KR101491753B1 - 전이 필름을 이용한 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진방법 - Google Patents

전이 필름을 이용한 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어 텍스타일에서 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진방법에 있어서, 텍스타일에 전기방사에 의해 초극세 나노섬유로 구성된 나노섬유 웹 형태의 부직포를 라미네이팅시킨 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어 텍스타일을 형성하는 단계; 수지 성분을 갖는 코팅 소재로 형성된 전이 필름을 준비하는 단계; 및 상기 라미네이팅되어 있는 나노섬유 멤브레인의 표면을 상기 코팅 소재를 이용하여 표면가공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전이 필름을 이용한 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진방법에 관한 것이다.

Description

전이 필름을 이용한 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진방법 {The method for promoting abrasion-durability of surface of nano fiber membrane using transfer film}
본 발명은 텍스타일(textile)에 라미네이팅(laminating) 되어 있는 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진방법에 관한 것으로, 상세하게는, 외부의 물리적 충격 등에 의해 나노섬유 멤브레인의 손상을 최소화 하며, 나노 멤브레인 본래의 기능성을 최대한 유지하거나 향상될 수 있도록 한 전이 필름을 이용한 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진방법에 관한 것이다.
텍스타일(섬유)은 원료 고분자물질의 개질에서부터 원단의 후가공에 이르기까지 다양한 방법으로 기능성을 부여하는 기술이 요구된다. 부여되는 기능은 물, 열, 빛, 전기 냄새, 균, 약품 등 일상생활에서 흔히 접할 수 있는 여러 가지 요소에 따라 달라지는데, 물을 예로 들면 방수성(내수성, 발수성, 누수성), 투습성, 흡수성, 보수성, 흡습성, 보온성, 속건성 등의 기능이 있다. 이러한 기능은 단독으로 혹은 복합적으로 섬유에 부여되며, 그 중에는 방수성-투습성 같은 서로 상반되는 성질의 기능을 동시에 요구하는 경우도 있다.
이렇게 텍스타일 제품에 기능성을 부여하기 위해서 텍스타일 소재 자체를 고기능성 섬유로 사용하거나 또는 다양한 복합화의 방식이 사용되고 있다. 복합화는 부가가치를 부여하기 위한 하나의 방법으로, 섬유 제품에 있어서 특히 주목되고 있는 기술로서, 두 종류 이상의 요소를 조합시키는 것으로 종류가 다른 섬유의 복합화, 상이한 제법의 복합화, 이종 소재의 복합화 등이 있다.
최근들어, 전기방사(electrospinning)를 통한 나노섬유의 제조에 주목하고 있는데, 이는 고분자 용액 및 용융된 고분자에 고전압(high voltage)을 걸어 섬유 및 입자를 받아주는 컬렉터(collector)와 방사되는 팁(tip)사이에 정전기력(electrostatic force)을 형성시켜 나노 섬유 및 입자를 제조하는 방법이다.
여기서, 정전기력의 세기가 고분자 용액의 표면 장력과 같을 경우, 전하를 띤 고분자 용액은 팁 부분에 맺히게 되며, 고분자가 가지고 있는 표면장력 이상의 전압을 걸어주면 하전된 고분자 방울은 안정되지 못하고 접지방향으로 분산(jet form)하게 된다. 이때, 제트(jet)가 공기 중을 지나면서 용매는 휘발하게 되고 표면에 전하가 밀집하게 되면서 전하 반발력에 의해 더욱 작은 섬유로 만들어지게 된다. 섬유가 가늘어지는 것은 제트가 집진판으로 이동하는 과정에서 제트의 신장과 스프레이(spray)현상에 의해 가늘어지기 때문이다. 결국, 분산된 고분자 용액은 섬유 및 입자 형태로 컬렉터(collector)에 집속되어 웹(web)을 형성할 수 있다.
한편, 이렇게 생산된 나노섬유를 다른 이종 텍스타일(섬유)과의 적층 복합시키는 것으로, 나노섬유의 생산시에 나노섬유를 이종의 텍스타일에 코팅시키는 방법, 나노섬유를 별도로 생산하여 이를 이종 텍스타일에 접합시키는 방법이 있다. 이렇게 접합시킨 텍스타일은 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어의 기능성 텍스타일이라 할 수 있다. 이러한 2-레이어 텍스타일 제품은 나노 멤브레인 자체의 장점 및 기능성을 최대로 살릴 수 있는 장점이 있으며, 가볍고 소프트한 편이다.
