체의 단열 특성들은 비교가능한 비결합 조립체의 단열특성과 같거나 실질적으로 작지 않다. 참조문헌은 또한 바람직한 섬유 혼합물의 솜털같은 클러스터 형태를 설명한다. 속솜 형태를 능가하는 클러스터 형태의 뚜렷한 성능상의 장점이 또한 이 특허에 개시되어 있다.
그러나, 종래의 클러스터들은 느리고 지루한 일괄공정으로 일반적으로 수 제 작된다. 또한, 종래의 재료들은 종래의 제조장비와 함께 사용될 수 있는 쉽게 팽창하지 않는 재료이다. 그러므로, 종래의 장비를 사용하여 제조되고 팽창될 수 있는 솜털에 대한 부분적인 혹은 전체적인 교체로서 사용될 팽창가능한 재료에 대한 필요성이 존재한다.
이러한 필요성의 결과로서, 미국특허번호 제6,329,051호에 기술된 바와 같은 팽창가능한 단열 클러스터들이 개발되었다. '651 특허는 조각조각으로 찢어지고 결합된 속솜이나 결합된 웹으로부터 제조되는 팽창가능한 클러스터들을 개시하고 있다. 웹이나 속솜은 도노반(Donovan)에게 허여된 상기 '327 특허에 개시한 동일한 섬유 혼합물로서 설명되었다. '327 특허에 개시한 재료들로 형성한 속솜이나 웹을 조각조각으로 찢음으로써, 클러스터들은 로프트(loft) 및 단열 특성들을 포함한 솜털같은 질을 달성하는 것으로 알려졌다. 그러한 클러스터들은 천연 재료와의 혼합물로서 미합중국 특허 제 6,329,052 호에 개시되어 있다. 상기한 특허들은 여기에서는 참조로서 완전히 통합된 것이다.
그런데, '051 및 '052 특허들의 팽창가능한 단열 클러스터들은 단지 합성 섬유들만을 통합하였다. 이에 비해서, 본 발명은 인조 재료 또는 인조 재료와 조합한 천연재료로 제조되는 팽창가능한 단열 클러스터들을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 솜털을 위한 부분적인 혹은 완전한 교체물로서 사용하기 위한 팽창가능한 단열 재료를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시 예는, 속솜, 웹, 결합된 속솜, 결합된 웹, 결합된 속솜의 일부, 천연 섬유들이나 재료의 혼합물 또는 인조 섬유들이나 재료들과의 조합으로부터 형성된 임의 형상의 팽창가능한 클러스터들로 1회 이상 조각조각으로 찢어진 결합된 웹의 일부와 같은 하나 이상의 재료를 포함하는 팽창가능한 단열재료이다. 다른 바람직한 실시 예에 있어서, 클러스터들은 방수 혹은 윤활유 마감 섬유 및/또는 건조 섬유 및/또는 그것과 혼합된 바인더 섬유를 포함한다. 팽창가능한 클러스터들을 생산하기 위한 공정이 또한 개시된다. 본 발명을 특징짓는 다양한 신규한 특징들은 본 명세서의 일부를 형성하며 본 명세서에 부속된 특허청구범위에서 특별하게 지적된다. 본 발명의 보다 양호한 이해를 돕기 위하여, 작동 상의 장점과 그것의 사용에 의해서 달성되는 특정 목적들은 본 발명의 바람직한 실시 예들을 통해서 설명된다.
그러므로 본 발명에 의해서 그 목적 및 장점들이 실현되며, 그것의 설명은 다음의 상세한 설명과 관련하여 이루어진다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 본 발명은 천연 섬유나 재료들 단독 또는 인조 섬유나 재료와의 조합으로부터 제조된 클러스터들을 포함한다. 출발재료는 상기한 바와 같이 속솜이나 웹 등의 형태 또는 목적에 부합하는 다른 형태의 재료가 되고, 열고정(heatset)되거나 열고정되지 않는다. 다른 응용에 있어서, 속솜이나 웹은 방수 혹은 윤활유 마감 섬유 및/또는 건조 섬유 및/또는 그것과 혼합된 바인더 섬유를 포함할 것이다. 속솜이나 웹은 팽창가능하고 원하는 솜털같은 질들을 갖는 작은 클러스터들로 1회 이상 기계적으로 조각조각 찢긴다. 웹(일반적으로 단일 층 재료)과 속솜(일반적으로 다층 재료) 또는 그것의 일부들은 본 발명의 클러스터들을 제조하도록 사용될 것임을 알 수 있다.
본 발명의 범위 내에 있는 천연 섬유들이나 재료들은 양모, 목화, 아마, 동물의 털, 실크, 솜털 뿐만아니라 다른 천연 섬유들이나 재료들을 포함하며, 이것으로서 제한되지 않는다.
