KR101907688B1

KR101907688B1 - 원적외선 방사기능을 갖는 잠재권축 필라멘트사 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101907688B1
Application number: KR1020170162856A
Authority: KR
Inventors: 정영훈
Original assignee: 주식회사 큐링
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2018-10-15

Abstract

본 발명은 원적외선 방사 기능을 갖는 잠재권축 필라멘트사 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상기 잠재권축 필라멘트사는 원적외선 방사율 및 방사에너지가 높고 신축성이 뛰어나다. 또한 상기 잠재권축 필라멘트사는 천연 광물로 제조되고 탈취, 항균 및 항곰팡이 성능이 우수하다. 따라서, 상기 잠재권축 필라멘트사로부터 얻은 섬유 제품은 혈액순환을 원할하게 하고 건강을 증진시키며 활동성을 높일 수 있다. 또한, 상기 잠재권축 필라멘트사는 원료로서 PTT 수지를 사용하여 환경오염과 자원고갈의 우려가 없으며, 별도의 합연 없이 신축성 원단으로 형성될 수 있어 원가 절감과 함께 생산성을 높일 수 있다.

Description

원적외선 방사기능을 갖는 잠재권축 필라멘트사 및 이의 제조방법{LATENT POTENTIAL CRIMPED FILAMENT YARN WITH FAR-INFRARED RADIATION FUNCTION AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 원적외선 방사기능을 갖는 잠재권축 필라멘트사 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

건강을 중시하는 시대적 흐름에 따라 원적외선을 방사하는 다양한 건강기능성 원사가 제시되고 있으나, 아직까지 대중적인 소비를 이끌어 내지 못하는 것이 현실이다. 이는 과도한 공정비용 증가로 인해 가성비를 충족하지 못하고 소비자가 원하는 감도를 제대로 실현하지 못하기 때문이다. 따라서 대중적인 소비를 유도하기 위해서는 가성비와 더불어 소비자가 요구하는 감도를 충족시킬 수 있는 기능사의 개발이 필요하다.

또한, 활동성과 착용감이 편한 의류를 선호하는 경향이 높아지면서 고신축 소재인 스판덱스의 수요가 꾸준하게 증가해 왔다. 그러나 스판덱스는 일반사와 합연해서 사용되기 때문에 공정이 늘어나고 비용이 상승하며 재가공시 내구성이 떨어지는 단점이 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해, 듀퐁사는 옥수수를 원료로 해서 만든 바이오 폴리머인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 수지를 개발하였으며, 이는 친환경 자연순환형 미래 섬유소재로 크게 주목받고 있다.

최근 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT)와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 함께 사용하는 잠재권축사가 개발되고 있다. 이러한 잠재권축사는 PTT와 PET 수지를 혼합하는 비율, 혼합 상태 및 방사 온도에 의해 품질이 크게 좌우된다. 특히 PTT 수지는 PET 수지보다 융점이 30℃ 이상 낮으며 열처리 조건에 의해 권축(crimp)의 형태가 달라지는 민감한 특성이 있다.

또한, 두 가지 수지가 불안정하게 혼합되고 열처리 조건이 불안정할 경우에, 원사의 균제도가 나빠지고 원단 상태에서 불균염과 줄이 나오는 불량이 발생하여 상품성이 크게 저하된다. 이와 같은 까다로운 제조 조건들로 인해, 잠재권축사가 다양하게 개발되지 못하고 있다.

특히 원적외선 방사 기능을 가지는 잠재권축 필라멘트사는 잠재적인 수요가 많음에도 불구하고 아직까지 제대로 시도되지 못하고 있다. 이는 잠재권축사의 까다로운 제조 조건 이외에도 원적외선 천연 광물이 수지와 잘 혼합될 수 있는 융복합 기술이 확보되지 못하였기 때문이다.

한국 등록특허 제0497145호 (2005. 6. 28.)

