KR101851324B1 - 고온방사에 의한 침구류용 나노섬유 원단 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

침구류용 나노섬유 원단 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 기재 및 상기 기재의 한 쪽면에 고분자 중합체 나노섬유 웹이 적층된 구조를 가지고, 상기 나노섬유 웹은 고분자 방사용액을 45 내지 120℃인 고온에서 전기방사하여 얻어진 것을 특징으로 하는 침구류용 나노섬유 원단의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 나노섬유 웹의 평량은 바람직하게는 0.1g/㎡ 내지는 20g/㎡, 더욱 바람직하게는, 0.1g/㎡ 이상 1.0g/㎡ 미만인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 침구류용 나노섬유 원단의 제조방법은 온도조절장치를 포함한 전기방사장치를 사용함으로써 고온에서 전기방사가 가능하며, 기존의 희석제를 사용하던 생산공정을 간소화하고, 희석제의 폭발의 위험성을 줄이며, 나노섬유 웹의 직경을 일정하게 유지함과 동시에 폴리머 용액 농도를 증가시켜 나노섬유 웹 제조의 생산성을 높일 수 있고, 제조된 나노섬유 웹의 잔존 용매량을 낮추어 나노섬유 웹의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

Description

고온방사에 의한 침구류용 나노섬유 원단 및 이의 제조방법{Nano fabrics for beddings and its Manufacturing method}

본 발명은 전기방사장치를 이용한 침구류용 나노섬유 원단 및 이의 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 알레르기 질병을 일으키기도 한다. 침구류, 특히 이불 등의 경우는 따뜻하고 습기가 있고, 사람의 피부에서 떨어져 나온 각질과 같은 충분한 음식 공급원이 있기 때문에, 진드기와 같은 균의 번식에 적합한 환경을 제공하고 있는 점에서 침구류를 깨끗하게 관리할 필요가 대두되고 있다.

따라서, 공기 투과성이 우수하면서도, 집먼지 진드기나 알러지를 일으키는 알러지원을 방지하는 침구류용 섬유의 개발 필요성이 대두되고 있다. 이를 위해 침구류 상에 나노섬유를 이용하는 이용함으로써 균의 번식을 차단하고자 하는 노력이 잇따라 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 침구류용 나노섬유의 생산성을 높이는 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 기재 및 상기 기재의 한 쪽 면에 고분자 중합체 나노섬유 웹이 적층된 구조를 가지고, 상기 나노섬유 웹은 고분자 방사용액을 45 내지 120℃인 고온에서 전기방사하여 얻어진 것을 특징으로 하는 침구류용 나노섬유 원단을 제공한다.

또한, 본 발명은 나노섬유 웹 및 상기 나노섬유 웹의 양면에 기재가 적층된 구조를 가지는 침구류용 나노섬유 원단을 제공한다.

이때, 상기 나노섬유 웹의 평량은 바람직하게는 0.1g/㎡ 내지는 20g/㎡, 더욱 바람직하게는, 0.1g/㎡ 이상 1.0g/㎡ 미만인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 적절한 실시예에 따르면, 기재를 준비하는 단계; 상기 기재의 하부면에 고분자 방사용액을 상향식 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층하는 단계; 상기 기재 상에 나노섬유 웹이 적층된 적층체를 라미네이팅 하는 단계를 포함하고, 상기 전기방사장치는 온도조절장치를 이용하여 고분자 방사용액이 노즐을 통해 45 내지 120℃인 고온에서 전기방사되는 것을 특징으로 하는 침구류용 나노섬유 원단의 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 기재의 바람직한 예는 열가소성 폴리우레탄(TPU)이고, 상기 나노섬유의 바람직한 예는 폴리우레탄인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 침구류용 나노섬유 원단은 기재 상에 전기방사로 나노섬유를 적층시켜 우수한 항균 기능 및 공기투과성을 가지는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 침구류용 나노섬유 원단의 제조방법은, 온도조절장치를 포함한 전기방사장치를 사용함으로써 고온에서 전기방사가 가능하며, 기존의 희석제를 사용하던 생산공정을 간소화하고, 희석제의 폭발의 위험성을 줄이며, 나노섬유 웹의 직경을 일정하게 유지함과 동시에 폴리머 용액 농도를 증가시켜 나노섬유 웹 제조의 생산성을 높일 수 있고, 제조된 나노섬유 웹의 잔존 용매량을 낮추어 나노섬유 웹의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

그리고 본 발명의 열가소성 폴리우레탄을 기재로 사용함으로써, 나노섬유와의 접착력이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 사용되는 오버플로우 시스템과 점도조절 시스템을 구비한 전기방사장치에 관한 도면이다.
도 2는 본 발명에 사용되는 온도조절장치를 구비한 전기방사장치에 있어서, 코일 형태의 열선을 장착한 관체를 도시한 정단면도이다.
도 3은 상기 도 2의 A-A'선 측단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 온도조절장치를 구비한 전기방사장치에 있어서, 선형 형태의 열선을 장착한 관체를 도시한 정단면도이다.
도 5은 상기 도 4의 B-B'선 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 사용되는 온도조절장치를 구비한 전기방사장치에 있어서, U자 형태의 파이프를 장착한 관체를 도시한 정단면도이다.
도 7은 상기 도 6의 C-C'선 측단면도이다.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 침구류용 나노섬유 원단은 기재 및 나노섬유 웹의 구성으로 이루어진다.