섬유 클러스터들은 적당한 섬유 재료나 혼합물로 만들어진 경량 카드 슬리버(card sliver)로 제조될 것이다. 단일 속솜에 천연 섬유들이나 재료를 사용하여 인조 섬유들을 통합하는 경우에, 인조 섬유들의 섬유 혼합물은 도노반(Donovan) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,992,327 호에 개시된 섬유-혼합물이 된다. 상기한 바와 같이, 이 특허는 대형섬유들이 지지 구조물이나 미소섬유들을 형성하도록 함께 결합되는 단열 재료를 개시하고 있다. 대형섬유들과 미소섬유들의 일부 사이에서 여러 지점들에서 결합이 이루어진다. 그러나, 바람직하게는 이용되는 경우에 결합은 그들의 접촉 지점에서 인조 섬유들의 대형섬유들 사이에서 이루어진다. 이것은 단열 재료의 기계적 특성들에 상당히 기여하는 지지 구조물을 제공한다. 또한, 속솜의 인조 성분의 섬유 구조물은 일반적으로 3 내지 12미크론의 직경을 갖는 70 내지 95중량퍼센트의 합성 중합체 미세섬유들, 및 12 내지 50미크론의 직경을 갖는 5 내지 30중량퍼센트의 합성 중합체 대형섬유들을 포함한다. 다른 바람직한 실시 예들은 방수 혹은 윤활유 마감 섬유 및/또는 건조 섬유 및/또는 그것과 혼합된 바인더 섬유를 포함하는 섬유-혼합물을 이용한다.
통상적으로, 슬리버는 카드의 출력측에서 먼저 수집되고, 필요한 경우에는 사용된 바인더 섬유 혼합물을 열적으로 결합시키는 가열 튜브들을 직접적으로 통과한다. 고귀한 카드 슬리버를 수축시키거나 밀도를 높이지 않으면서 소정의 결합단계가 완수되는 것이 중요하다. 각각의 슬리버-단부는 수직관을 통해서 떨어지고, 안내 링에 의해서 중심을 맞추는 동안에 가열된 공기는 튜브를 통해서 상방향으로 송풍되고 고귀한 선형의 필터 조립체를 결합시킨다. 가열된 튜브로부터 배출될때, 슬리버는 단두대-타입의 안정한 섬유 절단기의 입구측으로 도입된다. 절단시에 섬유 용해의 밀도를 높이지 않으면서 깨끗한 절단이 달성된다. 이 방법은 매우 고귀한 섬유 클러스터들의 수집을 제공한다.
바람직한 방법은 비록 다른 섬유 형태들이 마찬가지로 적당할지라도 겹치는 부분으로 구성된 속솜을 이용한다. 그러나, 만일 종래의 소면(carding)이 천연재료와 인조재료가 개입되는 상황에 놓이면 관심을 기울여야 하고, 그러한 소면은 예를 들어 천연재료, 즉 웹으로부터 나오는 솜털로 분리되지 않는다. 또한, 겹치는 부분 또는 웹은 솜털의 밀도를 높이는 특성과 비교할만한 밀도를 갖는 속솜으로 바람직하게 형성된다. 겹치는 부분(card-laps)이나 웹은 바인더 섬유 및/또는 건조 섬유(즉, 윤활제/정전기방지제가 없다) 및/또는 0.5~0.6 데니어(denier)의 방수 섬유들로부터 준비될 것이다. 바람직한 방법에 있어서, 겹치는 부분이나 웹들은 바인더 섬유, 건조 섬유 및 방수 섬유를 포함한다. 이 섬유들은 상기한 바와 같이 천연 및 인조 섬유들과 재료들의 조합이 될 것이다. 이렇게 선택된 섬유들은 원하지 않는 분리가 일어나지 않는한 바람직하게 빗질할 것이다. 정적인 플랫(flats)을 사용하여 단일 실린더 금속 카드에 의해서 조립이 가능하다. 카드의 출력은 예를 들어 천 연 및 인조 섬유들의 속솜을 준비하는 경우에 바인더 섬유를 열고정시키도록 전기 및/또는 가스 점화 소오스를 통해서 보내질 것이다. 속솜은 섬유를 결합시키기에 충분한 온도, 예를 들어 300∼400℉의 온도와 시간 동안에 가열된다. 열고정 후에 또는 만일 비-열고정 속솜이나 웹이 사용되면, 형성 후에 속솜은 팽창가능한 클러스터들을 형성하도록 혼합물 내에서 바람직하게는 2번 조각조각 찢기어 진다.
팽창 가능한 클러스터들에 대하여 다음을 포함하는 원하는 효과들을 얻기 위하여 여러 가지 가변 요소들이 변경될 수 있다.
