KR101822141B1 - 기능성 섬유의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기능성 섬유 - Google Patents

기능성 섬유의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기능성 섬유 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기능성 섬유의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기능성 섬유에 관한 것이다.
본 발명에 따른 기능성 섬유의 제조방법은 섬유 원사를 준비하는 섬유 원사 준비 단계(S100); 상기 준비된 섬유 원사에 에어(air)를 불어 넣어 줌으로써 상기 폴리에스테르 원사를 벌키(Bulky)하게 형성하는 섬유 원사 에어 텍스처링(air-texturing) 단계(S200); 상기 에어 텍스처링 처리된 섬유 원사에 발열 코팅액을 도포하는 섬유 원사 코팅 단계(S300); 상기 발열 코팅액이 도포된 섬유 원사를 건조하여 상기 발열 코팅액이 상기 섬유 원사의 표면에 부착되도록 하는 섬유 원사 건조 단계(S400); 및 상기 건조된 섬유 원사를 제직하여 섬유 원단을 제조하는 섬유 원사 제직 단계(S500)를 포함한다.
상기한 구성에 의해 본 발명은 높은 발열 효과를 보이고 우수한 보온성 및 항균성을 가지며 섬유 고유의 물성을 저하하지 않으면서 사용자의 활동성을 높일 수 있고 생산 효율 및 보온 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

기능성 섬유의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기능성 섬유{MANUFACTURING METHOD FOR FUNCTIONAL FIBER AND FUNCTIONAL FIBER MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 기능성 섬유의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기능성 섬유에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 높은 발열 효과를 보이고 우수한 보온성 및 항균성을 가지는 기능성 섬유의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기능성 섬유에 관한 것이다.
아웃도어 의류가 대중화되면서, 찬바람이 불면 체온 유지를 위하여 누구나 하나쯤은 구스다운 혹은 덕다운 점퍼를 꺼내 입을 정도로 아웃도어 제품은 이미 우리 생활의 깊숙한 곳까지 들어와 있으며, 많은 언론 매체의 아웃도어 제품 바로 알기 등에 대한 정보를 통하여 소비자들은 극한의 환경을 대비한 고기능성 및 보온성의 아웃도어 제품들을 요구하기 시작했다.
이런 소비 추세에 발맞춰 최근 개발되고 있는 겨울용 아웃도어 제품의 경우, 얇고 가벼우면서도 보온, 경량, 방풍, 투습의 고기능성을 가지는 아웃도어 제품들이 선보여지고 있으며 그 인기는 날이 갈수록 높아지고 있다.
한편, 나일론, 폴리에스테르 등 의류용의 합성섬유 소재 분야에서 소비자의 요구에 따라 기능성 및 감성이 추가된 새로운 섬유소재가 끊임없이 개발되어 출현되고 있다. 그 중에서 아웃도어용 섬유소재는 운동성, 심미성, 안전성, 생리학적 쾌적성이 요구되기 때문에, 기술적으로는 보온성, 발수성, 경량성, 흡수성, 투습 방수성, 통기성 등을 종합적으로 동시에 부여해야 하는 하이테크가 필요하며, 특히 겨울용 아웃도어 섬유는 보온 기능이 중요하다.
보온섬유는 두 가지로 분류할 수 있는데, 첫째는 인체에서 발생하는 열이 스포츠웨어 외부로 방열하는 것을 최대한 막아주는 소극적 보온섬유이고, 둘째는 외부로부터 열을 끌어들이는 적극적 보온섬유이다. 소극적 보온섬유 기능만으로는 가볍고, 얇고, 따뜻하고, 움직이기 쉬워야 하는 겨울철 스포츠웨어 소재로 그 성능이 불충분하다.
적극적 보온섬유로는 특수 배터리를 이용하는 전기 발열섬유, 철분이 공기 중의 산소와 접촉하여 산화할 때 발생하는 열을 이용하는 화학반응 발열섬유, 흡습에 의한 흡착열을 이용하는 흡습 발열섬유, 태양광을 열로 변환하는 태양광 축열섬유 등이 개발되어 있다. 이 중에서, 전기 발열섬유나 화학반응 발열섬유 등은 특수 목적에 대해 한정된 시간에만 사용할 수 있고 내구성이 없는 단점이 있다.
