KR101579295B1 - 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시온안료 및 염료를 동시에 포함한 특정 배합의 시온안료 조성물로 폴리에스테르 베이스필름을 코팅한 후 이를 특정한 공정조건을 통해 열적 후처리함으로써, 코팅된 베이스필름을 슬릿팅(Slitting)하여 원사 형태로 제조시 온도에 따라 일정한 색상으로 변색되어 시각적 신비감을 불러 일으킴은 물론, 시온안료 및 염료가 베이스필름 기재에 견고하게 부착 및 경화되어 슬릿팅 공정 중에 이들이 기재로부터 탈리되는 것을 막고 외부의 변형력, 세탁 및 마찰 등 가혹한 조건에서도 우수한 견뢰도를 유지할 수 있는, 시온안료를 이용한 온도 변색성 섬유용 원사의 제조방법에 관한 것이다.

Description

온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법{PREPARATION METHOD OF TEMPERATURE SENSITIVE THERMOCHROMIC FIBER YARN}
본 발명은 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시온안료 및 염료를 동시에 포함한 특정 배합의 시온안료 조성물로 폴리에스테르 베이스필름을 코팅한 후 이를 특정한 공정조건을 통해 열적 후처리함으로써, 코팅된 베이스필름을 슬릿팅(Slitting)하여 원사 형태로 제조시 온도에 따라 일정한 색상으로 변색되어 시각적 신비감을 불러 일으킴은 물론, 시온안료 및 염료가 베이스필름 기재에 견고하게 부착 및 경화되어 슬릿팅 공정 중에 이들이 기재로부터 탈리되는 것을 막고 외부의 변형력, 세탁 및 마찰 등 가혹한 조건에서도 우수한 견뢰도를 유지할 수 있는, 시온안료를 이용한 온도 변색성 섬유용 원사의 제조방법에 관한 것이다.
최근 생활수준이 향상됨에 따라 의류나 가방 등에 사용하는 여러가지 원단의 실용적인 효용성과 더불어, 시각적으로도 다양한 변화를 도모하여 쉽게 싫증이 나지 않도록 하는 원단의 제조에 대한 관심이 높아지고 있다. 그리고, 일반적으로 의류나 가방 등에 사용되는 원단은 대부분 첨가되는 염료 또는 안료의 종류에 따라 여러가지 다양한 색상을 표현할 수 있게 된다.
시온안료(Thermochromic pigment)는 온도가 올라가 소정 온도 이상이 되면 색상이 없어지기 시작했다가 다시 온도가 내려가면 본래의 색상(유색)으로 되돌아가는 온도 변색성 안료이다. 이러한 시온안료는 일반적으로 페인트 잉크, 플라스틱류 등에 적용되고 있고, FDA에 인가된 것으로서 인체에 무해한바 완구류, 보석류, 화장품, 머그컵 등에도 사용되고 있다.
이에, 시온안료를 의류나 가방 등에 사용되는 섬유원단에 적용하여 실용성을 높이고, 시각적으로도 다양한 색상의 변화를 도모하고자 한 일부 시도들이 있었다.
그러나, 이러한 종래의 시도들은 이미 준비된 섬유원단의 표면에 시온안료를 단순히 사후적으로 도포하거나 날염하는 것, 또는 합성수지 필름의 표면에 안료를 단순 적용한 후 그 필름 자체를 포장재 내지 비닐하우스용 소재로 사용한 것들이다.
요컨대, 시온안료를 사용한 필름을 "슬릿팅(Slitting)"하여 섬유용으로 특화된 "원사"를 성공적으로 제조한 기술은 현재까지 전무하며, 이처럼 시온안료를 포함한 필름을 슬릿팅하여 섬유원사를 제조할 경우 발생가능한 공정상의 문제점에 대해 인식하고 이를 해결하여, 제조된 섬유원사에 우수한 견뢰도 특성을 부여하도록 한 선행연구도 찾아볼 수 없는 상황이다.