1. 클러스터들의 완결성과 내구성을 개선하기 위해서 빗질 가능한(cardable) 한계까지 안정한 길이를 증가시킴;
2. 바인더 섬유 함유물을 "미세-조정" 조각 찢김능력(shreddability), 절단능력, 응집성, 및 클러스터들의 성능 특성들로 변화시킴;
3. 클러스터들의 크기, 형상 및 가로세로비를 변화시킴;
4. 목적을 위해서 적당한 경우 초음파 결합수단을 사용함;
5. 클러스터들을 1회 이상 조각조각으로 찢음;
6. 속솜이나 웹의 단지 일부를 조각조각으로 찢음.
해당 기술분야의 숙련된 당업자는 다른 요소들이 팽창 가능한 클러스터들에 영향을 끼칠 수 있고 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 그들의 원하는 목적에 부합하도록 최적화될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
2번 조각조각 찢은 클러스터들은 통상적으로 매끄러우며 1회 조각조각 찢은 클러스터들 보다 쉽게 혼합할 수 있음을 알 수 있다. 가느다랗게 쪼개질 열 고정 속솜의 스트립이나 슬리버를 취할 수 있고, 다음에는 클러스터들을 형성하도록 표준 단편절단(shredding) 공정을 통해서 이 부분들을 취할 수 있다.
본 발명은 인조 섬유 혼합물이나 위에서 언급하지 않은 천연 및 인조 섬유 혼합물을 이용함을 더욱 고려한 것이다. 이러한 혼합 범위들은 높은 수준의 단열 성능을 보장하도록 평균 섬유직경을 제한한다. 몇몇 예에 있어서, 인용 특허에 의해서 한정된 것보다 큰 평균 섬유직경이 바람직하다. 예를 들면, 만일 최종 제품이 베게나 실내장식재료이고 압축 강성이 중요한 요구사항인 경우에는 비교적 큰 직경의 섬유들이 이용될 것이다.
적용분야에 따라서, 혼합물에 그렇게 형성된 클러스터들을 다른 천연 및/또는 인조 재료로 이루어진 다른 클러스터들과 혼합하거나 원하는 결과에 따라서 천연 및/또는 인조 섬유들이나 재료와 혼합하는 것이 바람직하다.
그러므로, 본 발명에 의해서 본 발명의 장점들이 실현될 것이며, 비록 바람직한 실시 예들이 여기에서 설명되었지만, 첨부된 특허청구의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 그것의 영역은 제한되지 않는다.

Claims (10)

  1. 팽창가능한(blowable) 단열재료로서,
    결합된 속솜, 결합된 웹, 결합된 속솜의 일부, 결합된 웹의 일부로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함하고, 상기 결합된 속솜, 결합된 웹, 결합된 속솜의 일부, 및 결합된 웹의 일부는 임의 형상의 팽창 가능한 클러스터들로 1회 이상 조각조각으로 찢기어진 천연 섬유들이나 천연 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 팽창가능한 단열재료.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 팽창가능한 클러스터들은 인조 섬유들이나 인조 재료로 이루어진 팽창가능한 단열재료.
  3. 제 1 항에 있어서, 결합된 속솜, 결합된 웹, 결합된 속솜의 일부, 및 결합된 웹의 일부는 단지 천연 섬유들이나 천연 재료로 이루어진 팽창가능한 단열재료.
  4. 제 1 항에 있어서, 결합된 속솜, 결합된 웹, 결합된 속솜의 일부, 및 결합된 웹의 일부는 인조 섬유들이나 인조 재료 및 천연 섬유들이나 천연 재료의 조합으로 이루어진 팽창가능한 단열재료.
  5. 제 2 항에 있어서, 결합된 속솜, 결합된 웹, 결합된 속솜의 일부, 결합된 웹의 일부는 열 고정되는 팽창가능한 단열재료.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 팽창가능한 클러스터들은 다수의 접촉 지점에서 함께 결합된 임의의 섬유들로 이루어진 팽창가능한 단열재료.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 인조 섬유들은, 3 내지 12미크론의 직경을 갖는 70 내지 95중량퍼센트의 합성 중합체 미세섬유들, 및 12 내지 50미크론의 직경을 갖는 5 내지 30중량퍼센트의 합성 중합체 대형섬유들을 포함하는 팽창가능한 단열재료.
  8. 제 1 항에 있어서, 결합된 속솜, 결합된 웹, 결합된 속솜의 일부, 결합된 웹 단편절단 속솜의 일부는, 0.5~6.0데니어(denier) 방수 혹은 윤활유 마감 섬유, 건조 섬유 및 바인더 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나이상의 재료를 포함하는 팽창가능한 단열재료.
  9. 제 1 항에 있어서, 천연 재료 또는 인조 재료 또는 천연 재료 및 인조 재료 중 어느 하나와의 혼합물인 팽창 가능한 단열재료.
  10. 제 2 항에 있어서, 천연 재료 또는 인조 재료 또는 천연 재료 및 인조 재료 중 어느 하나와의 혼합물인 팽창 가능한 단열재료.
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