KR101900331B1

KR101900331B1 - 다겹 보온커튼 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101900331B1
Application number: KR1020170095816A
Authority: KR
Inventors: 유용근
Original assignee: 주식회사 화인지오텍
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2018-09-20

Abstract

본 발명은 발수성과 발열성을 동시에 갖는 융합형 다겹 보온커튼을 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는 표면에 실리콘 코팅층과 탄소나노복합체 코팅층이 형성된 폴리에스테르 단섬유와, 폴리카보실란을 용융 방사해서 얻은 섬유를 불용화한 후 1300~1400℃에서 열처리한 실리콘 카바이드 단섬유를 80:20 내지 50:50의 중량비로 혼섬한 후 카딩하여 웹을 형성하고, 이를 니들펀칭하여 형성된 패딩(padding)용 보온재를 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate)나 폴리프로필렌(Polypropylen) 중 어느 하나로 각각 이루어진 겉감과 안감 사이에 넣고, 상기 겉감과 상기 보온재 및 상기 안감을 일정한 간격을 두고 열융착하여 형성된 다겹 보온커튼을 개시한다.

Description

다겹 보온커튼 및 그 제조방법{MULTI-LAYER THERMAL SCREEN AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 온실이나 하우스의 보온력 향상을 위해 개폐가 가능하게 펴는 보온커튼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발수성과 발열성을 동시에 갖는 융합형 다겹 보온커튼 및 그 제조방법에 관한 것이다.

오늘날 국내에서 과수, 채소, 화훼 따위의 원예 및 기타 작물을 지속적이고 안정적으로 생산하기 위한 시설재배는 생산비 중 난방비가 차지하는 비중이 매우 높아 국제 경쟁력 면에서 크게 불리하다. 더욱이 중동 산유국을 중심으로 한 국제정세 불안으로 인해 고유가 시대는 지속될 것으로 보여 시설재배 농가의 난방 연료비 부담은 더욱 가중될 수밖에 없는 실정이다.

이에 따라 시설농업의 경쟁력 확보와 농가 소득증대를 위해서는 난방비 절감이 무엇보다도 중요한 과제로 대두되었고, 이를 위한 가장 기본적인 방법으로 시설의 보온력을 높이는 조합형 보온자재인 이른바 다겹 보온커튼을 설치하여 보온성을 향상시킴으로써 겨울철 작물 피해를 최소화하고 난방연료를 절감하고 있다.

이러한 다겹 보온커튼은 각기 다른 종류의 보온용 자재가 여러 겹으로 구성되어 있어 열관류량 즉, 열이 보온자재를 통과하여 빠져나가는 양이 적어 보온성이 높다.

예컨대, 개폐 시 마찰되는 면을 보호하기 위한 폴리프로필렌 소재에 부직포, 화학솜, 폴리폼, 부직포의 순으로 자재를 겹쳐 직조형태로 누빈 구조가 많이 사용되고 있다.

그런데 이는 조합형의 특성상 보온성이 우수한 반면, 광투과율이 매우 낮아 일조가 부족한 겨울철 등에는 작물의 광합성에 필요한 광량이 충분하지 못하게 되는 단점이 있다.

특히 상대적으로 높은 광량을 요구하는 과채류 작물의 경우 겨울철에는 이른 아침의 광량 확보를 위해 다겹 보온커튼을 일찍 여는데, 이때 급격한 온도 하강으로 온실 또는 하우스의 난방부하가 증가하여 난방에너지 소비량이 증가하고, 또 상하부의 온도차가 큰 공기가 혼합되면서 발생하는 결로현상으로 인해 맺힌 물방울이 떨어져 작물에 피해를 주는 데다 부직포의 특성상 장기간 사용 시 수분을 다량으로 머금는 성질이 있어 쉽게 처지는 현상이 발생할 뿐만 아니라 습기와 곰팡이 발생은 물론 각종 세균 및 병균 서식에 유리한 환경을 조성하여 결과적으로 사용 수명을 단축하는 문제점이 있다.

한편, 작물이 시설 내부에서 원활한 생육을 유지하기 위해서는 적정 광, 온도, 수분조건이 고루 갖추어져야 하며, 이러한 조건들이 조화를 이룬 최적의 생육조건 조성을 위해서는 외부환경 특히 여름철의 강한 태양 광선과 고온에 의한 피해를 경감할 수 있도록 적절한 암 조건을 부여해주는 것이 필요하고, 또한 겨울철의 저온에 의한 피해와 적정 생육온도 확보를 위한 보온도 중요하다.

이에 따라 근래에는 외부로부터 유입되는 광의 반사효과를 극대화하는 알루미늄 호일과, 내부의 열이 외부로 손실되는 것을 막아 보온성을 극대화하는 폴리올레핀(Polyolefin) 발포폼으로 이루어진 다겹 보온커튼이 개발되어 차광에 의한 광량조절 및 계절별 보온용도로 사용되고 있다.

그런데 이는 알루미늄 호일과 발포폼을 본딩 및 열처리로 접합하여 두께가 얇고 가벼워 관리 작업이 용이하고, 방수가 가능하므로 세균 서식을 줄일 수 있는 장점은 있으나, 표면 오염으로 인한 차광성의 저하 및 겨울철 투습성 불량으로 인한 결빙 등과 같은 관리상의 한계가 있다.

즉, 알루미늄 호일을 적용할 경우 보온성 향상과 투습도 향상이라는 상반된 특성을 충족시킬 수 없어 사용에 제약이 따르기 마련이다.

한편, 열의 이동 경로인 전도, 대류, 복사 메커니즘을 이용하여 특정 조건하에서 발열하는 섬유 소재는 다양하게 제안되고 있으며, 이 중 일반 섬유에 범용적으로 적용할 수 있는 것으로, 섬유의 친수성 카르복실기나 아크릴레이트기가 수분을 흡수하면서 열을 발생시키는 메커니즘이 이용되고 있다.

이러한 흡습발열 섬유의 가공 방법으로는 세라믹 소재 또는 기타 흡습발열성 분말을 바인더로 섬유 표면에 부착하는 방법, 섬유 방사 단계에서 혼입하는 방법, 후가공으로 섬유에 함침 및 패딩망글(Padding Mangle)을 이용하여 코팅하는 방법 등이 있으나, 이는 바인더로 인한 태의 저하 및 마찰 등에 의해 입자가 탈락하여 흡습 성능이 저하되는 단점이 있다.

또한, 아크릴계 섬유를 개질시켜 고흡수성 고분자를 제조하는 공정과 유사한 방법을 이용할 수도 있는데, 예를 들어 니트릴기를 갖는 소재를 가수분해하여 카르복실기로 변환하면 흡습발열 기능을 부여할 수 있으나, 이는 섬유에 카르복실기로 변환되는 고분자를 부착시키는 문제와, 섬유 자체에 친수화 가공을 하여야 하므로 섬유에 손상을 주고, 염색 등의 후가공 시 아크릴레이트 섬유가 알칼리 처리에 의해 흡습발열 성능이 떨어지는 단점이 있다.

이러한 종래의 기술이 지닌 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-1295045호에는, 섬도 1.0~2.0de, 섬유장 30~55㎜의 흡수 또는 흡습발열 아크릴 섬유를 단독으로 사용하거나 또는 발열 아크릴 섬유와 다른 종류의 단섬유(면 단섬유, 텐셀 단섬유, 폴리에스테르 단섬유, 폴리아미드 단섬유, 일반 아크릴 단섬유, PP/PE Bicomponent 단섬유)를 혼섬하여 부직포 원단을 제조하는 방법이 개시되어 있다.

