KR101811653B1 - 침구류 나노섬유 원단 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 침구류 나노섬유 원단 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은, 나노섬유 웹이 적층형성되는 지지체 또는 기재를 회전시키어 동일한 면에 연속적으로 하향식 및 상향식 전기방사장치가 2개 이상 교호적으로 배치되어 있어 이로 인해 기재의 일면 상에 연속적으로 나노섬유 웹을 적층형성할 뿐 아니라, 나노섬유 웹의 양면에 기재가 적층형성되어 있는 샌드위치 구조인 침구류 나노섬유 원단에 관한 것이며, 제조공정이 간소화됨과 동시에 제조 시간을 절감할 수 있고, 나노섬유 웹의 양면에 기재가 위치하여 나노섬유 웹의 손상도 줄이는 효과를 거둘 수 있다.

Description

침구류 나노섬유 원단 제조방법{Manufacturing method of nanofiber fabric for bedclothes}
본 발명은 하향식 및 상향식 전기방사장치를 교호적으로 배치하여 나노섬유를 제조하고 이를 기재 상에 나노섬유 웹을 전기방사하여 적층형성한 이후 다시 기재를 나노섬유 웹에 적층하여 나노섬유 웹 양면에 기재가 위치되어 있는 샌드위치 구조 형태인 침구류 나노섬유 원단의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 집먼지 진드기의 크기는 약 100-300㎛이나, 집먼지 진드기의 배설물 및 사체는 약 40㎛이하의 크기로써 육안으로 구분하기에 그 크기가 매우 작다. 그만큼 침구류 내에 침투하여 번식할 가능성이 높아지고 세탁으로도 제거되지 않는 등 여러 가지 문제점이 있다. 집먼지 진드기의 경우는 집 내부의 유해한 환경을 조성함으로서 아토피, 비염, 천식 등과 같은 질병을 야기시키는 문제가 있다. 진드기의 배설물이나 사체 잔해는 사람의 호흡기로 들어가거나 피부에 닿게 되면 알레르게 질병을 일으키기도 한다. 침구류, 특히 이불 등의 경우는 진드기와 같은 균의 번식에 적합한 환경을 제공하고 있는 점에서 침구류를 깨끗하게 관리할 필요가 대두되고 있다.
이를 위해 침구류 상에 나노섬유를 이용하는 이용함으로서 균의 번식을 차단하고자 하는 노력이 잇따라 왔다. 침구류에 사용되는 침구류 나노섬유 원단을 제조함에 있어서, 기존의 상향식 전기방사 장치에 의한 나노섬유를 제조하는 경우 상향식에 따른 생산 속도 및 생산량이 낮아지는 문제가 있었다.
또한, 종래의 나노섬유를 방사하는 기술의 경우, 실험실 위주의 소규모 작업 라인으로 한정되어 있기 때문에 방사구간을 구획하여 유닛 개념으로 나노섬유를 방사하는 기술이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 하향식 전기방사장치와 상향식 전기방사장치를 교대로 설치하여 방사용액을 분사하고, 전기방사장치 사이에 회전장치를 구비함으로서 지지체 또는 기재의 일면에 연속적으로 나노섬유 웹이 적층시킨 이후, 상기 연속적으로 적층된 나노섬유 웹 상에 기재를 적층시켜 나노섬유 웹 양면에 기재가 적층되어 있는 구조를 지닌 침구류 나노섬유 원단을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에서는 상향식 전기방사장치의 이점인 고품질의 나노섬유 웹 생산과 하향식 전기방사장치의 이점인 대량생산이 가능한 나노섬유 제조장치를 이용하여 침구류 나노섬유 원단을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 지지체 상에 제1 기재를 준비하는 단계; 상기 제1 기재의 일면에 하향식 전기방사장치로 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층형성하는 단계; 상기 제1 기재 상에 적층된 나노섬유 웹 상에 상향식 전기방사장치로 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 연속적으로 적층형성하는 단계; 및 상기 적층형성된 나노섬유 웹 상에 제2 기재를 적층하고 라미네이팅하는 단계;를 포함하고, 상기 하향식 전기방사장치로 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층형성하는 단계와 상향식 전기방사장치로 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층형성하는 단계가 교호적으로 2단계 이상으로 구성되며, 상기 각 전기방사장치에 의해 나노섬유 웹을 적층형성하는 단계 사이에 지지체가 회전장치를 지나면서 상부면이 하부면으로 180도 회전되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 침구류 나노섬유 원단의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면 상기 각 나노섬유 웹의 총 평량은 0.1g/m2 이상 1.0g/m2 미만이고, 상기 제1 기재 및 제2 기재는 셀룰로오스 기재, 합성 기재, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재, 이성분 기재 및 열가소성 폴리우레탄 기재로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이며, 상기 각 고분자 방사용액은 동일한 물질이며, 폴리우레탄 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면 상기 각 고분자 방사용액은 항균성 물질을 포함하고, 상기 각 나노섬유 웹은 지지체의 길이방향 또는 폭방향으로 동일 평면 상에 평량이 상이하며, 상기 나노섬유 웹을 연속적으로 적층형성하는 단계 이후에 상기 나노섬유 웹이 적층형성된 지지체를 지지체로부터 분리시키고, 별도에 기재 상에 위치시키고 라미네이팅하는 단계를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침구류 나노섬유 원단의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면 상기 각 고분자 방사용액은 온도조절 장치를 통하여 45 내지 120℃의 온도에서 전기방사되는 것을 특징으로 하는 침구류 나노섬유 원단 제조방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 나노섬유 웹이 적층형성되는 지지체를 회전시키어 동일한 면에 연속적으로 하향식 및 상향식 전기방사장치에 의해 나노섬유 웹을 제조하여 침구류 나노섬유 원단의 제조공정이 간소화됨과 동시에 제조 시간을 절감할 수 있다는 효과를 거둘 수 있다.
또한 제조되는 침구류 나노섬유 원단의 구조는 나노섬유 웹의 양면에 기재가 위치하고 있는 샌드위치 구조의 형태를 띠고 있어 나노섬유 웹의 손상이 직접적으로 발생하지 않으며 기재 양면에 침구류 원단을 추가적으로 적층하는 것이 가능한 이점이 있다.