본 발명에서 사용되는 기재로는 아트지가 사용되며, 종이, 아트지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 기재는 형태 안정성을 유지하기 위한 지지대 역할을 한다.

본 발명에서 지지체로 상기 이성분 기재가 사용되는 경우 이성분 기재의 섬유형성 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 폴리에스테르일 수 있으며, 폴리프로필렌 테레프탈레이트는 또한 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 및 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리부틸렌 테레프탈레이트이다. 이성분 기재가 사용되는 경우, 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 비결정성폴리에스테르 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.

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.

한편, 본 발명에 사용되는 나노섬유 웹은 전기방사에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다. 이하 전기방사장치를 이용하여 제조하는 나노섬유 웹을 설명한다.

1. 오버플로우 시스템이 구비된 전기방사방법

본 발명에 의한 나노섬유 웹의 제조방법은 전기방사장치(1) 노즐블럭(110)에서 방사되었으나 나노섬유화되지 못한 방사용액을 재사용하는 오버플로우 시스템(200)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 전기방사장치(1)는 케이스(102), 노즐블록(110), 컬렉터(150), 전원장치(160)와 보조 벨트장치(170)와 이들을 내부에 수용하는 유닛(100, 100')과, 주저장탱크(210), 제2 이송배관(216), 제2 이송제어장치(218)와 재생탱크(230)와 이들로 이루어진 오버플로우 시스템(200)으로 구성되어 있다.

이때 상기 케이스(102)는 도전체로 이루어지는 것이 바람직하나, 상기 케이스(102)가 절연체로 이루어지거나, 상기 케이스(102)가 도전체 및 절연체가 혼용되어 적용되는 것도 가능하고, 기타 다양한 재질로 이루어지는 것도 가능하다.

노즐블록(110)의 노즐(42)은 상향식과 하향식 그리고 수평식이 모두 가능하며, 특히 오버플로우 시스템(200)이 적용된 전기방사 장치에 있어서는 상향식 전기방사가 바람직하다. 노즐(42)은 상향식, 하향식 또는 수평식으로 다수개 배열설치되며, 주저장탱크(210) 또는 재생탱크(230)로부터 방사용액을 공급받는다. 이하 상향식 전기방사를 기본으로 발명을 설명하며, 하기 상향식 방사는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

상향식 전기방사의 노즐(42)의 선단부는 원통을 해당원통의 축과 비스듬히 교차하는 평면을 따라서 절단한 형상으로 이루어지는 것이 바람직하나, 노즐블록(110) 일부분의 노즐(42) 선단부가 나팔관 모양의 형상을 가지는 것도 가능하다.

컬렉터(150)는 노즐블록(110) 보다 위쪽에 배치되어 있으며, 도전체로 이루어지고, 절연부재(152)를 통하여 케이스(102)에 취부되어 있다. 이때 상기 케이스(102)가 절연체로 이루어지거나, 케이스(102)의 상부는 절연체로, 하부는 도전체로 혼용되어 적용되는 경우에는 절연부재(152)를 삭제하는 것도 가능하다.

전원장치(160)는 노즐블록(110)에 상향식으로 다수개 배열설치된 노즐(42)과 컬렉터(150)와의 사이에 고전압을 인가한다. 전원장치(160)의 정극은 컬렉터(150)에 접속되고, 전원장치(160)의 부극은 케이스(102)를 통하여 노즐블록(110)에 접속되어 있다.

상기 노즐블록(110)의 방사용액을 토출구로부터 상향의 컬렉터(150)를 향하여 나노섬유를 토출하는 노즐(42)을 통해 제작된 나노섬유는 장척시트에 퇴적되어 균일한 두께를 유지하면서 이동한다.

이때, 전기방사 나노섬유는 전기방사가 가능한 합성수지 재질을 방사하여 제조된 평균직경이 50~1000nm의 섬유로, 상기 전기방사가 가능한 합성수지 재질은 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 널리 사용되고 있다.

더 바람직하게는 폴리우레탄 또는 폴릴비닐리덴 플루오라이드 또는 나일론이바람직하다. 기존의 고분자 소재는 폴리우레탄이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드를 사용하는 것이 더욱 바람직할 수 있다.