한편, 예를 들면, 한국특허 10-0337267(출원번호 10-1994-0037442), 일본특허공개 소64-41764호, 일본특허공개 평1-132816호 등에는, 원적외선 방사율이 높은 물질(예를 들어, 원적외선 방사율이 높은 세라믹 물질로서 알려진 산화알루미늄(Al2O3), 산화실리카(SiO2), 산화크롬(Cr2O3), 석회석(CaCO3), 첨정석(MgO·Al2O3), 산화칼슘(CaO2), 산화바륨(BaO), 실리카카바이드(SiC), 티타늄카바이드(TiC), 산화지르코늄(ZrO2), 지르코늄카바이드(ZrC))를 섬유 내에 혼입시키거나 직물에 코팅함으로써, 태양광을 흡수한 후 원적외선으로 변환시켜 신체에 재 방사되도록 하여, 축열 보온 효과와 생체리듬의 활성화효과를 발휘하도록 한 보온소재의 제조방법이 공지되어 있다.
그러나 상기 원적외선 방사율이 높은 세라믹 물질을 섬유 내에 혼입하는 경우, 세라믹 성분이 섬유 내에 적어도 0.1wt% 이상 함유되어야 목적하는 보온성을 얻을 수 있으며, 세라믹 물질의 첨가량이 10wt% 이상이면 방사작업성이 급격히 저하되는 문제가 있다고 보고되어 있다.
이러한 이유 등으로 인해, 새로운 보온, 축열 섬유 소재에 대한 강력한 요구가 있어 왔으며, 이를 위해 많은 연구가 진행되고 있다.
국내등록특허 제10-1253032호(2013년 04월 04일 등록) 국내등록특허 제10-1186820호(2012년 09월 24일 등록) 국내등록특허 제10-1693667호(2017년 01월 02일 등록)
본 발명은 높은 발열 효과를 보이고 우수한 보온성 및 항균성을 가지는 기능성 섬유의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기능성 섬유를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 섬유 고유의 물성을 저하하지 않으면서 사용자의 활동성을 높일 수 있고 생산 효율 및 보온 특성을 향상시킬 수 있는 기능성 섬유의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기능성 섬유를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 기능성 섬유의 제조방법은 섬유 원사를 준비하는 섬유 원사 준비 단계(S100); 상기 준비된 섬유 원사에 에어(air)를 불어 넣어 줌으로써 상기 폴리에스테르 원사를 벌키(Bulky)하게 형성하는 섬유 원사 에어 텍스처링(air-texturing) 단계(S200); 상기 에어 텍스처링 처리된 섬유 원사에 발열 코팅액을 도포하는 섬유 원사 코팅 단계(S300); 상기 발열 코팅액이 도포된 섬유 원사를 건조하여 상기 발열 코팅액이 상기 섬유 원사의 표면에 부착되도록 하는 섬유 원사 건조 단계(S400); 및 상기 건조된 섬유 원사를 제직하여 섬유 원단을 제조하는 섬유 원사 제직 단계(S500)를 포함한다.
상기 섬유 원사 준비 단계(S100)에서 준비되는 섬유 원사는 폴리에스테르 원사가 이용되되, 상기 폴리에스테르 원사는 발열 미립자와 폴리에스테르를 용융 혼합하여 제조된 폴리에스테르 마스터 배치 칩(Master Batch chip)을 이용하여 제조되고, 상기 폴리에스테르 원사를 제조하기 위한 폴리에스테르 마스터 배치 칩은 발열 미립자가 5 내지 15 중량% 포함되며, 상기 발열 미립자는 금속산화물 5 내지 15 중량부, 탄소화합물 10 내지 20 중량부 및 광촉매 1 내지 3 중량부의 중량 비율로 혼합하여 발열 미립자 혼합물을 준비하고, 상기 혼합된 발열 미립자 혼합물을 300 내지 400℃의 온도에서 열간압출하며, 볼 밀을 이용하여 입경이 500 내지 1500nm의 범위를 가지도록 분말화하여 제조되고, 상기 금속산화물은 불소가 도핑된 산화주석(FTO), 산화인듐주석(ITO) 및 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 사용되며, 상기 탄소화합물은 탄소섬유분말 또는 탄소나노튜브 중에서 선택되는 어느 하나 이상이 사용되고, 상기 광촉매는 이산화망간(MnO2), 이산화규소(SiO2) 및 이산화티탄(TiO2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 섬유 원사 코팅 단계(S300)에서 도포되는 발열 코팅액은 상기 에어 텍스처링 처리된 섬유 원사 100 중량부에 대하여 20 내지 40 중량부의 중량 비율로 분사하여 코팅되되, 상기 발열 코팅액은 금속산화물 10 내지 25 중량부, 열전도성 고분자 1 내지 5 중량부, 광촉매 1 내지 3 중량부 및 바인더 20 내지 50 중량부의 중량 비율로 혼합되어 제조될 수 있다.
