KR101457140B1 - 투습성이 우수한 내열성 방호복 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투습성이 우수한 내열성 방호복에 관한 것으로, 겉감층, 중간층, 및 안감층으로 이루어진 방호복에 있어서, 상기 겉감층이 파라계 아라미드 섬유, 메타계 아라미드 섬유, 또는 이들의 혼합섬유의 방적사로 제직한 직물이고, 상기 중간층이 메타계 아라미드 부직포 지지체에 메타계 아라미드 중합체 용액을 전기방사하여 나노웹을 형성시킨 부직포이며, 상기 안감층이 메타계 아라미드 단섬유 방적사로 제직한 직물인 내열성 방호복에 관한 것이다.

Description

투습성이 우수한 내열성 방호복{Safety Jacket with Excellent Moisture Permeability}

본 발명은 내열성 방호복에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 소방복과 같은 내열성 방호복에 관한 것으로, 방호복이 필요로 하는 내열성이나 차열성, 경량성, 유연성, 인열강도 등의 물성을 유지하면서 특히 투습성이 우수한 내열성 방호복에 관한 것이다.

소방대원이나 119 구조대와 대원이 착용하는 방호복은 고온, 고압, 고열과 같은 특수한 환경에서 착용되기 때문에 내열성을 비롯하여 차열성, 경량성, 유연성, 인열강도, 투습성 등의 물성이 모두 가혹한 조건에서 특정요건을 충족해야 한다. 특히 고온에서의 장시간 작업은 열 스트레스(heat stress)에 의해 작업자의 열사병 위험을 증가시키므로, 방호복을 몇 개의 섬유층으로 구성하여 방호복의 차열성을 높이고 방호복 내에서 공기층 확보를 통한 열전도 지연기술이 내열성 방호복에 적용되고 있다.

내열성이 요구되는 방호복에는 유기 난연성 섬유로서 방향족 폴리아미드(Aromatic polyamide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리벤즈이미다졸(polybenzimidazole: PBI) 등이 사용되며, 이들 섬유에 금속, 알루미늄 등을 코팅함으로써 인체에 전달되는 복사열의 폐해를 최소화하는 기술이 널리 사용되고 있다.

일본특허 제3768359호에서는 방호복을 겉감층, 중간층, 차열층의 3개 층으로 구성하고, 차열층에는 팽창제를 함유함으로써 열 스트레스의 감소와 열전도 지연 효과를 얻고자 하였다. 그러나 이 특허는 중간층에서 투습성이 저하되고, 세탁에 의한 내구성 저하 문제가 있다.

또한, 일본공개특허 제2010-255129호에서는, 방호복의 투습성 저하 및 그로 인한 착용감 불량 문제를 해결하기 위해, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)과 같이 투습성이 좋은 필름을 중간층에 라미네이트 (laminate) 가공하는 기술을 개시하였으나, 라미네이트 가공된 중간층에는 미세 다공질이 부족하여 투습성 개선효과가 크지 않고 라미네이트 가공에 따른 제조공정의 복잡화 및 방호복의 중량증가 문제가 발생하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자는 미세 다공질의 나노웹이 형성된 중간층을 구비한 다층구조의 방호복을 개발함으로써, 우수한 내열성뿐 아니라, 투습성 및 기계적 물성이 향상된 경량의 방호복을 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 투습성이 개선된 내열성 방호복을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 방호복이 필요로 하는 내열성이나 차열성, 경량성, 유연성, 인열강도 등의 물성을 유지하면서 특히 투습성이 우수한 새로운 내열성 방호복을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 겉감층, 중간층, 및 안감층으로 이루어진 방호복에 있어서, 메타계 아라미드 부직포 지지체에 메타계 아라미드 중합체 용액을 전기방사하여 나노웹을 형성시킨 상기 중간층용 부직포를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 투습성이 우수한 내열성 방호복은, 겉감층, 중간층, 및 안감층으로 이루어진 방호복에 있어서, 상기 겉감층이 파라계 아라미드 섬유, 메타계 아라미드 섬유, 또는 이들의 혼합섬유의 방적사로 제직한 직물이고, 상기 중간층이 메타계 아라미드 부직포 지지체에 메타계 아라미드 중합체 용액을 전기방사하여 나노웹을 형성시킨 부직포이고, 상기 안감층이 메타계 아라미드 단섬유 방적사로 제직한 직물인 것을 그 특징으로 한다.

