KR101799441B1

KR101799441B1 - 전자파 저감 메타아라미드 섬유

Info

Publication number: KR101799441B1
Application number: KR1020160122487A
Authority: KR
Inventors: 서영훈; 장준형; 호요승; 이민성
Original assignee: 주식회사 휴비스
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2017-11-20

Abstract

본 발명은 메타아라미드 도프를 이용하여 섬유화되는 메타아라미드 섬유에 있어서, 상기 메타아라미드 도프에 양자점이 함유되되, 상기 양자점은 코어-쉘(Core-Shell) 구조로 코어는 인듐인(InP)으로 형성되어 전자파 저감기능을 갖는 것을 전자파 저감 메타아라미드 섬유법에 관한 것이다.

Description

전자파 저감 메타아라미드 섬유{Meta-Aramid Fiber for reducing Electromagnetic wave}

본 발명은 전자파 저감 메타아라미드 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로 보호복으로 많이 사용되는 메타아라미드 섬유에 전자파 저감기능을 부여하여 보호복의 기능성을 높일 수 있는 전자파 저감 메타아라미드 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

1960년대 개발된 아라미드라는 방향족 폴리아미드는 지방족 폴리아미드인 나일론의 내열성을 개선시키기 위해 개발된 것으로 노멕스(Nomex), 케블라(Kevlar)와 같은 상품명으로 잘 알려져 있는 방향족 폴리아미드는 난연성 섬유직물, 타이어 코드 등의 섬유용도로 사용될 수 있는 뛰어난 내열성과 높은 인장강도를 갖는다.

일반적인 지방족 폴리아미드는 아미드기사이에 지방족 탄화수소가 결합되어 있는 합성수지이나, 아라미드(aramid)는 아미드기 사이에 벤젠기가 85%의 아미드 결합이 두 개의 방향족 고리에 결합되어 있는 합성수지를 말한다. 상기 지방족 폴리아미드의 지방족 탄화수소는 열을 가하면 쉽게 분자운동이 일어나는 데 반하여, 방향족 폴리아미드의 벤젠 환은 분자쇄가 강직하고 열을 가하여도 분자가 쉽게 움직이지 않으므로 열에 안정하고 탄성률이 높아 일반 지방족 폴리아미드와는 특성에 있어서 많은 차이를 나타낸다.

특히, 메타아라미드는 듀폰사에서 개발된 노멕스(Nomex), 데이진사에서 개발된 코넥스(Conex)가 대표적이다. 메타계 아라미드는 벤젠고리가 메타 위치에서 아미드기와 결합된 것으로 강도와 신도는 보통의 나일론과 비슷하나 열에 대한 안정성이 대단히 좋으며, 다른 내열용 소재에 비하여 가볍고 땀흡수도 어느정도 가능하므로 쾌적하다는 장점을 가지고 있어, 소방복, 경주용 자동차 운전자를 위한 유니폼, 우주 비행사 유니폼, 작업복 등의 내열용 의복 소재로 사용되며, 산업용으로는 고온용 필터등으로 쓰인다.

상기와 같은 메타 아라미드를 섬유로 다양한 분야에 활용하기 위해 타섬유와 혼합하는 방법이 제시되고 있으며, 그 일환으로 대한민국 공개특허 제1990-0010102호에서는 아라미드섬유 및 폴리벤지미다졸섬유로 구성된 그룹으로부터 선택한 내열성 섬유로 된 심사와, 상기 심사를 둘러싸서 피복시키고 있는 내한성 섬유로 된 심사의 내피복사 및, 상기 심사의 내피복사를 둘러싸서 피복시키고 있는 내한성 섬유로 된 외피복사로 구성되는 내화성 안전복 제조용 코어방적사를 제공하고 있으며, 대한민국 공개특허 제2008-0062319호에서는 아라미드 섬유, 폴리벤즈이미다졸 섬유 및 열안정화되고 산화된 폴리아크릴로니트릴 섬유로 구성된 섬유중에서 선택한 내열성 섬유로 된 심사와 이 심사를 둘러싸서 피복시키고 있는 고강도, 터치감, 치수안정성이 우수한 섬유로 된 피복사로 구성되는안전복 제조용 코어방적사를 제시하고 있다.

상기와 같이 메타아라미드 섬유로 제조되는 보호복은 열악한 환경에서 신체를 보호하는 기능을 수행하고 있는 것으로 열에 대해 보호기능을 가지고 있으나, 전자파에 대해서는 보호기능을 발휘할 수 있는 것으로 이러한 기능이 부여된 메타아라미드 섬유의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같이 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 메타아라미드 섬유에 전자파를 효과적으로 저감시킬 수 있는 기능을 부여하여 다기능성의 섬유제품을 제조할 수 있는 전자파 저감 메타아라미드 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 전자파를 저감시킬 수 있는 양자점을 활용하여 전자파 저감 메타아라미드 섬유 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은메타아라미드 도프를 이용하여 섬유화되는 메타아라미드 섬유에 있어서, 상기 메타아라미드 도프에 양자점이 함유되되, 상기 양자점은 코어-쉘(Core-Shell) 구조로 코어는 인듐인(InP)으로 형성되어 전자파 저감기능을 갖는 것을 특징으로 하는 전자파 저감 메타아라미드 섬유를 제공한다.