그리고, 본 발명은 지지체를 회전시키는 회전장치를 각 전기방사장치 사이에 설치시킴으로서 전기방사 장치의 설치시 공간활용을 평면상에 수평방향으로 또는 수직으로 배치되는 층층으로 설치가 가능함에 따라 공간활용이 용이함과 동시에 설치공간에 여유가 있는 효과가 있다. 다시 말해, 협소한 공간에서도 전기방사장치의 설치 및 가동이 가능하고 침구류 나노섬유 원단의 대량생산이 가능한 효과를 거둘 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치를 개략적으로 나타내는 측면도,
도 2는 본 발명의 나노섬유 제조장치의 각 전기방사장치 내에 설치되는 노즐블록을 개략적으로 나타내는 평면도,
도 3은 본 발명의 나노섬유 제조장치의 각 전기방사장치 내에 설치되는 노즐블록 내에 온도조절을 위한 열선이 설치된 모습을 개략적으로 나타내는 정단면도,
도 4는 도 3의 A-A’선 단면도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 나노섬유 제조장치의 회전장치의 일 실시예로 사용되는 플립장치를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명의 노즐블록의 관체가 CD 방향으로 On-Off되는 상태를 나타내는 평면도,
도 8은 도 7과 같은 노즐블록 내 노즐에 작동에 따른 CD 방향으로 평량이 상이한 전기방사가 진행되는 작업과정을 나타내는 평면도,
도 9는 본 발명의 노즐블록 내 노즐블록 내 노즐에 작동에 따른 MD 방향으로 평량이 상이한 전기방사가 진행되는 작업과정을 나타내는 평면도,
도 10은 본 발명의 나노섬유 제조장치를 수직방향으로 배치한 경우의 배치도를 개략적으로 나타낸 측면도,
도 11은 본 발명의 나노섬유 제조장치를 수평방향에 대해 U자로 배치한 경우의 배치도를 개략적으로 나타낸 조감도이다.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치를 개략적으로 나타내는 측면도이고, 도 2는 본 발명의 나노섬유 제조장치의 각 전기방사장치 내에 설치되는 노즐블록을 개략적으로 나타내는 평면도이며, 도 3은 본 발명의 나노섬유 제조장치의 각 전기방사장치 내에 설치되는 노즐블록 내에 온도조절을 위한 열선이 설치된 모습을 개략적으로 나타내는 정단면도이고, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 나노섬유 제조장치에서 사용되는 회전장치(20)의 일 실시예인 플립장치(20-1)를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명의 노즐블록의 관체가 CD 방향으로 On-Off되는 상태를 나타내는 평면도이며, 도 8은 도 7과 같은 노즐블록 내 노즐에 작동에 따른 CD 방향으로 평량이 상이한 전기방사가 진행되는 작업과정을 나타내는 평면도이고, 도 9는 본 발명의 노즐블록 내 노즐블록 내 노즐에 작동에 따른 MD 방향으로 평량이 상이한 전기방사가 진행되는 작업과정을 나타내는 평면도이며, 도 10은 본 발명의 나노섬유 제조장치를 수직방향으로 배치한 경우의 배치도를 개략적으로 나타낸 측면도이고, 도 11은 본 발명의 나노섬유 제조장치를 수평방향에 대해 U자로 배치한 경우의 배치도를 개략적으로 나타낸 조감도이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치(1)는 하향식 전기방사장치(10) 및 상향식 전기방사장치(30)를 포함하여 구성되되, 상기 하향식 전기방사장치(10) 및 상향식 전기방사장치(30)가 일정간격 이격되어 배열설치된다.
여기서 상기 하향식 전기방사장치(10)와 상향식 전기방사장치(30)는 고분자 방사용액(미도시)이 내부에 충진되는 방사용액 주탱크(11,31) 내의 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(15,35)이 다수개 배열설치되는 노즐블록(13,33)과 상기 노즐(15,35)의 상단(상향식 전기방사장치의 경우) 및 하단(하향식 전기방사장치의 경우)에 위치하여 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(15,35)로부터 일정간격 이격되는 컬렉터(17,37) 및 상기 컬렉터(17,37)에 전압을 발생시키기는 전압 발생장치(14)를 포함하여 구성된다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치(1)는 상기 하향식 전기방사장치(10) 및 상향식 전기방사장치(30)의 방사용액 주탱크(11,31) 내에 충진되는 방사용액이 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐(15,35) 내의 연속적으로 정량 공급되고 노즐(15,35)로 공급되는 고분자 방사용액은 노즐(15,35)을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(17,37) 상에 방사, 집속되어 나노섬유 웹을 형성하며, 형성된 나노섬유를 엠보싱 또는 니들펀칭하여 부직포로 제조한다.
한편, 상기 각 전기방사장치에서 노즐(15,35)이 배치되어 있는 노즐블록(13,33)은 각 관체(112) 내에 온도조절장치(60)가 구비된다. 즉, 상기 각 전기방사장치(10,30) 내에 설치되되, 다수개의 노즐(15,35)로 고분자 방사용액이 공급되는 노즐블록(13,33)의 관체에 고분자 방사용액의 온도를 조절하기 위한 온도조절장치가 구비된다. 여기서, 상기 노즐블록(13,33) 내의 고분자 방사용액의 흐름은 고분자 방사용액이 저장되는 방사용액 주탱크(11,31)로부터 방사용액 유동파이프(미도시)를 통하여 각 관체로 공급된다. 그리고 각 관체에 공급되는 고분자 방사용액은 다수의 노즐(15,35)을 통해 방사 및 토출되어 나노섬유 웹의 형태로 지지체(3)에 집적된다. 이때 각 관체 및 상기 관체의 상부에 길이방향으로 일정간격 이격되어 다수개로 장착되는 노즐(15,35)은 도전부재로 이루어져 전기적으로 접속된 상태로 관체에 장착된다. 여기서 상기 온도조절장치(60)는 각 관체로 공급 및 유입되는 고분자 방사용액의 온도조절을 제어하기 위하여 상기 관체의 내주연에 열선(113) 형태로 구비된다. 즉, 도 3 내지 도 5에서 도시하고 있는 바와 같이 상기 노즐블록(13,33)의 관체 내주연에 열선으로 이루어지는 온도조절장치(60)가 노즐블록(13,33)의 관체 내주연에 나선상으로 형성되어 관체로 공급 및 유입되는 고분자 방사용액의 온도를 조절한다. 본 발명에서는 상온에서 방사하는 것이 일반적이나, 바람직하게 45 내지 120℃인 고온에서 방사하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 노즐블록(13,33)의 관체 내주연에 열선으로 이루어지는 온도조절장치(60)가 나선상으로 구비되어 있으나, 상기 온도조절장치(60)가 열선 형태로 형성되되, 상기 관체의 내주연 방사상에 길이방향으로 다수개 구비되어 고분자 방사용액의 온도를 조절하도록 이루어지는 것도 가능하고, 상기 온도조절장치(60)가 대략 C형태의 판체형상으로 형성되되, 상기 관체의 내주연에 구비되어 고분자 방사용액의 온도를 조절하도록 이루어지는 것도 가능하다.
한편, 상기 나노섬유 제조장치(1)의 전단에는 하향식 전기방사장치(10)가 배치되고 후단에는 상향식 전기방사장치(30)가 배치되고 각 전기방사장치에서 고분자 방사용액이 분사되어 나노섬유 웹이 적층형성되는 지지체(3)를 공급하는 공급롤러(5)가 구비되고, 나노섬유 제조장치(1)의 최후단에는 나노섬유가 적층형성되는 지지체(3)를 권취하기 위한 권취롤러(9)가 구비된다.
본 발명에서는 하향식 전기방사장치(10)와 상향식 전기방사장치(30)가 교호적으로 2개 배치되어 있으나, 3개 이상으로 배치되어 하향식 전기방사장치, 상향식 전기방사장치 및 하향식 전기방사장치의 순서대로 배치되는 것이 가능하다.
여기서, 상기 하향식 전기방사장치(10) 및 상향식 전기방사장치(30)의 고분자 방사용액이 적층되는 지지체(3)는 부직포 또는 직물 등으로 이루어지는 것이 바람직하나 이에 한정하지 아니하고, 지지체(3)를 기재 또는 원단으로 직접 이용하는 것도 가능하다.
상기 기재로는 셀룰로오스, 합성기재(Synthetic Substrate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재, 이성분 기재, 열가소성 폴리우레탄(TPU) 기재 등을 사용하는 것이 가능하다. 이성분 기재는 용융점이 다른 두가지 성분이 결합된 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 가장 바람직하다. 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 이성분 기재는 시스-코어형(Sheath-Core), 사이드 바이 사이드(Side-by-Side), 씨타입(C-Type) 등으로 구분될 수 있다. 이 중 시스-코어형 이성분 기재의 경우에는 시스 부분이 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트이며, 코어부분은 일반적인 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성되어 있다. 여기서 시스부분은 약 10 내지 90 중량%이고, 코어는 약 90 내지 10 중량%로 이루어져있다. 시스 부분은 바인더 섬유의 바깥 표면을 형성하는 열적 결합제로서 작용하며, 약 80 내지 150℃의 융점을 갖고, 코어는 약 160 내지 250℃의 융점을 갖는다. 본 발명에서 일 실시예로 사용되는 시스코어형 이성분 기재는 시스부분에 통상의 융점 분석기기로 융점이 나타나지 않는 비결정성 폴리에스테르 공중합체를 포함하며, 코어성분으로는 바람직하게 상대적으로 고융점 성분을 사용하는 열접착성 복합섬유이다.