상기 겉감층은 파라계 아라미드(para-aramid) 5∼65 wt%와 메타계 아라미드 35∼95 wt%의 혼합방적사로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 중간층의 메타계 아라미드 부직포 지지체에 전기방사하는 메타계 아라미드 중합체 용액은 폴리머 중량비가 5∼15 wt%인 것이 바람직하고, 형성된 나노웹은 평균 직경이 800 nm 이하이고, 단위면적당 중량이 50 g/㎡ 이하인 것이 바람직하다.

상기 메타계 아라미드 중합체 용액은 중합용매에 메타페닐렌디아민을 용해시켜 혼합용액을 제조하고, 상기 혼합용액에 이소프탈로일클로라이드를 두 번에 나누어 첨가하여 메타페닐렌디아민과 이소프탈로일클로라이드를 중합시키고, 상기 중합공정의 부산물인 염산을 중화시키기 위해 수산화칼슘을 첨가하고, 중화공정이 완료된 도프(DOPE)에 N,N-디메텔아세트아미드를 첨가하는 공정을 통해 얻을 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 구체적인 내용을 하기에 상세히 설명한다.

본 발명은 방호복이 필요로 하는 내열성이나 차열성, 경량성, 유연성, 인열강도 등의 물성을 유지하면서 특히 투습성이 우수한 새로운 내열성 방호복을 제공하고, 겉감층, 중간층, 및 안감층으로 이루어진 방호복에 있어서, 메타계 아라미드 부직포 지지체에 메타계 아라미드 중합체 용액을 전기방사하여 나노웹을 형성시킨 상기 중간층용 부직포를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 중간층인 부직포를 제조하는 장치의 개략적인 도면으로, 메타계 아라미드 부직포 지지체에 메타계 아라미드 중합체 용액을 전기방사하여 나노웹을 형성시키는 전기방사 장치의 모식도이다.
도 2는 도 1의 전기방사를 통해 형성된 나노웹의 주사현미경 사진이다.

본 발명은 내열성 방호복, 특히, 소방복과 같은 내열성 방호복에 관한 것으로, 방호복이 필요로 하는 내열성이나 차열성, 경량성, 유연성, 인열강도 등의 물성을 유지하면서 특히 투습성이 우수한 내열성 방호복에 관한 것이다.

본 발명에 따른 투습성이 우수한 내열성 방호복은, 겉감층, 중간층, 및 안감층으로 이루어진 방호복에 있어서, 상기 겉감층이 파라계 아라미드 섬유, 메타계 아라미드 섬유, 또는 이들의 혼합섬유의 방적사로 제직한 직물이고, 상기 중간층이 메타계 아라미드 부직포 지지체에 메타계 아라미드 중합체 용액을 전기방사하여 나노웹을 형성시킨 부직포이고, 상기 안감층이 메타계 아라미드 단섬유 방적사로 제직한 직물인 것을 그 특징으로 한다.

상기 겉감층은 파라계 아라미드 섬유, 메타계 아라미드 섬유, 또는 이들의 혼합섬유의 방적사로 제직한 직물이 사용될 수 있다. 이 외에 사용될 수 있는 내열성 섬유로는 폴리벤즈이미다졸(PBI) 섬유, 폴리이미드(PI) 섬유, 폴리아릴레이트(polyarylate) 섬유 등이 있다. 상기 겉감층은 파라계 아라미드(para-aramid) 5∼65 wt%와 메타계 아라미드 35∼95 wt%의 혼합방적사로 이루어지는 것이 바람직하다.

파라아라미드의 비율이 5 wt% 미만일 경우 화염노출에 따른 직물 파괴 위험이 있고, 65 wt% 이상일 경우 파라아라미드 섬유의 피브릴화(fibrillation)가 용이하여 내마모성이 떨어질 위험이 있기 때문이다. 또한, 메타아라미드 섬유와 파라아라미드 섬유를 혼방할 경우, 단사 섬도가 2.0 데니어로 그 길이가 51 mm인 메타아라미드 섬유와 단사 섬도가 1.5 데니어이고 그 길이가 51 mm인 파라아라미드 섬유를 각각 90:10의 비율로 혼합 방적하여 사용할 수 있으며, 상기 혼합 방적사는 그 번수(yarn count)가 40/2인 것으로 평직 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 방호복의 내수도 및 발수도를 향상시키기 위해 상기 겉감층에 불소계 발수 수지를 표면 처리할 수도 있다.