그런데 이는 흡습발열 성분을 내구성 있게 도입하여 견뢰도 저하 등의 문제를 해결하였으나, 20~25℃, 상대습도 80% 이상의 일정한 조건하에서 최적의 발열이 이루어지기 때문에 산업 전반에 걸쳐 폭넓게 활용하지 못하는 사용상의 한계가 있다.

더욱이 흡습발열 아크릴 섬유 방사 시 흡광입자를 섬유사에 혼입하는 복합방사공정이 필요하여 제조비용이 높은 데다 흡광입자의 표면적이 넓지 않아 동일한 발열효과를 얻기 위해서는 다량의 흡광입자를 넣어야 하는 단점이 있다.

여기서 상술한 배경기술 또는 종래기술은 본 발명자가 보유하거나 본 발명을 도출하는 과정에서 습득한 정보로서 본 발명의 기술적 의의를 이해하는데 도움이 되기 위한 것일 뿐, 본 발명의 출원 전에 이 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술을 의미하는 것은 아님을 밝힌다.

KR20-0461061 Y1(2012.06.13) KR10-1177298 B1(2012.08.21) KR10-1295045 B1(2013.08.05) KR20-0475598 Y1(2014.12.08) KR10-1683607 B1(2016.12.01) KR10-1663708 B1(2016.09.30) KR10-2016-0098680 A(2016.08.19) KR10-1709079 B1(2017.02.16)

이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하여 기존의 다겹 보온커튼이 지닌 한계 및 문제점의 해결에 역점을 두어, 다겹 보온커튼에서 요구되는 기준요건을 충족하는 보온성 및 투습성을 가지면서 수분 흡수로 인해 무게가 증가하여 처지는 현상과, 습도 상승으로 인한 곰팡이의 발생 및 각종 세균 및 병균의 번식을 방지하기 위한 발수성은 물론이고, 태양광을 받으면 근적외선을 흡수하여 열에너지로 축열하고 발열하는 발열성을 동시에 갖는 효과를 도모하는 새로운 구조의 다겹 보온커튼을 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 발수성과 투수성을 동시에 가질 수 있도록 하는 다겹 보온커튼 및 그 제조방법을 제공하는 데 있는 것이다.

여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성 및 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 태양에 따른 구체적 수단은, 고분자 전해질에 탄소나노섬유(carbon nanofiber)와 안티몬-텔루륨 파우더 및 가교제를 혼합하여 탄소나노복합용액을 제조하는 탄소나노복합용액 준비공정, 폴리에스테르 수지를 280~300℃에서 용융하고 1000~1,500m/min의 방사속도로 방사하여 생산된 미연신사를 85~90℃의 실리콘 유제 침지욕 중에 침지시켜 1.5~4.0의 연신비와 50~150m/min의 연신속도로 연신하는 연신 및 실리콘 코팅공정, 연신 및 실리콘이 코팅된 연신사를 130~170℃의 히팅롤(hot godet roll)을 통과시켜 열처리하는 열고정공정, 열고정공정을 거쳐 120~130m/sec의 선속도로 이동하는 연신사의 표면에 시간당 7.5L의 실리콘 유제를 분사하여 코팅한 후 9±1개/inch의 크림프를 형성하는 크림핑공정, 크림핑된 권축사를 20±5℃의 온도 및 1~1.5m/sec의 풍속으로 50~60분간 냉각하는 1차 냉각공정, 냉각된 권축사를 130~170℃의 온도 및 1~1.5m/sec의 풍속으로 30~40분간 열고정하는 세팅공정, 열고정된 권축사를 20±5℃의 온도 및 1~1.5m/sec의 풍속으로 50~60분간 냉각하는 2차 냉각공정, 2차 냉각공정을 거쳐 120~130m/sec의 선속도로 이동하는 권축사의 표면에 탄소나노복합용액을 분사하여 코팅한 후 건조하여 경화시키는 탄소나노복합용액 코팅공정, 탄소나노복합용액이 코팅된 권축사를 단섬유로 절단하는 커팅공정, 커팅공정을 거쳐, 표면에 실리콘 코팅층과 탄소나노복합체 코팅층이 형성된 폴리에스테르 단섬유와, 폴리카보실란을 용융 방사해서 얻은 섬유를 불용화한 후 1300~1400℃에서 열처리한 실리콘 카바이드 단섬유를 80:20 내지 50:50의 중량비로 혼섬한 후 카딩하여 웹을 형성하고, 이를 니들펀칭하여 패딩(padding)용 보온재를 형성하는 보온재 형성공정, 보온재 형성공정에서 만들어진 보온재를 겉감과 안감 사이에 넣고, 상기 겉감과 상기 보온재 및 상기 안감을 일정한 간격을 두고 열융착하여 고정하는 열융착공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다겹 보온커튼의 제조방법을 제시한다.

이로써 본 발명의 다겹 보온커튼 제조방법은 발수성과 발열성을 동시에 갖는 융합형 다겹 보온커튼을 얻을 수 있다.

그리고 본 발명의 바람직한 실시 태양으로, 상기 열융착공정 이전 또는 이후에, 순도가 95% 이상인 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotubes)와 하이퍼브랜치 폴리우레탄(hyperbranched polyurethane) 복합체 용액을 상기 겉감에 분사하여 코팅하는 표면 코팅공정을 더 포함하여 이루어짐으로써 발열성과 발수성을 더욱 향상시킬 수 있다.

그리고 본 발명의 바람직한 실시 태양으로, 상기 고분자 전해질은, 폴리클로로트리플루오르에틸렌(Polychlorotrifluoroethylene), 폴리비닐리덴플로라이드(Polinylidene fluoride), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(Polyvinylidenefluoride-hexafluoro propylene) 공중합체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 가교제는, 폴리에틸렌 글리콜-아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜-디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜-디메타아크릴레이트, 트리알릴-트리아진트리온, 폴리에틸렌 글리콜 메틸 에테르 메타크릴레이트 및 글리시딜 메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이의 혼합물로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 탄소나노복합용액은, 상기 고분자 전해질 30~40 중량%와 상기 탄소나노섬유 30~40중량%와 상기 안티몬-텔루륨 파우더 20~30 중량% 및 상기 가교제를 10~15 중량%로 혼합하여 형성되고, 상기 연신 및 실리콘 코팅공정은, 방사된 미연신사를 50~60℃의 물과 연신용 유제가 1:1 비율로 담긴 침지욕에 침지시켜 1.5~4.0의 연신비로 연신한 후 이루어질 수 있다.

또한, 상기 실리콘 유제는, 물 100중량부에 대하여 폴리디메틸록산(Polydimethylsiloxane) 7~8중량부, 폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene Alkyl ether) 2~3중량부, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-glyciddoxypropyltrimethoxysilane) 0.5~0.7중량부가 혼합되어 이루어진 것을 채택하여 적용할 수 있다.

그리고 본 발명의 다른 실시 태양은, 상기 보온재를 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate)나 폴리프로필렌(Polypropylen), 폴리에스테르(polyester) 중 어느 하나로 각각 이루어진 겉감과 안감 사이에 넣고, 상기 겉감과 상기 보온재 및 상기 안감을 일정한 간격을 두고 열융착하여 고정 형성된 것을 특징으로 하는 다겹 보온커튼을 제시한다.

이로써 본 발명의 다겹 보온커튼은 발수성과 발열성이 우수하여 겨울철 등에 작물이 썩는 등의 피해를 최소화하고 난방 에너지를 크게 절감할 수 있다.

상기와 같은 목적의 달성과 기술적 과제를 해결하기 위한 수단 및 구성을 갖춘 본 발명의 실시 태양은, 보온성과 투습성 등 다겹 보온커튼에 요구되는 기준요건을 충족함은 물론이고, 발수성이 우수하므로 수분 흡수로 인해 무게가 증가하여 처지는 현상을 방지하고, 습도 상승으로 인한 곰팡이의 발생과 각종 세균 및 병균의 번식을 방지할 수 있다.