먼저 폴리우레탄은 알코올기와 아이소사이안산기의 결합으로 만들어진 우레탄 결합으로 결합된 고분자 화합물을 총칭한다. 대표적으로는 합성섬유로 만들어진 스판덱스가 있고, 우레탄계 합성고무도 널리 사용된다. 다시 말해, 폴리우레탄은 주사슬의 반복당위 중에 우레탄 결합(-NHCOO-)기를 갖는 고분자 화합물을 총칭한다. 상기와 같은 폴리우레탄은 폴리아미드와 폴리에스테르 중간의 성질을 보이는데, 흡습성은 폴리아미드보다 작고, 상대습도 65%에서 1 내지 1.5%를 나타낸다. 내마모성, 내약품성, 내용제성이 좋고 내노화성, 산소에 대한 안정성이 뛰어난 장점이 있다.

한편, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF; 이하 PVDF라 칭한다)는 플루오로계열의 고분자 중 하나로, 플루오로 수지는 플루오린을 함유하여 열적, 화학적 성질이 뛰어나다.

반응식1. PVDF의 제조

PVDF는 상기 반응식 1과 같은 과정으로 제조되며, 다른 플루오로 수지에 비해 녹는점(177)과 밀도(1.78)가 낮고, 단가가 싸며, 화학적으로 매우 안정하여, 전기줄의 절연에 이용되며, 건물의 외벽을 바르는 고급 페인트로도 쓰인다.

또한, PVDF는 압전성을 나타내는 대표적인 유기물질로 1960년대부터 많은 연구가 진행되어 왔다. PVDF 고분자 내에는 4가지 종류의 결정이 혼재하는데, 이것은결정형태에 따라 α,β,γ 그리고 δ형의 최소 4가지의 형태로 구분 할 수 있다. 그 중 PVDF의 β형 결정은 트랜스형 분자쇄가 평행으로 충진된 것으로 모노머가 갖는 영구쌍극자가 모두 한 방향으로 배열되어 큰 자발 분극을 나타낸다. 이는 연신을 통하여 PVDF 분자를 규칙적으로 배열하여 집합상태에 이방성을 부여함으로써 압전성을 가질 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 압전 특성을 향상시키기 위하여, PVDF 섬유 내 β형 결정을 증가시키는 다양한 방법들이 연구되고 있다.

한편 융점이 서로 다른 폴리비닐리덴 플루오라이드를 혼합하여 사용하는 것도 바람직하다. 즉, 융점이 100 내지 120℃인 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드와 융점이 150 내지 170℃인 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 함께 사용하는 데에 특징이 있다. 고분자 방사용액으로 상기 저융점 및 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 함께 혼합해서 사용하거나, 각각의 전기방사장치에서 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드와 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 각각 방사하는 것도 가능하다.

상기와 같이 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드와 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 함께 혼합하여 하나의 고분자 방사용액으로 사용하는 경우에는 방사된 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드가 후에 라미네이팅 공정에서 접착 역할을 함으로서 지지체와 나노섬유 부직포 간의 탈리가 쉽게 발생하지 않는다. 한편 전기방사장치 2개를 사용하여 전단에 위치하는 전기방사장치에 사용되는 고분자로 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를, 후단에 위치하는 전기방사장치에 사용되는 고분자로 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 사용함으로 기재상에 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유 웹 및 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유 웹 상에 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유 웹이 적층된다. 본 적층체의 구조에 있어서도 후에 라미네이팅 공정에서 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유 웹은 접착층으로서의 역할을 수행할 수 있다.

한편, 상기 방사용액은 고분자를 용매에 용해시켜 제조하는데, 용매의 종류 또한 고분자를 용해시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않으며, 예를 든다면 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. 방사용액에는 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 고분자 방사용액에 항균제와 같은 첨가제를 포함시켜 항균 기능성을 강화시킬 수도 있다.

한편, 상기 컬렉터(150)의 외측에는 보조 벨트장치가 구비되며, 상기 보조벨트장치(170)는 장척시트의 이송속도에 동기하여 회전하는 보조벨트(172)와, 보조벨트(172)의 회전을 돕는 보조벨트용 롤러(174)와 보조벨트(172)의 구동을 위한 보조벨트 구동장치로 구성된다.

이때, 보조벨트용 롤러(174)는 보조벨트 구동장치에 의하여 보조벨트(172)를 회전시키는 것이 바람직하나, 마찰계수가 낮은 롤러를 사용하여 별도의 구동장치가 없이 장척시트의 이송을 보조하는 것도 가능하다.

주저장 탱크(210)는 나노섬유의 원료가 되는 방사용액을 저장한다. 주저장 탱크(210)내에는 방사용액의 분리나 응고를 방지하기 위한 교반장치(211)를 내부에 구비한다.