시스부분에 포함되는 폴리에스테르 공중합체는 50 내지 70몰%가 폴리에틸렌 테레프탈레이트 단위로 되어 있는 공중합 폴리에스테르이다. 30 내지 50몰%는 공중합 산성분으로는 이소프탈산이 바람직하나, 그 외에도 통상의 디카르복실산은 모두 가능하다.
코어 성분으로 사용하는 고융점 성분으로는 융점이 160℃ 이상인 폴리머가 적합하며, 그 사용가능한 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체 및 폴리프로필렌 등이 있다.
이성분 기재의 평량은 10 내지 50g/m2인 것이 바람직하며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재의 평량은 50 내지 300g/m2인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 가장 바람직한 예로는 열가소성 폴리우레탄 기재(Thermoplastic PolyUrethane, TPU)를 사용하는 것이 바람직하다. TPU 기재는 멜트블로운 방식으로 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 가장 바람직한 예로는 열가소성 폴리우레탄 기재(Thermoplastic PolyUrethane, TPU)를 사용하는 것이 바람직하다. TPU 기재는 멜트블로운 방식으로 제조되는 것이 바람직하다.
먼저 폴리우레탄은 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate)와 폴리알콜(Polyalcohol)의 반응에 의해 만들어지는 우레탄 결합의 폴리머이다. 폴리우레탄은 탄성, 내마모성, 가공성이 우수하여 산업 및 소비재, 부품 등에 다양하게 사용되는데, 폴리우레탄의 종류에 따라 그 물성의 차이가 있으므로 용도에 맞는 제품의 선택이 중요하다.
폴리우레탄은 크게 2가지로 구분되는데, 열가소성 폴리우레탄과 열경화성 폴리우레탄으로 나뉘는데, 여기서 열가소성 폴리우레탄의 경우 강도, 성형성, 내화학성, 내유성, 내마모도 등이 우수한 특징이 있다. 열가소성 폴리우레탄(이하 "TPU"라 칭함)로 이루어진 신축성 부직포는, 그들의 높은 탄성, 낮은 잔류왜곡 및 우수한 통기성에 의해 의류, 위생재료 및 스포츠용품용 재료를 포함한 용도에 이용되어 왔다
상기 열가소성 폴리우레탄의 제조방법은 잘 알려져 있다. 즉, 폴리에스테르폴리올 또는 폴리에테르폴리올과 같은 하이드록시 말단기를 함유하는 선형 폴리올과, 양 말단에 이소시아네이트기를 함유하는 디이소시아네이트 화합물을 반응시켜 제조되며, 필요에 따라 사슬연장제, 모노아민 화합물 등의 말단정지제, 기타 첨가제를 첨가하여 제조된다.
폴리올로는 선형상의 호모 또는 공중합체로 이루어지는 각종 디올, 예를 들어 폴리에스테르디올, 폴리에테르디올, 폴리에스테르아미드디올, 폴리아크릴디올, 폴리티오에스테르디올, 폴리티오에테르디올, 폴리카보네이트디올, 또는 이들의 혼합물 또는 공중합체가 사용될 수 있다. 보다 구체적인 예로는 폴리옥시에틸렌글리콜, 폴리옥시프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 테트라메틸렌기와 3-메틸테트라케틸렌기로 이루어진 공중합 폴리에테르글리콜 등의 폴리알킬렌에테르글리콜을 예시할 수 있다.
하드 세그먼트 역할을 하는 디이소시아네이트 화합물로는 방향족, 지방족 또는 지환족 디이소시아네이트가 사용되는데, 예를 들러 4,4'디페닐케탄디이소시아네이트, 1,3- 및 1,4-시클로헥실렌디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트, 트리메틸렌디이소시아네이트, 테트라메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
사슬연장제로는 디아민 화합물 또는 디올 화합물을 들 수 있으며, 예를 들어 메틸렌디아민, 에탄올디아민, 1,2-프로필렌디아민 등의 디아민 화합물과, 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜 등의 디올 화합물이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
말단정지제로는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 디이소프로필아민과 같은 모노아민계 화합물을 들 수 있다.
한편, 열가소성 폴리우레탄의 수평균 분자량은 1,000∼100,000인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 기재로서 이러한 열가소성 폴리우레탄을 부직포 기재로 사용하는 것에 특징이 있는데, 먼저, 부직포는 웹(섬유를 거듭해 맞춘 상태)를 제작하여 섬유끼리 물리적화학적으로 포장에 얽히게 할 수 있어 제조한다.
일반적인 부직포의 제조공정은 웹 형성과 웹 결합공정을 거치게 된다. 일반적인 공정은 단섬유 부직포에만 사용되며, 장섬유 부직포는 방사에 의한 필라멘트를 사용하므로 이 공정은 필요치 않다. 부직포의 경우 압축된 베일(Bale) 상태로 입고되므로 부직포를 만들기 위해서는 압축된 섬유들의 과정을 거쳐야한다. 웹의 형성공정은 부직포를 만들기 위해서 반드시 필요한 공정으로, 건식 부직포는 웹의 형성을 대기 중에서 행하는데 반하여 습식 부직포는, 섬유를 분산시켜 이것을 떠올림으로써 웹을 얻는다. 따라서 건식부직포는 섬유의 배열이 방향성을 갖는 것이 대부분이나, 습식부직포는 섬유가 랜덤한 불규칙 배열을 이룬다. 그러나 건식부직포에도 랜덤 카드기의 개발로 용도에 따라 방향성이 없는 웹을 얻을 수 있다.
웹을 형성하는 방법으로서 원료 펠렛(pellet)으로부터 용해 방사를 제작한 장섬유를 사용하는 스펀본드법, 단섬유를 카드기 등에서 일정 방향으로 늘어놓아 웹을 형성하는 건식법, 분산제등을 사용 해 수중에 균일 분산해, 망상에 흘려 탈수해 웹을 형성하는 습식법등이 있다.
또한 섬유끼리를 얽히게 할 수 있는 방법에는, 웹에 열용해성 섬유를 혼합해 , 열롤로 압착하는 서멀 본드법, 바인더(접착수지방)으로 결합시키는 케미컬 본드법, 니들(바늘)의 바브(미소한 돌기)로 섬유끼리를 얽히게 할 수 있는 니들펀치법, 섬유를 제조할 때 고압의 공기로 필라멘트에 충격을 주어 랜덤하게 웹을 형성시키며 0.5 내지 30미크론 직경의 웹을 제조할 수 있는 멜트블로운법등이 있다.
이 중 본 발명에 사용되는 열가소성 폴리우레탄 기재는 상기 방법 중 멜트블로운법, 스펀본드 법 및 니들펀치법에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 멜트블로운(Meltblown)법의 원리는 열가소성 수지에 의한 용융방사법으로서 방사 노즐의 출구에 고온 및 고압의 공기류를 유입하여 섬유를 연신 및 개섬한 다음 포집 콘베이어 상에 집적시키는 방식이다. 이 방법에 의한 부직포는 유연성, 비투과성, 절연성이 우수한 이점이 있다.
한편 스판본드(Spunbond)법은 원료를 방사하여 열에 의해 자체 접착하여 부직포를 형성하는 방식이다. 주료 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 방사하여 열에 의하여 자체 접착하여 웹을 형성하는 기술로서, 원단 설계가 용이한 이점이 있다.
또한 니들펀치법의 경우는 섬유를 특수바늘을 이용하여 물리적으로 웹을 결합시켜 제조하며 바늘의 펀칭 회수나 바늘의 밀도에 의하여 제품의 두께 등을 다양화하는 것이 가능한 이점이 있다.