한국공개특허 제10-2006-0026632호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 시온안료 및 염료가 코팅된 베이스필름을 슬릿팅(Slitting)하여 원사 형태로 제조시 온도의 변화에 따라 일정한 색상으로 변색되어 시각적 신비감을 불러 일으킴은 물론, 시온안료 및 염료가 베이스필름 기재에 견고하게 부착 및 경화되어 슬릿팅 공정 중에 기재로부터 탈리되는 것을 막고 외부의 변형력, 세탁 및 마찰 등 가혹한 조건에서도 우수한 견뢰도를 유지할 수 있는, 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이를 위하여, 본 발명자는 시온안료 조성물의 배합, 베이스필름에의 코팅 및 코팅물에 대한 후처리에 이르는 일련의 공정조건들을 최적으로 발굴 및 확립함으로써, 본 과제를 해결하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은 a) 두께가 6~38㎛인 폴리에스테르 베이스필름을 준비하는 단계; b) 수지, 용제 및 시온안료를 배합한 후, 이에 염료를 추가로 투입 및 배합하여, 수지:용제:시온안료:염료의 중량비가 6:4:1:1인 시온안료 코팅 조성물을 제조하는 단계; c) 190~210℃의 온도조건 및 50M/min의 속도조건의 코팅기를 이용하여, 상기 시온안료 코팅 조성물로 상기 폴리에스테르 베이스필름의 양면을 코팅하는 단계; d) 코팅된 폴리에스테르 베이스필름을 자연냉각시키는 단계; e) 자연냉각된 폴리에스테르 베이스필름을 160℃의 온도조건 및 65M/min의 속도조건의 코팅기에 코팅 조성물의 도포없이 한번 더 통과시켜 폴리에스테르 베이스필름의 양면을 열처리하는 단계; 및 f) 얻어진 결과물을 슬릿팅(Slitting)하여 가늘게 절단하는 단계;를 포함하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 폴리에스테르 베이스필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 소재인 것을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법을 제공한다.
아울러, 상기 수지는 변성 에폭시 및 멜라민 수지를 포함하는 것으로, 25℃에서의 점도가 50~65KU이고, 비중이 0.93~1.03인 것을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법을 제공한다.
더불어, 상기 용제는 메탄올, 톨루엔 및 메틸에틸케톤(MEK)으로 이루어진 혼합 용제인 것을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 시온안료는 일정 온도 이상에서 무색 또는 흰색으로 변색되는 것을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법을 제공한다.
아울러, 상기 시온안료는 상온에서 분홍색(Pink)을 띄는 것이고, 상기 염료는 스카이블루(Sky blue) 색상의 염료인 것을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법을 제공한다.
더불어, 상기 시온안료는, 폴리옥시메틸렌멜라민(Polyoxymethylenemelamine) 27 중량%, 스타이렌말레익안하이드라이드모노메틸-말리에이트 폴리머(Styrene maleic anhydride monomethyl-maleate polymer) 7 중량%, 스파이로(아이소벤조퓨란-1(3H),9'-(9H)크산텐)-3-온, 6'-(다이부틸아미노)-3'-메틸-2'-(페닐아미노)-(Spiro(isobenzofuran-1(3H),9'-(9H)xanthen)-3-one, 6'-(dibutylamino)-3'-methyl-2'-(phenylamino)-) 3 중량%, 스파이로(아이소벤조퓨란-1(3H),9'-(9H)크산텐)-3-온, 2'-(비스(페닐메틸)아미노)-6'-(다이에틸아미노)-(Spiro(isobenzofuran-1(3H),9'-(9H)xanthen)-3-one, 2'-(bis(phenylmethyl)amino)-6'-(diethylamino)-) 1 중량%, 에틸스테아레이트(Ethyl stearate) 27 중량%, 메틸팔미테이트(Methyl palmitate) 23 중량%, 및 부틸스테아레이트(Butyl stearate) 12 중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 b) 단계는 수지, 용제, 시온안료 및 염료에 시온안료와 동량의 시광안료를 추가로 투입하여, 수지:용제:시온안료:염료:시광안료 = 6:4:1:1:1의 중량비로 배합하는 것임을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법을 제공한다.
아울러, 상기 b) 단계는 수지, 용제, 시온안료 및 염료에 시온안료와 동량의 축광안료를 추가로 투입하여, 수지:용제:시온안료:염료:축광안료 = 6:4:1:1:1의 중량비로 배합하는 것임을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법을 제공한다.
더불어, 상기 축광안료는 하기 화학식 1로 표시되는 알칼리토 알루미노실리케이트 축광안료, 하기 화학식 2로 표시되는 알루민산스트론튬계 축광안료 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 알루민산스트론튬계 축광안료인 것을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법을 제공한다.
<화학식 1>
(MeO)x(Al2O3)y(SiO2):Eu
(상기 화학식 1에서,
Me는 Ca, Mg, Sr 또는 Ba이고; x는 0.8~1.5이며; y는 0.01~1.0이다.)