제2 이송배관(216)은 상기 주저장 탱크(210) 또는 재생탱크(230)에 접속된 파이프와 밸브(233)로 구성되어 있고, 상기 주저장 탱크(210) 또는 재생탱크(230)로부터 중간탱크(220)에 방사용액을 이송한다.

제2 이송제어장치(218)는 상기 제2 이송배관(216)의 밸브(212, 213, 214)를 제어함으로써, 제2 이송배관(216)의 이송동작을 제어한다. 밸브(212, 213, 214)는 주저장 탱크(210)로부터 중간탱크(220)로의 방사용액의 이송을 제어하며, 재생탱크(230)로부터 중간탱크(220)로의 방사용액의 이송을 제어하고, 주저장 탱크(210) 및 재생탱크(230)로부터 중간탱크(220)에 유입하는 방사용액의 양을 제어한다.

상기와 같은 제어방법은 후술하는 중간탱크(220)의 구비된 제2 센서(222)로 계측된 방사용액의 액면높이에 따라서 제어된다.

중간탱크(220)는 주저장 탱크(210) 또는 재생탱크(230)로부터 공급된 방사용액을 저장하고, 노즐블록(110)으로 상기 방사용액을 공급하며, 공급된 방사용액의 액면높이를 측정하는 제2 센서(222)를 구비하고 있다.

상기 제2 센서(222)는, 액면높이 측정이 가능한 센서면 가능하고, 예를 들면 광센서 혹은 적외선 센서 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 중간탱크(220)의 하부에는 노즐블록(110)으로 방사용액을 공급하는 공급배관(24)과 공급제어밸브(242)가 구비되어 있는데, 상기 공급제어밸브(242)는 상기 공급배관(240)의 공급동작을 제어한다.

재생탱크(230)는 오버플로우되어 회수된 방사용액을 저장하고 방사용액의 분리나 응고를 방지하기 위한 교반장치(231)를 내부에 갖고, 회수된 방사용액의 액면높이를 측정하는 제1 센서(232)를 구비하고 있다.

상기 제1 센서(232)는, 액면높이 측정이 가능한 센서면 가능하고, 예를 들면 광센서 혹은 적외선 센서 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 노즐블록(110)에서 오버플로우된 방사용액은 노즐블록(110) 하부에 구비된 방사용액 회수 경로(250)를 통하여 회수된다. 상기 방사용액 회수 경로(250)는 제1 이송배관(251)을 통해 재생탱크(230)로 방사용액을 회수한다.

한편, 제1 이송배관(251)은 상기 재생탱크(230)에 접속되는 파이프와 펌프를 구비하고, 상기 펌프의 동력으로 방사용액을 방사용액 회수경로(250)로부터 재생탱크(230)로 이송한다.

이때, 재생탱크(230)는 적어도 하나 이상인 것이 바람직하며, 2개 이상인 경우에는 상기 제1 센서(232)와 밸브(233)가 복수개로 구비되는 것도 가능하다.

이어서, 재생탱크(230)가 2개 이상인 경우, 재생탱크(230) 상부에 위치한 밸브(233)도 복수로 구비됨에 따라 제1 이송제어장치(미도시)는 상기 재생탱크(230)에 구비된 상기 제1 센서(232)의 액면높이에 따라서 상부에 위치한 2개 이상의 밸브를 제어하여 방사용액을 복수의 재생탱크(230) 중 어느 하나의 재생탱크(230)로 이송할지에 대하여 제어한다.

2. 고분자 방사용액의 온도조절 시스템

전기방사를 위해 폴리머 용액을 사용한다. 일반적으로 기존의 발명들은 폴리머 용액의 농도를 일정하게 유지하기 위해 희석제, 농도 조절 장치들을 구비한다. 이러한 희석제로는 MEK(methyl ether ketone), THF(tetra hydro furan), Alcohol 등이 사용된다. 노즐블록(110)을 통해 전기방사되어 컬렉터(150)에 집적되는 폴리머 용액이외에 오버플로우 시스템(200)을 통해 회수되는 폴리머 용액의 농도는 주저장 탱크(210)로부터 최초에 공급되는 폴리머 용액의 농도보다 높은 농도를 가지게 되는데, 기존 전기방사시에는 이러한 폴리머 용액의 농도를 일정수준으로 유지하기 위하여 희석제를 첨가하였다. 또한 희석제로 사용되는 MEK 또는 THF 등은 끓는점(b.p)이 낮아(약 60℃) 전기방사시에 용매인 DMAc 단독으로 사용하는 경우보다 비산성이 좋아 나노섬유형성이 용이하다.