이와 같은 부직포 제조방법에 의해 제조된 열가소성 폴리우레탄 부직포는 본 발명에 사용되는 기재로 사용하는 것이 바람직하다. 기재의 평량으로는 10 내지 150g/m2인 것이 바람직한데, 평량이 10g/m2 미만이면 기재로서의 물성이 떨어지며, 평량이 150g/m2를 초과하면 강성도(stiffness)가 높아 가공성이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 열가소성 폴리우레탄 부직포는 소수성 또는 친수성의 성질을 띠는 것이 가능하고, 색 도입도 가능하며, 열가소성의 특징을 통해 고온의 라미네이팅 환경에서 부분적으로 용융될 수 있어서 별도의 접착제 없이 접착 역할을 하는 것이 가능한 이점이 있다.
이때, 상기 하향식 전기방사장치(10)와 상향식 전기방사장치(30)는 컬렉터(17,37)를 기준으로 그 하, 상방향으로 상호 대칭되게 각각 배열설치된다. 즉, 상기 하향식 전기방사장치(10)는 컬렉터(17)가 노즐(15)의 상단에 위치하고, 상기 상향식 전기방사장치(30)는 컬렉터(37)가 노즐(35)의 하단에 위치한다.
한편, 상기 각 컬렉터(17,37)의 양 단부에는 이송롤러(7)가 각각 구비되고, 상기 각 이송롤러(7)를 통하여 각 컬렉터(17,37)에 집적되어 나노섬유가 적층형성되는 지지체(3)가 수평방향으로 이송된다. 즉, 상기 하향식 전기방사장치(10)의 노즐(15)에서 분사되는 고분자 방사용액을 컬렉터(17)의 지지체(3)상에 적층형성시켜 제조된 나노섬유를 상향식 전기방사장치(30)의 컬렉터(37) 상으로 수평이동시킴과 상기한 공정을 반복적 및 연속적으로 진행하기 위한 이송롤러(7)가 상기 각 컬렉터(17,37)의 양 단부에 각각 구비된다.
한편, 본 발명에서는 하향식 전기방사장치(10)와 상향식 전기방사장치(30) 사이에 회전장치(20)가 구비되는 것을 특징으로 한다. 상기 회전장치(20)는 전기방사장치 사이에 위치되어 지지체(3)를 180도 회전시켜 후단에 위치한 전기방사장치에서는 지지체의 상부면은 하부면으로, 하부면은 상부면이 되도록 회전시키기 위한 장치이다.
도 5 및 6은 회전장치의 일 실시예로 사용되는 플립장치(20-1)를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 구체적으로 도 5는 플립장치(20-1)의 초기 동작과정을 나타낸 단면도이며, 도 6은 플립장치(20-1)의 후기 동작과정을 나타낸 단면도이다.
상기 회전장치의 일 실시예로 사용되는 플립장치(20-1)는 내부에 중공을 갖는 원통형상체로 형성되고 그 중심부에서 수평방향 양 측 내주연 상에 지지체(3)의 양 단부가 삽입되기 위한 가이드홈을 갖는 좌, 우측 가이드 부재(21,21)가 각각 내향돌출되게 형성된다. 이 때 상기 플립장치(20-1)의 내주연에 내향돌출되게 형성되는 좌,우측 가이드부재(21,21) 중 좌측 가이드부재(21)는 내주연을 따라 상방향으로 연장형성된후 다시 하방향으로 연장형성되도록 나선상으로 회전되어 우측 가이드 부재(21)의 최초 위치 및 방향에 위치하고, 우측 가이드부재(21)는 내주연을 따라 하방향으로 연장형성된 후 다시 상방향으로 연장형성되도록 나선상으로 회전되어 좌측 가이드부재(21)의 최초 위치 및 방향에 위치한다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 플립장치(20-1)의 내주연에 내향돌출되게 형성되는 좌, 우측 가이드부재의 각 가이드홈(22,22)으로 삽입된 지지체의 일측 단부 및 타측 단부가 좌, 우측 가이드부재(21,21)를 가이드되면서 플립장치(20-1)의 내주연을 상호 대향되게 나선상으로 180도 회전됨으로써 지지체(3)의 상, 하부면이 역전된다.
본 발명에서는 전기방사장치 사이에 위치하고 전기방사된 나노섬유 웹을 180도 회전시키는 회전장치(20)로 플립장치(20-1)를 사용하고 있으나, 이에 한정하지 아니하고 변형적으로 비틀림 롤러를 구비한 장치나 비틀림 롤러에 의해 지지체의 진행방향으로 90도 굴곡하도록 회전시키는 장치가 사용되는 것도 가능하다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 하향식 전기장치(10)의 방사용액 주탱크(11) 내에 충진된 고분자 방사용액이 노즐(15)을 통하여 컬렉터(17)의 지지체(3) 상에 분사되고, 상기 컬렉터(17)의 지지체(3) 상에 분사된 고분자 방사용액이 집적되면서 나노섬유를 형성한 후 나노섬유 웹이 적층형성된 지지체(3)는 회전장치(20)에 의하여 하향식 전기방사에 의해 나노섬유 웹이 적층형성된 지지체(3)의 상부면이 하부면으로 180도 회전된다. 그 이후 이송롤러(7)를 통하여 상향식 전기방사장치(30)의 컬렉터(37) 상으로 이송되고, 상기 컬렉터(37) 상으로 이송된 나노섬유가 적층된 지지체(3)에 상기 하향식 전기방사장치(30)의 방사용액 주탱크(31) 내에 충진된 고분자 방사용액이 노즐(35)을 통하여 전기방사되어 상기한 과정을 연속적 및 반복적으로 수행한다.
최후단에 위치한 전기방사장치 이후에 라미네이팅 장치 이전에 기재를 나노섬유 웹 상에 위치시키고 함께 라미네이팅 함으로서 최종적으로 제품을 완성한다.
최종적으로 완성된 제품은 나노섬유 웹의 양면에 기재가 위치되어 샌드위치 구조를 지니고 있는 침구류 나노섬유 원단 최종 제품이 제조된다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치(1)의 하향식 전기방사장치(10), 회전장치(20) 및 상향식 전기방사장치(30)를 통과하면서 제조되는 나노섬유는 지지체(3)에 상기 하향식 전기방사장치(10) 및 상향식 전기방사장치(30)의 각 노즐(15,35)을 통하여 고분자 방사용액이 분사되어 컬렉터(17,37) 상의 지지체(3)의 일면에 나노섬유 웹이 연속적으로 적층형성되는 등 하향식 전기방사장치(10) 및 상향식 전기방사장치(30)의 노즐(15,35)에서 분사되는 고분자 방사용액이 적층되어 나노섬유 웹이 다수 층으로 형성됨으로써 최종 나노섬유 제품이 제조된다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 하향식 전기방사장치의 전압을 상향식 전기방사장치의 전압보다 높게 적용하여 상기 하향식 전기방사장치(10)에 의해 제조된 나노섬유 웹의 직경이 상기 상향식 전기방사장치(30)에 의해 제조된 나노섬유 웹의 직경보다 가늘게 제조하는 것이 가능하다.
한편 여기서, 상기 하향식 전기방사장치(10) 및 상향식 전기방사장치(30)의 각 방사용액 주탱크(11,31)에 동일한 종류의 고분자 방사용액을 충진시키거나, 각기 다른 종류의 고분자 방사용액을 충진시킴으로써 상기 나노섬유 제조장치(1)를 통하여 제조되는 나노섬유를 특성에 따라 다양하게 제조할 수 있다.