이에 본 발명자들이 연구한 결과, 원적외선 천연 광물을 나노입자 수준으로 분쇄하고, 분쇄된 분말을 교반 공정에서 응집되지 않게 분산시켜 수지와 잘 혼합하며, 방사시 적정한 점도와 집속성 유지 및 권취 등 까다로운 제반 조건들을 충족시킬 수 있는 기술을 확보할 수 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 원적외선 방사 기능과 신축성이 우수한 잠재권축 필라멘트사를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기 잠재권축 필라멘트사를 효과적으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적에 따라, 본 발명은 제 1 필라멘트 및 제 2 필라멘트가 복합된 필라멘트사로서, 상기 제 1 필라멘트가 광물 조성물 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 포함하고, 상기 제 2 필라멘트가 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지를 포함하며, 상기 광물 조성물이 37℃의 온도 및 5~20 ㎛의 파장 조건에서 91~95%의 원적외선 방사율 및 350~370 W/㎡·㎛의 방사에너지를 갖고; 광물 조성물의 총 중량을 기준으로, 백규석 35~45 중량%, 일라이트 25~35 중량%, 및 고령석 25~35 중량%를 포함하고; 광물 조성물의 총 중량을 기준으로, SiO₂ 70~75 중량%, Al₂O₃ 12~16 중량%, Na₂O 3~6 중량%, K₂O 3~6 중량%, CaO 1~2 중량%, Fe₂O₃ 0.3~1 중량%, 및 MgO 0.1~0.5 중량%를 포함하는, 잠재권축 필라멘트사를 제공한다.

상기 다른 목적에 따라, 본 발명은 (1) 백규석, 일라이트 및 고령석을 혼합하여 광물 조성물을 제조하는 단계; (2) 상기 광물 조성물을 건식 분쇄한 후 습식 분쇄하여 평균입경 100~500 nm의 분말을 제조하는 단계; (3) 상기 분쇄된 분말을 건조하여 수분 1% 이하의 분말을 제조하는 단계; (4) 상기 건조된 분말 및 PET 수지를 포함하는 제 1 원료 조성물을 제조하는 단계; (5) PTT 또는 PBT 수지를 포함하는 제 2 원료 조성물을 제조하는 단계; 및 (6) 상기 제 1 원료 조성물 및 제 2 원료 조성물을 동시에 방사하는 단계를 포함하는, 상기 잠재권축 필라멘트사의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 잠재권축 필라멘트사는 원적외선 방사율 및 방사에너지가 높고 신축성이 뛰어나다. 또한 상기 잠재권축 필라멘트사는 천연 광물로 제조되고 탈취, 항균 및 항곰팡이 성능이 우수하다. 따라서, 상기 잠재권축 필라멘트사로부터 얻은 섬유 제품은 혈액순환을 원할하게 하고 건강을 증진시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 친환경 고신축 수지인 PTT 수지 등을 필라멘트사의 원료로 사용하므로 환경 파괴나 자원 고갈의 위험이 없으며, 스판덱스와의 별도의 합연 없이도 원천적으로 고신축성을 발휘할 수 있는 필라멘트사를 제조할 수 있다. 특히, 본 발명에 따르면 열수축성의 PTT 수지와 열에 의한 수축변화가 거의 없는 PET 수지를 각각 포함하는 필라멘트가 복합되어 잠재권축사로 제조될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 원적외선 방사 광물 조성물을 나노수준으로 분쇄한 후 PET 수지와 융복합하여 필라멘트사의 원료로서 사용함으로써, 이로부터 얻은 필라멘트사로 제조된 섬유 제품은 반복 세탁에도 원래의 기능이 저하되지 않고, 광물을 증착 또는 코팅하는 방식에 비해 항구적일 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 잠재권축 필라멘트사는 원적외선 방사 기능과 고신축성을 동시에 충족함으로써, 이너웨어, 스포츠웨어, 침장 등의 섬유 제품에 이상적인 조건을 제공하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 필라멘트사의 제조방법을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 필라멘트사의 단면의 확대 사진이다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

잠재권축 필라멘트사

본 발명에 따른 잠재권축 필라멘트사는 제 1 필라멘트 및 제 2 필라멘트가 복합된 구조를 갖는다. 바람직하게는, 상기 제 1 필라멘트 및 상기 제 2 필라멘트는 일부 융합되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 필라멘트와 상기 제 2 필라멘트가 섬유 축을 따라 융합하여 복합되어 있다.

도 2는 본 발명에 따른 필라멘트사의 단면의 확대 사진이다. 도 2에서 보듯이, 상기 잠재권축 필라멘트사의 단면은 8자와 유사한 형태를 가질 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 필라멘트사는 신축성 수지와 열에 의한 수축변화가 거의 없는 수지를 각각 포함하는 필라멘트가 복합되어 잠재권축사로 기능할 수 있다.

상기 제 1 필라멘트는 광물 조성물 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 포함한다. 또한, 상기 제 2 필라멘트는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PTT) 수지를 포함한다.

이하 각 성분별로 구체적으로 설명한다.

