KR101503637B1 - 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 심초구조의 편평형 이형단면 복합사 - Google Patents

심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 심초구조의 편평형 이형단면 복합사 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무기 세라믹 성분 및 폴리에스테르계 수지를 혼합하여 마스터 배치 칩을 제조하는 단계; 및 상기 마스터 배치 칩을 심부로 하고 산화물, 질화물, 탄화물 및 나노물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고열전도도 물질 및 나일론 또는 폴리에스테르 칩을 초부로 하여 심초형 방사구금을 통하여 용융 방사하여 원사를 제조하는 단계를 포함하는 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 심초구조의 편평형 이형단면 복합사에 관한 것으로, 본 발명에 의한 심초구조의 편평형 이형단면형 복합사는 우수한 초기 접촉냉감성을 나타낼 뿐 아니라 외부 활동시 태양열선을 차단하여 착용후 외부 활동을 함에 있어서도 냉감 성능이 유지되는 특징을 지닌다. 또한 이형단면사에 기인한 모세관형성으로 인체에서 배출된 땀을 빠르게 흡수하고 건조시키는 성능이 우수한 특징을 지닌다.

Description

심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 심초구조의 편평형 이형단면 복합사{Method for preparing sheath-core type and flat type composite fiber having non-circular cross-section and composite fiber made thereof}
본 발명은 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 심초구조의 편평형 이형단면 복합사에 관한 것으로, 심부에는 적외선을 반사하는 무기 세라믹 성분을 혼입하고, 초부에는 고열전도도 물질을 혼입하여 초기 냉감성 및 냉감 유지특성이 우수한 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 심초구조의 편평형 이형단면 복합사에 관한 것이다.
　
최근 섬유 제품의 고급화 추세에 따라 다양한 종류의 기능성 섬유가 출시되고 있으며, 이 중 사용자가 사용 중 또는 사용 후 청량감을 느낄 수 있도록 하는 냉감조성물이 함유된 기능성 섬유들이 선을 보이고 있다.
통상적으로 합성섬유에 냉감성을 부여하기 위해서 소광제로 사용되는 이산화티탄(TiO2)을 과량 투입하거나, 후가공 약제인 멘톨, 자일리톨 등을 처리하여 냉감성 원단을 제조한다. 최근 냉감성 섬유에 대한 시장의 높아지는 요구에 부응하여, 자일리톨을 비롯하여 에리스리톨, 스쿠알렌, 실크단백질 및 모노글리세라이드를 혼합하여 냉감조성물을 완성하여 여기에 은사 또는 은사합사 혼방직편물을 침지시켜 냉감기능을 부여하게 하는 기술이 개발되었다.
그러나 상기 기술은 냉감성을 부여하기 위해 사용되는 냉감조성물이 직편물에 함유되는 경우 고착이 잘 이루어지지 않아 반복적인 세탁을 거치게 되면 냉감 기능이 사라져 지속적인 냉감 기능을 기대하기가 어렵다는 한계를 가진다.
한편, 이산화티탄을 투입하는 방법은 성능이 반영구적이지만 그 효과가 미비하고, 후가공 약제를 처리하는 방법의 경우 성능 발현을 위해 수분이 반드시 필요하나 수분이 없을 때는 오히려 일반 원단 대비 냉감효과가 저하하는 특성이 있으며 세탁에 의한 내구성이 약하여 성능이 오래가지 못한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 하나의 목적은 우수한 초기 접촉냉감성을 갖고 외부 활동시 태양열선을 차단하여 착용 후 외부 활동시에도 냉감성이 유지되는 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 초기 접촉냉감성 및 냉감 유지 성능이 우수한 심초구조의 편평형 이형단면 복합사를 제공하는 것이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 이점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 자명해질 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 무기 세라믹 성분 및 폴리에스테르계 수지를 혼합하여 마스터 배치 칩을 제조하는 단계; 및
상기 마스터 배치 칩을 심부로 하고 산화물, 질화물, 탄화물 및 나노물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고열전도도 물질 및 나일론 또는 폴리에스테르 칩을 초부로 하여 심초형 방사구금을 통하여 용융 방사하여 원사를 제조하는 단계를 포함하는 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양상은 상기 방법에 의해서 제조되고, 심부에 무기 세라믹 성분과 폴리에스테르계 수지를 포함하고, 초부에 산화물, 질화물, 탄화물 및 나노물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고열전도도 물질 및 나일론 또는 폴리에스테르 수지를 포함하는 심초구조의 편평형 이형단면 복합사에 관한 것이다.
