KR101326187B1 - 자외선 차단 및 투습성이 우수한 폴리에스테르 섬유, 이의 제조방법 및 이를 이용한 무진의 원단 - Google Patents

자외선 차단 및 투습성이 우수한 폴리에스테르 섬유, 이의 제조방법 및 이를 이용한 무진의 원단 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무진의 원단에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시스부-코어부로 구성되는 폴리에스테르 섬유로 형성되되, 상기 폴리에스테르 섬유 시스부 및 코어부는 자외선을 차단하는 무기화합물을 함유하는 폴리에스테르계 수지로 형성되며, 상기 코어부의 무기화합물 함량이 시스부보다 큰 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유, 이의 제조방법 및 이를 이용한 무진의 원단 을 제공한다. 또한, 본 발명은 폴리우레탄 수지 100중량부를 기준으로, 메틸에틸케톤 55 내지 70중량부, 디메틸포름아마이드 75 내지 95중량부, 톨루엔 60 내지 90중량부, 코팅면타킹방지제 0.5 내지 3중량부, 촉진제 1 내지 3중량부 및 무황변가교제 1.5 내지 4중량부를 포함하는 투습방수용 코팅조성물로 코팅된 것을 특징으로 하는 투습성이 향상된 무진의 원단을 제공한다.

Description

자외선 차단 및 투습성이 우수한 폴리에스테르 섬유, 이의 제조방법 및 이를 이용한 무진의 원단{Excellent UV protection and breathable polyester fabric, its manufacturing method and dust-resistant fabric using the same}
본 발명은 폴리에스테르 섬유 및 이를 이용하여 제조한 무진의 원단에 관한 것으로 더욱 상세하게는 시스부 및 코어부가 자외선을 차단하는 무기화합물을 함유하는 폴리에스테르계 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 자외선 차단 및 투습성이 우수한 기능성 폴리에스테르 섬유 및 이를 이용한 무진의 원단에 관한 것이다.
무진의(無塵衣) 또는 방진복은 정밀 부품 생산 현장 등에서 모발이나 피부로부터 발생되는 먼지나 미생물에 의해 제조 장소가 오염되고, 그로 인해 불량품이 발생되는 것을 억제할 목적으로 착용되는 특수 의복으로서 일반적으로 정전기 방지 기능을 갖도록 도전사가 스트라이프 또는 격자무늬로 배열된 고밀도 원단을 사용하여 제조된다. 상기 도전사는 전도성 카본을 원사제조공정에 혼입시켜 코로나방전을 이용하여 정전기를 제거시켜 주는 원사를 말한다.
무진의는 반도체 소자 제조공정에서 필수적으로 사용되는데 최근 반도체 산업에 있어서 집적회로의 집적도 증대 등 클린룸(clean room)을 사용하는 산업분야의 현저한 진전에 동반하여, 클린룸의 청정도는 더욱 높게 요구되고 있고 무진복은 이러한 청정도의 유지 및 향상에 주안점을 맞춰 개발되고 있다.
무진의용 원단은 발생하는 먼지를 방지하기 위해서는 방적사로 제직한 무진의보다는 합성섬유 장섬유사로 제직한 직물지를 사용하는 것이 바람직하고, 작업자의 인체 및 내의에서 발생된 먼지가 밖으로 투과되는 것을 방지하기 위해서는 일반적으로 고밀도법, 캘린더 가공법 또는 코팅법 등을 사용하거나 또는 이들 공법을 선택적으로 병행하여 사용된다.
위와 같은 청정도의 유지 및 향상이라는 목적을 달성하기 위해 무진의는 매우 고밀도로 형성된 조직의 원단을 사용하여 인체에서 발생하는 미세한 오염물질의 외부 유출을 방지한다. 이는 클린룸의 청정도라는 관점에서는 바람직하나 착용자의 쾌적성이라는 점에서는 매우 착용감이 불쾌한 환경을 조성하는 것이다.
사람은 발한(發汗)을 지각하지는 않지만 인체로부터 끊임없이 수분을 발산하고 있다. 이 수분발산은 지각되지 않으므로 "불감증한(不感蒸汗)"이라고 한다. 불감증한에 의해 발산되는 땀은 체표면적 1m², 1시간당 약 24g이 표준이고 이것을 1.6m²의 체표면적을 가진 성인의 경우, 환산하면 일일 약 900∼1000g에 달한다. 안정상태에서 땀의 발산은 약 30%가 호흡기로, 약 70%가 피부를 통해 이루어지는데 기온이나 개인에 의한 편차는 적다고 알려지고 있다.
일반적으로 수분의 이동(증발)에는 반드시 열의 이동을 수반하는데 외부온도의 변화에 따라 체온의 변화를 유발시키기 때문에 땀의 효율적 제어는 인체의 쾌적성과 체온을 일정하게 유지시킬 수 있는 대단히 중요한 인자로 작용한다.
종래에는 상기와 같은 신체적 특성에도 불구하고 클린룸의 청정도라는 목적으로 무진의를 입고 작업을 하는 사람에 대한 배려가 없었다. 하지만, 무진의는 고밀도 조직으로 통기성이 없어 체온상승이 야기되고 착용자는 매우 불쾌한 작업환경에 노출됨은 물론 착용자 또한 발열체(체온이상의 온도 상승)이기 때문에 클린룸 적정 온습도 제어의 장애요소로서 작용하고 결국 이는 제품의 불량률 증가로 이어진다.