그러나, 나노섬유 자체가 약하기 때문에 스크래치 발생이 쉬우며, 세탁 등에 대한 강도가 약하여 기능성이 손상되기 쉽고, 봉제 시 필요한 슬립성이 부족하여 봉제 시 별도의 안감을 사용하여야 하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 도 1 및 도 2와 같은 나노파이버가 적층된 부직포 형태의 멤브레인 표면 내마모성을 증진시키고, 더불어 투습능을 크게 저하시키지 않으면서, 내수압 성능을 향상시키기 위한 방법을 제공한다. 세부적으로는, 나노섬유 멤브레인 자체를 표면 처리하는 방법과, 텍스타일에 라미네이팅되어 있는 나노섬유 멤브레인의 표면을 개질하는 방법으로 볼 수 있으며, 외부의 물리적 충격 등에 의해 나노섬유 멤브레인의 손상을 막아 기능성을 유지할 수 있도록 하는 방법을 제공한다. 통상적으로 나노섬유가 적층된 부직포 형태의 멤브레인은 기공이 없이 일정한 두께를 가지는 일반 멤브레인과 달리, 수백 나노미터(nm)의 굵기를 가지는 섬유상으로 구성되어 있기 때문에, 외부에서 가해지는 외력에 취약한 특성을 가지고 있다. 대부분의 연구자들은 이러한 취약 특성을 개선하기 위하여 멤브레인 자체의 내마모성을 증진시키는데 중점을 두고, 멤브레인 자체의 소재를 변화시키거나, 여러 소재를 복합적으로 적용한 복합(hybrid) 형태에 관해서 연구해 왔다.
본 발명에서는 멤브레인 자체 소재의 변화 없이도, 표면처리 가공에 의해 상기에서 기술한 취약점을 개선하고자 하는 것이다.
표면처리 가공 방법으로는 전이(Transfer) 방식을 이용하기 위한 필름을 제조, 적용하여 본 출원인은 나노 멤브레인 표면처리에 관한 발명을 개발하기에 이르렀다.
본 발명의 제1 목적은 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어 텍스타일의 장점을 최대한 살리되, 나노섬유 멤브레인의 손상으로 인한 기능성 저하를 막으면서 나노섬유 멤브레인 표면의 슬립성을 부여하여, 별도의 안감을 사용하지 않고 사용될 수 있도록 하며, 다양한 패턴을 부여하여 심미적 효과까지 부여한 전이 필름을 이용한 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어 텍스타일에 있어서 나노섬유 멤브레인의 물리적 강도를 보완하여 투습능과 공기투과능을 크게 저해하지 않으면서 내수 기능성을 증진시키는 전이 필름을 이용한 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진방법을 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따르면, 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어 텍스타일에서 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진방법에 있어서, 텍스타일에 전기방사에 의해 초극세 나노섬유로 구성된 나노섬유 웹 형태의 부직포를 라미네이팅시킨 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어 텍스타일을 형성하는 단계; 수지 및 염료 혹은 안료 성분을 전이 방식을 이용하여 코팅 소재를 준비하는 단계; 및 상기 라미네이팅되어 있는 나노섬유 멤브레인의 표면을 상기 코팅 소재를 이용하여 표면가공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전이 필름을 이용한 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코팅 소재는 전이 필름을 제조하여, 전이 박막층에 정형 혹은 비정형의 패턴으로 접착제를 도포하여 나노섬유 웹 형태의 부직포를 라미네이팅시킨 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어 텍스타일과 합포한 후 24시간 숙성하여 전이 필름(Transfer film)의 기재(Base)를 제거 권취함으로서 표면처리 가공된 제품을 형성한다.
본 발명에 의해 전이 필름을 이용하여 나노섬유 멤브레인의 표면을 표면처리를 하는 경우, 상기에서 기술한 방식을 사용함으로서 공정상의 손실 발생을 줄일 수 있고, 나노섬유 멤브레인의 손상을 방지하고, 환경 친화적이며 컴팩트한 공정을 이룰 수 있는 장점이 생긴다.