상기 양자점의 크기는 450~650㎚인 것을 특징으로 하는 전자파 저감 메타아라미드 섬유를 제공한다.

상기 양자점과 메타아라미드 도프는 중량비 1:50~1:150인 것을 특징으로 하는 전자파 저감 메타아라미드 섬유를 제공한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 전자파 저감 메타아라미드 섬유는 양자점이 섬유 전반에 균일하게 분포되어 전자파를 효과적으로 저감시킬 수 있는효과가 있다.

또한, 메타아라미드 섬유 제조시 극성 아미드계 용매에 양자점을 분산한 후에 도프를 제조하는 것으로 양자점이 고르게 분산되어 전자파 저감효율이 높은 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전자파 저감 메타아라미드 섬유의 제조방법을 나타낸 공정도이다.

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 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명은 메타아라미드 도프를 이용하여 섬유화하는 메타아라미드 섬유에 양자점(quantum dot)을 함유시켜 전자파 저감기능을 갖는 전자파 저감 메타아라미드 섬유에 관한 것이다.

상기 양자점(quantum dot)은 상기 메타아라미드 도프에 함유되어 전자파 저감 메타아라미드 섬유에 함유된다.

상기 양자점(quantum dot)은 나노 크기의 반도체 물질로서 일정한 크기 이하로 작어지면 벌크상태의 반도체 물질 내의 전자운동 특성이 더욱 제약을 받게 되어 벌크 상태와는 발광 파장이 달라지는 양자제한(quantum confinement)효과를 나타내는 물질이다. 이러한 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 빛을 받아 에너지 여기 상태에 이르면, 자체적으로 해당하는 에너지 밴드 갭(band gap)에 따른 에너지를 방출하게 된다.

따라서, 양자점의 크기를 조절하며 해당 밴드 갭을 조절할 수 있게 되어 다양한 파장대의 에너지를 얻을 수 있고, 이로써 원래의 물성과는 전혀 다른 광학적, 전기적 및 자기적 특성을 보이게 된다.

이러한 특성을 갖는 양자점은 이를 합성 및 이용하는 나노기술과 결합하여 전자, 광통신, 바이오시스템, 신소재 등 다양하고도 광범위한 분야에 걸쳐 연구가 이루어지고 있다.

상기와 같은 양자점은 전자파를 흡수하여 전자파를 저감시키는 작용을 한다.

상기 양자점은 화합물 반도체, 회토류 원소, 상자성 물질, 반자성 물질, 광자기 글라스 및 광자기 단결정으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나 이상의 양자점일 수 있다.

본 발명에서 사용되는 양자점은 유해성이 없는 인듐인(InP)을 사용되는 것으로 일반ㅈ거으로 양자점에 사용되는 화합물은 카드뮴을 함유하는 물질로 유해성을 가지고 있어 많은 문제가 되어 왔다. 본 발명에서는 양자점으로 인듐인(InP)을 사용하여 이러한 문제를 해결할 수 있다.

상기 양자점은 화학적 안정성을 높이고 전자파 저감효율을 높을 높이기 위해 코어-쉘(Core-Shell) 구조를 갖는 것이 바람직할 것이다.

상기 코어는 상기에 개시된 화합물 반도체, 회토류 원소, 상자성 물질, 반자성 물질, 광자기 글라스 및 광자기 단결정이며, 쉘은 코어 위에 쌓는 구조로 ZnS, ZnSe, ZnSeS, ZnTe 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 ZnS을 사용하는 것이다.

상기 양자점의 크기가 크면 섬유의 물성이 저하될 수 있으며, 방사단계에서 사절현상이 발생할 수 있으므로 상기 양자점의 크기는 450~650㎚인 것이 바람직할 것이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 전자파 저감 메타아라미드 섬유는 도 1에서와 같이 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 극성 아미드계 용매에 녹여 메타아라미드 도프(Dope)를 형성하는 도프형성단계 및 상기 도프를 응고액 속에서 방사하여 섬유화하는 방사단계로 제조하는 것으로 상기 극성 아미드계 용매에 양자점이 함유된다.

상기 도프형성단계는 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)을 중합하여 메타아라미드를 제조하는 중합공정과, 상기 중합된 메타아라미드를 극성 아미드계 용매에 녹여 혼합하는 용매 혼합공정으로 메타아라미드 도프를 형성한다.

상기 도프형성단계에서 상기 극성 아미드계 용매와 메타아라미드의 혼합율에 따라 메타아라미드 도프의 점도를 조절할 수 있는 것으로 방사에 적합하도록 상기 극성 아미드계 용매와 메타아라미드의 혼합율을 조절하는 것이 바람직할 것이다. 상기 메타아라미드 도프는 상기 극성 아미드계 용매에 5~30중량%의 메타아라미드가 함유되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10~25중량%의 메타아라미드가 함유되는 것이다.