그뿐만 아니라 태양광을 받으면 근적외선을 흡수하여 열에너지로 축열하고 또는 난방기로부터 발생한 열을 흡수하고 축적하여 장시간 유지 및 발열하는 발열성은 물론이고 단열성, 보온성, 난연성을 보유하여 에너지 효율성을 증대시킬 수 있다.

따라서 외기의 온도가 낮은 겨울철 등에 높은 습도로 인해 작물이 썩는 등의 피해를 최소화하고 난방 에너지를 크게 절감할 수 있다.

여기서 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다겹 보온커튼을 개략적으로 나타낸 국부 횡단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다겹 보온커튼의 발열 특성을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다겹 보온커튼의 흡광 및 축열 특성을 측정하여 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.

또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

여기서 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기 및 형태와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.

아울러 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 실시 예에 따른 다겹 보온커튼 제조방법은, 크게 탄소나노복합용액 준비공정, 연신 및 실리콘 코팅공정, 열고정공정, 크림핑공정, 1차 냉각공정, 세팅공정, 2차 냉각공정, 탄소나노복합용액 코팅공정, 커팅공정, 보온재 형성공정 및 열융착공정을 포함하여 이루어진다.

(A) 탄소나노복합용액 준비공정

고분자 전해질에 탄소나노섬유(carbon nanofiber)와 안티몬-텔루륨 파우더 및 가교제를 혼합하여 탄소나노복합용액을 만든다.

즉, 탄소나노복합용액 내 탄소나노섬유와 안티몬-텔루륨 파우더의 분산성을 향상시키기 위하여 교반기로 일정시간 동안 교반한다.

이때, 온도가 상승하면서 고분자 전해질 속의 수분 등이 증발하여 점도가 상승되는 것을 방지하기 위해 상온 분위기(atmosphere)에서 실시하는 것이 바람직하다.

그리고 탄소나노복합용액은 고분자 전해질 20~40중량%와 탄소나노섬유 30~40중량%와 안티몬-텔루륨 파우더 20~30중량% 및 가교제를 10~15중량%로 혼합하여 형성될 수 있다.

여기서 탄소나노복합용액 전체의 중량에 대한 고분자 전해질의 비율이 20중량%보다 적으면 탄소나노섬유와의 화학적 결합력 및 열적 안정성이 떨어지고, 40중량%보다 많으면 내구성이 떨어질 수 있다.

또한, 탄소나노섬유가 30중량%보다 적으면 발열효율이 떨어지고, 40중량%보다 많으면 분산성 및 내구성이 저하될 수 있다.

또한, p형 열전물질인 안티몬(Sb)-텔루륨(Te) 파우더(powder)가 20중량%보다 적으면 열전달 효율이 떨어지고, 30중량%보다 많으면 점도 조절에 어려움이 있어 탄소나노섬유의 표면장력에 악영향을 끼쳐 분산성 및 유동성(흐름성)을 저하시켜 코팅이 원활하게 이루어지지 않아 섬유와의 접착력(adhesion)을 떨어뜨리는 문제점이 발생될 수 있다.

여기서 안티몬(Sb)-텔루륨(Te) 파우더(powder)는 열전특성, 즉 열전도도(thermal conductivity)를 높이기 위해 퍼니스(furnace) 등의 열처리 장비에 로딩하여 진공과 질소 등 비활성 기체의 소정 압력 분위기에서 열처리 과정을 거친 것을 채용할 수 있다.

또한, 가교제가 10중량%보다 적으면 결합력이 저하되어 섬유로부터 떨어지는 문제가 발생될 수 있고, 15중량%보다 많으면 결합력이 강해 크랙(crack)이 발생될 수 있다.

탄소나노섬유는 기상성장 탄소나노섬유(vaper grown carbon nanofibers)라고도 하며, 흑연구조의 벽으로 형성된 길이/지름의 비가 >100인 나노 크기의 높은 전기적 특성과 열전도성 및 광흡수율, 열변환 효과를 갖는 실린더 형상으로 이루어져 있다. 이는 촉매(전이금속)의 표면에 탄화수소(벤젠, 메탄) 기체가 접촉하여 탄소만 응축된 결과로, 촉매가 부유된 상태에서 섬유를 성장시키는 플로팅 반응 메커니즘으로 제조될 수 있다.

고분자 전해질의 바람직한 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(Polyvinylidenefluoride-hexafluoro propylene) 공중합체일 수 있고, 또는 폴리클로로트리플루오르에틸렌(Polychlorotrifluoroethylene)이나 폴리비닐리덴플로라이드(Polinylidene fluoride) 공중합체 중 어느 하나로 이루어질 수도 있다.

가교제는 폴리에틸렌 글리콜-아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜-디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜-디메타아크릴레이트, 트리알릴-트리아진트리온, 폴리에틸렌 글리콜 메틸 에테르 메타크릴레이트 및 글리시딜 메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.

한편, 탄소나노복합용액은 그대로 섬유의 표면에 코팅될 수 있고, 폴리우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 폴리에스터계 수지 및 실리콘계 수지로 이루어진 군에서 적어도 1종의 바인더와 혼합 및 여과하여 섬유의 표면에 코팅될 수도 있으며, 특히 폴리우레탄계 수지 바인더를 사용할 경우 접착성 및 분산성을 높이기 위해서 탄소나노섬유는 표면개질공정을 거친 것을 채용하는 것이 바람직하다.

(B) 연신 및 실리콘 코팅공정

폴리에스테르 수지(중합체)를 280~300℃에서 용융하고 방사구금을 통해 1000~1,500m/min의 방사속도로 방사하여 단사섬도(denier per filament)가 90 내지 300데니어(denier)인 토우(tow) 상태의 미연사를 형성한다.

여기서 폴리에스테르 수지로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 수지를 들 수 있으며, 고강도의 섬유를 제조하기 위하여 고유 점도가 0.9 내지 1.0인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 사용할 수 있다. 이러한 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 공지의 방법에 따라 고유 점도가 0.6 정도인 통상적인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 고상중합하는 방법 등으로 용이하게 제조할 수 있다.

용융방사의 온도는 예를 들면 300℃이며, 폴리에스테르 수지의 용융지수를 고려하여 적절히 방사온도를 정할 수 있다.

이 공정은 폴리에스테르 수지(중합체)를 용융된 상태로 공급하여 별도의 용융부가 필요 없는 연속중합방사법 등을 적용할 수 있다.

방사된 토우(tow) 상태의 미연신사를 85~90℃의 물과 폴리디메틸록산(Polydimethylsiloxane), 폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene Alkyl ether), 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-glyciddoxypropyltrimethoxysilane)이 100:7~8:2~3:0.5~0.7 중량비(kg)로 혼합된 실리콘 유제 침지욕 중에 침지시켜 1.5~4.0의 연신비와 50~150m/min의 연신속도로 연신하면서 1차로 실리콘을 코팅한다.

즉, 폭이 넓은 토우(tow) 상태로 열수인 침지욕 중에 침지하여 표면속도가 다른 두 개의 롤러에 의해 연신과 실리콘 코팅이 동시에 이루어진다.

여기서 물의 조성비가 100보다 적고 폴리디메틸록산의 조성비가 8보다 많고, 폴리옥시에틸렌알킬에테르의 조성비가 3보다 많고, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란의 조성비가 0.7보다 많으면 매끄러운 터치감이 떨어져 발수도에 악영향이 미칠 수 있고, 물의 조성비가 100보다 많고 폴리디메틸록산의 조성비가 7보다 적고, 폴리옥시에틸렌알킬에테르의 조성비가 2보다 적고, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란의 조성비가 0.5보다 적으면 디핑(dipping)에 의한 코팅이 골고루 균일하게 일어나지 않을 수 있다.