자외선을 차단하는 합성섬유는 일반적으로 벤조트리아졸, 벤조페논 등의 유기계 화합물이나 산화아연, 산화 티탄, 활석, 카롤린 등의 무기화합물과 같이 자외선을 흡수하거나 차폐하는 능력을 부여하는 첨가제를 합성섬유에 함유시켜 자외선을 차단하게 하였다.
상기 벤조트리아졸, 벤조페논 등의 유기계 화합물은 우수한 자외선 흡수능력을 가지고 있지만 융점이 높고 열가소성 수지에 용융 혼련하는 경우에는 열안정성, 내승화성, 상용성 등의 문제가 있었다. 또한, 가시광선 파장영역에 있어서 흡수가 극히 크기 때문에 이것들을 이용하는 것은 고농도 착색이 허용되는 경우에 한정되며, 그 자체 또는 분해시 발생되는 생성물이 피부 장애 등의 위험성이 있기 때문에 주의를 필요로 한다. 그러므로 자외선 차폐 효과를 나타내기 위해서는 산화 티탄, 산화아연, 활석, 카올린 등의 무기화합물을 첨가하여 사용하는 방법이 통상적으로 사용되었다.
일본등록특허 제3053248호 "자외선 차폐 성능을 가지는 폴리에스테르 조성물, 그 폴리에스테르 조성물의 제조방법 및 섬유"에서는 평균 입자크기가 0.1 ~ 3.0㎛의 산화아연 및 산화티탄을 폴리에스테르 중에 1 ~ 10 중량% 함유하여 자외선 차폐 성능을 가지는 폴리에스테르를 제조하는 방법을 제안하였다. 상기 특허 발명은 중합시에 특정의 화합물을 첨가하는 것에 의해 산화티탄 및 산화아연의 입자가 응집되는 일없이 미립자인 상태로 균일하게 분산하고 있기 때문에 폴리에스테르로부터 섬유를 제조하면 필터 막힘 현상이나 사절이 발생하지 않고 자외선 차폐 성능이 우수한 섬유를 안정적으로 제조할 수 있으며, 또한 섬유 이외에 필름을 제조하는데 있어서도 같은 효과를 나타낼 수 있다고 제안하고 있으나, 상기 발명은 여전히 방사성(사절) 불량 및 방사 및 제직 진행을 위한 연사, 사이징 등 제직 준비 공정에서의 가이드 통과 시 고농도의 산화 아연 및 산화 티탄에 의한 가이드 마모와 원사의 핌사 발생 및 작업성 불량 등의 문제점이 지적되고 있다.
또한, 대한민국등록특허 제244926호에서는 편직물로 기저층, 상기 기저층 위에 접착되며 무공타입의 고흡수성 폴리우레탄 수지필름으로 된 중간층, 상기 중간층 위에 접착되며 경사 또는 위사 방향의 소정 간격으로 도전사가 배열된 폴리에스테르 고밀도 가연사로서 직조된 외피층의 3층구조로 이루어진 반도체 클린룸용 방진원단을 제안하였다. 상기 특허는 증기입자가 코팅된 필름층에 일단 흡수되어 외부로 확산 전이되면서 증기분자 상태로 외부로 배출된다는 원리인데 편직물의 특성상 신축성이 우수하여 착용감이 우수한 장점은 있으나 폴리우레탄 수지필름이 친수성으로 구성되어 있다 하더라도 땀을 효과적으로 흡수할 수 없어 쾌적성이 급격히 저하되는 단점이 있다. 또한 체온상승으로 인한 클린룸의 온습도 변화에 대한 고려는 하지 못하고 있다.
따라서, 기존 제품과 동일한 밀도에서 먼지 포집효율이 높고, 자외선을 효과적으로 차단하여 비침 방지성이 우수하며, 투습도가 향상된 무진의용 원단의 개발이 소망되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 폴리에스테르 섬유를 코어부와 시스부로 형성하고 상기 코어부와 시스부에 자외선을 차단하는 무기화합물을 포함시켜 자외선 차단 성능이 우수한 폴리에스테르 섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 무진의 원단을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 원단 표면에 다공형 투습방수용 코팅조성물로 코팅하여 투습성이 우수한 무진의 원단을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 무진의 원단에 있어서, 상기 무진의 원단은 시스부-코어부로 구성되는 폴리에스테르 섬유로 형성되되, 상기 폴리에스테르 섬유의 시스부 및 코어부는 자외선을 차단하는 무기화합물을 함유하는 폴리에스테르계 수지로 형성되며, 상기 코어부의 무기화합물 함량이 시스부보다 큰 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유를 제공한다.
또한, 상기 무기화합물은 산화아연, 산화티탄 또는 산화아연 및 산화티탄의 혼합물이 사용되며 입자크기는 1.0 ~ 5.0㎛인 것으로 상기 코어부는 폴리에스테르계 수지에 무기화합물 1 ~ 15중량%가 함유되고, 시스부는 무기화합물 0.04중량%~0.6중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유를 제공한다.
또한, 상기 시스부, 코어부 또는 시스부 및 코어부에 산화 방지제, 항균제, 탈취제, 형광 증백제, 중합 반응 안정제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유를 제공한다.
또한, 상기 폴리에스테르 섬유는 사각, 삼각, Y 형, 편평, 해도형 및 분할형 중 어느 하나로 선택되는 이형단면으로 상기 시스부 대 코어부는 단면적 비율이 20:80 내지 80:20인 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유를 제공한다.