그리고 이러한 처리를 통해서 슬립성이 부여되어 의류 봉제 시 작업성 및 생산성을 높일 수 있으며, 별도의 안감을 사용하지 않더라도 피부에 직접 닿는 경우 끈적이거나 찝찝한 느낌을 주지 않아 보다 쾌적한 상태를 유지할 수 있다.
또한 중요한 것은 표면 처리를 통해서도 나노섬유 멤브레인 본래의 기능이 그다지 떨어지지 않거나 증진되기도 하며, 또한 이의 보호를 통해 내구 기능성을 가져온다.
도 1은 텍스타일-나노웹 멤브레인 2-레이어 텍스타일 제조에 사용되는 나노웹 멤브레인의 표면 SEM 사진.
도 2는 텍스타일-나노웹 멤브레인 2-레이어 텍스타일의 단면 SEM 사진.
도 3은 폴리에틸렌 기재(PE Base)(1), 이형층(2), 염료 혹은 안료와 함께 바인더를 혼합하여 분자간 결합 내구성이 있는 박막층(3)으로 구성된 전이필름의 개략도.
도 4는 텍스타일-나노웹 멤브레인 2-레이어 텍스타일의 멤브레인 표면에 정형 패턴으로 가공된 제품의 샘플 예.
도 5는 텍스타일-나노웹 멤브레인 2-레이어 텍스타일의 멤브레인 표면에 비정형 패턴으로 가공된 제품의 샘플 예.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술 혹은 공지구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 발명은 텍스타일에 적층되어 있는 나노섬유 멤브레인의 표면을 개질하는 것으로, 일반적으로는 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어에 있어 나노섬유 멤브레인을 보호하기 위한 방법이 될 것이다.
여기에서, 텍스타일은 직물과 편물을 모두 포함하며, 직물의 경우 천연섬유, 합성섬유 등으로 제직된 모든 직물이 가능하며, 편물의 경우 경편 및 위편 모두가 선택 가능하다. 그리고 본 발명의 나노섬유 멤브레인 층은 전기방사로 만들어진 초극세 섬유로 구성된 나노섬유 웹 형태의 부직포를 말하는 것이다.
텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어의 형성은 다양한 방법이 가능하다.
즉, 전기방사 과정에서 텍스타일에 직접 방사하여 코팅하는 다양한 방법을 통해서도 가능하다.
대한민국 특허출원 제2005-0104704호, 대한민국 등록특허 제0658499호 등의 기재된 방법을 통해 텍스타일에 나노섬유를 직접적으로 코팅하여 이를 형성하는 방법이 이미 공개되어 있고, 그 외에도 유사한 방법들이 많이 알려져 있으므로 이에 대한 내용은 생략한다. 그리고, 전기방사에 의하여 나노섬유를 별도로 생산하여 이를 필름 형태로 하여 이를 텍스타일에 접착제를 사용하여 결합시키는 방법도 있으며, 예시적으로 이러한 방식을 간략히 언급하기로 한다.
텍스타일과 나노섬유 멤브레인을 폴리우레탄계 접착제 또는 폴리아크릴계 접착제 등을 사용하여 접착한다. 가장 많이 사용되고 있는 형태로는 폴리우레탄 수지를 이용하여 가교제, 가교촉진제 및 희석용제 등과 함께 사용된다. 예를 들면, 폴리우레탄 수지를 그라비아 롤러를 사용하여 텍스타일 상에 도포하고 용제를 증발시키는 과정을 거친 후, 다른 권취 롤에 감겨 있는 나노섬유 멤브레인이 적층되면서 압착되어 결합하게 되는 형태이다.
이렇게 텍스타일에 나노섬유 멤브레인이 적층되어 있는 형태를 그대로 사용하는 경우, 앞서 언급한 바와 같은 문제점이 발생한다. 따라서 본 발명에서는 나노섬유 멤브레인을 보호하기 위한 막을 생성시켜 이를 보호함과 아울러 2-레이어의 장점을 최대한 살릴 수 있도록 하는 것을 목표로 한다.