또한, 실리콘 유제는 먼저 물을 배합기에 투입하여 교반을 진행한 상태에서 3-글리시독시프로필트리메톡시실란을 투입하여 약 15분간 교반하여 배합하고, 그 혼합물에 폴리디메틸록산과 폴리옥시에틸렌알킬에테르를 서서히 투입하여 약 30분간 교반 후 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 이 과정에서 방사된 미연신사를 50~60℃의 물과 연신용 유제가 1:1 비율로 담긴 침지욕에서 1.5~4.0의 연신비로 연신한 다음 이루어질 수 있다.

이때, 연신용 유제는 평활성 부여 및 집속성 향상을 통해 작업성에 크게 기여하고, 수지의 고화 시 마찰열을 완화하는 대전방지 역할, 모우, 사절 등의 방지를 위해 사용하는데 전체 섬유의 중량 대비 0.35~0.45중량%가 표면에 부착되도록 양을 조절하는 것이 바람직하다.

즉, 폴리에스테르 섬유 등의 합성섬유는 전반적으로 소수 구조로 되어 있어 흡수성이 적고 정전기 발생이 쉽고, 고속화에 따른 평활성, 내열성, 내발연성, 내스컴성(scum resistance) 등이 요구되므로 연신용 유제는 충분한 대전방지, 마찰 계수, 내열, 방청 등의 기능을 고려하여 선택하여야 한다. 이러한 조건을 만족하는 연신용 유제로는 EO·PO 유도체, 특수 에스터 화합물, 실리콘화합물 등이 있다.

여기서 제조되는 폴리에스테르 섬유의 OPU는 0.35 내지 0.45%이다. OPU 수치가 이 범위를 벗어나면 내마모성 효과가 저하되거나 연신 및 크림핑 공정상에서 오염원을 증가시키는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 단사섬도는 6 내지 7데니어(denier)이다. 단사 섬도가 6데니어 미만이면 제조원가가 상승하고, 7데니어를 초과하면 부직포 내 단위면적당 구성 가닥 수가 감소하여 혼용하는 다른 단섬유와 제대로 혼섬이 이루어지지 않을 수 있다.

이 공정에서 폴리에스테르 미연신사의 선속도 및 연신용 유제는 통상의 방법에 따라 적용할 수 있다. 예를 들면, 폴리에스테르 미연신사를 200 내지 600m/min 범위의 선속도로 주행하도록 제어함으로써 연신용 유제의 비산을 억제할 수 있고, 점도가 90 내지 1,000cps인 윤활제가 함유된 연신용 유제를 미연신사에 안정적으로 부착할 수 있다.

한편, 방사공정과 연신 및 1차 실리콘 코팅공정은 일련의 공정으로 이루어지는 1 스텝설비 또는 2단계로 나누어지는 2 스텝설비를 이용할 수 있고, 혹은 연신의 배율을 높이고 절사 없이 안정적인 연신을 위해 3~4단의 다단 연신 및 60~100℃의 온욕 중에서 연신하는 욕 중 연신으로 연신할 수도 있다.

즉, 1 스텝설비는 방사구금을 통해 토출된 용융중합체를 급랭(10~50m/sec의 냉각공기)하는 단계를 거침으로써 서랭(1~4m/sec의 냉각공기)하는 단계를 거치는 2 스텝설비 대비 방사속도가 비교적 느리며, 또 방사구금을 통해 토출된 용융중합체를 급랭하므로 인해 섬유의 방사 결정화 및 방사 배향이 2 스텝설비로 제조된 섬유보다 낮으며, 아울러 방사 직후의 미연신사의 물성이 2 스텝설비로 제조된 미연신사와 대비하여 인장강도가 낮고 신도가 높은 경향을 보인다.

(C) 열고정공정

연신 및 실리콘이 코팅된 연신사를 130 내지 170℃의 히팅롤(hot godet roll)을 5 내지 30초간 통과시키는 열처리를 수행하여 열고정한다.

이때, 히팅롤의 온도가 130℃ 미만이면 수축률이 떨어지고 170℃를 초과하면 연신사가 녹아내릴 수 있다.

이러한 열고정공정은 섬유의 안정성을 높이는 통상의 열처리공정으로서, 다수의 히팅롤(hot godet roll)을 이용하여 진행하는 것이 바람직하다.

(D) 크림핑공정

열고정공정을 거쳐 120~130m/sec의 선속도로 이동하는 연신사의 표면에 시간당 7.5L의 실리콘 유제를 스프레이(spray)로 분사하여 2차 코팅·부착한다.

즉, 실리콘 유제를 2차로 코팅·부착함으로써 선 공정에서 미처리된 부분을 메워 보완하고, 아울러 후속 공정인 니들펀칭이 한결 수월하게 이루어지도록 권축사의 표면을 거칠게 만들 수 있다.

이러한 실리콘 유제를 2차에 걸쳐 코팅·부착하는 공정을 거치지 않고 거를 경우 부직포 제조를 위해 단섬유가 카드기를 통과하는 과정에서 카드롤 사이에 말리는 현상과, 날림(flying) 현상이 발생하거나 웹 형성이 좋지 못할 뿐만 아니라 최종 제품에서 양호한 발수 성능을 얻을 수 없다.

이때, 실리콘 유제는 침지(dipping) 처리하여 코팅·부착할 수도 있으나, 0.40±0.05%의 OPU(Oil Pick-Up)를 만족하기 위해서는 120~130m/sec의 선속도로 이동하는 연신사의 표면에 시간당 7.5L의 실리콘 유제를 스프레이로 분사 처리하는 것이 바람직하다.

여기서 OPU가 0.35% 미만이거나 0.45%를 초과하면 후속으로 진행되는 크림핑공정에서 크림프가 원활하게 형성되지 않을 수 있다.

즉, OPU가 0.35% 미만이면 연신사의 거칠기(roughness)가 미흡하여 크림프가 원만하게 형성되지 않아 니들펀칭이 제대로 이루어질 수 없고, 0.45%를 초과하면 연신사가 너무 뻣뻣해져서 인장강도와 인장신도가 낮아질 수 있다.

그리고 실리콘 유제는 상술한 연신 및 실리콘 코팅공정에서 사용하는 실리콘 유제와 같이 물과 폴리디메틸록산(Polydimethylsiloxane), 폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene Alkyl ether), 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-glyciddoxypropyltrimethoxysilane)이 100:7~8:2~3:0.5~0.7 중량비(kg)로 혼합한 것을 사용할 수 있고, 이로써 연신사의 표면에 더욱 효과적으로 코팅·부착될 수 있을 뿐만 아니라 발수성능을 얻을 수 있다.

즉, 실리콘 유제의 조성비가 100:7~8:2~3:0.5~0.7 중량비(kg)로 이루어질 경우 연신사의 표면에 유연성 피막을 형성하여 후속 공정인 니들펀칭이 수월하게 이루어지는 표면거칠기와 우수한 발수성을 나타낼 수 있으나, 그 범위를 벗어날 경우 평활도의 증가로 인해 섬유의 표면이 반반하고 매끄럽거나 너무 뻣뻣하여 후속 공정인 니들펀칭이 제대로 이루어지지 않는 문제점을 야기할 수 있다.