상기 발열 코팅액에서 금속산화물은 불소가 도핑된 산화주석(FTO), 산화인듐주석(ITO) 및 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 사용되고, 상기 열전도성 고분자는 45 중량%의 폴리카보네이트계 수지, 42 중량%의 폴리올레핀계 수지 및 13 중량%의 카본계 열전도성 필러를 포함하여 제조되며, 상기 광촉매는 이산화망간(MnO2), 이산화규소(SiO2) 및 이산화티탄(TiO2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 사용되고, 상기 바인더는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄-아크릴 공중합체, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에테르계 수지, 폴리올레핀계 수지 또는 멜라민계 수지 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 섬유 원사 건조 단계(S400)에서는 상기 발열 코팅액을 섬유 원사에 도포한 후 70 내지 85℃의 온도에서 1 내지 5시간 동안 건조함으로써 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 제조방법으로 제조된 기능성 섬유를 포함한다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 기능성 섬유는 높은 발열 효과를 보이고 우수한 보온성 및 항균성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기능성 섬유는 섬유 고유의 물성을 저하하지 않으면서 사용자의 활동성을 높일 수 있고 생산 효율 및 보온 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예는, 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 기능성 섬유의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기능성 섬유의 제조방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 기능성 섬유의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명에 따른 기능성 섬유는 높은 발열 효과를 보이고 우수한 보온성 및 항균성을 가질 수 있으며 섬유 고유의 물성을 저하하지 않으면서 사용자의 활동성을 높일 수 있고 생산 효율 및 보온 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 기능성 섬유의 제조방법은 섬유 원사 준비 단계(S100), 섬유 원사 에어 텍스처링(air-texturing) 단계(S200), 섬유 원사 코팅 단계(S300), 섬유 원사 건조 단계(S400) 및 섬유 원사 제직 단계(S500)를 포함한다.
1. 섬유 원사 준비 단계(S100)
상기 섬유 원사 준비 단계(S100)는 본 발명에 따른 기능성 섬유를 제조하기 위한 섬유 원사를 준비하는 단계이다.
상기 섬유 원사 준비 단계(S100)에서 준비되는 섬유 원사로는 폴리에스테르, 아크릴, 나일론, 비닐론, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌, 아세테이트, 레이온 등과 같은 합성 섬유 원사가 준비될 수 있는데, 바람직하게는 폴리에스테르 원사가 준비될 수 있다.
예를 들어, 상기 섬유 원사 준비 단계(S100)에서 상기 폴리에스테르 원사는 발열 미립자와 폴리에스테르를 용융 혼합하여 폴리에스테르 마스터 배치 칩(Master Batch chip)을 제조한 후, 상기 마스터 배치 칩을 이용하여 방사, 냉각, 연신 등과 같은 통상적인 공정을 거쳐 제조될 수 있다.
본 발명에서 상기 폴리에스테르 원사를 제조하기 위한 폴리에스테르 마스터 배치 칩은 발열 미립자가 5 내지 15 중량% 포함될 수 있는데, 상기 발열 미립자는 먼저, 발열 미립자를 제조하기 위한 조성물들로 금속산화물 5 내지 15 중량부, 탄소화합물 10 내지 20 중량부 및 광촉매 1 내지 3 중량부를 준비한 후 균일하게 혼합한 발열 미립자 혼합물을 준비할 수 있다.
상기 금속산화물은 불소가 도핑된 산화주석(FTO), 산화인듐주석(ITO) 및 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있는데, 바람직하게는 불소가 도핑된 산화주석이 사용될 수 있다.
상기 탄소화합물은 탄소섬유분말 또는 탄소나노튜브 중에서 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있는데, 바람직하게는 탄소나노튜브가 사용될 수 있다.