본 발명에서는 텍스타일(textile)에 라미네이팅(laminating) 되어 있는 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진방법에 관한 것으로, 상세하게는, 외부의 물리적 충격 등에 의해 나노섬유 멤브레인의 손상을 최소화 하며, 나노 멤브레인 본래의 기능성을 최대한 유지하거나 향상될 수 있도록 한 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어 텍스타일에서 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성을 증진시키기 위해, 먼저, 텍스타일에 전기방사에 의해 초극세 나노섬유로 구성된 나노섬유 웹 형태의 부직포를 라미네이팅시킨 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어 텍스타일을 형성한다. 그리고 이와 별도로 수지 성분을 갖는 코팅 소재를 마련한다. 마지막으로, 상기 라미네이팅되어 있는 나노섬유 멤브레인의 표면을 상기 코팅 소재를 이용하여 표면가공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코팅 소재는 전이 필름을 제조하여 사용하는 전이(Transfer) 방식을 적용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도 3에 나타낸 개략도와 같이 상기 전이 필름은 폴리에틸렌 기재(1)의 상부 표면에 1~3㎛ 두께의 이형층(2)을 좌우 편차 없이 박막 도포하고, 상기 이형층(2)이 형성된 상부 표면에 색상을 구현할 수 있는 염료 혹은 안료와 함께 바인더를 혼합하여 분자간 결합 내구성이 있는 박막층(3)을 형성하여 전이 필름을 완성하는 것으로 이루어진다.
본 발명의 경우 나노섬유 멤브레인에 수지를 직접 도포하는 방식을 사용하면 멤브레인의 손상을 일으킬 수 있기 때문에, 가급적이면 간접 도포방식을 사용하면서 화학과 열로 인한 나노섬유 멤브레인의 손상(외관이 투명하게 변하거나 나노섬유 멤브레인의 층 분리, 나노파이버 손상에 의한 기능성 저하 등)을 최소화 할 수 있다.
간접 도포방식을 사용하는 경우, 공정상의 손실 발생을 줄일 수 있고 컴팩트한 공정을 이룰 수 있는 장점이 생긴다.
한편, 이러한 처리를 통해서 슬립성이 부여되어 의류 봉제시 작업성 및 생산성을 높일 수 있으며, 별도의 안감을 사용하지 않더라도 피부에 직접 닿는 경우 끈적이거나 찝찝한 느낌을 주지 않아 보다 쾌적한 상태를 유지할 수 있다.
또한, 수지가 도포된 텍스타일-나노웹 멤브레인 2-레이어 텍스타일은 수지가 도포되지 않은 텍스타일에 비해 내수압과 슬립성은 개선되면서, 통기성과 투습성은 크게 저하되지 않는 특징을 가진다.
텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어 텍스타일의 제조
직물의 일면에 고형분 100%의 습기경화형 폴리우레탄 수지를 1~15 g/㎡ 양으로 도포하고, 필름 형태의 나노섬유 멤브레인을 직물에 적층하고 가열, 가압 실린더를 통과시키면서 가압 압착하여 상기 직물과 라미네이션시켰다. 라미네이션 후에는 권취 롤러 등에 의해 당기는 공정 장력은 3 kgf 이하로 유지시켰다. 그리고 25~30℃의 온도와 상대습도 70%에서 24시간을 숙성시켜 반응을 완료시켜 라미네이션된 2-레이어의 텍스타일을 만들었다.
상기 2-레이어의 텍스타일의 표면처리를 위해, 도 3의 전이 필름을 사용하는 경우, 색상을 구현할 수 있는 염료 혹은 안료와 함께 바인더를 혼합하여 분자간 결합 내구성이 있는 박막층(3)에 도 4 혹은 도 5와 같은 정형 혹은 비정형 패턴의 형태로 접착제를 도포한 후 텍스타일-나노웹 멤브레인의 2-레이어 텍스타일의 멤브레인 표면과 합포하여 권취하고 24시간 숙성하여 폴리에틸렌 기재(1)를 분리하여 완성한다. 이 때, 사용하는 접착제의 형태에 따라 합포의 공정은 달라질 수 있다.
상기 박막층을 형성하는 열반응 수지는 용제형(solvent) 열경화 반응 수지, 수계형(water base) 열경화 반응 수지 및 열을 간접적으로 가하여 녹인 후 사용 가능한 100% 고형분의 열가소성 반응 수지로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있다.