<화학식 2>
SrAl2O4: Eu2+, Dy3+
<화학식 3>
SrAl2O4: Eu2+, Dy3+, K2SiO3
본 발명의 제조방법에 따르면 온도 변색성이 우수한 섬유소재가 원사의 형태로 제공되는바, 이후 편직, 제직 등의 후속 공정을 통해 주변온도에 따라 다채로운 색상으로 변화가능한 섬유용 원단 재료로서 매우 다양하고 광범위하게 사용될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 시온안료 코팅 조성물은 평상시에는 시온안료 및 염료의 색상이 혼합된 독특한 컬러가 발현되되, 온도가 상승하여 소정 온도에 이르면 시온안료의 유색 색상이 사라지고 염료만의 색상이 구현되는바, 온도변화에 따라 시각적 신비감을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 섬유원사를 통해 주변의 온도를 간접적으로 인지할 수 있는바, 고온 등의 상황에서 그 위험성을 경고해주는 안전 식별표지로 활용될 수 있다.
특히, 본 발명의 제조방법에 따르면 시온안료 및 염료가 기재에 견고하게 부착 및 경화되는바 슬릿팅 등 원사 제조를 위한 일련의 공정 중에 시온안료 및 염료가 기재로부터 이탈 내지 탈리되지 않는 장점이 있다.
아울러, 본 발명에 따라 제조된 섬유원사는 외부의 변형력 등 가혹한 조건에서도 우수한 내구성을 유지하며, 세탁, 마찰 등의 견뢰도 또한 매우 뛰어나다.
도 1은 본 발명에 따른 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 온도 감응형 변색성 섬유원사의 평상시(실온 내지 상온) 색상을 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 온도 감응형 변색성 섬유원사에 열을 가하여 온도를 상승시킨 경우 나타나는 변색 모습을 보여주는 사진이다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
온도 감응형 변색성 섬유원사 의 제조방법
본 발명은 섬유용에 특화된 온도 변색성 원사를 제조하기 위한 것으로서,
a) 두께가 6~38㎛인 폴리에스테르 베이스필름을 준비하는 단계;
b) 수지, 용제 및 시온안료를 배합한 후, 이에 염료를 추가로 투입 및 배합하여, 수지:용제:시온안료:염료의 중량비가 6:4:1:1인 시온안료 코팅 조성물을 제조하는 단계;
c) 190~210℃의 온도조건 및 50M/min의 속도조건의 코팅기를 이용하여, 상기 시온안료 코팅 조성물로 상기 폴리에스테르 베이스필름의 양면을 코팅하는 단계;
d) 코팅된 폴리에스테르 베이스필름을 자연냉각시키는 단계;
e) 자연냉각된 폴리에스테르 베이스필름을 160℃의 온도조건 및 65M/min의 속도조건의 코팅기에 코팅 조성물의 도포없이 한번 더 통과시켜 폴리에스테르 베이스필름의 양면을 열처리하는 단계; 및
f) 얻어진 결과물을 슬릿팅(Slitting)하여 가늘게 절단하는 단계;를 포함하는 것이다(도 1 참조).
본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 a) 단계는 시온안료 코팅 조성물이 코팅될 기재로서 소정 두께 범위의 폴리에스테르 베이스필름을 준비하는 단계이다.
상기 폴리에스테르 베이스필름으로는 당분야에서 통상적으로 사용되는 소재를 특별한 제한없이 채택하여 사용할 수 있으나, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 소재를 사용한다.
상기 폴리에스테르 베이스필름은 6~38㎛(예컨대, 13.6㎛ 정도)의 두께를 갖는 것인바, 이러한 두께 범위에서 시온안료 코팅 조성물의 견고한 코팅 및 코팅물의 슬릿팅 공정이 원활히 수행될 수 있다.
상기 b) 단계는 폴리에스테르 베이스필름의 상하면을 코팅할 재료로서, 수지, 용제, 시온안료 및 염료가 소정의 중량비로 배합된 조성물을 구비하는 단계이다.
즉, 본 발명의 제조방법은 시온안료 및 염료(Dye)를 동시에 배합하여 섬유원사를 제조하는바, 평상시 온도조건에서는 시온안료와 염료의 혼합 색상이 나타나다가 온도가 상승하여 일정 온도에 이르면 시온안료의 색상이 사라지고 염료만의 색상이 구현되어 주변환경에 따라 다양한 색상의 변화를 도모할 수 있다.