그러나, 본 발명에서는 상기 하향식 전기방사장치(10)에서 분사되는 고분자 방사용액과 상향식 전기방사장치(30)에서 분사되는 고분자 용액이 동일한 종류의 고분자 방사용액으로 이루어지는 것이 특징이다.
여기서, 상기 고분자 방사용액으로는 별도로 제한받지 아니하나, 예를 들면 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴플루라이드, 나일론, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리우레탄(PUR), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), 폴리비닐부틸랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리올레핀, 폴리유산(PLA), 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리유산글리롤산(PLGA), 실크, 셀룰로오스, 키토산 등이 있으며, 그 중 폴리프로필렌(PP)재질의 소재와 내열성 고분자 물질인 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리 비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]과 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등의 폴리머로 이루어진 군이 상용적으로 사용되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 나일론으로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고분자 방사용액은 전기방사가 가능한 합성수지 재질인 고분자를 적당한 용매에 용해시킨 용액으로서, 용매의 종류 또한 폴리머를 용해시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않는다. 예를 들면, 페놀, 포름산, 황산, m-크레솔, 티플루오르아세트앤하이드라이드/다이클로로메테인, 물, N-메틸모폴린 N-옥시드, 클로로폼, 테트라히드로푸란과 지방족 케톤군인 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 지방족 수산기 군인 m-부틸알콜, 이소부틸알콜, 이소프로필알콜, 메틸알콜, 에탄올, 지방족 화합물인 헥산, 테트라클로로에틸렌, 아세톤, 글리콜군으로서 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 할로겐 화합물군으로 트리크롤로에틸렌, 다이클로로메테인, 방향족 화합물 군인 톨루엔, 자일렌, 지방족 고리 화합물군으로서 사이클로헥사논, 시클로헥산과 에스테르군으로 n-부틸초산염, 초산에틸, 지방족에테르군으로 부틸셀로살브, 아세트산2-에톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 아미드로 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등을 사용할 수 있으며, 복수 종류의 용매를 혼합하여 이용할 수 있다. 고분자 방사용액에는 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유하는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.
본 발명에서는 고분자 방사용액에 항균제와 같은 첨가제를 함유하는 것이 바람직한데, 고분자 방사용액이 전기방사될 때 항균제를 함께 방사함으로서 침구류 나노섬유 원단의 문제점인 균 번식을 방지하는 것이 가능하다.
항균제는 크게 유기 항균제와 무기 항균제로 나눌 수 있다. 유기 항균제는 주로 액상상태로 되어 있으며, 단시간에 항균력을 필요로 하는 제품에 첨가된다. 유기 항균제는 일시적으로는 항균력이 무기 항균제에 비해 높으나 항균력 지속성은 매우 짧다. 그리고, 내성균을 발생시킬 우려와 함께 급성독성이 높기 때문에 인체 안전성에 문제점이 나타나고 있다. 이러한 문제점으로 유기 항균제는 그 사용 영역이 축소되고 있다.
무기 항균제는 주로 제올라이트, 인산칼슘, 인산지르코늄, 실리카겔 등과 같은 무기물에 항균작용을 하는 금속이온인 은, 아연, 구리 등을 치환시켜 만든 제품으로 현재 대부분의 플라스틱제품, 종이, 섬유 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 무기 항균제는 일시적인 항균력은 유기 항균제보다는 낮지만 인체 안전성이 높고, 내성균이 나타나지 않으며, 항균지속기간도 거의 반영구적이므로 그 사용영역이 확대되고 있는 추세이다.
이 무기 항균제는 주로 제올라이트계, 인산칼슘계, 인산지르코늄계 형태가 시판되고 있는데, 그 중 가장 많이 사용되는 것은 제올라이트계 무기 항균제이다.
인산칼슘계열의 무기 항균제는 제올라이트계 무기항균제와 비교하여 치환되는 금속이온의 농도가 낮아 항균력이 제올라이트계보다 낮은 단점이 있으며, 인산지르코늄계 무기 항균제는 또한 항균력이 낮고, 단가가 높으며, 항균제 입자의 경도가 높은 단점을 가지고 있다.
이에 비해 제올라이트계 무기 항균제는 다른 항균제에 비해 변색문제가 없고, 항균력이 높고, 입자 경도가 낮은점 등 여러 가지 장점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 현재 가장 많이 적용되어진 항균제이기 때문에 적용방법이나 안전성 문제에서 탁월한 항균제이다.
상기와 같은 항균제를 고분자 방사용액에 첨가하여 방사함으로 항균 특성을 지닌 침구류 나노섬유 원단을 제조하는 것도 가능하다.
또한 본 발명에서는 이때, 상기 하향식 전기방사장치(10)의 방사용액 주탱크(11)에 충진되는 고분자 방사용액과 상향식 전기방사장치(30)의 방사용액 주탱크(31)에 충진되는 고분자 방사용액의 종류를 동일하게 하거나 상이한 종류로 하는 것이 특징이다.
한편, 본 발명의 각 노즐블록(13,33)은 다수개의 노즐(15,35)이 선형으로 구비되는 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)가 노즐블록에 기재의 길이방향 또는 폭방향으로 다수개 배열설치되고, 상기 각 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)는 방사용액 주탱크(11,31)에 연결되어 상기 방사용액 주탱크(11,31) 내에 충진된 고분자 방사용액이 공급된다.
여기서, 상기 각 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)는 방사용액 주탱크(11,31)에 공급배관(미도시)으로 연결되되, 상기 공급배관은 다수개의 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)와 방사용액 주탱크(11,31)를 연결하기 위하여 다수개로 분기형성된다.
이때, 상기 방사용액 주탱크(11,31)에서 각 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 연설되는 공급배관에는 공급량 조절수단(도번 미도시)이 구비되되, 상기 공급량 조절수단은 밸브로 이루어진다.
이렇게 상기 방사용액 주탱크(11,31)에서 각 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 연설되는 공급배관에 밸브가 각각 구비되고, 상기 각 밸브에 의하여 방사용액 주탱크(11,31)에서 각 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어되는 on-off 시스템에 의해 제어된다.
즉, 상기 공급배관을 통하여 방사용액 주탱크(11,31)에서 각 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액의 공급 시 상기 방사용액 주탱크(11,31)와 각 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 연설하는 공급배관에 구비되는 밸브의 개, 폐에 의해 노즐블록(13,33)에 배열설치되는 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 특정위치의 관체(112b, 112d, 112f, 112g, 112h, 112i)에만 선택적으로 고분자 방사용액을 공급하는 등 상기 밸브(212, 213, 214, 233)의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크(11,13)에서 각 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어된다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 방사용액 주탱크(11,31)와 각 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)를 연설하되, 분기형성되는 공급배관에 밸브가 각각 구비되어 방사용액 주탱크(11,31)에서 각 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 고분자 방사용액의 공급 시 다수개의 밸브 중 특정 밸브를 개방하여 노즐블록(13,33)에 배열설치되는 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i) 중 특정위치의 관체(112b, 112d, 112f, 112g, 112h, 112i)에만 고분자 방사용액을 공급하거나, 특정 밸브를 폐쇄하여 노즐블록(13,33)에 배열설치되는 관체 중 특정위치의 관체(112a, 112c, 112e)에만 고분자 방사용액의 공급을 차단하는 등 상기 밸브의 개, 폐에 의해 방사용액 주탱크(11,31)에서 각 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 조절 및 제어된다.
즉, 상기 공급배관과 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에 구비되는 각 노즐(15,35)은 연설되되, 상기 공급배관은 노즐(15,35)의 갯수와 대응되게 분기형성된다.