상기에서 기술한 내용들은 본 발명에서 설명하고자 하는 내용에 대해서 간략히 언급하였으며, 당해 발명의 분야에서 통상적인 기술적 지식이 있는 자라면 누구든지 변형 실시가 가능할 것이고, 본 발명은 텍스타일-나노웹 멤브레인의 2-레이어 텍스타일의 멤브레인 표면 가공을 통하여 기존 물성을 크게 저하시키지 않거나 향상 시키면서 내마모성 향상에 관하여 기술한 것으로 본 발명의 범주가 상기 기술한 방법에 국한되는 것은 아니다.
2-레이어 텍스타일의 나노섬유 멤브레인의 표면처리 결과
텍스타일-나노웹 멤브레인의 2-레이어 텍스타일에 대한 표면처리 방법은 상기 과제해결 수단에서 서술한 방법에 의해 처리하였으며, 2-레이어 텍스타일 제품과 표면처리 제품에 대해서 외관 시각검사를 하였고, 표면의 촉감을 측정하였으며 인위적으로 스크레치를 발생시켜 그 정도를 살펴보았다. 또한 ASTM D 1894의 방법을 사용하여 슬립성 검사를 하였으며, ISO 0811규격의 방법으로 내수압을 측정하여 보았고, JIS L 1096규격의 방법으로 공기 투과도를 조사하여 보았다. 이 결과는 다음의 표 1과 같다.
구분 내수압 mmH2O 공기투과도 ㎤/sec/㎠ 스크래치발생 슬립성 외관 촉감
표면처리 전 3,500 0.6 심함 약함 깨끗함 양호
표면처리 후 4,500 0.5 없음 좋음 깨끗함 매우 양호
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 표면처리 전 수준에 비해 공기투과도는 최소 50% 이상을 유지하는 것이 바람직한 것으로 상당히 좋은 결과를 보여 주고 있으며, 내수압은 증가되는 결과를 보여 주고 있어 나노섬유 멤브레인의 기능성의 유지 내지는 보완이 충분히 이루어지고 있음을 알 수 있다. 또한 스크래치에 강한 면을 보여주며 슬립성과 촉감은 매우 좋아졌다. 한편 세탁과정을 거친 후 상기 각각의 것을 다시 측정하여 보면, 표면처리 한 경우 그 차이가 심하지 않았으나 표면처리를 하지 않은 경우에는 세탁에 의해 나노 섬유 멤브레인의 손상이 심하게 이루어짐을 확인할 수 있었다. 따라서, 표면처리한 경우 나노섬유 멤브레인의 보호가 잘 이루어지고 있어 실용성을 증가시켰음을 예측할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

  1. 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어 텍스타일에서 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진 방법에 있어서,
    (a) 폴리에틸렌 기재의 상부 표면에 1~3㎛ 두께의 이형층을 좌우 편차 없이 상기 폴리에틸렌 기재에 박막 도포하는 단계;
    (b) 상기 이형층이 형성된 상부 표면에 색상을 구현할 수 있는 염료 혹은 안료와 함께 바인더를 혼합하여 분자간 결합 내구성이 있는 박막층을 형성하여 전이 필름을 완성하는 단계;
    (c) 상기 전이 필름과 이와 별도로 제조된 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어 텍스타일을 나노섬유 멤브레인 표면방향으로 합포시킨 후 구동롤러를 사용하여 압착 및 접착하는 단계; 및
    (d) 접착된 제품을 수지 형태와 특성에 따라 열숙성 혹은 가습숙성 후 상기 폴리에틸렌 기재를 분리하는 단계;를 포함하며, 상기 박막층을 형성하는 열반응 수지는 용제형(solvent) 열경화 반응 수지, 수계형(water base) 열경화 반응 수지 및 열을 간접적으로 가하여 녹인 후 사용 가능한 100% 고형분의 열가소성 반응 수지로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되고, 상기 수지의 도포량은 1 내지 15 g/㎡ 의 양이며, 상기 구동 롤러는 카렌다 롤러와 러버 롤러이고, 상기 (a), (b),(c) 및 (d)를 거친 후의 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어 텍스타일의 공기투과도가 0.5 ㎤/sec/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 전이 필름을 이용한 나노섬유 멤브레인의 표면 내마모성 증진 방법.
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