또한, 상기 폴리에스테르 섬유는 강도 2.0 ~ 7.0g/d, 신도 10 ~ 80%, 강신도 편차 0 ~ 20.0%, 비수값 3.0 ~ 20.0% 인 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유를 제공한다.
또한, 상기 폴리에스테르 섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 무진의 원단을 제공한다.
또한, 상기 무진의 원단은 폴리우레탄 수지 100중량부를 기준으로, 메틸에틸케톤 55 내지 70중량부, 디메틸포름아마이드 75 내지 95중량부, 톨루엔 60 내지 90중량부, 코팅면타킹방지제 0.5 내지 3중량부, 촉진제 1 내지 3중량부 및 무황변가교제 1.5 내지 4중량부를 포함하는 투습방수용 코팅조성물로 코팅된 것을 특징으로 하는 투습성이 향상된 무진의 원단을 제공한다.
또한, 코어부와 시스부로 구성되는 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 있어서,
자외선을 차단하는 무기화합물을 함유하는 폴리에스테르계 수지 및 소광제로 작용하는 이산화티탄(TiO₂) 0.04중량%~0.6중량%를 함유하는 폴리에스테르계 수지를 각각 중합하는 중합 단계; 상기 중합 단계를 거친 각각의 폴리에스테르계 수지를 건조시키는 건조 단계; 상기 건조된 자외선을 차단하는 무기화합물을 함유하는 폴리에스테르계 수지를 260 내지 330℃에서 용융시키고, 소광제로 작용하는 이산화티탄(TiO₂) 0.04중량%~0.6중량%를 함유하는 폴리에스테르계 수지를 250 내지 320℃ 에서 용융시키는 용융단계; 상기 용융단계를 거친 용융물을 250 내지 320 ℃의 온도에서 복합방사하여 폴리에스테르 섬유를 제조하는 방사 단계; 상기 방사된 폴리에스테르 섬유를 열고정하면서 연신하는 열고정 및 연신단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 무기화합물은 산화아연, 산화티탄 또는 산화아연 및 산화티탄의 혼합물이 사용되며 입자크기는 1.0 ~ 5.0㎛인 것으로 상기 코어부는 폴리에스테르계 수지에 무기화합물 1 ~ 15중량%가 함유되고, 시스부는 무기화합물 0.04중량%~0.6중량%를 함유되는 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 폴리에스테르 섬유는 사각, 삼각, Y 형, 편평, 해도형 및 분할형 중 어느 하나로 선택되는 이형단면으로 상기 시스부 대 코어부는 단면적 비율이 20:80 내지 80:20인 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 연신단계는 1차 고뎃 롤러에서 속도 600 내지 2,000mpm, 온도 60 ~ 120 ℃에서 1차 열고정을 하고, 2차 고뎃 롤러에서 속도 3,000 내지 5,000 mpm, 온도 90 내지 150 ℃에서 2차 열고정하면서 연신하는 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 연신단계는 연신비 1.5 내지 5.0으로 연신하는 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 폴리에스테르 섬유는 강도 2.0 ~ 7.0g/d, 신도 10 ~ 80%, 강신도 편차 0 ~ 20.0%, 비수값 3.0 ~ 20.0% 인 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 제조방법으로 제조되는 폴리에스테르 섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 무진의 원단을 제공한다.
또한, 상기 무진의 원단은 폴리우레탄 수지 100중량부를 기준으로, 메틸에틸케톤 55 내지 70중량부, 디메틸포름아마이드 75 내지 95중량부, 톨루엔 60 내지 90중량부, 코팅면타킹방지제 0.5 내지 3중량부, 촉진제 1 내지 3중량부 및 무황변가교제 1.5 내지 4중량부를 포함하는 투습방수용 코팅조성물로 코팅된 것으로 투습성이 향상된 무진의 원단을 제공한다.
본 발명은 폴리에스테르 섬유를 코어부와 시스부로 형성하고 상기 코어부와 시스부에 자외선을 차단하는 무기화합물을 포함시켜 자외선 차단 성능 및 빛투과성 감소에 의한 비침방지 기능이 우수한 무진의 원단을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 다공형 투습방수 원단은 그 일면에 형성된 0.3∼15 미크론 범위의 공극을 가지는 미세 다공질 폴리우레탄 막의 최적의 성막성(成膜性)으로 인하여 투습성이 우수한 무진의 원단을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 비침방지 실험결과 사진.
도 2는 본 발명의 실시예2에 따른 비침방지 실험결과 사진.
도 3은 본 발명의 비교예1에 따른 비침방지 실험결과 사진.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 약, 실질적으로 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 불법적으로 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명은 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유로 제조된 무진의 원단에 관한 것으로 상기 폴리에스테르 섬유는 시스부와 코어부로 구성되고, 상기 시스부 및 코어부는 자외선을 차단하는 무기화합물을 함유하는 폴리에스테르계 수지로 형성되며, 상기 코어부의 무기화합물 함량이 시스부보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 무기화합물은 산화아연, 산화티탄 또는 이들의 혼합물로 사용되며 입자크기는 1.0 ~ 5.0㎛인 것으로 코어부는 폴리에스테르계 수지에 무기화합물 1 ~ 15중량%가 함유되고, 시스부는 무기화합물 0.04중량%~0.6중량%를 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 산화아연과 산화티탄은 자외선 흡수가 크고 적외선 반사가 좋아 자외선 뿐만 아니라 적외선 차단효과도 있으며, 백색안료로 폴리에스테르계 수지에 함유되어 폴리에스테르계 수지의 빛투과성을 떨어뜨려 비침방지 효과를 높여준다.