상기 광촉매는 발열 및 항균효과를 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로, 본 발명에서 상기 광촉매는 이산화망간(MnO2), 이산화규소(SiO2) 및 이산화티탄(TiO2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 균일하게 혼합된 발열 미립자 혼합물을 열간압출할 수 있다.
상기 발열 미립자 혼합물의 열간압출은 예를 들어, 공지의 이축압출기(twin-screw extruder)와 같은 장치를 이용하여 수행될 수 있는데, 상기 발열 미립자 혼합물의 열간압출 공정은 300 내지 400℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 열간압출 공정이 300℃ 미만에서 수행되는 경우에는 상기 조성물들의 혼합이 충분히 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있고, 400℃를 초과하여 수행되는 경우에는 조성물들의 열분해에 따라 발열 미립자의 물성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 상기 공지의 이축압출기를 이용한 열간압출은 공지의 기술인 바, 설명의 편의 및 본 발명의 기술적 사상의 명확성을 위하여 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이어서, 상기 열간압출된 발열 미립자 혼합물을 나노 크기로 분말화하여 발열 미립자를 제조할 수 있는데, 상기 열간압출된 발열 미립자 혼합물의 분말화 공정은 볼밀(ball mill)과 같은 공지의 장치를 이용하여 분쇄하여 나노 크기의 발열 미립자를 제조할 수 있다.
이때, 상기 발열 미립자는 입경이 500 내지 1500nm의 범위를 가지도록 분말화될 수 있는데, 상기 발열 미립자의 입경이 500nm 미만으로 분말화되는 경우에는 입자의 표면적이 너무 작아 가시광선이나 적외선의 조사에 의한 충분한 발열 효과를 보이기 어려운 문제가 발생할 수 있고, 1500nm를 초과하여 분말화되는 경우에는 입자의 크기가 너무 커서 폴리에스테르와 균일하게 혼합되기 어려운 문제가 발생할 수 있고 제조되는 폴리에스테르 원사로부터 발열 미립자가 분리되는 문제가 발생할 수 있다.
2. 섬유 원사 에어 텍스처링(air-texturing) 단계(S200)
상기 섬유 원사 에어 텍스처링(air-texturing) 단계(S200)는 상기 준비된 섬유 원사에 에어(air)를 불어 넣어 줌으로써 상기 폴리에스테르 원사를 벌키(Bulky)하게 형성하는 단계이다.
상기 섬유 원사 에어 텍스처링(air-texturing) 단계(S200)는 상기 섬유 원사에 발열 코팅액이 용이하게 도포되도록 하기 위하여 수행되는 것으로, 상기 섬유 원사에 에어를 분사하여 상기 섬유 원사를 벌키(Bulky)하게 형성함으로써, 상기 섬유 원사 내부로 하기에서 설명될 발열 코팅액이 흡수되어 도포되고, 이로 인해 본 발명에 따라 제조된 기능성 섬유의 발열 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 섬유 원사 에어 텍스처링(air-texturing) 단계(S200)에서 상기 섬유 원사로 불어 넣어 주는 에어의 압력은 5 내지 10 바(bar)로 하여 공기를 분사할 수 있는데, 상기 에어의 압력이 5 바(bar) 미만인 경우에는 상기 섬유 원사가 에어 텍스처링 되지 못하므로 본 발명에서 원하는 벌키한 섬유 원사를 형성할 수 없으며, 10 바(bar)를 초과하는 경우에는 에어 텍스처링에 의한 장력이 커서 상기 섬유 원사의 중공 변형률이 커지는 문제점이 발생할 수 있다.
3. 섬유 원사 코팅 단계(S300)
상기 섬유 원사 코팅 단계(S300)는 상기 에어 텍스처링 처리된 섬유 원사에 발열 코팅액을 도포하는 단계이다.
상기 섬유 원사 코팅 단계(S300)에서 상기 발열 코팅액의 도포는 상기 발열 코팅액을 살포, 분무 또는 침지와 같은 통상적인 코팅 방법을 이용하여 상기 에어 텍스터링 처리된 섬유 원사에 코팅 또는 도포할 수 있는데, 상기 발열 코팅액은 상기 에어 텍스처링 처리된 섬유 원사 100 중량부에 대하여 20 내지 40 중량부의 중량 비율로 분사하여 코팅 또는 도포되도록 할 수 있다.