특히 3-글리시독시프로필트리메톡시실란의 조성비가 0.5 미만이면 실리콘 유제가 연신사의 표면에 안정적으로 코팅·부착되기 어려우며, 0.7을 초과하면 실리콘 유제가 지나치게 두껍고 거칠게 코팅·부착되어 기계적 강도에 문제를 야기하는 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

예를 들면, 실리콘 유제의 조성 및 배합비가 물 100kg을 기준으로 폴리디메틸록산 7.5kg, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 2.5kg, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 0.6kg로 이루어질 경우, 후속 공정인 니들펀칭이 한결 수월하게 이루어지는 표면거칠기를 나타낼 수 있으면서 최적의 발수성능을 얻을 수 있다.

이후, 실리콘이 코팅된 연신사에 9±1개/inch의 크림프를 형성하여 권축을 부여한다.

이때, 권축 정도가 8개/inch 미만이면 표면이 매끈하고 완만하여 카딩, 웹 형성(집속성 부족으로 균일한 웹을 형성할 수 없음) 및 니들펀칭 공정이 용이하게 이루어지지 않고, 이로 인하여 최종 제품이 섬유 간 엉킴이 제대로 이루어지지 않아 강도 및 형태안정성이 상당히 떨어질 수 있으며, 11개/inch를 초과하면 필요 이상으로 섬유 간 밀집도가 증가하여 발열성이 상당히 저하될 수 있다.

(E) 1차 냉각공정

2차로 실리콘이 코팅된 권축사를 20±5℃의 온도 및 1~1.5m/sec의 풍속으로 50~60분간 1차 냉각한다.

즉, 권축사에 묻어 있는 수분을 상온에서 날림으로써 후속 공정에서의 처리가 원활하게 이루어질 수 있다.

이러한 1차 냉각공정을 거치지 않을 경우 수분이 완전히 제거되지 않아 권축사의 표면에 코팅된 실리콘이 완전히 고착되지 않아 권축된 형상을 온전히 유지하기 어려울 수 있다.

(F) 세팅공정

냉각된 권축사를 130~170℃의 온도 및 1~1.5m/sec의 풍속으로 30~40분간 열고정한다.

즉, 권축사를 열고정함으로써 그 표면에 2차로 나누어 코팅·부착한 실리콘을 더욱 안정적으로 고착할 수 있고, 니들펀칭이 가능 및 수월하도록 하는 집속성과 거친 표면의 형상을 유지할 수 있다.

여기서 130℃ 미만의 열풍을 가할 경우 수분이 완전히 제거되지 않을 수 있고, 170℃를 초과하는 열풍을 가할 경우 권축사가 변형될 수 있다.

이러한 열고정 공정을 거치지 않으면 표면이 너무 매끄러워서 원하는 발수 성능을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 섬유 집속성이 떨어져서 날리거나 퍼지는 현상 등으로 니들펀칭 공정에 부적합하여 작업성 및 생산성 등이 현저히 떨어질 수 있다.

(G) 2차 냉각공정

열고정된 권축사를 20±5℃의 온도 및 1~1.5m/sec의 풍속으로 50~60분간 냉각하는 2차 냉각한다.

이러한 2차 냉각 공정을 거치지 않으면 후속 공정으로 탄소나노복합용액을 코팅할 때 내부 잠열로 인해 실리콘 코팅층이 손상될 수 있다.

(H) 탄소나노복합용액 코팅공정

2차 냉각공정을 거쳐 120~130m/sec의 선속도로 이동하는 권축사의 표면에 탄소나노복합용액을 스프레이(spray)로 분사하여 코팅·부착한 후 건조한다.

이때, 탄소나노복합용액을 일정한 거리에 4㎖/min의 속도로 에어브러시(airbrush)를 이용하여 권축사의 표면에 분사 코팅한 후 상온에서 충분히 건조하여 경화시킨다.

이와 같이 스프레이(spray)로 코팅하면 발열기능을 갖는 탄소나노복합체 코팅층의 분포를 균일하게 형성 및 유지할 수 있고, 이로 인해 열효율을 극대화는 장점을 갖는다.

아울러 섬유의 부드러움과 유연함을 그대로 유지하면서도 탄소나노섬유의 광흡수 및 열변환 성질을 동시에 가질 수 있다.

(I) 커팅공정

탄소나노복합용액이 코팅된 권축사를 단섬유로 절단한다.

이러한 커팅공정에 의하여 필요에 따라 적절한 섬유장을 갖는 단섬유를 얻을 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 폴리에스테르 단섬유는 35 내지 150mm의 섬유장을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 최종 용도에 따라 적절한 단섬유의 섬유장을 결정할 수 있다.

(J) 보온재 형성공정

이렇게 표면에 실리콘 코팅층과 탄소나노복합체 코팅층이 형성된 폴리에스테르 단섬유와, 폴리카보실란을 용융 방사해서 얻은 섬유를 가교 결합을 거쳐 고온에서도 융화되지 않도록 불용화한 후 1300~1400℃에서 열처리하여 실리콘 카바이드 단섬유를 80:20 내지 50:50의 중량비로 혼섬한 후 카딩머신(carding machine)으로 카딩하여 웹을 형성하고, 이를 니들펀칭하여 200 내지 2,000g/㎡의 패딩(padding)용 보온재를 형성한다.

이 과정에서 최종 목표 중량에 맞추기 위해 필요한 만큼 웹을 겹치는 크로스 랩핑(cross-lapping) 공정을 추가할 수도 있다.

또한, 니들펀칭 시 예비펀칭(pre punching)을 통해 웹을 약하게 물리적으로 결합한 후, 주펀칭(main punching)으로 강하게 결합시키는 2단계의 니들링 펀칭법을 적용하는 것이 바람직하다.

이때, 니들의 밀도는 30 내지 200punch/㎠를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 50 내지 100punch/㎠를 사용한다. 또 섬유 간 교락을 위한 니들의 이동 깊이는 5 내지 30mm로 진행할 수 있고, 바람직하게는 10 내지 15mm로 진행한다. 그리고 니들의 이동속도(stroke)는 300 내지 1000stroke/min 일 수 있다.

여기서 실리콘 카바이드 단섬유의 중량비가 50을 초과하면 발열성은 증가하나 발수성이 저하되고 원가가 상승하며, 20 미만이면 발수성은 향상되나 적은 에너지로 짧은 시간 안에 높은 온도환경을 만드는 열효율성이 저하될 수 있다.

또한, 카팅 방법에는 특별한 제한을 두지 않으며, 예를 들어 롤러카드, 플랫카드, 유니언카드 등 당업자에게 공지된 통상의 카딩 방법을 채택하여 적용할 수 있다.

한편, 실리콘 카바이드 단섬유는 폴리카보실란을 용융 방사해서 얻은 섬유를 공기 중이나 자외선 조사 하에서 오존가스 분위기를 통과하게 하거나 200℃의 쳄버 내에 넣고 공기를 균일하게 불어넣어 3시간 이상 안정화 처리를 수행하여 산소와의 가교 결합을 발생시킴으로써 불용화할 수 있고, 아울러 불용화한 섬유를 1300~1400℃까지 고순도 질소나 아르곤 가스 분위기에서 열분해되어 제조될 수 있다.

(K) 열융착공정

도 1을 참조하면, 보온재 형성공정에서 만들어진 보온재(13)를 겉감(11)과 안감(12) 사이 공간에 채워 넣고, 겉감(11)과 보온재(13) 및 안감(12)을 일정한 간격을 두고 반복적으로 열융착(W)하여 고정한다.

여기서 겉감(11)과 안감(12)은 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate)나 폴리프로필렌(Polypropylen) 혹은 폴리에스테르(Polyester) 중 어느 하나로 각각 이루어질 수 있다.