상기 산화아연 또는 이산화티탄의 무기화합물의 입자크기는 1.0 ~ 5.0㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2.0 ~ 3.0㎛의 입자크기를 가지는 무기화합물을 사용하는 것이다.
상기 코어부는 폴리에스테르계 수지 85 ~ 99중량%와 무기화합물 1 ~ 15중량%가 함유되는 것이 바람직하다. 무기화합물의 함유량이 1.0 중량% 미만이면 자외선 차단 및 비침 방지(불투과성)의 효과를 가지지 못하게 되며, 15 중량% 이상이면 중합시 공정을 조절하기가 힘들어지고 과량의 무기화합물이 서로 응집되는 현상으로 방사구금의 막힘 현상이 일어나거나 사절이 발생되어 방사성이 떨어지는 문제점이 발생한다.
상기 시스부, 코어부 또는 시스부 및 코어부에는 산화 방지제, 항균제, 탈취제, 형광 증백제, 중합반응 안정제 등의 첨가제가 첨가될 수 있을 것이다.
또한, 상기 시스부 또는 코어부에 사용되는 폴리에스테르계 수지는 폴리에스테르가 구성 단위의 80몰%이상이 함유되어야하며, 바람직하게는 90몰% 이상이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 단위인 폴리에스테르 수지를 사용하는 것이고, 방사 안정성을 위하여 용융 온도는 200℃ 이상인 것이 좋다.
본 발명에 따른 자외선 차단 및 투습성이 우수한 폴리에스테르 섬유는 사용용도에 따라 원형, 사각, 삼각, Y형, 편평, 해도형 및 분할형 중 어느 하나로 선택되는 이형단면으로 제조할 수 있다.
상기의 본 발명에 따른 폴리에스테르섬유를 이용하여 제조되는 직물, 편물 등의 원단은 자외선 차단효과 및 투습성이 우수하여 여러 산업분야에서 널리 이용될 수 있다.
상기의 본 발명에 따른 자외선 차단 및 투습성이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법은 코어부 및 시스부의 중합 단계, 건조단계, 용융단계, 방사단계, 열고정 및 연신단계로 제조된다.
상기 중합단계는 산화 아연 또는 산화티탄 등의 무기화합물 1 ~ 15 중량% 함유하는 코어부 폴리에스테르계 수지 및 산화 아연 또는 산화티탄 등의 무기화합물 0.04 ~ 0.6 중량% 함유하는 시스부 폴리에스테르계 수지를 중합하는 단계이다.
상기 건조단계는 중합된 각각의 폴리에스테르계 수지를 건조하는 공정으로 예비건조 및 본건조 단계로 진행될 수 있는데, 100 내지 140 ℃에서 2 내지 6시간 정도의 예비건조와, 140 ℃ 내지 170 ℃에서 4 내지 8시간 건조하는 본건조 단계로 진행되며, 이는 예비건조로 중합물의 표면을 미리 결정화시켜 줌으로써 급격히 고온에 투입시 중합물이 서로 점착하여 덩어리를 형성하지 않도록 하기 위함이다.
상기 용융단계는 건조된 각각의 폴리에스테르계 수지를 용융 압출기에서 용융시키는 단계로 코어부 폴리에스테르계 수지는 260 내지 330℃에서 용융시키고, 시스부 폴리에스테르계 수지는 250 내지 320℃ 에서 용융시킨다.
상기 용융단계를 거친 용융물은 방사조업성 및 점도 저하를 방지하기 위하여 30분 이하의 체류시간을 가져야 한다. 상기 코어부와 시스부 두 가지의 폴리에스테르계 수지의 복합방사로 인하여 체류시간이 길어지면 열분해로 인한 점도 저하(IV drop)가 나타날 우려가 있다.
상기 방사단계는 상기 용융단계에서 생성된 각각의 용융물을 250 내지 320 ℃의 온도에서 복합방사하여 폴리에스테르 섬유를 제조하는 단계이다.
상기 용융공정 후, 열고정 및 연신단계 전에 원활한 연신 및 권취를 위하여 폴리에스테르 섬유에 유제가 공급되는 유제공급단계를 실시할 수 있다. 상기 유제공급단계는 고화 영역에 설치된 가이드 유제 분사 방식이나 오일 롤러 방식이 사용될 수 있으며, 두 방식 중 어떤 방식을 사용하더라도 무관하다.
상기 연신단계는 1차 고뎃 롤러(Godet Roller)에서 속도 600 내지 2,000mpm, 온도 60 ~ 120 ℃에서 1차 열고정을 하고, 2차 고뎃 롤러에서 속도 3,000 내지 5,000 mpm, 온도 90 내지 150 ℃에서 2차 열고정하면서 연신하는 단계로 상기 1차 고뎃 롤러의 속도가 600mpm 미만인 경우, 원사의 경시별 물성 변화가 생길 우려가 있고, 1차 고뎃 롤러에 진입하는 힘이 부족하여 안정적인 조업이 어려울 우려가 있으며, 2,000mpm 을 초과하면, 모우 또는 단사절 발생될 우려가 있다.