상기 광물 조성물은 천연 광물로 이루어진다. 즉 상기 광물 조성물은 백규석(white silica stone), 일라이트(illite) 및 고령석(kaolinite)을 포함한다.

단일 광물보다는 여러 광물을 조합하였을 때 원적외선 방사율의 증폭이 일어날 수 있으며, 특히 상기 3가지 광물의 조합에 따라 원적외선 방사 특성 및 분쇄 조건을 극대화할 수 있다.

또한, 광물 입자를 잘게 분쇄할수록 시간과 설비의 부담이 커져 공정비용이 기하급수적으로 증가하는데, 상기 3가지 광물은 모두 분쇄가 용이한 광물들이므로 나노 수준의 입경으로 분쇄 시에도 경제성을 달성할 수 있다.

상기 광물 조성물은, 광물 조성물의 총 중량을 기준으로, 백규석 35~45 중량%, 일라이트 25~35 중량%, 및 고령석 25~35 중량%를 포함한다.

원적외선 방사율은 광물별 혼합 비율에 따라서도 달라지는데, 상기 함량 범위 내일 때 91% 이상의 원적외선 방사율과 나노분쇄 조건을 만족할 수 있다.

이하 각 성분별 바람직한 함량은 아래와 같이 예시될 수 있다.

상기 광물 조성물 내 백규석의 함량은 35~45 중량%이고, 보다 구체적으로 35~40 중량%, 37~43 중량% 또는 40~45 중량%일 수 있다.

상기 광물 조성물 내 일라이트의 함량은 25~35 중량%이고, 보다 구체적으로 25~30 중량%, 27~33 중량% 또는 30~35 중량%일 수 있다.

상기 광물 조성물 내 고령석의 함량은 25~35 중량%이고, 보다 구체적으로 25~30 중량%, 27~33 중량% 또는 30~35 중량%일 수 있다.

또한, 상기 광물 조성물은 원적외선 방사율을 증폭시키기 위한 추가적인 광물로서 게르마늄, 제올라이트, 견운모 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 광물 조성물은 상기 추가적인 광물들을, 광물 조성물의 중량을 기준으로, 총 1~15 중량%의 양으로 포함할 수 있다.

상기 광물 조성물은 이산화규소(SiO₂), 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화나트륨(Na₂O), 산화칼륨(K₂O), 산화칼슘(CaO), 산화철(Fe₂O₃) 및 산화마그네슘(MgO)을 포함한다.

즉, 상기 광물 조성물은, 이의 총 중량을 기준으로, 이산화규소(SiO₂) 70~75 중량%, 산화알루미늄(Al₂O₃) 12~16 중량%, 산화나트륨(Na₂O) 3~6 중량%, 산화칼륨(K₂O) 3~6 중량%, 산화칼슘(CaO) 1~2 중량%, 산화철(Fe₂O₃) 0.3~1 중량%, 및 산화마그네슘(MgO) 0.1~0.5 중량%를 포함한다.

구체적인 일례로서, 상기 광물 조성물은, 이의 총 중량을 기준으로, 이산화규소(SiO₂) 72~75 중량%, 산화알루미늄(Al₂O₃) 14~16 중량%, 산화나트륨(Na₂O) 4~6 중량%, 산화칼륨(K₂O) 4~5 중량%, 산화칼슘(CaO) 1~2 중량%, 산화철(Fe₂O₃) 0.4~0.8 중량%, 및 산화마그네슘(MgO) 0.1~0.3 중량%를 포함한다.

상기 광물 조성물은 37℃의 온도 및 5~20 ㎛의 파장 조건에서 91~95% 범위의 원적외선 방사율을 갖는다. 구체적으로, 상기 광물 조성물은 37℃의 온도 및 5~20 ㎛의 파장 조건에서 92.5~94% 범위의 원적외선 방사율을 갖는다.

또한 상기 광물 조성물은 37℃의 온도 및 5~20 ㎛의 파장 조건에서 350~370 W/㎡·㎛ 범위의 방사에너지를 갖는다. 예를 들어, 상기 광물 조성물은 37℃의 온도 및 5~20 ㎛의 파장 조건에서 355~365 W/㎡·㎛ 범위의 방사에너지를 가질 수 있다. 이때, 상기 방사에너지는 최대 방사에너지일 수 있다.

상기 광물 조성물은 0.7~1.0%의 강열감량을 가질 수 있다.

또한, 상기 광물 조성물은 100~500nm의 평균입경을 갖는 고형 분말 형태를 가질 수 있다.