또한, 상기 섬유 원사 코팅 단계(S300)에서 상기 발열 코팅액은 먼저, 발열 미립자를 제조하기 위한 조성물들로 금속산화물 10 내지 25 중량부, 열전도성 고분자 1 내지 5 중량부, 광촉매 1 내지 3 중량부 및 바인더 20 내지 50 중량부를 준비한 후 균일하게 혼합하여 발열 코팅액을 제조할 수 있다. 이때, 상기 발열 코팅액을 제조하기 위한 조성물들 중에서 금속산화물, 광촉매 등은 나노 크기의 입자로 분쇄되어 사용될 수 있고, 상기 조성물들을 상온에서 균일하게 혼합할 수 있다.
상기 금속산화물은 불소가 도핑된 산화주석(FTO), 산화인듐주석(ITO) 및 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있는데, 바람직하게는 불소가 도핑된 산화주석이 사용될 수 있다.
상기 열전도성 고분자는 열전도율을 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로, 상기 열전도성 고분자는 발열 코팅액을 구성하는 조성물들의 모폴로지(morphology)를 제어함으로써 조성물들간의 네트워크를 효과적으로 형성하여 열전도율을 향상시키고, 이에 의해 본 발명에 따른 기능성 섬유의 발열 효율 및 열효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 열전도성 고분자는 45 중량%의 폴리카보네이트계 수지, 42 중량%의 폴리올레핀계 수지 및 13 중량%의 카본계 열전도성 필러를 포함하여 제조될 수 있는데, 상기 폴리카보네이트계 수지는 비스페놀-A를 기반으로 하는 폴리카보네이트계 수지가 사용될 수 있고, 상기 폴리올레핀계 수지는 에틸렌옥텐 고무(EOR), 에틸렌프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM) 및 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있으며, 상기 카본계 열전도성 필러는 그라파이트(graphite)가 사용될 수 있다.
상기 광촉매는 발열 및 항균효과를 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로, 본 발명에서 상기 광촉매는 이산화망간(MnO2), 이산화규소(SiO2) 및 이산화티탄(TiO2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 발열 미립자를 구성하는 조성물들을 결합시키기 위한 부착력을 제공하는 것으로, 본 발명에서 상기 바인더로는 열경화성 또는 U-V경화성 수지가 사용될 수 있는데, 예를 들어, 상기 바인더는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄-아크릴 공중합체, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에테르계 수지, 폴리올레핀계 수지 또는 멜라민계 수지 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
4. 섬유 원사 건조 단계(S400)
상기 섬유 원사 건조 단계(S400)는 상기 발열 코팅액이 도포된 섬유 원사를 건조하여 상기 발열 코팅액이 상기 섬유 원사의 표면에 부착되도록 하는 단계이다.
상기 섬유 원사 건조 단계(S400)에서는 상기 발열 코팅액을 섬유 원사에 도포한 후 70 내지 85℃의 온도에서 1 내지 5시간 동안 건조함으로써 수행될 수 있다.
본 발명에서 상기 섬유 원사 건조 단계(S400)가 상기한 하한 범위 미만으로 수행되는 경우에는 발열 코팅액이 상기 섬유 원사에 견고하게 부착되기 어려운 문제가 발생할 수 있고, 상기한 상한 범위를 초과하여 수행되는 경우에는 바인더 또는 섬유 원사가 열분해 되어 제조되는 기능성 섬유의 물성이 나빠지는 문제가 발생할 수 있다.
5. 섬유 원사 제직 단계(S500)
상기 섬유 원사 제직 단계(S500)는 상기 건조된 섬유 원사를 제직하여 섬유 원단을 제조하는 단계이다.
상기 섬유 원사 제직 단계(S500)에서 섬유 원단은 경사용 원사 및 위사용 원사를 이용하여 원단을 제직하는 것으로, 이는 당해 기술분야에서 공지의 기술인 바, 설명의 명확성 및 편의를 위하여 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기능성 섬유의 제조방법에 대한 실시예 및 비교예를 들어 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
< 실시예 1 >
먼저, 발열 미립자와 폴리에스테르를 용융 혼합하여 폴리에스테르 마스터 배치 칩(Master Batch chip)을 제조한 후, 상기 마스터 배치 칩을 이용하여 방사, 냉각, 연신 등과 같은 통상적인 공정을 거쳐 섬유 원사를 제조하였다. 이때, 상기 발열 미립자는 10 중량%가 포함되도록 하였고, 상기 발열 미립자는 금속산화물 10 중량부, 탄소화합물 15 중량부 및 광촉매 2 중량부의 중량 비율로 혼합되도록 하였다.