또한, 1차 열고정 온도가 60℃ 미만이면, 열고정 온도가 너무 낮아 연신에 의한 분자쇄의 충분한 배향이 일어나지 않을 우려가 있으며, 반면 1차 열고정 온도가 120℃를 초과하면, 고뎃 롤러에서 사 떨림이 커져 연신시 사절발생할 우려가 있다.
상기 2차 고뎃 롤러 속도는 3,000 내지 5,000mpm이 바람직하나 더욱 바람직하게는 3500 내지 4500mpm으로 방사조업성을 고려하면 가장 안정적이다. 상기 2차 고뎃 롤러 속도가 3,000mpm 미만인 경우, 방사된 원사의 물성, 특히 강신도가 낮아지고 생산성이 저하되게 되며, 5,000mpm 을 초과하면 사도상 원사 떨림이 발생할 우려가 있으며, 권취시 적정 장력을 관리하기 위하여 2차 고뎃 롤러와 권취기와의 속도차이가 커져야 하므로 이후 사절 발생 및 원사 케익 형태의 안정성이 떨어질 우려가 있다.
또한, 상기 2차 열고정 온도가 90℃ 미만인 경우, 경시에 따른 강신도 등의 물성 변화가 발생할 우려가 있으며, 150℃를 초과하면 고뎃 롤러상에서 사떨림이 커져 안정한 조업이 곤란할 우려가 있다.
상기 연신 단계에서의 연신비는 1.5 내지 5.0이 바람직하며, 상기 연신비가 1.5 미만인 경우, 섬유의 강신도가 저하될 우려가 있으며, 5.0을 초과하면 방사시 사절이 발생하거나 최종 원사에 있어서 결점이 나타날 우려가 있다.
상기 연신된 폴리에스테르 섬유는 3,000 내지 5,000 mpm로 권취하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따른 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유에 있어서 상기 방사 및 연신 단계의 연신비, 열고정 온도 및 최종 방사속도는 섬유의 최종 물성에 영향을 미치는 중요한 요인으로서, 상기 제조된 섬유 제품은 강신도 편차 0 내지 20.0%, 비수값이 3.0 내지 20.0% 가 충족됨이 바람직하다.
또한, 방사, 연신, 권취 전의 장력을 균일하게 관리함으로써 섬유 강신도 편차를 최소로 관리하게 되는데, 상기 강신도 편차를 통해 섬유가 안정적으로 관리되게 되며, 이후 제직 같은 후공정에 있어서, 약사나 원사의 결점 같은 문제 발생 가능성이 낮게 된다.
따라서, 상기 강신도 편차가 낮을수록 안정적인 물성을 가지는 원사의 생산이 가능하게 되며, 상기 강신도 편차가 1.0% 미만인 경우는 이상적인 방사의 결과이며, 20.0% 를 초과하면 방사 공정에서 사절 발생의 요인이 되며, 합사, 연사, 정경, 제직 등의 후 공정에서의 사절이나 가동율을 저하시키는 요인이 되기도 한다.
또한, 상기 비수값은 본 방사공정을 통해 제조된 섬유 원사가 이후, 염색, 가공 등에 의한 수축을 미리 대응 측정치로 제어하여 적절한 수축을 부여하게 되는데, 3% 내지 20% 수준이 바람직하다. 상기 비수값이 3% 미만인 경우, 제직 이후 가공시 원단에 축이 들어오지 않는 문제를 일으킬 우려가 있으며, 20% 를 초과하면 과하게 축이 들어갈 우려가 있다.
본 발명에서 코어부의 섬유 단면적 비율이 20% 미만이면 본 발명에서 구현하고자 하는 자외선 차단 및 비침 방지 성능을 효율적으로 나타낼 수 없으며, 반대로 80% 이상이면 시스부의 두께가 얇아져서 방사 작업이 원사 결점 발생 및 제직 및 제직 준비공정에서 금속 부분 및 가이드 접촉에 의한 작업성 불량 및 원사 터짐 등의 문제가 발생할 우려가 있어 상기 시스부 대 코어부의 단면적 비율은 20:80 내지 80:20인 것이 바람직할 것이다.