상기 방사량 조절수단은 밸브로 이루어진다. 이렇게, 상기 방사량 조절수단으로 밸브가 구비됨으로써 상기 밸브의 개, 폐에 의하여 공급배관에서 각 노즐(15,35)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급이 개별적으로 제어되고, 상기 밸브는 제어부(미도시)에 제어가능하게 연결되되, 상기 밸브의 개, 폐가 제어부에 의해 자동으로 제어되는 것이 바람직하나, 현장상황 및 작업자의 요구에 따라 상기 밸브의 개, 폐가 수동으로 제어되도록 이루어지는 것도 가능하다.
본 발명에서는 상기 방사량 조절수단이 밸브로 이루어져 있으나, 공급배관에서 노즐(15,35)로 공급된 후 방사되는 고분자 방사용액의 방사량의 조절 및 제어가 용이하다면 상기 방사량 조절수단은 기타 다양한 구조 및 수단으로 이루어지는 것도 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
본 발명에서는 상기 공급배관에 밸브가 구비되어 상기 방사용액 주탱크(11,31)에서 노즐블록(13,33)의 각 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)로 공급되는 고분자 방사용액의 공급량을 조절 및 제어함과 동시에 상기 공급배관에 밸브가 구비되어 상기 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)에서 공급되어 각 노즐(15,35)을 통하여 전기방사되는 고분자 방사용액의 방사량을 조절 및 제어함으로써 상기 관체(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i)의 각 노즐(15,35)에서 전기방사되는 고분자 방사용액에 의해 지지체(3)의 폭방향 또는 길이방향에 고분자 종류 또는 평량이 상이한 나노섬유 웹을 적층형성하도록 이루어져 있다.
본 발명에 제조되는 나노섬유 웹은 폭방향 즉 CD방향 또는 횡방향으로 평량이 상이하거나 길이방향 즉 MD방향으로 평량이 상이하게 전기방사되어 적층되는 것을 특징으로 한다. CD방향은 Cross Direction로서 MD방향(Machine Direction)의 직각 방향을 의미하는데, MD방향은 길이방향/종방향을, CD방향은 폭방향/횡방향을 지칭하기도 한다.
한편, 평량(Basis Weight or Grammage)은 단위 면적당 질량, 즉 바람직한 단위로서 제곱미터당 그램(g/㎡)으로 정의된다.
본 발명의 침구류 나노섬유 원단의 제조에 있어서, 총 적층되는 나노섬유 웹의 평량은 0.1g/m2 이상 20.0g/m2 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.1g/m2 이상 1.0g/m2 미만인 것이 특징이다. 여기서 총 나노섬유 웹의 평량이 0.1g/m2 미만이거나 1.0g/m2인 경우 기계적 물성이나 항균 효과가 크지 않는 단점이 있었다.
도 7은 본 발명의 각 전기방사장치 내의 노즐(15,35)이 CD방향으로 ON-OFF되는 상태를 나타내는 평면도이고 도 8은 도 7과 같은 전기방사 장치 내의 노즐의 작동에 따른 CD방향으로 고분자의 평량이 상이하게 전기방사되는 작업과정을 나타내는 평면도인데, 전술한 바와 같이 전기방사장치 내의 노즐의 작동을 전기적으로 ON-OFF 조절하여 CD방향으로 고분자 방사용액의 종류 또는 평량이 상이한 나노섬유 웹을 형성할 수 있다. 도 9는 본 발명의 각 전기방사 장치 내의 노즐이 MD방향으로 ON-OFF되는 상태를 나타내는 평면도인데, 전술한 바와 같이 전기방사장치 내의 노즐의 작동을 전기적으로 ON-OFF 조절하여 MD방향으로 고분자 방사용액의 종류 또는 평량이 상이한 나노섬유 웹을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 나노섬유 제조장치를 이루는 상기 상향식 전기방사장치(10) 및 하향식 전기방사장치(30)를 통하여 제작되는 각 나노섬유 웹과 기재 또는 지지체(3)로 이루어진 적층체에 있어서, 나노섬유 웹 상에 또 다른 기재를 위치시키고 이를 라미네이팅(Laminating)하기 위한 라미네이팅 장치(50)가 더 구비되고, 상기 라미네이팅 장치(50)는 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치(1)의 후단에 위치하여 후공정을 수행한다.
또한 상기 나노섬유 제조장치를 이루는 상기 하향식 전기방사장치(10) 및 상향식 전기방사장치(30)를 통하여 제작되는 나노섬유 웹과 지지체(3)를 라미네이팅(Laminating)하기 위한 라미네이팅 장치(50)가 더 구비되고, 상기 라미네이팅 장치(50)는 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치(1)의 후단에 위치하여 후공정을 수행한다.
또한 상기 나노섬유 제조장치(1)를 구성하는 하향식 전기방사장치(10)와 상향식 전기방사장치(30)는 수평방향에 대하여 일직선에 평행하게 배치되거나, 각 전기방사장치가 층별로 위치되는 수직방향으로 배치되거나, 동일한 층 내에 각 전기방사장치를 U자 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 층별로 수직방향으로 배치하거나 동일 층 내에서 U자 방향으로 배치할 수 있는 것은 한정된 면적에서 생산력을 높일 수 있는 이점이 있다.
즉, 상기 회전장치는 플립장치에 의해 지지체가 180도 회전하거나, 수직으로 U턴 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명의 일 실시예에서는 상기 나노섬유 제조장치(1)의 후단에 라미네이팅 장치(50)가 구비되어 하향식 전기방사장치(10) 및 상향식 전기방사장치(30)를 통하여 제작되되, 나노섬유 웹이 적층형성되는 지지체(3)를 라미네이팅하도록 이루어져있으나, 상기 라미네이팅 장치(50)의 하측에 기재(미도시)를 공급하는 공급롤러(미도시)가 구비되고, 상기 공급롤러를 통하여 공급되는 기재 상에 나노섬유 웹이 직접 전기방사되어 적층형성되면서 상기 라미네이팅 장치(50)를 통하여 다층으로 라미네이팅 하도록 이루어지는 것도 바람직하다.
또한 상기 라미네이팅 장치(50)의 상측에 또 다른 기재(미도시)를 공급하는 공급롤러가 구비되어 상기 나노섬유 웹이 적층형성되는 지지체(3)의 상부에 기재를 적층하면서 라미네이팅 장치(50)를 통하여 다층으로 라미네이팅하도록 이루어지는 것도 바람직하다.
이하, 본 발명의 나노섬유 제조장치의 동작과정을 통한 침구류 나노섬유 원단의 제조방법을 설명한다.
먼저, 본 발명에 의한 나노섬유 제조장치(1)의 선단에 구비되는 공급롤러(5)를 통하여 지지체(3)가 하향식 전기방사장치(10)로 공급된다. 이때, 상기 지지체(3)는 부직포 또는 직물 등으로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니하고, 지지체(3)를 기재 또는 원단으로 사용하는 것이 가능하다.
한편, 이렇게 상기 공급롤러(5)를 통하여 하향식 전기방사장치(10)로 공급되는 지지체(3) 또는 기재는 상기 컬렉터(17)의 하부면 상에 위치한다. 이때, 상기 전압 발생장치(미도시)의 고전압이 노즐(15)과 컬렉터(17) 상에 발생되고, 컬렉터(17)상에 방사용액 주탱크(11) 내에 충진되는 고분자 방사용액이 노즐블록(13)의 노즐(15)을 통해 전기방사된다.
여기서, 상기 방사용액 주탱크(11) 내에 충진되는 방사용액이 계량 펌프(미도시)를 통하여 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐(15)내에 연속적으로 정량 공급되고, 상기 각 노즐(15)로 공급되는 방사용액은 노즐(15)을 통해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(17) 상에 방사 및 집속되면서 지지체(3)의 하부면 상에 제1 나노섬유 웹이 적층형성된다.
상기한 바와 같이 상기 하향식 전기방사장치(10)를 통하여 그 하부면에 제1 나노섬유 웹이 적층되는 지지체(3)는 이후 회전장치(20)로 이동된다.