그러나 본원발명은 농도를 일정하게 유지하는 대신, 재사용되는 고농도의 폴리머 용액을 오버플로우 후에 다시 사용하되 폴리머 용액의 점도를 온도조절 제어장치(60)를 이용하여 일정하게 조절함으로써 전기방사의 효율을 높이는 수단을 제공하며 희석제의 사용이 없이도 높은 점도를 조절하기 위한 높은 온도조건에서 비산성이 우수하여 폴리머 용액의 나노섬유형성을 용이하게 할수 있다.

점도란 흐르는 액체 내에서 용질과 용매의 비뚤어짐 응력과 비뚤어짐 속도의 비율을 의미한다. 일반적으로 절단면적당 점탄율로 표시하며 단위는 dynscm-2gcm-1s-1또는 푸아즈(poise, P)이다. 점도는 온도 상승에 반비례하여 저하된다. 용해액의 점도가 용매의 점도보다 높은 것은 용질에 따라 액체의 흐름에 비뚤어짐이 생기며 그 양만큼 액체의 유속이 저하되기 때문이다.

용액의 점도를 각종 용액농도로 측정하여 그것을 농도 0에 외삽한 값, 고유점도(η)와 물질의 분자량M의 관계는 (η)=KMa로 표시할 수 있다. 이때의 K, a는 용질또는 용매의 종류, 온도에 의존하는 정수이다. 따라서, 점도값은 온도에 영향을 받으며 그 변화정도는 유체의 종류에 따라 다르다. 따라서, 점도를 이야기할 때에는 온도 및 점도의 값을 명시해야 한다.

전기방사장치(1)로 나노섬유를 제조할 때에, 사용되는 고분자와 용매(Solvent)의 종류, 고분자 용액의 농도, 방사실(Spinningroom)의 온도 및 습도 등이 제조되는 나노섬유의 섬유직경과 방사성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 즉, 전기방사에서 방사되는 고분자(폴리머 용액)의 물성이 중요하다. 통상적으로 전기방사시에 고분자의 점도는 일정 점도이하를 유지하는 것이 필요한 것으로 여겨져 왔다. 이는 점도가 높을수록 노즐(42)을 통해 나노 굵기의 섬유의 방사가 원활이 이루어지지 않는 특성에서 기인하며 점도가 높으면 전기방사를 통해 섬유화 하기에 부적당하다.

본원발명은 상기에서 설명한 바와 같이 전기방사에 적합한 섬유점도를 유지하기 위하여 온도조절 제어장치(60)로 점도를 조절하기 위한 온도조절 제어장치(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도조절 제어장치(60)로는 오버플로우를 통해 재사용되는 높은 점도의 폴리머 용액의 점도를 낮게 유지할 수 있는 가열장치와 상대적으로 낮은 점도의 폴리머 용액의 점도를 높게 유지할 수 있는 냉각장치 모두 또는 어느 하나를 구비할 수 있다.

전기방사 영역에서의 온도에 있어서, 전기방사가 일어나는 영역(이하, '방사영역'이라 한다)의 온도는 방사용액의 점도를 변화시킴으로써 방사 용액의 표면장력을 변화시키므로, 결국 방사된 나노섬유의 직경에 영향을 미치게 된다.

즉, 방사영역의 온도가 상대적으로 높아서 용액의 점도가 낮으면 섬유직경이 상대적으로 가는 나노섬유가 만들어지고, 온도가 상대적으로 낮아서 용액의 점도가 높으면 섬유직경이 상대적으로 굵은 나노섬유가 만들어진다.

농도를 측정하기 위한 농도측정장치는 용액에 직접 접촉하는 접촉식과 비접촉식이 있으며, 접촉식으로는 캐필리러식 농도측정장치, 디스크(DISC)식 농도측정장치 등이 사용될 수 있으며, 비접촉식으로는 자외선을 이용한 농도측정장치 또는 적외선을 이용한 농도측정장치 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 가열장치는 전열히터, 온수순환장치 또는 온풍 순환 장치등으로 이루어 질 수 있으며, 이외에 상기 장치들과 균등한 범위에서 온도를 높일수 있는 장치들을 차용할 수 있다.

가열장치의 일예로 전열히터는 열선형태로 사용될 수 있으며, 노즐블록(110)의 관체(43)내부에 코일형태의 열선(62a, 62b)을 장착할 수 있으며, 이는 자킷형태로도 변형가능하다(도 3 내지 도 8 참고).

또한, 선형형태의 열선(62a, 62b) 및 U자 형태의 파이프(63)의 구성을 지닌 것도 가능하다.

상기와 같은 가열장치는 폴리머 용액이 방사되는 노즐블록(110), 폴리머 용액이 저장되는 탱크(주저장 탱크, 중간탱크 또는 재생탱크) 및 오버플로우 시스템(200 : 특히 회수부로부터 재생탱크로 이송되는 이송배관)중 어느 하나 이상에 구비될 수 있다.