또한, 본 발명은 다공형 투습방수 원단을 제조하는 방법을 포함하는 것으로 (a) 제직, 정련, 표백 및 염색 단계로 이루어진 원단 준비 공정; (b) 불소계 발수제를 사용하여 함침(dipping)법에 의해 상기 준비된 원단을 발수 처리하는 공정; (c) 상기 발수 처리된 원단을 120∼180 ℃의 열풍으로 열고정하는 공정; (d) 상기 열고정된 원단을 70∼130 ℃의 온도, 15∼45 ㎏·f/㎠의 닙(nip) 압력 및 40∼60 m/분의 처리 속도의 조건하에서 캘린더링(calendering)하는 공정; (e) 폴리우레탄 수지 100중량부를 기준으로, 메틸에틸케톤 55 내지 70중량부, 디메틸포름아마이드 75 내지 95중량부, 톨루엔 60 내지 90중량부, 코팅면타킹방지제 0.5 내지 3중량부, 촉진제 1 내지 3중량부 및 무황변가교제 1.5 내지 4중량부를 포함하는 투습방수용 코팅조성물 배합하는 공정; (f) 상기 캘린더링된 원단의 일면에 나이프 오버 롤(knife over roll) 코팅법 또는 플로우팅 나이프(floating knife) 코팅법에 의해 상기 코팅 조성물을 1회 또는 수 회 코팅하는 공정; (g) 상기 코팅된 원단을 100∼180 ℃에서 각각 5분 이상 건조 및 경화하는 공정; (h) 코팅된 제품의 사행도, 수축률, 원단폭 교정을 위해 100∼180 ℃의 온도 및 40∼60 m/분의 건조 속도에서 이뤄지는 텐타 공정; (i) 코팅된 원단의 촉감 개선을 위한 30~50 ℃의 온도, 15∼45 ㎏·f/㎠의 닙(nip) 압력 및 40∼60 m/분의 처리 속도의 조건하에서 시레가공하여 미세 다공질 폴리우레탄 막이 형성된 다공형 투습방수 원단을 수득하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다. 본 발명에 있어서 "원단"이라는 용어는 제직 또는 편직에 의해 제조되는 물품, 부직포, 섬유상 웹(fibrous web) 등을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
본 발명의 다공형 투습방수 원단을 제조하는 방법에 있어서, 제직(製織), 정련(精練), 표백(漂白) 및 염색(染色) 단계로 이루어진 원단 준비 공정은 원단의 전처리 공정으로서 공지된 통상의 방법을 이용하여 실시할 수 있다. 이와 같은 준비(전처리) 공정을 거친 원단은 불소계 발수제(예컨대, 플루오로카본, 퍼플루오로알킬 아크릴레이트의 공중합체 등)를 사용하여 함침(dipping)함으로써 발수 처리된다.
발수 처리 공정 이후에, 발수 처리된 원단을 120∼180 ℃의 열풍으로 열고정한다. 열풍 온도가 120℃ 미만인 경우에는 건조가 제대로 이루어지지 않아 양질의 코팅을 실현하기 어렵고, 열풍 온도가 180℃를 초과하는 경우에는 과도한 건조로 인해 원단에 열경화가 발생하여 촉감이 딱딱하게 된다.
열고정 공정 이후에, 열고정된 원단을 70∼130 ℃의 온도, 15∼45 ㎏·f/㎠의 닙(nip) 압력 및 40∼60 m/분의 처리 속도의 조건하에서 캘린더링(calendering)한다. 캘린더링하는 이유는 코팅하기 이전에 원단 표면에 평활성(planarization)을 부여하기 위함이다. 캘린더링의 온도, 닙(nip) 압력, 처리 속도에 관한 상기 수치한정에 대한 임계적 의의는 다음과 같다. 캘린더링 온도가 70℃ 미만인 경우에는
원단의 평활성이 저하되어 코팅 품질의 저하를 초래하고, 캘린더링 온도가 130℃를 초과하는 경우에는 과도한 온도로 인하여 원단의 색상과 촉감에 변화를 초래한다.
또한, 닙(nip) 압력이 15 ㎏·f/㎠ 미만인 경우에는 원단에 적정한 장력을 부여하기 어려워 불균일한 캘린더링이 발생하고, 닙(nip) 압력이 45 ㎏·f/㎠를 초과하는 경우에는 과도한 압착에 의한 열경화에 의해 원단 형태의 변형이 발생할 수 있다. 또한, 처리 속도가 40 m/분 미만인 경우에는 생산성의 저하를 초래하고, 처리 속도가 60 m/분을 초과하는 경우에는 과도한 처리 속도로 인한 불균일한 캘린더링이 발생할 수 있다.
캘린더링 공정 이후에, 캘린더링된 원단의 일면에 나이프 오버 롤(knife over roll) 코팅법 또는 플로우팅 나이프(floating knife) 코팅법에 의해 폴리우레탄 코팅 조성물을 1회 또는 수 회 코팅한다. 폴리우레탄 수지 100중량부를 기준으로, 메틸에틸케톤 55 내지 70중량부, 디메틸포름아마이드 75 내지 95중량부, 톨루엔 60 내지 90중량부, 코팅면타킹방지제 0.5 내지 3중량부, 촉진제 1 내지 3중량부 및 무황변가교제 1.5 내지 4중량부를 포함하는 투습방수용 코팅조성물을 배합하여 코팅한다.
또한, 상기 코팅층의 두께는 10~100㎛인 것이 좋으며, 상기 투습방수용 코팅조성물에는 촉진제 1 내지 3중량부가 혼합되어 코팅됨으로써 경화를 촉진하는 것을 특징으로 한다.
한편, 나이프 오버 롤 코팅법에 의해 코팅하는 경우, 코팅 도공 로울러의 정점에 밀착된 원단의 상면과 나이프간 간격을 150∼400 ㎛로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 코팅단계에서 0.3 내지 2mm 나이프를 이용하여 10 내지 100㎛의 코팅층을 형성하고, 100 내지 180℃의 온도와 40∼60 m/분의 속도의 조건하에서 건조 및 경화하는 것을 특징으로 하는 투습방수용 코팅물의 코팅공정이 행하여진다.
이는 최적의 성막성(成膜性)을 부여하기 위함으로 100℃ 미만의 온도에서 경화되는 경우에는 원단의 일면에 다공성 막의 형성이 미흡하거나 볼륨감이 저하되어 궁극적으로 원단의 투습성 등의 물성에 악영향을 미친다.