아울러 겉감(11)의 표면에는 순도가 95% 이상인 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotubes)와 하이퍼브랜치 폴리우레탄(hyperbranched polyurethane) 복합체 용액을 분사하여 코팅함으로써 상온 및 고온에서 한층 더 우수한 발열 특성과 발수 성능을 얻을 수 있다.

이때, 복합체 용액에서 다중벽 탄소나노튜브의 함유량은 하이퍼브랜치 폴리우레탄에 대하여 5~40중량%의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.

즉, 임계농도 이상의 다중벽 탄소나노튜브 함량을 갖는 복합체 용액을 코팅하면 그 표면의 소수성과 나노구조화에 의하여 발수성을 발현할 수 있고, 아울러 우수한 열적 특성에 의하여 섬유의 고온 특성을 잘 유지시킬 수 있다.

한편, 다중벽 탄소나노튜브는 다이메틸폼아미드(dimethylformamide) 용액에 적정량을 혼합한 후 2시간 이상 상온에서 초음파처리하여 충분히 분산시킨 후 사용하고, 다시 다이메틸폼아미드(dimethylformamide) 용액에 하이퍼브랜치 폴리우레탄을 충분히 잘 녹여 코팅용 복합체 용액으로 사용하며, 겉감(11) 또는 안감(12)의 부드러움과 유연함을 그대로 유지하면서도 다중벽 탄소나노튜브의 성질을 동시에 가질 수 있도록 스프레잉(spraying) 방법으로 코팅하는 것이 바람직하다.

또한, 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotubes)와 하이퍼브랜치 폴리우레탄(hyperbranched polyurethane) 복합체 용액은 겉감(11)의 표면에만 코팅하는 것이 바람직한데, 필요에 따라 겉감(11)의 양면 또는 안감(12)의 양면에 코팅 처리할 수도 있다.

그리고 통상의 초음파 융착장치를 이용함으로써 겉감(11)과 보온재(13) 및 안감(12)을 일정한 간격을 두고 반복적으로 열융착(W)하여 고정할 수 있다.

한편, 다겹 보온커튼(10)은, 접고 펴는 개폐가 용이하도록 겉감(11)과 보온재(13) 및 안감(12)을 열융착(W)하여 고정하는 폭은 1.5 내지 2.5cm로 이루어지고, 겉감(11)과 보온재(13) 및 안감(12)이 열융착되지 않는 패딩 부분의 폭은 15 내지 25cm로 이루어지며, 이러한 패턴을 연속적으로 반복하는 형태로 형성될 수 있다.

이와 같은 방법으로 제조된 다겹 보온커튼(10)은 투습성과 보온성 등 기본적인 물리적 특성은 한국표준규격의 기준요건을 충족하면서 기존과는 차원이 다른 발수 성능 및 발열 성능의 구현이 가능하다.

<실시 예 1>

(탄소나노복합용액의 제조)

탄소나노복합용액의 전체조성비에 따라 계산된 양의 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(SOLEF 21508, Solvay Co. Ltd.)을 아세톤(Jensei chemical Co. Ltd., Japan)에 넣고, 상온에서 2시간 동안 용해시켜 고분자 전해질 용액을 제조하였다.

제조한 고분자 전해질 용액 40wt%에 탄소나노섬유(Pyrograf Ⅲ, Pyrograf Prpducts, Inc., USA) 30wt%와 안티몬-텔루륨 파우더 20wt% 및 가교제 10wt%를 첨가하여 1주일간 교반하였다.

탄소나노복합용액 내의 탄소나노섬유와 안티몬-텔루륨 파우더의 분산성을 향상시키기 위하여 디지털 핫플레이트 교반기와 디지털 쉐이커로 약 1개월 동안 교반하였고, 초음파세척기로 25℃에서 약 24시간 동안 분산과정을 거쳤다.

(다겹 보온커튼의 제조)

먼저, 폴리에스테르 섬유 제조장치를 이용하여 아래와 같이 폴리에스테르 단섬유를 제조하였다.

폴리에스테르 수지를 280~300℃에서 용융하고 1000~1,500m/min의 방사속도로 방사하여 토우 상태의 미연신사를 만들고, 이를 85~90℃의 수용성 실리콘 유제가 담긴 침지욕 중에 침지시켜 1.5~4.0의 연신비와 50~150m/min의 연신속도로 연신 및 1차로 실리콘 코팅을 한 다음 130~170℃의 히팅롤(hot godet roll)을 통과시켜 열고정하였다.

계속해서 120~130m/sec의 선속도로 이동하는 연신사의 표면에 실리콘 유제를 시간당 7.5L로 분사하여 2차 코팅하고, 이를 9±1개/inch의 크림프를 형성하도록 권축하였다.

이어서 공기가 잘 통하는 큐어링(curing) 기계를 이용하여 20±5℃의 온도 및 1~1.5m/sec의 풍속으로 50~60분간 냉각하는 1차 냉각하고, 이를 130~170℃의 온도 및 1~1.5m/sec의 풍속으로 30~40분간 열고정한 후, 다시 20±5℃의 온도 및 1~1.5m/sec의 풍속으로 50~60분간 냉각하는 2차 냉각한 다음 에어브러시(airbrush)를 이용하여 실온 상태의 탄소나노복합용액을 0.2mm 두께로 코팅하여 실온에서 건조하여 경화시키고, 이를 길이(섬유장)가 40~60mm인 단섬유로 절단하여 최종적으로 표면에 실리콘 코팅층과 탄소나노복합체 코팅층이 형성되고 섬유의 단사 섬도가 6~7데니어인 폴리에스테르 단섬유를 얻었다.

이어서 상술한 방법에 의해 폴리에스테르 단섬유와, 폴리카보실란을 용융 방사해서 얻은 섬유를 불용화한 후 1300~1400℃에서 열처리한 실리콘 카바이드 단섬유를 80:20 중량비로 설정하여 혼섬 및 개섬(opening)한 후, 카딩머신(carding machine)으로 카딩하여 웹을 형성하였다.

다음으로, 100 내지 300회/min로 약하게 1차 니들펀칭을 한 후, 500 내지 900회/min로 2차 니들펀칭을 순차적으로 진행하여 결합시킴으로써 다겹 보온커튼 패딩용 보온재(13)를 제조하였다.

이후, 제조된 패딩용 보온재(13)를 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate)나 폴리프로필렌(Polypropylen), 폴리에스테르 중 어느 하나의 소재로 제직하여 각각 75~150데니어(denier)로 이루어진 겉감(11)과 안감(12) 사이에 채워넣고, 그 겉감(11)과 보온재(13) 및 안감(12)을 일정한 간격을 두고 열융착(W)하여 고정함으로써 다겹 보온커튼(10)을 제조하였다.

이 과정에서 겉감(11)은 그 표면에 순도가 95% 이상인 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotubes)와 하이퍼브랜치 폴리우레탄(hyperbranched polyurethane) 복합체 용액을 에어브러시(airbrush)를 이용하여 분사 코팅한 것을 사용하였다.

이때, 복합체 용액은 30,000psi 압력하에서 고압분산 처리하여 사용할 수 있고, 겉감 1㎡당 다중벽 탄소나노튜브의 함량이 15~200mg/㎡ 정도를 이루도록 코팅함으로써 더욱 효율적인 발열 효과를 얻을 수 있다.

여기서 보온재(13)는 50~400g/㎡의 평량으로 여러 겹을 적층한 다층 및 다겹 구조로 이루어질 수도 있음은 물론이다.

이와 같이 제조된 본 발명의 실시 예 1에 따른 다겹 보온커튼(10)은 발열성이 우수하여 보온 효과가 극대화되므로 외기 등에 의한 작물을 냉해를 방지함은 물론 난방 연료를 절감하고, 아울러 발수성이 우수하여 시설의 실내외 온도차에 의해 발생하는 물방울은 자연스럽게 하부로 흘러내리기 때문에 결로현상을 방지하여 작물이 썩는 등의 피해를 효과적으로 예방할 수 있다.