본 발명의 냉각장치는 칠링장치를 포함한 냉각수단등이 사용될 수 있으며, 폴리머 용액의 일정점도를 유지하기 위한 수단은 통상적으로 적용이 가능하다. 냉각장치는 가열장치와 동일하게 노즐블록(110), 탱크 및 오버플로우 시스템(200) 중 어느 하나 이상에 구비될 수 있으며, 폴리머 용액의 일정점도를 유지하기 위해 사용된다.

또한, 본 발명의 온도조절 제어장치(60)는 농도를 측정하는 센서와 이에 따라 온도를 제어하는 온도조절 제어부(미도시)를 포함한다.

상기 센서는 주저장 탱크(210), 중간탱크(220), 재생탱크(230), 노즐블록(110) 또는 오버플로우 시스템(200) 등에 설치되어 방사용액의 농도를 실시간으로 측정하여 이를 온도조절 제어장치(60)에서 점도가 일정하게 유지되도록 가열장치 및/또는 냉각장치를 작동한다.

본 발명의 오버플로우 시스템(200)을 통해 재공급 되는 폴리머 용액의 농도는 20 내지 40%이며, 이는 통상적인 전기방사에서 사용되는 폴리머 용액의 농도인 10 내지 18%에 비해 고농도의 용액이다.

또한, 본 발명의 재공급 되는 폴리머 용액의 점도를 일정하게 하기 위해, 폴리머 용액의 농도에 따른 폴리머 용액의 온도는 상온이 아닌, 45 내지 120 ℃로 조절되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 폴리머 용액은 점도는 1,000 내지 5,000 cps가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1,000 내지 3,000 cps 의 점도가 좋다. 점도가 1,000 cps 이하일 경우 전기방사되어 적층되는 나노섬유의 품질이 불량하며, 점도가 3,000 cps 이상일 경우 전기방사시 노즐(42)로부터 폴리머 용액의 토출이 용이하게 되지 않아 생산속도가 느려진다.

또한, 본원발명은 전기방사를 진행할수록 폴리머용액의 점도는 일정하여 전기방사시의 방사용이성이 우수함과 동시에 폴리머용액의 농도가 증가하여 콜렉터에 집적되는 나노섬유 중 용매를 제외한 고형분 양의 증가로 생산성이 증대되는 효과가 있다.

이에 더해, 전기방사를 이용한 나노섬유의 잔존 용매량이 기존의 전기방사를 이용한 경우 보다 적어 우수한 품질의 나노섬유를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 온도조절 제어장치(60)는 오프라인 상으로 작업자가 중간탱크(220)의 농도를 측정하여 노즐블록(110)이나 주저장탱크(210)의 온도조절을 통해 폴리머 용액의 점도를 제어할 수 있는 수동식이 가능함과 동시에, 온라인상으로 자동제어 시스템을 통해 농도측정에 따라 해당 용액의 온도를 조절할 수 있는 자동식인 것을 포함한다.

이하에서는 온도조절 제어장치(60)를 구비하여 점도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 전기방사전기방사를 이용한 나노섬유 제조방법에 대해 설명한다. 그러나 하기 제조방법은 본 발명의 일 제조방법에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

나노섬유 제조방법은 폴리머 용액이 저장된 주저장 탱크(210)로부터 폴리머 용액이 노즐블록(110)으로 공급되는 공급단계를 포함한다. 이때 주저장 탱크(210)에 유입되는 폴리머 용액의 종류는 상기에서 설명한 폴리머 용액이 다양하게 사용될 수 있다.

주저장 탱크(210)로부터 노즐블록(110)으로 공급된 폴리머 용액은 노즐(42)을 통해 컬렉터(150)에 전기방사되어 나노섬유층을 적층하는 전기방사단계를 포함한다. 전기방사단계에서는 노즐블록(110)과 컬렉터(150) 간의 거리를 평균적으로 20 내지 50 cm로 조절하고, 인가전압을 10 내지 40kV로 조절하고, 폴리머 용액의 유량, 온도 및 습도는 전기방사에 있어서 통상의 범위로 설정할 수 있다.

전기방사단계에서 노즐블록(110)에서 전기방사되는 폴리머 용액의 30 내지 10%만이 나노섬유화 되며 나머지 70 내지 90%의 폴러머 용액은 나노섬유화 되지 못한다. 이렇게 나노섬유화 되지 못한 폴리머 용액은 오버플로우 시스템(200)을 통해 재생탱크(230)로 수거 및 수집되는 회수단계를 거친다.

이후 재생탱크(230)에 저장된 폴리머 용액은 바로 노즐블록(110)으로 재공급될 수 있으며, 이에 더해 주저장 탱크(210)로부터 재생탱크(230)로 폴리머 용액이 유입되어 재생탱크(230)에 저장되는 저장단계를 거쳐 노즐블록(110)으로 재공급될 수 있다.