코팅된 원단의 사행도, 수축률, 원단폭 교정을 위해 100∼180 ℃의 온도 및 40∼60 m/분의 건조 속도에서 텐타 공정 후, 코팅된 원단의 촉감 개선을 위한 30~50 ℃의 온도, 15∼45 ㎏·f/㎠의 닙(nip) 압력 및 40∼60 m/분의 건조 속도의 조건하에서 시레가공하여 미세 다공질 폴리우레탄 막이 형성된 다공형 투습방수 원단을 수득한다.
본 발명에 의해 제조된 다공형 투습방수 원단은 0.3∼15 ㎛ 범위의 공극을 가지는 미세 다공질 폴리우레탄 막이 형성되어 있으며, 내수압(ISO 0811 정수압에 의함)이 2000~4000 mmH2O 이고, 투습도(KS K 0594 CaCl₂법에 의함)가 5000~10000 g/㎡·24시간이다. 상기 미세 다공질 폴리우레탄 막의 두께는 10∼100 ㎛(바람직하게는, 약 50∼70 ㎛)인 것이 바람직하다. 또한, 상기 미세 다공질 폴리우레탄 막의 공극은 2∼6 미크론 범위가 80% 이상 존재하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
1. 실시예 및 비교예
실시예 1
본 발명의 제조방법에 사용된 직물은 경사, 위사 밀도가 149와 91본이며, 경위사 원사는 75 데니어 48 필라멘트의 폴리에스테르 원사로 평직으로 제조된 89g/sm 의 중량을 가진 원단에 발수제로 발수처리 후 100 ℃의 온도, 30 ㎏·f/㎠의 닙(nip) 압력 및 50 m/분의 처리 속도로 캘린더링 가공한다. 상기 폴리에스테르 원사의 시스부 및 코어부는 자외선을 차단하는 산화티탄을 함유하며 보다 구체적으로 코어부는 폴리에스테르계 수지에 산화티탄 7중량%가 함유되고, 시스부는 산화티탄 0.6중량%를 함유한다. 폴리우레탄 수지 100중량부를 기준으로, 메틸에틸케톤 62.5중량부, 디메틸포름아마이드 87.5중량부, 톨루엔 75중량부, 코팅면타킹방지제 1.25중량부, 촉진제 2중량부 및 무황변가교제 2.5중량부를 포함하는 투습방수용 코팅조성물을 배합한다. 상기 캘린더링된 원단의 일면에 나이프 오버 롤(knife over roll) 코팅법 또는 플로우팅 나이프(floating knife) 코팅법에 의해 상기 코팅 조성물을 1회 코팅하며 더욱 상세하게는 0.5mm 나이프를 이용하여 100㎛의 코팅층을 형성한다. 130 내지 150℃의 온도와 50 m/분의 속도의 조건하에서 건조 및 경화시킨다. 코팅된 제품의 사행도, 수축률, 원단폭 교정을 위해 130∼150 ℃의 온도 및 50 m/분의 건조 속도에서 텐타 공정을 행한 후 코팅된 원단의 촉감 개선을 위하여 40 ℃의 온도, 30 ㎏·f/㎠의 닙(nip) 압력 및 50 m/분의 처리 속도의 조건하에서 시레가공하여 미세 다공질 폴리우레탄 막이 형성된 다공형 투습방수 원단을 수득한다.
실시예 2
본 발명의 제조방법에 사용된 직물은 경사, 위사 밀도가 190와 116본이며, 경위사 원사는 75 데니어 48 필라멘트의 폴리에스테르 원사로 능직으로 제조된 98g/sm 의 중량을 가진 원단을 사용하였으며, 코어부에 산화티탄 15중량% 및 시스부에 산화티탄 0.6중량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 1
직물은 경사, 위사 밀도가 190와 124본이며, 경위사 원사는 75 데니어 36 필라멘트의 세미덜(Semi-Dull) 폴리에스테르 원사를 사용하며 무기화합물을 첨가하지 않았다. 또한, 능직으로 제조된 116g/sm 의 중량을 가진 원단을 사용하여 라미네이션 코팅을 한다.
비교예 2
직물은 경사, 위사 밀도가 190와 120본이며, 경위사 원사는 75 데니어 36 필라멘트의 세미덜(Semi-Dull) 폴리에스테르 원사를 사용하며 무기화합물을 첨가하지 않았다. 또한, 능직으로 제조된 108g/sm 의 중량을 가진 원단을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하였다.
2. 실험 및 평가방법
(1) 투습도 측정
KS K 0594(CaCl₂)법에 의해 온도 40℃, 습도 90％에서 24시간 동안 평가하였다. 상기 실시예와 비교예의 실험 결과를 표 1에 나타내었다.
구분 무기화합물 함량
(코어부, 시스부)		 중량 코팅방법 코팅층두께 투습도
g/sm ㎛ g/㎡/24h
실시예 1 7중량%, 0.6중량% 89 Porus Type 120 10,000
실시예 2 15중량%, 0.6중량% 98 Porus Type 140 10,000
비교예 1 - 116 Lamination 180 7,000
비교예 2 - 108 Lamination 140 8,500
표 1에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 실시예로 제조된 무진의용 원단의 착용감을 나타낼 수 있는 중량과 투습도가 비교예에 비하여 크게 개선되었음을 확인할 수 있으며, 특히 투습도의 경우는 코팅방법에 의해 영향을 받는 것을 알 수 있다.