상기 광물 조성물의 평균 입경이 상기 바람직한 범위 내일 때, 필라멘트사에 첨가되는 광물의 함량이 증가할수록 원적외선 방사율과 신축성 등의 특성이 저하되는 것을 방지하는데 유리하다. 반면에, 광물 조성물의 입경이 너무 크거나 입경 편차가 클 경우, 필라멘트사가 끊어지거나 불균염의 원인이 될 수 있다.

바람직한 일례에 따르면, 상기 광물 조성물은, 37℃의 온도 및 5~20 ㎛의 파장 조건에서 92.5~94%의 원적외선 방사율 및 355~365 W/㎡·㎛의 방사에너지를 갖고; 100~500 nm의 평균입경 및 0.7~1.0%의 강열감량을 가질 수 있다.

상기 잠재권축 필라멘트사는 광물 조성물 외에 폴리에스터 수지를 포함한다.

구체적으로, 상기 제 1 필라멘트는 PET 수지를 포함하고, 상기 제 2 필라멘트는 PTT 또는 PBT 수지를 포함한다.

상기 잠재권축 필라멘트사는 PTT(또는 PBT) 수지 및 PET 수지 간의 비율에 따라 신축성이 달라질 수 있다.

일례로서, 상기 잠재권축 필라멘트사는 PTT(또는 PBT) 수지 및 PET 수지를 20:80 내지 80:20의 중량비로 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 잠재권축 필라멘트사는 PTT(또는 PBT) 수지 및 PET 수지를 30:70 내지 40:60의 중량비로 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 잠재권축 필라멘트사는 PTT(또는 PBT) 수지 및 PET 수지를 30:70 내지 50:50의 중량비로 포함할 수 있다.

이와 같이 열수축성의 PTT(또는 PBT) 수지와 함께, 열에 의한 수축변화가 거의 없는 PET 수지를 이용함으로써 잠재권축사를 제조할 수 있다. 특히, PTT 수지를 이용한 섬유 제품은, 탄성, 염색성, 견뢰도, 마찰대전압 및 방오성 면에서 우수하다.

구체적으로, PTT 수지를 이용한 섬유 제품은, 기존의 나일론 제품에 비해 탄성, 회복성 및 신축성이 우수하고 마찰대전압이 낮다. 또한, PTT 수지를 이용한 섬유 제품은, 기존의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 제품에 비해 수축성이 높고 모듈러스가 낮아 촉감이 우수하다. 또한, PTT 수지는 석유계 합성수지와는 달리 옥수수를 원료로 하기 때문에 자원고갈의 위험이 없으며, 미생물에 의해 쉽게 분해가 되므로 환경파괴의 위험이 없는 자연순환형 원료이다.

상기 잠재권축 필라멘트사는, 잠재권축 필라멘트사의 중량을 기준으로, 상기 광물 조성물을 0.5~4.0 중량%, 구체적으로 0.5~3.5 중량%, 보다 구체적으로 1.0~3.0 중량%로 포함할 수 있다. 상기 잠재권축 필라멘트사 내의 광물 조성물의 함량이 상기 바람직한 범위 내일 때, 원적외선 효과를 극대화하는데 유리할 수 있다.

상기 바람직한 범위와 달리, 광물 조성물의 함량이 너무 높을 경우 방사시 점도가 급격히 떨어져 사층을 유지하기가 어렵고 노즐 내에서 팩압이 높아지는 등의 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 잠재권축 필라멘트사는 폴리에스터 수지(즉 PET, PTT, PBT 등)를 80~99.5 중량%, 90~99.5 중량%, 96.0~99.5 중량%, 구체적으로 96.5~99 중량%, 보다 구체적으로 97~99 중량%로 포함할 수 있다.

상기 잠재권축 필라멘트사는 50/24, 50/36, 75/24, 75/36, 75/72, 75/144(극세사), 150/96 등의 규격을 가질 수 있다. 상기 규격 표기(A/B)에서 앞의 숫자(A)는 총 굵기(데니어)를 의미하고 뒤의 숫자(B)는 총 가닥수를 의미한다.