<실시 예 2>

(탄소나노복합용액의 제조)

제조한 고분자 전해질 용액 30wt%에 탄소나노섬유(Pyrograf Ⅲ, Pyrograf Prpducts, Inc., USA) 35wt%와 안티몬-텔루륨 파우더 25wt% 및 가교제 10wt%를 첨가하여 1주일간 교반하였다.

(다겹 보온커튼의 제조)

먼저, 폴리에스테르 섬유 제조장치를 이용하여 상술한 실시 예 1과 같이 폴리에스테르 단섬유를 제조하였다. 아울러 후속 공정은 상술한 실시 예 1과 동일한 방법으로 다겹 보온커튼을 제조하였다.

<실시 예 3>

(탄소나노복합용액의 제조)

제조한 고분자 전해질 용액 20wt%에 탄소나노섬유(Pyrograf Ⅲ, Pyrograf Prpducts, Inc., USA) 40wt%와 안티몬-텔루륨 파우더 30wt% 및 가교제 10wt%를 첨가하여 1주일간 교반하였다.

(다겹 보온커튼의 제조)

<비교 예 1>

상술한 실시 예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 85~90℃의 실리콘 유제가 담긴 침지욕 중에 침지시키는 공정을 대체하여 85~90℃의 물과 연신용 유제가 1:1 비율로 담긴 침지욕에 침지시켰고, 후속으로 이루어지는 공정 중에서 연신사의 표면에 실리콘 유제를 시간당 7.5L로 분사하여 2차 코팅하는 공정과, 탄소나노복합용액을 코팅하는 공정을 건너뛰고 통상의 방법으로 제조된 폴리프로필렌 단섬유와 혼섬비를 80:20의 중량비로 설정하여 혼섬 및 개섬(opening)한 후, 카딩머신(carding machine)로 카딩하여 웹을 형성하였다.

다음으로, 100 내지 300회/min로 약하게 1차 니들펀칭을 한 후, 500 내지 900회/min로 2차 니들펀칭을 순차적으로 진행하여 결합시킴으로써 다겹 보온커튼 패딩용 보온재를 제조하였다.

계속해서 보온재를 겉감과 안감 사이에 넣고, 겉감과 보온재 및 안감을 일정한 간격을 두고 열융착하여 고정함으로써 다겹 보온커튼을 제조하였다.

이 과정에서 겉감은 순도가 95% 이상인 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotubes)와 하이퍼브랜치 폴리우레탄(hyperbranched polyurethane) 복합체 용액을 표면에 분사 코팅하여 사용하였다.

<비교 예 2>

상술한 실시 예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 85~90℃의 실리콘 유제가 담긴 침지욕 중에 침지시키는 공정을 대체하여 85~90℃의 물과 연신용 유제가 1:1 비율로 담긴 침지욕에 침지시켰고, 후속으로 이루어지는 공정 중에서 실리콘 카바이드 단섬유를 혼섬 및 개섬(opening)하는 공정을 건너뛰고 카딩머신(carding machine)로 카딩하여 웹을 형성하였다.

<비교 예 3>

상술한 비교 예 2와 동일한 방법으로 다겹 보온커튼 패딩용 보온재를 제조한 후, 이를 겉감과 안감 사이에 넣고, 겉감과 보온재 및 안감을 일정한 간격을 두고 열융착하여 고정함으로써 다겹 보온커튼을 제조하였다.

다만, 겉감의 표면에 순도가 95% 이상인 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotubes)와 하이퍼브랜치 폴리우레탄(hyperbranched polyurethane) 복합체 용액을 분사 코팅하는 과정을 생략하였다.

<테스트 1 : 물성 및 발수 특성 시험>

실시 예 1 내지 3 및 비교 예 1 내지 3의 물성과 보온성, 발수 특성 등을 평가하기 위해 아래의 각 항목에 대하여 시험을 실시하였다.

(1) 질량(KS K ISO 9864:2007): g/㎡

KS K ISO 9864의 시험방법에 따라 시편 250g을 채취하여 질량을 측정하였다. 그 결과 값은 아래의 표 1과 같이 각각 나타났다.

(2) 보온성(KS K 0560:2011, 항온법): %

KS K 0560의 시험방법에 따라 250g을 채취하여 보온성을 측정하였다. 그 결과 값은 아래의 표 1과 같이 각각 나타났다.

(3) 투습성(KS K 0594: 2011, 염화칼슘법): g/㎡/day

KS K 0594의 시험방법(염화칼슘법)에 따라 시편 250g을 채취하여 건조제인 염화칼슘용액을 넣은 컵에 덮어씌워 놓고, 일정한 온도 및 습도의 항온항습조에 방치하여 일정한 시간이 지난 후 컵의 무게를 재어, 시편을 통과하여 흡수된 물의 양을 측정하였다. 그 결과 값은 아래의 표 1과 같이 각각 나타났다.

(4) 발수도(KS K 0590:2008, 스프레이법): 급

KS K 0590의 시험방법에 따라 시편 250g을 채취하여 발수도를 측정하였다. 그 결과 값은 아래의 표 1과 같이 각각 나타났다.

항목	질량	보온성	투습성	발수도
실시 예 1	265.9	92.3	106.46	3급
실시 예 2	266.1	92.1	104.30	3급
실시 예 3	266.4	92.5	109.14	3급
비교 예 1	264.3	83.2	103.33	1급
비교 예 2	263.8	77.9	108.99	1급
비교 예 3	263.9	79.1	105.63	1급

표 1에서 보이는 바와 같이 본 발명의 실시 예들은 비교 예들과 질량 및 투습성은 유의적 차이가 없이 보온성과 발수도에서 현격하게 우수한 차이를 나타내는 것을 알 수 있고, 특히 보온성(보온율)은 기준 요건(70% 이상)보다 월등히 우수한 것을 알 수 있다.

참고로, 발수도 등급 분류 중 1급은 표면이 완전히 습윤 된 것, 2급은 전 표면에 걸쳐 부분적 습윤을 나타내는 것, 3급은 물이 떨어진 자리에 습윤을 나타내는 것, 4급은 표면에 약간의 부착 또는 습윤을 나타내는 것, 5급은 표면에 부착 또는 습윤이 없는 것으로, 1급의 경우 발수성이 없는 것이며, 5급의 경우 투습성이 없는 것이므로 2급 내지 3급이 발수성과 투습성을 동시에 충족하는 최적의 등급을 나타내는 수치이다.

<테스트 2 : 발열 특성 시험>

실시 예 1 내지 3 및 비교 예 1 내지 3의 발열 특성 등을 평가하기 위해 5cm×10cm의 시편을 각각 채취(sampling)하여 그 길이 방향의 양끝에 은풀(silver paste)을 바른 후 집게 전선을 연결하고 전원공급장치(DC power supply, EDP-2501)를 이용하여 30, 40, 50 및 60V로 30s 동안 동일한 전압을 가해주었다.

이렇게 전압을 인가하면 저항이 발생되고, 이 저항으로 인하여 시편의 표면이 발열되는 현상이 나타난다. 인가전압을 30~60V로 점차 증가시켜 각각의 전압에서 시편의 표면온도를 측정하였고, 그 결과를 도면 2에 그래프로 나타내었다.