이 후 재생탱크(230)로부터 폴리머 용액이 노즐블록(110)으로 재공급되는 재공급단계를 거치게 되며 이때 폴리머 용액의 점도를 일정하게 조절하기 위해 노즐블록(110)에 온도조절 제어장치(60)가 설치된다. 또한, 온도조절 제어장치(60)는, 노즐블록(110) 뿐만 아니라 오버플로우 시스템(200)과, 재생탱크(230) 또는 주저장 탱크(210) 어느 하나에 설치 될 수 있다.

이후, 상기 전기방사장치를 통하여 제작되는 나노섬유 웹과 지지체(기재)를 라미네이팅하기 위한 라미네이팅 장치에 의해 후공정을 수행한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 침구류용 나노섬유 원단에 관한 제조방법을 설명한다.

기재를 준비하는 단계; 상기 기재의 하부면에 고분자 방사용액을 상향식 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층하는 단계; 상기 기재 상에 나노섬유 웹이 적층된 적층체를 라미네이팅 하는 단계를 포함하고, 상기 전기방사장치는 온도조절장치를 이용하여 고분자 방사용액이 노즐을 통해 45 내지 120℃인 고온에서 전기방사되는 것을 특징으로 하는 침구류용 나노섬유 원단의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 침구류 나노섬유의 제조에 있어서, 총 적층되는 나노섬유 웹의 평량은 바람직하게는 0.1g/m2 이상 20/m2이하, 더욱 바람직하게는 0.1g/m2 이상1.0g/m2 미만인 것이 특징이다. 여기서 총 나노섬유 웹의 평량이 0.1g/m2 미만이거나 1.0g/m2 이상인 경우 기계적 물성이나 항균 효과가 크지 않는 단점이 있었다.

이와 같이 제조된 침구류용 나노섬유 원단은 통기성이 우수하여 항균 성능을 가지게 된다.

이후, 본 발명에 따라 제조된 나노섬유 원단을 셀룰로오스나 침구용 원단에 적층시켜 라미네이팅하여 통기성이 우수한 이불, 베개, 매트리스, 담요, 쿠션 등의 침구류로 제작될 수 있다. 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 접착층의 역할을 함으로서 이점이 있다.

한편 본 발명의 일 실시예에서는 상기 나노섬유 제조장치(1)의 후단에 라미네이팅 장치(50)가 구비되어 전기방사장치를 통하여 제작되되, 나노섬유 웹이 적층형성되는 지지체(3) 또는 기재를 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 라미네이팅 하도록 이루어지는 것도 바람직하다.

또한 상기 라미네이팅 장치(50)의 상측에 또 다른 기재(미도시)를 공급하는 공급롤러가 구비되어 상기 침구류 나노섬유 웹이 적층형성되는 지지체(3)의 상부에 기재를 적층하면서 라미네이팅 장치(50)를 통하여 다층으로 라미네이팅하도록 이루어지는 것도 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

폴리우레탄 20중량%(Dow(USA) 사의 Pellethane 2363-80AE를 사용)를 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 80중량%를 사용하여 용해시켜 농도가 20%인 고분자 방사용액을 제조하고 전기방사장치의 원료탱크에 구비하였다. 이후 멜트블로운 방식으로 제작된 TPU 기재(Bluecher사(社) IOH10UM4) 상에 상기 방사용액을 노즐블록으로 이동시킨 후 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV, 방사용액 유량 0.1mL/h, 온도 60℃, 습도 50%로 전기방사 하였다. 이후, 방사공정을 거치며 방사되지 못하고 오버플로우된 고형분이 다시 저장탱크의 하나인 원료탱크로 구비되는 과정에서 원료탱크 내 방사용액의 농도가 25%로 변경되었고, 이에 따라 점도는 2000cps로 변경되었다. 이후 점도조절시스템의 센서에 의해 점도를 1000cps로 낮추기 위해 원료탱크의 온도를 70℃로 상승시킨 후 전기방사하여 나노섬유 웹을 얻어 나노섬유 원단을 제조하였다. 이 때, 나노섬유 웹의 평량은 0.5g/㎡이었다.

[실시예 2]

나노섬유 웹의 평량이 0.7g/㎡인 것을 제외하고는, 실시예1과 동일한 조건으로 나노섬유를 원단을 제조하였다.

[실시예 3]

나노섬유 웹의 평량이 3g/㎡인 것을 제외하고는, 실시예1과 동일한 조건으로 나노섬유를 원단을 제조하였다.

[실시예 4]

나노섬유 웹의 평량이 5g/㎡인 것을 제외하고는, 실시예1과 동일한 조건으로 나노섬유 원단을 제조하였다.

[실시예5]

폴리우레탄의 중량%를 23%, 전기방사온도를 80℃로 조절한 것을 제외하고는, 실시예1과 동일한 조건으로 나노섬유 원단을 제조하였다.