본 단계에서, 상기 수지로는 기재에 대한 부착력, 내열성, 내약품성, 내구성, 안료/염료혼화성 및 안료/염료용해성이 우수한 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 일 구체예로, 변성 에폭시 및 멜라민 수지를 포함하는 것으로서, 25℃에서의 점도가 50~65KU이고, 비중(25℃)이 0.93~1.03인 수지를 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 부성케미칼社제 CS-88 수지류를 사용할 수 있다.
상기 용제는 시온안료(및 염료)가 균일하게 분산되도록 하고 수지와 시온안료(및 염료)의 혼합이 원활히 이루어지게 하는 유기용매로서, 메탄올, 톨루엔, 자일렌, 메틸에틸케톤(MEK) 및 에틸아세테이트 등을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는, 메탄올, 톨루엔 및 메틸에틸케톤(MEK)으로 이루어진 혼합 용제, 예컨대 메탄올, 톨루엔 및 메틸에틸케톤(MEK)이 4:3:3의 중량비율로 혼합된 것을 사용할 수 있다.
상기 시온안료(Thermochromic pigment)는 원래 고유의 색을 지니는 것으로서 일정 온도(예컨대, 특성에 따라 22℃, 31℃, 40℃ 등등) 이상이 되면 무색(또는 흰색)으로 변하였다가 다시 온도가 낮아지면 원래의 색상으로 복귀하는 가역적인 온도 변색성 안료이다. 시온안료의 수명은 보통 2년으로 되어 있으나, 구체적인 용도 및 보관방법에 따라 반영구적으로 사용이 가능하며, 미국식품의약국(FDA)에 의해 인체에 무해한 것으로 인가된 안료이다.
시온안료는 소정 온도를 기점으로 색상이 변하는데, 보통 -15℃에서 65℃까지 온도별로 색상이 변하는 각 그레이드가 있으며, 20℃에서 2℃ 상승할 때 변색되는 안료, 31℃, 43℃, 65℃에서 각각 변색되는 안료 그레이드 등이 있다. 일반적인 시온안료인 31℃ TP인 경우 33℃에서 컬러가 없어졌다가 원래 온도로 낮아졌을 때는 본래의 컬러로 되돌아온다.
본 발명에서는 시온안료를 배합한 후에 원하는 컬러의 발현을 위해 염료를 추가로 투입하여 믹싱한 후 기재에 코팅을 수행한다. 일 구체예에서, 상기 시온안료로는 상온(또는 실온)에서 분홍색(Pink)을 띄는 시온안료를, 상기 염료로는 스카이블루(Sky blue) 색상의 염료를 사용할 수 있다. 이러한 조합의 경우, 제조된 섬유원사는 평상시 온도에서는 라일락(Lilac) 색상을 띄다가 온도가 상승하면 시온안료 고유의 색상이 빠지고 염료의 색상인 스카이블루만이 나타나게 된다.
일 구체예에서, 상기 시온안료로는, 폴리옥시메틸렌멜라민(Polyoxymethylenemelamine) 27 중량%, 스타이렌말레익안하이드라이드모노메틸-말리에이트 폴리머(Styrene maleic anhydride monomethyl-maleate polymer) 7 중량%, 스파이로(아이소벤조퓨란-1(3H),9'-(9H)크산텐)-3-온, 6'-(다이부틸아미노)-3'-메틸-2'-(페닐아미노)-(Spiro(isobenzofuran-1(3H),9'-(9H)xanthen)-3-one, 6'-(dibutylamino)-3'-methyl-2'-(phenylamino)-) 3 중량%, 스파이로(아이소벤조퓨란-1(3H),9'-(9H)크산텐)-3-온, 2'-(비스(페닐메틸)아미노)-6'-(다이에틸아미노)-(Spiro(isobenzofuran-1(3H),9'-(9H)xanthen)-3-one, 2'-(bis(phenylmethyl)amino)-6'-(diethylamino)-) 1 중량%, 에틸스테아레이트(Ethyl stearate) 27 중량%, 메틸팔미테이트(Methyl palmitate) 23 중량%, 및 부틸스테아레이트(Butyl stearate) 12 중량%로 구성된 시온안료(하기 표 1 참조)를 사용하는 것이 온도 변색성 및 기재에의 부착력 측면에서 바람직하다. 이러한 시온안료로는 Shenzhen Yu Mingjie Pigments社제 써모크로믹 안료 등을 들 수 있다.