도 2의 그래프에서 보이는 바와 같이 비교 예 1 내지 3의 경우 50V의 전압에서 각각 29.8℃, 31.6℃, 32.4℃의 발열 온도를 나타내었다. 또한, 60V의 전압에서는 각각 발열 온도를 견디지 못하고 끊어지는 현상이 발생되었다. 반면, 실시 예 1 내지 3의 경우 비교 예 1 내지 3과 비교하여 발열 특성이 크게 향상되었다.

즉, 실시 예들의 시편 표면온도는 탄소나노복합용액의 구성 중 탄소나노섬유와 안티몬-텔루륨 파우더의 중량비가 증가함에 따라 50V의 전압에서 각각 35.6, 40.2 및 44.1℃로 증가하는 현상을 나타내었다.

특히 실시 예 3의 시편 표면온도는 비교 예 2와 비교하여 최대 약 60% 정도로 향상된 발열 특성을 나타내었다.

<테스트 3 : 흡광 및 축열 시험>

실시 예 1 내지 3 및 비교 예 1 내지 3의 광조사 시 흡광 및 축열 특성을 평가하기 위해 5cm×10cm의 시편을 각각 채취(sampling)하여 온도 20±2℃, 상대습도 65±4%로 유지되는 실험실 바닥에 나란히 놓고, 220V, 500W의 전구의 빛을 약 50cm 거리에서 15분간 조사하여 흡광에 따른 온도 변화를 측정하였다. 그 결과를 도면 3에 그래프로 나타내었다.

도 3의 그래프에서 보이는 바와 같이 실시 예 1 내지 3은 비교 예 1 내지 3과 비교하여 15분 동안은 평균 14±2℃의 온도 차이를 나타내었고, 15분 이후로는 유의적 온도 변화가 없는 상태를 유지하였다.

특히 실시 예 3은 탄소나노복합체 코팅층과 실리콘 카바이드 단섬유 및 다중벽 탄소나노튜브와 하이퍼브랜치 폴리우레탄 복합체 코팅층의 광발열 입자 및 광반사 입자의 상호 작용에 의해 한층 더 높은 발열 및 축열 효과를 발현하는 것을 확인할 수 있다.

이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 다겹 보온커튼은 보온성이 우수하면서도 한국산업표준의 규격 및 기준요건을 충족하는 투습성과 함께 습도에 따라 단계적으로 통과 및 배수시키는 발수성은 물론 외부 열을 흡수하여 열에너지로 축열하고 장시간 유지 및 발열하는 발열성을 동시에 가지므로 종래와 달리 수분 흡수로 인해 무게가 증가하여 처지는 현상을 방지하고, 습도 상승으로 인한 곰팡이의 발생과 각종 세균 및 병균의 번식을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 태양광을 받으면 근적외선을 흡수하여 열에너지로 축열하고 발열하므로 난방연료를 절감하는 등 에너지 효율성을 극대화할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지 변형과 응용이 가능함은 물론 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백하다.

그러므로 본 발명의 특징에 대한 변형과 응용에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.

10: 다겹 보온커튼 11: 겉감
12: 안감 13: 보온재

Claims

다음의 각 공정을 포함하여 이루어지는 다겹 보온커튼의 제조방법.
(A) 고분자 전해질에 탄소나노섬유(carbon nanofiber)와 안티몬-텔루륨 파우더 및 가교제를 혼합하여 탄소나노복합용액을 제조하는 탄소나노복합용액 준비공정
(B) 폴리에스테르 수지를 280~300℃에서 용융하고 1000~1,500m/min의 방사속도로 방사하여 생산된 미연신사를 85~90℃의 실리콘 유제 침지욕 중에 침지시켜 1.5~4.0의 연신비와 50~150m/min의 연신속도로 연신하는 연신 및 실리콘 코팅공정
(C) 연신 및 실리콘이 코팅된 연신사를 130~170℃의 히팅롤(hot godet roll)을 통과시켜 열처리하는 열고정공정
(D) 열고정공정을 거쳐 120~130m/sec의 선속도로 이동하는 연신사의 표면에 시간당 7.5L의 실리콘 유제를 분사하여 코팅한 후 9±1개/inch의 크림프를 형성하는 크림핑공정
(E) 크림핑된 권축사를 20±5℃의 온도 및 1~1.5m/sec의 풍속으로 50~60분간 냉각하는 1차 냉각공정
(F) 냉각된 권축사를 130~170℃의 온도 및 1~1.5m/sec의 풍속으로 30~40분간 열고정하는 세팅공정
(G) 열고정된 권축사를 20±5℃의 온도 및 1~1.5m/sec의 풍속으로 50~60분간 냉각하는 2차 냉각공정
(H) 2차 냉각공정을 거쳐 120~130m/sec의 선속도로 이동하는 권축사의 표면에 탄소나노복합용액을 분사하여 코팅한 후 건조하여 경화시키는 탄소나노복합용액 코팅공정
(I) 탄소나노복합용액이 코팅된 권축사를 단섬유로 절단하는 커팅공정
(J) 커팅공정을 거쳐, 표면에 실리콘 코팅층과 탄소나노복합체 코팅층이 형성된 폴리에스테르 단섬유와, 폴리카보실란을 용융 방사해서 얻은 섬유를 불용화한 후 1300~1400℃에서 열처리한 실리콘 카바이드 단섬유를 80:20 내지 50:50의 중량비로 혼섬한 후 카딩하여 웹을 형성하고, 이를 니들펀칭하여 패딩(padding)용 보온재를 형성하는 보온재 형성공정
(K) 보온재 형성공정에서 만들어진 보온재를 겉감과 안감 사이에 넣고, 상기 겉감과 상기 보온재 및 상기 안감을 일정한 간격을 두고 열융착하여 고정하는 열융착공정
제1항에 있어서,
상기 (K) 열융착공정 이전이나 이후에, 순도가 95% 이상인 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotubes)와 하이퍼브랜치 폴리우레탄(hyperbranched polyurethane) 복합체 용액을 상기 겉감에 분사하여 코팅하는 표면 코팅공정을 더 포함하여 이루어지는 다겹 보온커튼의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 고분자 전해질은, 폴리클로로트리플루오르에틸렌(Polychlorotrifluoroethylene), 폴리비닐리덴플로라이드(Polinylidene fluoride), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(Polyvinylidenefluoride-hexafluoro propylene) 공중합체 중 어느 하나로 이루어지고,
상기 가교제는, 폴리에틸렌 글리콜-아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜-디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜-디메타아크릴레이트, 트리알릴-트리아진트리온, 폴리에틸렌 글리콜 메틸 에테르 메타크릴레이트 및 글리시딜 메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이의 혼합물로 이루어지고,
상기 탄소나노복합용액은, 상기 고분자 전해질 20~40중량%와 상기 탄소나노섬유 30~40중량%와 상기 안티몬-텔루륨 파우더 20~30중량% 및 상기 가교제를 10~15중량%로 혼합하여 형성되고,
상기 연신 및 실리콘 코팅공정은, 방사된 미연신사를 50~60℃의 물과 연신용 유제가 1:1 비율로 담긴 침지욕에 침지시켜 1.5~4.0의 연신비로 연신한 후 이루어지며,
상기 실리콘 유제는, 물 100중량부에 폴리디메틸록산(Polydimethylsiloxane) 7~8중량부, 폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene Alkyl ether) 2~3중량부, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-glyciddoxypropyltrimethoxysilane) 0.5~0.7중량부가 혼합되어 이루어진 다겹 보온커튼의 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항으로 방법으로 제조된 상기 보온재를 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate)나 폴리프로필렌(Polypropylen), 폴리에스테르(polyester) 중 어느 하나로 각각 이루어진 겉감과 안감 사이에 넣고, 상기 겉감과 상기 보온재 및 상기 안감을 일정한 간격을 두고 열융착하여 형성된 다겹 보온커튼.