본 발명에 의한 심초구조의 편평형 이형단면형 복합사는 우수한 초기 접촉냉감성을 나타낼 뿐 아니라 외부 활동시 태양열선을 차단하여 착용후 외부 활동을 함에 있어서도 냉감 성능이 유지되는 특징을 지닌다. 따라서, 기존 냉감 관련 제품과 비교하여 우수한 냉감 성능이 발현되므로 다양한 상품에 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법에 의해 제조된 복합사의 단면 사진이다.
이하에서 본 발명에 의한 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법에 대하여 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일실시예의 방법에서는 0.1 내지 20중량%의 무기 세라믹 성분을 폴리에스테르 수지와 혼합하여 마스터 배치 칩(Master Batch chip)을 제조한 후, 마스터 배치 칩을 심부로 하고, 0.1 내지 20중량%의 금속 산화물, 질화물, 탄화물 및 나노물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고열전도도 물질이 혼입된 나일론 또는 폴리에스테르 칩을 초부로 하여 복합방사한다.
상기 마스터 배치 칩은 태양열선인 적외선을 반사하는 무기 세라믹 성분을 폴리에스테르 수지와 혼합하여 제조된다. 상기 무기 세라믹 성분은 고온으로 만들 수 있는 무기 물질을 의미하며, 실리콘, 옥 또는 이들의 복합성분을 포함한다. 이어서 상기 마스터 배치 칩을 심부로 하고 금속 산화물, 질화물, 탄화물 및 나노물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고열전도도 물질이 혼입된 나일론 또는 폴리에스테르 칩을 초부로 하여 심초형 방사구금을 통하여 용융 방사하여 원사를 제조한다.
본 발명에서 상기 심부를 구성하는 심성분 비율 및 상기 초부를 구성하는 초성분 비율은 1~90 대 90~1 중량%인 것이 바람직하다.
상기 심부를 구성하는 폴리에스테르계 수지는 초부를 구성하는 폴리에스테르계 수지와 동일한 종류를 사용할 수도 있고 서로 다른 종류를 사용할 수도 있다. 상기 폴리에스테르계 수지의 비제한적인 예로는 폴리에틸렌, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 폴리프로필렌 등 올레핀계 중합체, 폴리에스테르 등을 들 수 있다. 한편, 상기 초부는 폴리에스테르계 수지 이외에도 나일론을 포함하는 기타 열가소성 수지로 구성될 수 있는데 예를 들어, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 나일론 6, 나일론 6,6 및 나일론 6,10 등을 들 수 있다. 본 발명에서 상기 심부를 구성하는 폴리에스테르계 수지 및 초부를 구성하는 나일론 또는 폴리에스테르계 수지의 융점은 210 ~ 260℃이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법에 의해 제조된 복합사의 단면 사진이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 심초구조의 편평형 이형단면 복합사(10)의 제조방법에 있어서 심부(11)를 구성하는 폴리에스테르계 수지는 무기 세라믹 성분을 0.1 내지 20중량% 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 무기 세라믹 성분은 특별히 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 실리콘, 옥 또는 이들의 복합성분을 사용하는 것이 좋다. 이 경우 심부(11)를 구성하는 폴리에스테르계 수지에 포함되는 무기 세라믹 성분의 함량이 0.1중량% 미만이면 적외선 차단 효과가 충분히 발현되지 않고, 20중량%를 초과하면 뚜렷한 기능성의 향상 없이, 방사성 및 염색성 저하 및 터치감이 자연스럽지 못한 단점을 초래할 수 있다.
초부(12)를 구성하는 나일론 또는 폴리에스테르계 수지는 금속 산화물, 질화물, 탄화물 및 나노물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고열전도도 물질을 0.1 내지 20중량% 포함할 수 있다. 이 경우 초부(12)를 구성하는 폴리에스테르계 수지에 포함되는 고열전도도 물질의 함량이 0.1중량% 미만이면 냉감성이 유지되는 특성이 떨어지고, 20중량%를 초과하면 뚜렷한 기능성의 향상 없이, 방사성 및 염색성 저하 및 터치감이 자연스럽지 못한 단점을 초래할 수 있다.