[표 1] 시온안료의 성분 및 함량
Figure 112015055280077-pat00001
한편, 시온안료로서 변색 온도가 서로 다른 2가지 이상의 시온안료를 조합하거나, 시온성이 없는 일반안료를 조합하여 사용함으로써 온도 단계에 따라 더욱 다양한 컬러의 변화를 도모할 수 있음은 물론이다.
또한, 본 단계에서 수지, 용제, 시온안료 및 염료는 수지:용제:시온안료:염료 = 6:4:1:1의 중량비(예컨대, 수지 6Kg, 용제 4Kg, 시온안료 1Kg, 염료 1Kg)로 배합되는바, 본 발명자는 4가지 성분의 함량이 상기 조건일 때 기재에의 부착력, 안료 및 염료의 균일한 분산성 및 원활한 온도 변색 성능의 조건이 동시에 만족됨을 확인하였다. 예를 들어, 수지와 시온안료의 배합비가 6:1 미만으로 수지의 양이 너무 적으면 부착력이 저하되어 사용시 및 세탁시 등에 시온안료가 탈리될 수 있으며, 상기 배합비를 초과하여 수지의 양이 너무 많으면 시온안료의 상대적 함량이 감소하여 요구되는 온도 변색성을 부여하기 어려워지거나 코팅작업 등 가공성을 저하시킬 수 있다. 아울러 시온안료와 염료 중 어느 하나의 양이 상대적으로 너무 많으면 염료에 의한 컬러 발현성 및/또는 시온안료에 의한 온도 변색성이 훼손될 수 있다.
본 단계에서의 코팅 조성물은 메탄올, 톨루엔 및 메틸에틸케톤(MEK)을 혼합하여 혼합 용제를 준비하고, 상기 혼합 용제에 시온안료, 염료 및 수지(예컨대, CS-88)를 정해진 비율로 투입 및 교반하여 완전 희석시킴으로써 제조될 수 있다.
또한, 일 구체예에서, 본 단계의 코팅 조성물은 수지, 용제, 시온안료 및 염료 외에 시광안료(Photochromic pigment)가 추가로 투입 및 배합될 수 있다. 이로 인해 주변환경의 온도 조건 및/또는 광 조사 조건에 의해 더욱더 다양한 색상의 변주가 가능해진다. 이때, 수지:용제:시온안료:염료:시광안료의 배합비는 6:4:1:1:1 정도의 중량비율로 구성하는 것이 적절하다.
다른 구체예로서, 본 단계의 코팅 조성물은 수지, 용제, 시온안료 및 염료 외에 축광안료(Phosphorescent pigment)가 추가로 투입 및 배합될 수 있다. 축광안료는 빛을 받으면 그것을 축적하였다가 어두운 곳에서 스스로 발광하는 특성을 나타내는 안료로서, 이처럼 시온안료와 축광안료를 함께 사용하면, 온도가 높은 낮에는 시온안료의 광 변색에 의한 신비감 있는 색상이 구현되고 밤에는 축광안료에 의한 발광이 구현되어 안전장비복, 커튼, 벽지, 산업 부자재, 안전표지판 등 어두운 곳에서 발광이 필요한 다양한 용도의 섬유소재로 사용될 수 있다. 이때, 수지:용제:시온안료:염료:축광안료의 배합비는 시온안료의 온도 변색성, 염료의 색 발현성 및 축광안료의 발광성이 상호 침해받지 않고 모두 구현되도록 6:4:1:1:1 정도의 중량비율로 구성하는 것이 바람직하다. 상기 축광안료로는 광범위한 종류의 빛을 흡수, 저장할 수 있고, 휘도, 후광 등 발광특성이 우수하며, 내열성, 내한성 및 내약품성이 뛰어나 고온, 저온 등 가혹한 환경에서도 축광 기능을 유지할 수 있는 것을 사용하되, 특히 방사성 물질을 포함하지 않아 인체에 유해하지 않은 축광안료를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 이러한 축광안료로는 하기 화학식 1로 표시되는 알칼리토 알루미노실리케이트 축광안료, 하기 화학식 2로 표시되는 알루민산스트론튬계 축광안료 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 알루민산스트론튬계 축광안료를 사용할 수 있다.
<화학식 1>
(MeO)x(Al2O3)y(SiO2):Eu
(상기 화학식 1에서,
Me는 Ca, Mg, Sr 또는 Ba이고; x는 0.8~1.5이며; y는 0.01~1.0이다.)