다음으로, 상기 섬유 원사에 7 바(bar)의 에어를 불어 넣어준 후, 상기 섬유 원사 100 중량부에 대해 30 중량부의 중량 비율로 발열 코팅액을 분사하여 도포하였는데, 상기 발열 코팅액은 금속산화물 20 중량부, 열전도성 고분자 3 중량부, 광촉매 2 중량부 및 바인더 40 중량부의 중량 비율로 혼합하여 제조한 것을 사용하였다.
이어서, 상기 발열 코팅액이 도포된 섬유 원사를 80℃의 온도에서 3시간 동안 건조하였고, 이후 상기 건조된 섬유 원사를 제직하여 섬유 원단을 제조하였다.
< 실시예 2 >
실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 원단을 제조하였는데, 실시예 2에서는 발열 미립자가 15 중량%가 포함되도록 하였고, 상기 발열 미립자는 금속산화물 15 중량부, 탄소화합물 11 중량부 및 광촉매 2.5 중량부의 중량 비율로 혼합되도록 하였다.
< 실시예 3 >
실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 원단을 제조하였는데, 실시예 3에서는 발열 미립자가 13 중량%가 포함되도록 하였고, 상기 발열 코팅액을 섬유 원사 100 중량부에 대해 40 중량부의 비율로 분사하여 코팅하였으며, 상기 발열 코팅액은 금속산화물 20 중량부, 열전도성 고분자 4 중량부, 광촉매 2 중량부 및 바인더 35 중량부의 중량 비율로 혼합되도록 하였다.
< 실시예 4 >
실시예 3과 동일한 방법으로 섬유 원단을 제조하였는데, 실시예 4에서는 상기 발열 코팅액을 원유 원사 100 중량부에 대해 25 중량부의 비율로 분사하여 코팅하였다.
< 비교예 1 >
실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 원단을 제조하였는데, 비교예 1에서는 발열 미립자를 사용하지 않고 섬유 원단을 제조하였다.
< 비교예 2 >
실시예 1과 동일한 방법으로 섬유 원단을 제조하였는데, 비교예 2에서는 발열 코팅액을 도포하지 않고 섬유 원단을 제조하였다.
< 비교예 3 >
발열 미립자 및 발열 코팅액을 사용하지 않고, 섬유 원단을 제조하였다.
1. 발열에 의한 보온성 평가
상기 실시예들 및 비교예들에 따라 제조된 섬유 원단의 발열 효과에 따른 보온성 평가실험을 수행하였다.
실험조건: 하기의 순서대로 보온성 평가실험을 수행하였다.
1) 실험실 온도 : (20±1)℃
2) 실험실에서 섬유 원단의 온도가 같아지도록 안정화하였다.
3) 500W의 전구(형광등)를 섬유 원단과 30cm 떨어진 거리에서 점등하여 섬유 원단의 광 발열을 유도하였다.
4) 총 시간은 30분으로 하였고, 5분 간격으로 촬영하였다.
5) 열화상 카메라를 이용하여 섬유 원단의 표면 온도를 측정하였다.
섬유 원단의 표면 온도
시간(분) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3
0 20.5 20.5 20.5 20.5 20.5 20.5 20.5
5 28.3 27.9 29.6 27.7 23.1 22.9 21.1
10 29.1 29.0 30.9 28.3 24.0 23.5 21.8
15 30.5 30.4 32.2 30.1 24.9 24.1 22.0
20 31.2 31.1 33.8 30.9 25.5 24.8 22.1
25 32.7 32.2 34.7 32.1 25.9 25.3 22.2
30 33.9 33.5 35.1 33.0 26.3 25.7 22.4
상기 [표 1]을 참조하면, 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 섬유 원단의 표면 온도가 비교예들에 따라 제조된 섬유 원단에 비하여 온도가 상승하였음을 확인할 수 있었다.
이는 상기 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 섬유 원단으로 전구에서 방사되는 가시광선이 조사되어 발열 특성을 향상시켰고, 이를 이용하여 보온 특성이 더욱 향상된 기능성 섬유를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.
2. 항균성 측정
섬유 원단에 포함된 광촉매의 항균성을 확인하기 위하여, 항균성능 실험을 하기와 같이 수행하였다.