상기 극성 아미드계 용매는 디메틸아세트아미드(Dimethyl acetamide, DMAc), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone, NMP), 디메틸포름아미드(Dimethyl formamide, DMF), 디메틸이미다졸리디논(Dimethyl imidazolidinone) 중 어느 하나의 화합물을 사용할 수 있으며, 가장 효과가 우수한 디메틸아세트아미드를 사용하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명에서는 상기 양자점은 균일한 분산을 위하여 극성 아미드계 용매에 함유되어 균일하게 분산된 후에 양자점을 함유하는 극성 아미드계 용매에 메타아라미드를 혼합하여 도프로 형성시켜 양자점을 메타아라미드 도프에 균일하게 분산시킬 수 있을 것이다.

상기 메타아라미드 도프에 함유된 양자점은 섬유화 과정에서 극성 아미드계 용매가 빠져나갈 때 같이 빠져나가므로 메타아라미드 도프에 함유되는 양자점의 함유량을 조절해야할 것이다.

상기 양자점과 메타아라미드 도프는 중량비 1:50~1:150이 되도록 양자점을 함유시키는 것이 바람직한 것으로 양자점 함유량이 너무 적으면 전자파 저감효율이 낮을 수 있으며, 양자점 함유량이 너무 높으면 메타아라미드 섬유의 물성이 저하될 수 있다.

상기 방사단계는 상기와 같이 양자점을 함유하는 메타아라미드 도프를 방사하여 메타아라미드 섬유로 섬유화하는 단계로 일반적인 메타아라미드의 습식방사를 통해 섬유화할 수 있을 것이다.

상기 메타아라미드 습식방사의 일예로, 상기 메타아라미드 도프를 아미드계 용매와 물로 구성된 20~80℃의 응고액 중에 습식방사하여 다공질의 섬유상물로 응고하고 응고액 속에서 연신과정을 통해 메타아라미드 섬유의 결정화할 수 있을 것이다.

이하 본 발명에 따른 전자파 저감 메타아라미드 섬유를 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 용매인 디메틸아세트아미드에 녹여 메타아라미드 농도가 20중량%인 메타아라미드 도프(Dope)를 형성하였다.

상기 디메틸아세트아미드에 양자점을 균일하게 분산시켰으며, 양자점은 메타라아미드 도프와 중량비 1:150이 되도록 함유시켰다.

상기 양자점은 코어-쉘 구조로 코어는 InP, 쉘은 ZnS를 사용하였으며, 약 550~600㎚ 크기의 양자점을 사용하였다.

상기 양자점이 함유된 메타아라미드 도프를 디메틸아세트아미드 45중량%, 물 55중량%의 50℃응고액 속에서 습식방사하였으며, 연신비 6배로 연신공정을 실시하여 본 발명에 따른 전자파 저감 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일하게 실시하였으나, 양자점은 메타라아미드 도프와 중량비 1:100이 되도록 함유시켜 본 발명에 따른 전자파 저감 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

실시예 3

실시예 1과 동일하게 실시하였으나, 양자점은 메타라아미드 도프와 중량비 1:50이 되도록 함유시켜 본 발명에 따른 전자파 저감 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

◈ 메타아라미드 섬유의 물성 및 전자파 차폐율

상기 실시예 1 내지 3과 양자점을 함유하지 않은 메타아리미드 섬유(비교예)를 ASTM D4935의 방법으로 전자파 차폐율을 측정하였으며, 섬도, 강도를 측정하여 표 1에 나타내었다.

구분		실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예
물성	섬도(De')	2.0	2.0	1.9	2.0
	강도(g/d)	5.1	4.8	4.0	5.5
	차폐율(dB)	32	38	41	-

표 1에서와 같이 본 발명의 전자파 저감 메타아라미드 섬유인 실시예 1 내지 3은 양자점이 함유되어 전전파 차폐율이 높은 것을 알 수 있으며, 비교예는 전자파를 차폐시키지 못하는 것을 알 수 있다.

또한, 양자점의 함유량이 높을수록 전자파 차폐율은 상승되나 강도가 저하되는 것을 알 수 있다.

Claims

메타아라미드 도프를 이용하여 섬유화되는 메타아라미드 섬유에 있어서,
상기 메타아라미드 도프에 양자점이 함유되되,
상기 양자점은 코어-쉘(Core-Shell) 구조로 코어는 인듐인(InP)으로 형성되어 전자파 저감기능을 갖는 것을 특징으로 하는 전자파 저감 메타아라미드 섬유.
제1항에 있어서,
상기 양자점의 크기는 450~650㎚인 것을 특징으로 하는 전자파 저감 메타아라미드 섬유.
제1항에 있어서,
상기 양자점과 메타아라미드 도프는 중량비 1:50~1:150인 것을 특징으로 하는 전자파 저감 메타아라미드 섬유.