<화학식 2>
SrAl2O4: Eu2+, Dy3+
<화학식 3>
SrAl2O4: Eu2+, Dy3+, K2SiO3 (내수성 증대)
상기 c) 단계는 소정 온도조건 및 속도조건의 코팅기를 이용하여 b) 단계에서 제조된 시온안료 코팅 조성물을 폴리에스테르 베이스필름의 양면에 코팅하는 단계이다.
구체적으로, 본 단계에서 코팅은 190~210℃의 온도조건 및 50M/min의 속도조건에서 이루어지는바, 수지, 용제, 시온안료 및 염료가 6:4:1:1의 중량비로 배합된 코팅 조성물의 물성상 상기와 같은 조건이 코팅시 균일한 코팅 형성, 고착력 증대 및 열변형 방지 등의 측면에서 가장 바람직하다.
일 구체예로, 본 단계의 코팅은 준비된 시온안료 코팅 조성물을 상기 조건하에서 폴리에스테르 베이스필름의 상하면에 175~200 메쉬(Mesh) 그라비아 롤러로 코팅 및 경화시킴으로써 수행할 수 있다.
상기 d) 단계는 c) 단계에서 코팅된 폴리에스테르 베이스필름을 자연냉각시키는 단계로서, 예를 들어 실온 내지 상온에서 8시간 정도 방치하여 코팅된 폴리에스테르 베이스필름을 자연냉각 및 자연건조시킬 수 있다.
상기 e) 단계는 소정 온도조건 및 속도조건의 코팅기를 한번 더 이용하여 d) 단계에서 자연냉각된 코팅된 폴리에스테르 베이스필름의 양면을 열적으로 후처리하는 단계이다. 본 단계는 코팅물에 강력한 경화성 및 부착력(고착력)을 부여하기 위한 본 발명의 필수 단계로서, 이를 통해 시온안료(및 염료)가 베이스필름 기재에 견고하게 부착(고착) 및 경화되어 슬릿팅 공정 중에 시온안료(및 염료)가 기재로부터 이탈, 탈리되는 것을 방지하고, 원활한 슬릿팅을 수행할 수 있게 된다.
구체적으로, 본 단계에서의 열처리는 160℃의 온도조건 및 65M/min의 속도조건에서 이루어지는바, 이러한 특정 열처리 조건을 통해 제조된 섬유원사에 강한 내구성 및 견뢰도가 부여되어 외부의 변형력, 세탁, 마찰 및 고온 등 가혹한 조건에서도 우수한 품질을 유지할 수 있게 된다. 예를 들어, 열처리 온도가 160℃ 미만으로 너무 저온이면 코팅물의 완전고착 내지 완전경화가 이루어지지 못해 견뢰도가 저하될 수 있으며, 160℃를 초과하여 너무 고온이면 한번 자연냉각된 코팅물에 과도한 열적 스트레스가 가해져 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 아울러, 열처리 속도가 상기 조건을 벗어나 너무 고속 내지 저속이면 전술한 열처리의 목적을 달성할 수 없거나, 필요한 정도 이상으로 공정시간이 늘어나 비경제적일 수 있다.
한편, 상기와 같이 코팅 및 열처리 공정을 수행한 다음, 결과물을 숙성시키는 단계가 추가될 수 있으며, 이를 통해 베이스필름과 코팅층의 상이한 열수축률에 따라 발생할 수 있는 부작용을 완화시킬 수 있다.
상기 f) 단계는 e) 단계를 거쳐 열처리가 완료된 코팅 필름을 절단 장치를 통해 소정의 폭으로 미세하게 슬릿팅(Slitting)하여 가늘게 실로 잘라, 본 발명에 따른 온도 감응형 변색성 섬유원사를 최종적으로 수득하는 단계이다.
본 발명에서는 전술한 열처리 공정을 통해 코팅물이 강하게 경화되고 피코팅물과 타이트하게 고착되는바, 슬릿터를 이용하여 이를 절단하여도 그 과정 중 코팅물이 이탈되거나 벗겨질 우려가 없다.
본 단계에서, 상기 슬릿팅은 코팅된 필름을 실 넓이에 맞게 등분(T/C)하여 나이프로 절단함으로써 수행될 수 있으며, 통상 너비 0.15~5㎜ 정도의 실(원사)을 얻을 수 있다.