상기 중간층의 메타계 아라미드 부직포 지지체에 전기방사하는 메타계 아라미드 중합체 용액은 폴리머 중량비가 5∼15 wt%인 것이 바람직하고, 형성된 나노웹 은 평균 직경이 800 nm 이하이고, 단위면적당 중량이 50 g/㎡ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 내열성 방호복 중간층은 나노웹이 형성된 것으로, 상기 나노웹은 메타아라미드 섬유의 직물 또는 부직포 기제상에 메타아라미드 중합체 용액을 전기방사하여 제조할 수 있는 것으로, 중간층의 차열성을 극대화 하기위해서는 메타아라미드 부직포를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 나노웹의 평균 직경을 800 nm 이하로 형성하는 것이 방호복의 투습성을 향상시키기 위해 더욱 바람직하다.

상기 메타계 아라미드 중합체 용액은 중합용매에 메타페닐렌디아민을 용해시켜 혼합용액을 제조하고, 상기 혼합용액에 이소프탈로일클로라이드를 두 번에 나누어 첨가하여 메타페닐렌디아민과 이소프탈로일클로라이드를 중합시키고, 상기 중합공정의 부산물인 염산을 중화시키기 위해 수산화칼슘을 첨가하고, 중화공정이 완료된 도프(DOPE)에 N,N-디메텔아세트아미드를 첨가하는 공정을 통해 얻을 수 있다.

제1도는 본 발명의 중간층인 부직포를 제조하는 장치의 개략적인 도면으로, 메타계 아라미드 부직포 지지체에 메타계 아라미드 중합체 용액을 전기방사하여 나노웹을 형성시키는 전기방사 장치의 모식도이다. 제1도의 전기방사 장치를 이용하여 부직포 지지체에 메타계 아라미드 중합체 용액을 전기방사하여 나노웹을 형성시키는 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.

본 발명의 내열성 방호복 안감층은 섬도가 1.5 데니어 미만으로 그 길이가 51 mm인 세섬도의 메타아라미드 단섬유를 60/2의 번수를 구비한 방적사로 제직한 직물을 사용하여 제작할 수 있다. 이는 섬도가 1.5 데니어 이상인 경우 30수 이상인 세섬도 방적사를 제조하는 것이 어려워 안감용으로 사용시 착용감이 떨어지는 단점을 갖기 때문이다.

본 발명은 하기의 실시예에 의해 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것일 뿐 특허청구범위의 보호범위를 제한하고자 하는 것이 아니다.

실시예

1. 겉감층 제조

메타계 아라미드 섬유(단사 섬도 2.0 데니어, 길이 51 mm)와 파라계 아라미드 섬유(단사 섬도 1.5 데니어, 길이 51 mm)를 90:10의 비율로 혼합하여 방적한 내열성 방적사(번수 40/2)를 이용하여 평직으로 제작하였다.

2. 전기방사용 메타 아라미드 중합체 용액 제조

중합용매에 메타페닐렌디아민(MPD)을 용해시켜 혼합용액을 제조한다. 중합용매로는 N,N-디메텔아세트아미드(DMAc)를 사용했다. 다음, 상기 혼합용액을 교반하면서, 혼합용액에 이소프탈로일클로라이드(IPC)를 두 번에 나누어 첨가하여 중합시킨다. 중합 공정을 거쳐 얻어진 폴리메타페틸렌이소프탈아미드(PMIA)용액에 부산물로 발생한 염산을 중화시키기 위해 수산화칼슘을 첨가한다. 상기 중화 공정을 거친 도프(중합체 용액)에 N,N-디메텔아세트아미드(DMAc)를 추가하여 중합체 용액 중에 폴리머 성분이 5∼15 wt%이 되도록 한 다음, 여과하고, 탈포 공정을 거쳐 전기방사에 적합한 중합체 용액을 제조한다.

3. 전기방사 및 중간층 제조

전기방사에 적합한 메타 아라미드 중합체 용액을 이용하여 제1도에서 제시한 전기방사 장치를 이용하여 메타 아라미드 부직포 기체상에 평균 직경 800 nm 이하의 메타 아라미드 나노웹을 형성하였다. 아라미드 중합체 용액 중에 폴리머 성분이 15 wt%를 초과하면 점도가 높아 전기방사시 나노웹이 잘 형성되지 않고 드랍(DROP)이 발생되었다. 차열층으로 사용되는 메타 아라미드 부직포는 메타 아라미드 섬유(단사 섬도 2.0 데니어, 길이 51 mm)를 카딩 후 적층하여 니들 펀칭에 의하여 부직포를 제조하였다, 제2도는 제1도의 전기방사를 통해 형성된 나노웹의 주사현미경 사진이다.