사용한 균주로는 폐렴균인 폐렴막대균(Klebsiella pneumoniae ATCC 4352) 및 식중독의 주 원인균인 황색포도상구균(Staphylcoccus aureus ATCC 6538)을 0.05% 비이온계 계면활성제(Snogen) 상에 접종하여 37℃에서 24시간 배양한 균을 접종원으로 사용하였으며, KSK 0693법에 따라 수행하였다.
항균성능(정균감소율, %)
공시균 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
폐렴균 99.8 99.9 99.9 99.8
황색포도상구균 99.9 99.9 99.8 99.8
상기 [표 2]를 참조하면, 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 섬유 원단은 광촉매가 포함됨으로써 높은 항균성을 보임을 확인할 수 있었다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (6)

  1. 섬유 원사를 준비하는 섬유 원사 준비 단계(S100);
    상기 준비된 섬유 원사에 에어(air)를 불어 넣어 줌으로써 상기 섬유 원사를 벌키(Bulky)하게 형성하는 섬유 원사 에어 텍스처링(air-texturing) 단계(S200);
    상기 에어 텍스처링 처리된 섬유 원사에 발열 코팅액을 도포하는 섬유 원사 코팅 단계(S300);
    상기 발열 코팅액이 도포된 섬유 원사를 건조하여 상기 발열 코팅액이 상기 섬유 원사의 표면에 부착되도록 하는 섬유 원사 건조 단계(S400); 및
    상기 건조된 섬유 원사를 제직하여 섬유 원단을 제조하는 섬유 원사 제직 단계(S500)를 포함하며,
    상기 섬유 원사 준비 단계(S100)에서 준비되는 상기 섬유 원사는 폴리에스테르 원사가 이용되되,
    상기 폴리에스테르 원사는 발열 미립자와 폴리에스테르를 용융 혼합하여 제조된 폴리에스테르 마스터 배치 칩(Master Batch chip)을 이용하여 제조되고,
    상기 폴리에스테르 원사를 제조하기 위한 폴리에스테르 마스터 배치 칩은 발열 미립자가 5 내지 15 중량% 포함되며,
    상기 발열 미립자는 금속산화물 5 내지 15 중량부, 탄소화합물 10 내지 20 중량부 및 광촉매 1 내지 3 중량부의 중량 비율로 혼합하여 발열 미립자 혼합물을 준비하고, 상기 혼합된 발열 미립자 혼합물을 300 내지 400℃의 온도에서 열간압출하며, 볼 밀을 이용하여 입경이 500 내지 1500nm의 범위를 가지도록 분말화하여 제조되고,
    상기 금속산화물은 불소가 도핑된 산화주석(FTO), 산화인듐주석(ITO) 및 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 사용되며,
    상기 탄소화합물은 탄소섬유분말 또는 탄소나노튜브 중에서 선택되는 어느 하나 이상이 사용되고,
    상기 광촉매는 이산화망간(MnO2), 이산화규소(SiO2) 및 이산화티탄(TiO2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 사용되는 것을 특징으로 하는 기능성 섬유의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 섬유 원사 코팅 단계(S300)에서 도포되는 발열 코팅액은 상기 에어 텍스처링 처리된 섬유 원사 100 중량부에 대하여 20 내지 40 중량부의 중량 비율로 분사하여 코팅되되,
    상기 발열 코팅액은 금속산화물 10 내지 25 중량부, 열전도성 고분자 1 내지 5 중량부, 광촉매 1 내지 3 중량부 및 바인더 20 내지 50 중량부의 중량 비율로 혼합되어 제조되는 것을 특징으로 하는 기능성 섬유의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 발열 코팅액에서 금속산화물은 불소가 도핑된 산화주석(FTO), 산화인듐주석(ITO) 및 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 사용되고, 상기 열전도성 고분자는 45 중량%의 폴리카보네이트계 수지, 42 중량%의 폴리올레핀계 수지 및 13 중량%의 카본계 열전도성 필러를 포함하여 제조되며, 상기 광촉매는 이산화망간(MnO2), 이산화규소(SiO2) 및 이산화티탄(TiO2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이 사용되고, 상기 바인더는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄-아크릴 공중합체, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에테르계 수지, 폴리올레핀계 수지 또는 멜라민계 수지 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용되는 것을 특징으로 하는 기능성 섬유의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 하나의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 기능성 섬유.
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