상기 단계들을 거쳐 제조된 본 발명의 온도 감응형 변색성 섬유원사는 이후, 연사, 편직, 가공 및 포장의 공정을 거쳐 다양한 형태의 완제품으로 제공될 수 있다. 여기서, 상기 연사(Twisting)는 본 발명의 섬유원사를 다른 원사와 소정의 연도를 가해 꼬아 합사하는 공정이고, 편직은 연사된 온도 감응형 변색성 섬유원사를 제직 및 편직하여 편직물로 제조하는 공정이며, 가공은 편직물을 규격 등에 맞게 가공하는 공정이며, 포장은 가공된 편직물을 단위 별로 패킹하는 공정이다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 : 온도 감응형 변색성 섬유원사 의 제조
a) PET 베이스필름 준비
베이스필름으로서 두께가 6~38㎛(13.6㎛ 정도)인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 한 장을 입수하여 준비하였다.
b) 코팅 조성물 제조
메탄올, 톨루엔 및 메틸에틸케톤(MEK)을 4:3:3의 중량비로 혼합하여 혼합 용제를 준비하였다.
이어서, 상기 혼합 용제 4Kg에 수지 6Kg 및 시온안료 1Kg을 투입하고 균일하게 믹싱한 후, 이에 염료 1Kg을 추가로 투입 및 재믹싱하여 수지:용제:시온안료:염료 = 6:4:1:1의 중량비로 배합된 시온안료 코팅 조성물을 제조하였다.
이때, 상기 수지로는 부성케미칼社제 CS-88 수지를 사용하였고, 상기 시온안료로는 폴리옥시메틸렌멜라민(Polyoxymethylenemelamine) 27 중량%; 스타이렌말레익안하이드라이드모노메틸-말리에이트 폴리머(Styrene maleic anhydride monomethyl-maleate polymer) 7 중량%; 스파이로(아이소벤조퓨란-1(3H),9'-(9H)크산텐)-3-온, 6'-(다이부틸아미노)-3'-메틸-2'-(페닐아미노)-(Spiro(isobenzofuran-1(3H),9'-(9H)xanthen)-3-one, 6'-(dibutylamino)-3'-methyl-2'-(phenylamino)-) 3 중량%; 스파이로(아이소벤조퓨란-1(3H),9'-(9H)크산텐)-3-온, 2'-(비스(페닐메틸)아미노)-6'-(다이에틸아미노)-(Spiro(isobenzofuran-1(3H),9'-(9H)xanthen)-3-one, 2'-(bis(phenylmethyl)amino)-6'-(diethylamino)-) 1 중량%; 에틸스테아레이트(Ethyl stearate) 27 중량%; 메틸팔미테이트(Methyl palmitate) 23 중량%; 및 부틸스테아레이트(Butyl stearate) 12 중량%;로 구성된 Shenzhen Yu Mingjie Pigments社제 써모크로믹 안료(핑크색)를 사용하였고, 상기 염료로는 스카이블루색 염료를 사용하였다.
c) 코팅
200℃의 온도조건 및 50M/min의 속도조건의 코팅기(175~200 메쉬 그라비아 롤러)를 이용하여, 상기 시온안료 코팅 조성물로 상기 폴리에스테르 베이스필름의 상하면을 코팅하였다.
d) 자연냉각
상기 코팅된 폴리에스테르 베이스필름을 상온에서 8시간 동안 자연냉각시켰다.
e) 열처리
상기 자연냉각된 폴리에스테르 베이스필름을 160℃의 온도조건 및 65M/min의 속도조건의 코팅기(175~200 메쉬 그라비아 롤러)에 코팅 조성물의 도포없이 한번 더 통과시켜 폴리에스테르 베이스필름의 상하면을 열적으로 후처리하였다.
f) 슬릿팅(Slitting)
열처리가 완료된 코팅 필름을 절단 장치를 통해 미세한 폭으로 슬릿팅하여 너비 0.15~5㎜ 정도의 온도 감응형 변색성 섬유원사(라일락 색상)를 최종적으로 수득하였다(도 2 참조). 한편, 이러한 슬릿팅 공정 중 시온안료 및 염료의 이탈 내지 탈리 현상은 발생하지 않았으며, 슬릿팅 또한 원활히 진행되어 균일한 섬유원사를 얻을 수 있었다.
실험예 : 견뢰도 평가 및 변색 여부 관찰
상기 실시예에서 제조된 온도 감응형 변색성 섬유원사(라일락)에 대해 한국의류시험연구원에 의뢰하여 세탁견뢰도 및 마찰견뢰도를 평가한 결과, 모두 3급 이상으로서 정상 품질의 우수한 견뢰도를 나타내었다(하기 표 2 참조).