본 발명의 구현예들에서, 상기 금속산화물로는 MgO 또는 Al2O3가 사용될 수 있다. 상기 질화물은 Si3N4, TiN, BN 및 AlN로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 상기 탄화물은 ZrC, TiC 및 SiC로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 상기 나노물질은　그래핀(Graphene) 또는 카본 나노볼(Carbon Nano Ball:CNB)이 사용될 수 있다. 이와 같은 고열전도도 물질들은 기존 냉감부에 적용되는 이산화티탄에 비하여 열전도도가 높아 초부(12)에 적용하는 경우 우수한 초기 접촉냉감성 및 냉감 유지 특성을 갖는다.
본 발명의 일 구현예에 따른 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법에 있어서, 방사 온도는 240 내지 310℃ 정도인 것이 바람직하다. 방사 온도가 240℃ 미만이면, 용융이 균일하게 되지 않아 용용 파손(Melt-Fracture)이 발생하여 공정성 저하 및 염색성 불량을 초래하고, 방사 온도가 310℃ 이상이면, 무기 세라믹 성분 또는 고열전도도 물질의 열분해가 심화되어 본래의 자외선 차단 기능 및 냉감 기능을 상실하게 된다.
상기와 같은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 심초구조의 편평형 이형단면 복합사는 장섬유일 수 있으며, 단사 섬도가 0.5 내지 5 데니어 정도인데, 단사섬도가 0.5 데니어 미만시는 방사성 저하가 심화되고, 단사섬도가 5 데니어를 초과하면, 의류용 제품으로 용도 전개시 터치감이 부드럽지 못한 단점이 발생한다.
본 발명의 다른 양상은 본 발명의 방법에 의해 제조되는 심초구조의 편평형 이형단면 복합사에 관한 것이다. 본 발명의 심초구조의 편평형 이형단면 복합사(10)는 본 발명의 방법에 의해서 제조되어, 심부(11)에 태양열선인 적외선을 반사하는 무기 세라믹 성분과 폴리에스테르 수지를 포함하고, 초부(12)에 금속 산화물, 질화물, 탄화물 및 나노물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고열전도도 물질과 일반 나일론 또는 폴리에스테르 수지를 포함한다. 본 발명의 심초구조의 편평형 이형단면 복합사(10)는 무기 세라믹 성분을 복합사 단면의 심부(11)에 포함하고 고열전도도 물질을 초부(12)에 포함하여, 우수한 초기 접촉냉감성을 나타낼 뿐 아니라 외부 활동시 태양열선을 차단하여 착용후 외부 활동시에도 냉감 기능이 유지되는 특징을 지닌다.
본 발명의 심초구조의 편평형 이형단면 복합사(10)는 심부(11)에 무기 세라믹 성분을 0.1 내지 20중량% 포함할 수 있다. 심부(11)를 구성하는 폴리에스테르계 수지에 포함되는 무기 세라믹 성분의 함량이 0.1중량% 미만이면 적외선 차단 효과가 충분히 발현되지 않고, 20중량%를 초과하면 뚜렷한 기능성의 향상 없이 방사성 및 염색성 저하 및 터치감이 자연스럽지 못한 단점을 초래할 수 있다.
상기 초부(12)를 구성하는 나일론 또는 폴리에스테르계 수지는 금속 산화물, 질화물, 탄화물 및 나노물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고열전도도 물질을 0.1 내지 20중량% 포함할 수 있다. 초부(12)를 구성하는 폴리에스테르계 수지에 포함되는 고열전도도 물질의 함량이 0.1중량% 미만이면 냉감성이 유지되는 특성이 떨어지고, 20중량%를 초과하면 뚜렷한 기능성의 향상 없이, 방사성 및 염색성 저하 및 터치감이 자연스럽지 못한 단점을 초래할 수 있다.
본 발명의 심초구조의 편평형 이형단면 복합사(10)는, 예를 들어, 냉감성이 부여되는 의류, 침구류, 카페트, 커텐 등에 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법에 대하여 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적일 뿐 본 발명의 보호범위가 이에 제한되어 해석되어서는 아니된다.