하부면에 제1 나노섬유 웹이 적층형성된 지지체(3)는 회전장치(20)를 통과하면서 상부면이 하부면으로 180도 회전됨에 따라, 지지체(3)의 하부면에 위치한 제1 나노섬유 웹은 하부면 방향으로 반전된다.
상기한 바와 같이 상기 회전장치(20)를 통하여 상부면이 하부면으로 회전된 지지체(3)는 이후 이송롤러(7)에 의해 상향식 전기방사장치(30)로 공급되고, 상기 상향식 전기방사장치(30)로 공급되는 지지체(3)는 상기 컬렉터(37)의 하부면 상에 위치한다.
이때에도 상기 전압 발생장치의 고전압이 노즐(35)과 컬렉터(37)에 발생되고, 고전압이 발생되는 컬렉터(37) 상에 방사용액 주탱크(31) 내에 충진되는 고분자 방사용액이 노즐블록(33)의 노즐(35)을 통해 분사된다.
여기서, 상기 각 전압 발생장치는 일반적인 전기방사장치와 동일한 구조로 노즐(15,35)을 통하여 컬렉터(17,37)에 높은 전압을 발생시키고, 전기력에 의한 나노섬유의 생성을 촉진시키기 위하여 노즐(15,35)과 노즐블록(13,33)의 하부 또는 상부에 위치한 컬렉터에서 1kV 이상의 전압을 걸어주는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20kV 이상의 전압을 걸어준다.
한편, 상기 방사용액 주탱크(31) 내에 충진되는 방사용액이 계량 펌프를 통하여 높은 전압이 부여되는 다수의 노즐(35) 내에 연속적으로 정량 공급되고, 노즐(35)로부터 공급되는 방사용액은 노즐(35)에 의해 높은 전압이 걸려있는 컬렉터(37) 상에 방사, 집속되면서 지지체(3)의 하부면에 하향식 전기방사에 의해 적층형성된 제1 나노섬유 웹 상에 상향식 전기방사법에 의한 제2 나노섬유 웹이 적층형성된다.
상기 제1 나노섬유 웹 및 제2 나노섬유 웹을 이루는 고분자는 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 나일론 중에서 선택된 1종인 것이 바람직하다. 특히 나노섬유 웹으로 폴리우레탄을 사용하고 기재로 열가소성 폴리우레탄 기재를 사용하는 경우 기재와 나노섬유 웹의 소재의 유사성으로 인해 별도의 접착제 없이도 라미네이팅 공정을 통해 기재와 나노섬유 사이에 탈리가 잘 일어나지 않는 이점이 있으며, 기재의 외부면에 셀룰로오스나 침구류에 사용되는 원단을 위치시키고 함께 라미네이팅 하더라도 열가소성 폴리우레탄 기재가 접착층이 역할을 함으로서 이점이 있다.
이때, 상기 지지체(3)가 하향식 전기방사장치(10)로의 이송, 회전장치(20)로의 이송 및 상향식 전기방사장치(30)로의 이송은 이송롤러(7)에 의해 수행된다.
본 발명에서는 하향식 전기방사장치(10)와 상향식 전기방사장치(30)가 수평방향을 향하여 일직선으로 배치되는 것이 바람직하나, 각 전기방사장치가 층별로 위치되는 수직방향으로 배치되거나, 동일한 층 내에 각 전기방사장치를 U자 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 층별로 수직방향으로 배치하거나 동일 층 내에서 U자 방향으로 배치할 수 있는 것은 한정된 면적에서 생산력을 높일 수 있는 이점이 있다.
즉, 상기 회전장치는 플립장치에 의해 지지체가 180도 회전하거나, 수직으로 U턴 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 상기 지지체(3)가 하향식 전기방사장치(10) 및 상향식 전기방사장치(30)로 이송되면서 지지체(3)의 일면에 나노섬유가 연속적으로 적층형성되는 공정을 반복함으로써 상기 지지체(3)에 나노섬유 웹이 다수의 층으로 적층형성된다.
본 발명에서는 상기 상향식 전기방사장치(10) 및 하향식 전기방사장치(30)의 각 방사용액 주탱크(11,31)에 동일하거나 상이한 종류의 고분자 방사용액을 충진시킨다. 고분자 방사용액으로는 바람직하게 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용한다.
즉, 상기 상향식 전기방사장치(10)에서 분사되는 고분자 방사용액과 하향식 전기방사장치(30)에서 분사되는 고분자 용액이 동일한 종류의 고분자 방사용액으로 이루어지며, 고분자 용액이 상이한 종류인 것도 가능하다.
상기한 바와 같이, 교대로 연속되게 배열설치되는 상향식 전기방사장치(10) 및 하향식 전기방사장치(30)를 갖는 나노섬유 제조장치(1)를 통하여 나노섬유가 일면에 다층으로 형성되는 기재를 포함하는 지지체(3)를 포함하는 적층체는 또 다른 기재를 나노섬유 웹 상에 적층하여 라미네이팅하여 샌드위치 구조의 침구류 나노섬유 원단을 제조한다. 최종적으로 완성된 제품은 권취롤러(7)를 통하여 권취된다.
또한, 제조된 나노섬유 웹의 공기 투과도 등의 이상 유, 무를 측정하기 위한 공기 투과도 측정장치(70) 및 기타 후공정을 위한 별도의 공정장치들이 더 구비되는 것도 가능하다.
이후, 본 발명에 따라 제조된 침구류 나노섬유 원단의 경우 셀룰로오스나 직물, 천, 니트, 부직포, 스크림 직물 등을 위치시키고 라미네이팅하여 사용되는 것이 바람직하다. 원단에 적층될 수 있는 셀룰로오스나 직물, 천, 니트, 부직포, 스크림 직물 등의 경우는 바람직하게 평량이 100 내지 400g/m2인 것이 바람직하다.
이상, 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하지만, 첨부 특허청구의 범위에 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
[실시예 1]
폴리우레탄(DOW 사(USA)의 Pellethane 2363-80AE) 13중량%를 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 87중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 13%인 고분자 방사용액을 제조하고 전단부에 위치한 하향식 전기방사장치의 원료탱크에 구비하고, 동일한 고분자 방사용액을 후단부에 상향식 전기방사장치의 원료탱크에 구비하였다. 이후 멜트블로운 방식으로 제작되고 평량이 30g/m2인 TPU 기재(Bluecher사(社) IOH10UM4) 상에 전단부에 위치한 하향식 전기방사장치에서 제1 폴리우레탄 나노섬유 웹이 적층형성되고 회전장치를 지나면서 적층체가 180도 회전된다. 이후 후단부에 위치한 상향식 전기방사장치에서는 상기 제1 폴리우레탄 나노섬유 웹 상에 제2 폴리우레탄 나노섬유 웹이 전기방사되어 적층형성된다. 이후 제2 폴리우레탄 나노섬유 웹 상에 또 다른 평량이 30g/m2인 TPU 기재를 적층시켜 샌드위치 구조의 침구류 나노섬유 원단을 제조한다. 이때, 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV으로 하였다. 이 때 총 나노섬유 웹의 평량은 0.5g/m2이었다. 이후 상기 어느 하나의 TPU 기재 상에 평량이 150g/m2인 천 직물을 위치시킨 후 라미네이팅 하여 침구류 나노섬유 원단을 제조하였다.
[실시예 2]
전단부의 하향식 전기방사장치에 사용되는 고분자 방사용액은 농도 13%가 되도록 폴리우레탄을 포함하고, 후단부에 상향식 전기방사장치에 사용되는 고분자 방사용액은 농도가 20%이 되도록 폴리비닐리덴 플루오라이드를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 침구류 나노섬유 원단을 제조하였다.