[실시예 6]

폴리우레탄의 중량%를 26%, 전기방사온도를 100℃로 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 나노섬유 원단을 제조하였다.

[비교예1]

전기방사온도를 25℃, 나노섬유 웹의 평량을 10g/㎡로 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 나노섬유 원단을 제조하였다.

-권취속도

실시예와 비교예에 의해 제조된 나노섬유 웹의 직경 및 나노섬유 웹의 생산량이 0.2g/m²일때의 방사 권취속도를 측정하였다.

-평균 유공 크기

실시예 및 비교예들의 나노섬유 웹을 구성하는 섬유의 평균 유공 크기는, 모세관 유동 기공측정기(포러스 머티리얼즈, CFP-34RTF8A-3-6-L4)를 사용하여 ASTM 규정 F316의 자동 기포점 방법을 사용함으로써 0.05㎛ 내지 300㎛의 기공 크기 직경을 갖는 멤브레인의 기공 크기 특징을 근사적으로 측정하는 ASTM 규정 E 1249-89에 따라 측정하였다.

-공기투과율

실시예 및 비교예들의 프래지어 공기투과율은 다공성 재료의 공기 투과율의 측청치이며, 이는 124.5Pa의 차압에서 재료를 통한 공기 유동 체적을 측정한다. 샘플을 통한 공기의 유동을 측정 가능한 양으로 제한하기 위해 오리피스를 진공 시스템 내에 장착한다. 오리피스의 크기는 재료의 다공도에 따른다. 프래지어 투과율을 보정된 오리피스를 구비한 셔먼 더블유 프래지어 컴퍼니의 이중 압력계를 사용하여 측정한 후 ㎥/분/㎡ 단위로 변환하였다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	비교예
평량(g/㎡)	0.5	0.7	3	5	0.5	0.5	10
전기방사온도(℃)	60	60	60	60	80	100	25
권취속도(m/min)	35	33	31	30	32	31	10
평균유공(㎛)	1.02	1.05	1.35	1.38	1.03	1.03	1.8
공기투과율(㎥/분/㎡)	5.66	5.6	5.59	5.4	5.58	5.50	4.91

상기 표에서와 같이, 본 발명은 고온방사함으로써 방사용액 농도를 증가시켜 나노섬유 제조의 생산성을 높일 수 있고, 특히 나노섬유 웹으로 폴리우레탄을 사용하고 기재로 열가소성 폴리우레탄 기재를 사용함으로써 기재와 나노섬유 웹의 소재의 유사성으로 인해 별도의 접착제 없이도 라미네이팅 공정을 통해 기재와 나노섬유 사이에 탈리가 잘 일어나지 않는 이점이 있었을 뿐만 아니라, 공기투과율이 우수한 효과를 제공할 수 있다.

이상, 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하지만, 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.

1 : 전기방사장치, 42: 노즐,
43: 관체 60: 온도조절 제어장치,
62a, 62b: 열선 63: 파이프,
100, 100' : 유닛, 102 : 케이스,
110 : 노즐블록, 150 : 컬렉터,
152 : 절연부재, 160 : 전원장치,
170 : 보조벨트장치, 172 : 보조벨트,
174 : 보조벨트용 롤러, 200 : 오버플로우 시스템,
210 : 주저장 탱크, 211 : 교반장치,
212 : 밸브, 213 : 밸브,
214 : 밸브, 216 : 제2 이송배관,
218 : 제2 이송제어장치, 220 : 중간탱크,
222 : 제2 센서, 230 : 재생탱크,
231 : 교반장치, 232 : 제1 센서,
233 : 밸브, 240 : 공급배관,
242 : 공급제어밸브, 250 : 방사용액 회수 경로,
251 : 제1 이송배관.

Claims (11)

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5. 기재를 준비하는 단계;
   상기 기재의 하부면에 고분자 방사용액을 상향식 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층하는 단계;
   상기 기재 상에 나노섬유 웹이 적층된 적층체를 라미네이팅 하는 단계를 포함하고,
   전기방사장치는 온도조절장치를 이용하여 고분자 방사용액이 노즐을 통해 45 내지 120℃인 고온에서 전기방사되며,
   상기 기재는 열가소성 폴리우레탄(TPU)이고, 그 평량이 10 내지 150g/㎡이며,
   상기 나노섬유는 폴리우레탄이고, 평량이 0.1g/㎡ 이상, 1.0g/㎡ 미만이며,
   상기 전기방사하는 단계에서는 고분자 방사용액의 농도를 조절하기 위해 희석제를 공급하는 공정을 포함하지 않고,
   상기 고분자 방사용액에 사용되는 용매는 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 또는 디메틸포름아미드(DMF)인 것을 특징으로 하는 침구류용 나노섬유 원단의 제조방법
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