(2) 비침 방지성
실시예 및 비교예로 제작된 원단 아래에 '비침성'이란 글자가 쓰여진 종이를 놓고 30cm 거리에서 사진을 찍어 비침방지성 정도를 비교 평가하였다. 도면 1, 도면 2, 도면 3에서 확인할 수 있듯이 비교예1에 의해 제조된 원단보다 실시예1과 실시예2에 의해 제조된 원단의 비침방지 효과가 개선되었음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 무진의 원단을 형성하는 폴리에스테르 섬유에 있어서,
    상기 무진의 원단은 시스부-코어부로 구성되는 폴리에스테르 섬유로 형성되되, 상기 폴리에스테르 섬유의 시스부 및 코어부는 자외선을 차단하는 무기화합물을 함유하는 폴리에스테르계 수지로 형성되며, 상기 코어부의 무기화합물 함량이 시스부 보다 큰 것을 특징으로 하되,
    상기 폴리에스테르 섬유는 강도 2.0 ~ 7.0g/d, 신도 10 ~ 80%, 강신도 편차 0 ~ 20.0%, 비수값 3.0 ~ 20.0% 인 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무기화합물은 산화아연, 산화티탄 또는 산화아연 및 산화티탄의 혼합물이 사용되며 입자크기는 1.0 ~ 5.0㎛인 것으로 상기 코어부는 폴리에스테르계 수지에 무기화합물 1 ~ 15중량%가 함유되고, 시스부는 무기화합물 0.04중량%~0.6중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시스부, 코어부 또는 시스부 및 코어부에 산화 방지제, 항균제, 탈취제, 형광 증백제, 중합 반응 안정제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 섬유는 사각, 삼각, Y 형, 편평, 해도형 및 분할형 중 어느 하나로 선택되는 이형단면으로 상기 시스부 대 코어부는 단면적 비율이 20:80 내지 80:20인 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유.
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 의한 폴리에스테르 섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 무진의 원단.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무진의 원단은 폴리우레탄 수지 100중량부를 기준으로, 메틸에틸케톤 55 내지 70중량부, 디메틸포름아마이드 75 내지 95중량부, 톨루엔 60 내지 90중량부, 코팅면타킹방지제 0.5 내지 3중량부, 촉진제 1 내지 3중량부 및 무황변가교제 1.5 내지 4중량부를 포함하는 투습방수용 코팅조성물로 코팅된 것을 특징으로 하는 투습성이 향상된 무진의 원단.
  8. 코어부와 시스부로 구성되는 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 있어서,
    자외선을 차단하는 무기화합물을 함유하는 폴리에스테르계 수지 및 소광제로 작용하는 이산화티탄(TiO₂) 0.04중량%~0.6중량%를 함유하는 폴리에스테르계 수지를 각각 중합하는 중합 단계; 상기 중합 단계를 거친 각각의 폴리에스테르계 수지를 건조시키는 건조 단계; 상기 건조된 자외선을 차단하는 무기화합물을 함유하는 폴리에스테르계 수지를 260 내지 330℃에서 용융시키고, 소광제로 작용하는 이산화티탄(TiO₂) 0.04중량%~0.6중량%를 함유하는 폴리에스테르계 수지를 250 내지 320℃ 에서 용융시키는 용융단계; 상기 용융단계를 거친 용융물을 250 내지 320 ℃의 온도에서 복합방사하여 폴리에스테르 섬유를 제조하는 방사 단계; 상기 방사된 폴리에스테르 섬유를 열고정하면서 연신하는 열고정 및 연신단계를 포함하여 제조되되,
    상기 연신단계는 1차 고뎃 롤러에서 속도 600 내지 2,000mpm, 온도 60 ~ 120 ℃에서 1차 열고정을 하고, 2차 고뎃 롤러에서 속도 3,000 내지 5,000 mpm, 온도 90 내지 150 ℃에서 2차 열고정하면서 연신하는 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무기화합물은 산화아연, 산화티탄 또는 산화아연 및 산화티탄의 혼합물이 사용되며 입자크기는 1.0 ~ 5.0㎛인 것으로 상기 코어부는 폴리에스테르계 수지에 무기화합물 1 ~ 15중량%가 함유되고, 시스부는 무기화합물 0.04중량%~0.6중량%를 함유되는 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 섬유는 사각, 삼각, Y 형, 편평, 해도형 및 분할형 중 어느 하나로 선택되는 이형단면으로 상기 시스부 대 코어부는 단면적 비율이 20:80 내지 80:20인 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 연신단계는 연신비 1.5 내지 5.0으로 연신하는 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
  13. 제8항 내지 제10항 및 제12항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 폴리에스테르 섬유는 강도 2.0 ~ 7.0g/d, 신도 10 ~ 80%, 강신도 편차 0 ~ 20.0%, 비수값 3.0 ~ 20.0% 인 것을 특징으로 하는 자외선 차단이 우수한 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
  14. 제8항 내지 제10항 및 제12항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 폴리에스테르 섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 무진의 원단.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 무진의 원단은 폴리우레탄 수지 100중량부를 기준으로, 메틸에틸케톤 55 내지 70중량부, 디메틸포름아마이드 75 내지 95중량부, 톨루엔 60 내지 90중량부, 코팅면타킹방지제 0.5 내지 3중량부, 촉진제 1 내지 3중량부 및 무황변가교제 1.5 내지 4중량부를 포함하는 투습방수용 코팅조성물로 코팅된 것을 특징으로 하는 투습성이 향상된 무진의 원단.
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