실시예 1: 심초구조의 편평형 이형단면 복합사 제조
무기 세라믹 성분으로서 실리콘을 20중량% 농도로 폴리에스테르와 혼합하여 마스터배치칩(Master Batch chip, 이하 “MB칩”이라 한다)을 제조하였다. 이렇게 제조된 마스터 배치 칩은 방사시 심부의 폴리머로 사용된다. 초부의 폴리머로는 일반 나일론(상대점도(RV) 2.6)이 사용되고, 상기 나일론에 고열전도도 물질로서 질화알루미늄(Aluminum nitride)을 2.5중량% 혼입하여 사용하였다. 이렇게 제조된 심부의 마스터 배치 칩과 초부의 나일론 칩을 각각 50 대 50중량%씩 투입하여 심부 방사 온도 290℃, 초부 방사 온도 270℃에서 3,600m/분의 속도로 방사하여 50데니어/24필라멘트사로 제조하였다. 제조된 복합사의 단면은 도 1과 같으며, 수득된 복합 섬유의 냉감성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다. 냉감성의 경우, 양말 편기를 이용하여 통상의 방법으로 양말 편직 및 염색을 한후에 측정하였다.
비교예 1: 일반 원형 단면 나일론 섬유 제조
일반적인 나일론 칩(고유점도 0.64dl/g)을 이용하여 통상의 방사장치를 이용하여 260℃에서 4,300m/분의 속도로 방사하여 원형 단면의 50데니어/24필라멘트를 제조하였다. 제조된 섬유의 냉감성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다. 냉감성의 경우, 양말 편기를 이용하여 통상의 방법으로 양말 편직 및 염색을 한후에 측정하였다.
구 분 실시예 1 비교예 1
데니어/필라멘트수 50/24 50/24
냉감성 관능 평가(세탁전) 4점 2점
냉감성 관능 평가(세탁 10회) 4점 2점
냉감성 관능 평가(세탁 20회) 4점 2점
[냉감성 관능 평가 방법]
세탁 조건: KS K ISO 6330
세탁전, 세탁 10회 및 20회후 일반인 10명이 관능 평가후, 하기와 같은 기준으로 점수를 측정후, 평균 점수로 표기하였다.
5점: 매우 우수, 4점: 우수, 3점: 보통, 2점: 미흡, 1점: 불량
상기 표 1의 결과를 통해서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 심초구조의 편평형 이형단면 복합사는 통상의 원형 단면 나일론 섬유인 비교예 1에 비하여 냉감성 관능 평가에서 20회 세탁후에도 4점 이상의 점수가 유지되어 본 발명의 방법에 의할 경우 냉감 기능이 더욱 더 향상됨을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.
10: 심초구조의 편평형 이형단면 복합사
11: 심부 12: 초부

Claims (8)

  1. 0.1 내지 20중량%의 무기 세라믹 성분을 폴리에스테르 수지와 혼합하여 마스터 배치 칩을 제조하는 단계; 및
    상기 마스터 배치 칩을 심부로 하고, 0.1 내지 20중량%의 금속 산화물, 질화물, 탄화물 및 나노물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고열전도도 물질이 혼입된 나일론 또는 폴리에스테르 칩을 초부로 하여 심초형 방사구금을 통하여 용융 방사하여 원사를 제조하는 단계를 포함하는 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무기 세라믹 성분은 실리콘, 옥 또는 이들의 복합성분으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 심부를 구성하는 심성분 비율 및 상기 초부를 구성하는 초성분 비율은 1~90 대 90~1중량%인 것을 특징으로 하는 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물은 MgO 또는 Al2O3이고, 상기 질화물은 Si3N4, TiN, BN 및 AlN로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이고, 상기 탄화물은 ZrC, TiC 및 SiC로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이고, 상기 나노물질은　그래핀 또는 카본 나노볼인 것을 특징으로 하는 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 무기 세라믹 성분은 실리콘이고, 상기 고열전도도 물질은 질화알루미늄인 것을 특징으로 하는 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제조방법은 방사 온도 240 내지 310℃에서 용융 방사하는 것을 특징으로 하는 심초구조의 편평형 이형단면 복합사의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는, 심부에 0.1 내지 20중량%의 무기 세라믹 성분과 폴리에스테르계 수지를 포함하고, 초부에 0.1 내지 20중량%의 금속 산화물, 질화물, 탄화물 및 나노물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고열전도도 물질이 혼입된 나일론 또는 폴리에스테르 수지를 포함하는 심초구조의 편평형 이형단면 복합사.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는, 심초구조의 편평형 이형단면 복합사를 이용한 직편물 제품.
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