4. 안감층 제조

메타 아라미드 섬유(단사 섬도 1.5 데니어, 길이 51 mm)를 방적하여 얻은 내열성 방적사(60/2)를 이용하여 평직으로 제작하였다.

실시예 1

상기 기술한 제조방법으로 내열성 보호복의 겉감층, 중간층, 안감층을 제조하였다. 전기방사에 사용한 메타 아라미드 중합체 용액의 폴리머는 9 wt%가 되도록 중합체 용액에 DMAc를 첨가하여 조제하였다.

실시예 2

전기방사에 사용한 메타아라미드 중합체 용액의 폴리머가 12 wt%가 되도록 중합체 용액에 DMAc를 첨가하여 조제한 것을 제외하고 나머지 공정은 실시예 1과 동일하게 진행하였다.

비교예 1

중간층 제조시 메타 아라미드 부직포 기제상에 전기방사한 나노웹을 형성시키지 않고 폴리테트라플루오로에틸렌 film을 라미네이트하여 투습 방수 기능을 갖는 중간층을 제조한 것을 제외하고 나머지 공정은 실시예 1과 동일하게 진행하였다.

물성측정

1) 투습도 측정: 실시예 1, 2 및 비교예 1에서 얻은 내열성 방호복에 대하여 KS K 0594(섬유 제품의 투습도 시험방법) 측정법으로 투습도를 측정하였다.

2) 인열강도 측정: 실시예 1, 2 및 비교예 1에서 얻은 중간층에 대하여 KS K 0536(직물의 인열강도 시험방법) 측정법으로 인열강도를 측정하였다.

3) 단위면적당 중량 측정: 실시예 1, 2 및 비교예 1에서 얻은 중간층에 대하여 단위 무게당 중량을 측정하였다.

상기 측정된 각 물성을 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1과 같이, 전기방사로 나노 웹이 형성된 본 발명 실시예의 투습도가 라미네이트 가공처리된 비교예의 투습도보다 높은 수치임을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명 실시예의 인열강도는 경사와 위사 모두에서 100N 이상으로 그렇지 못한 비교예보다 높은 기계적 물성을 나타내며, 실시예의 단위 면적당 중량이 비교예보다 더욱 낮은 수치를 보여 경량의 방호복이 제공됨을 확인할 수 있다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (4)

1. 겉감층, 중간층, 및 안감층으로 이루어진 방호복에 있어서, 상기 겉감층이 파라계 아라미드 섬유, 메타계 아라미드 섬유, 또는 이들의 혼합섬유의 방적사로 제직한 직물이고, 상기 중간층이 메타계 아라미드 부직포 지지체에 메타계 아라미드 중합체 용액을 전기방사하여 나노웹을 형성시킨 부직포이고, 상기 안감층이 메타계 아라미드 단섬유 방적사로 제직한 직물인 것을 특징으로 하는 투습성이 우수한 내열성 방호복.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 겉감층은 파라계 아라미드(para-aramid) 5∼65 wt%와 메타계 아라미드 35∼95 wt%의 혼합방적사로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투습성이 우수한 내열성 방호복.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 중간층의 메타계 아라미드 부직포 지지체에 전기방사하는 메타계 아라미드 중합체 용액은 폴리머 중량비가 5∼15 wt%이고, 전기방사로 형성된 나노웹은 평균 직경이 800 nm 이하이고 단위면적당 중량이 50 g/㎡ 이하인 것을 특징으로 하는 투습성이 우수한 내열성 방호복.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 메타계 아라미드 중합체 용액은 중합용매에 메타페닐렌디아민을 용해시켜 혼합용액을 제조하고, 상기 혼합용액에 이소프탈로일클로라이드를 두 번에 나누어 첨가하여 메타페닐렌디아민과 이소프탈로일클로라이드를 중합시키고, 상기 메타페닐렌디아민과 이소프탈로일클로라이드 중합의 부산물인 염산을 중화시키기 위해 수산화칼슘을 첨가하고, 수산화칼슘 첨가에 따른 염산 중화가 완료된 도프(DOPE)에 N,N-디메텔아세트아미드를 첨가하는 공정을 통해 얻어지는 것을 특징으로 하는 투습성이 우수한 내열성 방호복.

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