[실시예 3]
고분자 방사용액에 항균성 물질인 무기계 항균제를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 침구류 나노섬유 원단을 제조하였다.
[실시예 4]
폴리우레탄(DOW 사(USA)의 Pellethane 2363-80AE) 13중량%를 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 87중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 13%인 고분자 방사용액을 제조하여 상기 고분자 방사용액을 하향식 전기방사장치 및 상향식 전기방사장치의 방사용액 주탱크 각각에 투입하고 CD방향으로 노즐블럭이 2부분으로 분리되고 각각 독립된 주탱크에 연결되게 설계된 on-off시스템을 포함한 노즐블록에 인가전압을 15kV로 부여하고, 멜트블로운 방식으로 제작된 TPU 기재(Bluecher사(社) IOH10UM4) 상에 전기방사하였다. 전기방사된 컬렉터 상에 CD방향 중 일방향으로 1m는 폴리우레탄 나노섬유 웹의 평량이 0.2g/㎡이고 나머지 일방향으로 1m는 나노섬유 웹의 평량이 0.5g/㎡인 CD 폭이 2m인 폴리우레탄 나노섬유 웹이 형성되고, 그 이후 또 다른 평량이 30g/m2인 TPU 기재 상에 위치시키고, 상기 어느 하나의 TPU 기재 상에는 평량이 150g/m2인 천 직물을 위치시키고 라미네이팅하여 침구류 나노섬유 원단을 제조하였다.
[실시예 5]
전기방사 환경을 온도를 75℃로 변경하여 고온에서 방사하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 침구류 나노섬유 원단을 제조하였다.
[실시예 6]
폴리우레탄(DOW 사(USA)의 Pellethane 2363-80AE) 13중량%를 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 87중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 13%인 고분자 방사용액을 제조하고 하향식 전기방사장치의 원료탱크에 구비하고, 동일한 고분자 방사용액을 상향식 전기방사장치의 원료탱크에 구비하였다. 이후 멜트블로운 방식으로 제작되고 평량이 50g/m2인 TPU 기재(Bluecher사(社) IOH10UM4) 상에 전단부에 위치한 하향식 전기방사장치에서 제1 폴리우레탄 나노섬유 웹이 적층형성되고 회전장치를 지나면서 적층체가 180도 회전된다. 이후 후단부에 위치한 상향식 전기방사장치에서는 상기 제1 폴리우레탄 나노섬유 웹 상에 제2 폴리우레탄 나노섬유 웹이 전기방사되어 적층형성되고 회전장치를 지나면서 적층체가 180도 회전된다. 이후 최후단부에 위치한 하향식 전기방사장치에서는 상기 제2 폴리우레탄 나노섬유 웹 상에 제3 폴리우레탄 나노섬유 웹이 전기방사되어 적층형성한다. 이후 제3 폴리우레탄 나노섬유 웹 상에 또 다른 평량이 50g/m2인 TPU 기재를 적층시켜 샌드위치 구조의 침구류 나노섬유 원단을 제조한다. 이때, 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV으로 하였다. 이 때 총 나노섬유 웹의 평량은 0.9g/m2이었다. 이후 상기 어느 하나의 TPU 기재 상에 평량이 150g/m2인 천 직물을 위치시킨 후 라미네이팅 하여 침구류 나노섬유 원단을 제조하였다.
[비교예1]
폴리우레탄 접착 용액을 도포한 이후 평량이 150g/m2인 천 직물 상에 평량이 0.5g/m2이 되도록 나일론 6,6 나노섬유 웹을 상향식으로 전기방사한 후 폴리우레탄 접착 용액이 도포된 평량이 150g/m2인 또 다른 천 직물을 적층하고 캘린더링하여 침구류 원단을 이용하였다.
1) 생산 시간 비교
실시예１ 및 비교예 1의 나노섬유 웹을 평량이 0.5g/m2이 되도록 하고 전체 지지체가 권취롤러에 다 감길때까지의 걸리는 시간을 측정하여 비교하였다.
실시예1 비교예1
생산 시간 10분 22분
실시예에 따른 침구류 나노섬유 원단은 TPU 기재를 사용함으로서 별도의 접착제를 사용하지 않음에도 나노섬유와의 탈리가 발생하지 않는 것으로 나타났다. 또한 실시예 1 내지 6에 따라 제조된 침구류 나노섬유 원단을 5회 세탁 이후에도 공기투과도 효율이 모두 90%이상인 것으로 나타나 내구성도 우수한 것으로 나타났다. 뿐만 아니라 나노섬유를 제조하기 위해 상향식과 하향식을 동시에 사용함으로써 상향식의 이점인 나노섬유 웹의 품질이 높고, 하향식을 이용함에 따라 비교예1에 비해 생산 효율도 높아지는 효과가 있었다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 침구류 나노섬유 원단의 제조 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1: 나노섬유 제조장치, 3: 지지체,
5: 공급롤러, 7: 이송롤러,
9: 권취롤러, 10: 하향식 전기방사장치,
11: 방사용액 주탱크, 13: 노즐블록,
14: 전압발생장치, 15: 노즐,
17: 컬렉터, 20: 회전장치,
20-1: 플립장치,
21, 21‘: 좌, 우측 가이드 부재,
22, 22‘: 좌, 우측 가이드홈,
30: 상향식 전기방사장치, 31: 방사용액 주탱크,
33: 노즐블록, 35: 노즐
37: 컬렉터, 50: 라미네이팅 장치,
60: 온도조절장치,
70: 공기 투과도 측정장치,
112, 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i: 관체,
113: 열선.

Claims (10)

  1. 지지체 상에 제1 기재를 준비하는 단계;
    상기 제1 기재의 일면에 하향식 전기방사장치로 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층형성하는 단계;
    상기 제1 기재 상에 적층된 나노섬유 웹 상에 상향식 전기방사장치로 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 연속적으로 적층형성하는 단계; 및
    상기 적층형성된 나노섬유 웹 상에 제2 기재를 적층하고 라미네이팅하는 단계;를 포함하고,
    상기 하향식 전기방사장치로 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층형성하는 단계와 상향식 전기방사장치로 고분자 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층형성하는 단계가 교호적으로 2단계 이상으로 구성되며,
    상기 각 전기방사장치에 의해 나노섬유 웹을 적층형성하는 단계 사이에 지지체가 회전장치를 지나면서 상부면이 하부면으로 180도 회전되는 단계가 포함되고,
    상기 각 나노섬유 웹은 지지체의 길이방향 또는 폭방향으로 동일 평면 상에 평량이 상이한 것을 특징으로 하는 침구류 나노섬유 원단의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 각 나노섬유 웹의 총 평량은 0.1g/m2 이상 20.0g/m2 이하인 것을 특징으로 하는 침구류 나노섬유 원단의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 각 나노섬유 웹의 총 평량은 0.1g/m2 이상 1.0g/m2 미만인 것을 특징으로 하는 침구류 나노섬유 원단의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 기재 및 제2 기재는 셀룰로오스 기재, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재, 이성분 기재 및 열가소성 폴리우레탄 기재로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 침구류 나노섬유 원단의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 각 고분자 방사용액은 항균성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 침구류 나노섬유 원단의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 각 고분자 방사용액은 온도조절 장치를 통하여 45 내지 120℃의 온도에서 전기방사되는 것을 특징으로 하는 침구류 나노섬유 원단의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 각 고분자 방사용액은 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하고, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 나일론, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리우레탄(PUR), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), 폴리비닐부틸랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리유산(PLA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리유산글리콜산(PLGA), 및 키토산으로 이루어진 군에서 선택되는 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 침구류 나노섬유 원단의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 각 고분자 방사용액은 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 침구류 나노섬유 원단의 제조방법.
  10. 제 1항의 제조방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 침구류 나노섬유 원단.
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