[표 2] 견뢰도 평가 결과
Figure 112015055280077-pat00002
* 세탁 견뢰도: KS K ISO 105-C06:2012 A2S호 ((40 ± 2)℃, 30분, ECE 세제)
* 마찰 견뢰도: KS K 0650:2011 (크로크미터법)
* 시험 결과: 1~5급으로 등급으로 표시. 1급이 가장 낮은 것(불량)이고, 5급이 가장 높은 것(양호)임.
또한, 상기 실시예에서 제조된 온도 감응형 변색성 섬유원사의 일정 부분에 손바닥을 소정 시간 접촉시켜 열을 가한 후, 변색 여부를 관찰하였다.
그 결과, 실온(또는 상온)에서 전체적으로 라일락 색상을 띄던 섬유원사가, 상대적으로 고온에 노출된 경우 해당 부분의 시온안료가 무색(내지 흰색)으로 탈색되어 염료만의 색상인 스카이블루가 뚜렷이 발현됨을 알 수 있었다(도 3 참조).
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. a) 두께가 6~38㎛인 폴리에스테르 베이스필름을 준비하는 단계;
    b) 수지, 용제 및 시온안료를 배합한 후, 이에 염료를 추가로 투입 및 배합하여, 수지:용제:시온안료:염료의 중량비가 6:4:1:1인 시온안료 코팅 조성물을 제조하는 단계;
    c) 190~210℃의 온도조건 및 50M/min의 속도조건의 코팅기를 이용하여, 상기 시온안료 코팅 조성물로 상기 폴리에스테르 베이스필름의 양면을 코팅하는 단계;
    d) 코팅된 폴리에스테르 베이스필름을 자연냉각시키는 단계;
    e) 자연냉각된 폴리에스테르 베이스필름을 160℃의 온도조건 및 65M/min의 속도조건의 코팅기에 코팅 조성물의 도포없이 한번 더 통과시켜 폴리에스테르 베이스필름의 양면을 열처리하는 단계; 및
    f) 얻어진 결과물을 슬릿팅(Slitting)하여 가늘게 절단하는 단계;를 포함하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 베이스필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 소재인 것을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수지는 변성 에폭시 및 멜라민 수지를 포함하는 것으로, 25℃에서의 점도가 50~65KU이고, 비중이 0.93~1.03인 것을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용제는 메탄올, 톨루엔 및 메틸에틸케톤(MEK)으로 이루어진 혼합 용제인 것을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시온안료는 일정 온도 이상에서 무색 또는 흰색으로 변색되는 것을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 시온안료는 상온에서 분홍색(Pink)을 띄는 것이고, 상기 염료는 스카이블루(Sky blue) 색상의 염료인 것을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시온안료는,
    폴리옥시메틸렌멜라민(Polyoxymethylenemelamine) 27 중량%,
    스타이렌말레익안하이드라이드모노메틸-말리에이트 폴리머(Styrene maleic anhydride monomethyl-maleate polymer) 7 중량%,
    스파이로(아이소벤조퓨란-1(3H),9'-(9H)크산텐)-3-온, 6'-(다이부틸아미노)-3'-메틸-2'-(페닐아미노)-(Spiro(isobenzofuran-1(3H),9'-(9H)xanthen)-3-one, 6'-(dibutylamino)-3'-methyl-2'-(phenylamino)-) 3 중량%,
    스파이로(아이소벤조퓨란-1(3H),9'-(9H)크산텐)-3-온, 2'-(비스(페닐메틸)아미노)-6'-(다이에틸아미노)-(Spiro(isobenzofuran-1(3H),9'-(9H)xanthen)-3-one, 2'-(bis(phenylmethyl)amino)-6'-(diethylamino)-) 1 중량%,
    에틸스테아레이트(Ethyl stearate) 27 중량%,
    메틸팔미테이트(Methyl palmitate) 23 중량%, 및
    부틸스테아레이트(Butyl stearate) 12 중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계는 수지, 용제, 시온안료 및 염료에 시온안료와 동량의 시광안료를 추가로 투입하여, 수지:용제:시온안료:염료:시광안료 = 6:4:1:1:1의 중량비로 배합하는 것임을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계는 수지, 용제, 시온안료 및 염료에 시온안료와 동량의 축광안료를 추가로 투입하여, 수지:용제:시온안료:염료:축광안료 = 6:4:1:1:1의 중량비로 배합하는 것임을 특징으로 하는 온도 감응형 변색성 섬유원사의 제조방법.
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