잠재권축 필라멘트사의 제조방법

또한 본 발명은 상기 잠재권축 필라멘트사의 제조방법으로서, (1) 백규석, 일라이트 및 고령석을 혼합하여 광물 조성물을 제조하는 단계; (2) 상기 광물 조성물을 건식 분쇄한 후 습식 분쇄하여 평균입경 100~500 nm의 분말을 제조하는 단계; (3) 상기 분쇄된 분말을 건조하여 수분 1% 이하의 분말을 제조하는 단계; (4) 상기 건조된 분말 및 PET 수지를 포함하는 제 1 원료 조성물을 제조하는 단계; (5) PTT 수지 또는 PBT 수지를 포함하는 제 2 원료 조성물을 제조하는 단계; 및 (6) 상기 제 1 원료 조성물 및 제 2 원료 조성물을 동시에 방사하는 단계를 포함하는, 상기 잠재권축 필라멘트사의 제조방법을 제공한다.

이와 같은 방법을 통해 앞서 설명한 것과 동일한 특성 및 조성을 갖는 잠재권축 필라멘트사를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 필라멘트사의 제조방법을 도식적으로 나타낸 것이다.

이하 도 1을 참조하여 각 단계별로 보다 구체적인 공정 조건들을 예시한다.

상기 단계 (1)에서는 백규석, 일라이트 및 고령석을 혼합하여 광물 조성물을 제조한다.

즉, 상기 광물 조성물 내에 백규석 35~45 중량%, 일라이트 25~35 중량%, 및 고령석 25~35 중량%가 포함되도록 광물 조성물을 제조한다.

이와 같이 제조된 광물 조성물은 이산화규소(SiO₂) 70~75 중량%, 산화알루미늄(Al₂O₃) 12~16 중량%, 산화나트륨(Na₂O) 3~6 중량%, 산화칼륨(K₂O) 3~6 중량%, 산화칼슘(CaO) 1~2 중량%, 산화철(Fe₂O₃) 0.3~1 중량%, 및 산화마그네슘(MgO) 0.1~0.5 중량%를 포함한다.

또한, 상기 광물 조성물은 37℃의 온도 및 5~20 ㎛의 파장 조건에서 91~95%의 원적외선 방사율 및 350~370 W/㎡·㎛의 방사에너지를 갖는다.

상기 단계 (2)에서는 상기 광물 조성물을 건식 분쇄한 후 습식 분쇄하여 입경 100~500 nm의 분말을 제조한다.

구체적으로, 상기 5000~8000 메쉬로 건식 분쇄를 한 뒤, 습식 분쇄를 통해 평균입경 100~500 nm의 분말을 얻을 수 있다.

이 공정에서 경도가 높아 분쇄가 어려운 입자와 판상구조로 재응집이 일어나는 입자들은 필터기로 반복해서 제거하는 것이 좋다.

바람직하게는, 최종 분쇄된 분말 내에 입경 3㎛ 이상의 입자들의 함량이 2 중량% 이하인 것이, 방사시 노즐막힘과 압출기 내부의 압력 증가 및 원사의 끊어짐 현상을 방지하는데 유리하다.

상기 단계 (3)에서는 상기 분쇄된 분말을 건조하여 수분 1% 이하의 분말을 제조한다.

예를 들어, 상기 분쇄된 분말을 건조기에서 5시간 이상 건조하여 대부분의 수분을 제거한 뒤 밀봉할 수 있다.

수분이 제대로 제거되지 않을 경우, 수분을 매개로 하여 입자간에 재응집이 발생하여 방사 공정에서 문제가 발생할 수 있다.

상기 단계 (4)에서는 상기 건조 분말을 PET 수지와 혼합하여 제 1 원료 조성물을 제조한다.

원적외선 방사 특성의 향상을 위해 상기 제 1 원료 조성물에 광물 조성물의 건조 분말을 고함량으로 배합하는 것이 바람직하나, 이와 같은 고함량의 광물 조성물 분말의 배합은 제 1 원료 조성물 내의 분산을 어렵게 할 수 있다. 이를 해결하기 위해 상기 제 1 원료 조성물에 분산제를 더 첨가하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 제 1 원료 조성물의 제조 단계에서, 상기 제 1 원료 조성물에 폴리에틸렌(PE) 왁스 분산제가 더 첨가될 수 있다. 이때, 상기 제 1 원료 조성물 내의 상기 PE 왁스 분산제와 상기 건조된 분말 간의 중량비가 8:1 내지 12:1일 수 있다.

이와 같이 첨가된 분산제는 후공정에서 대분분 증발하여 제품 특성을 저하시키지 않고, 일부 잔류물은 수지와 결합하여 인체에 해를 미치지 않을 수 있다.

또한, 상기 제 1 원료 조성물의 점도가 일정 수준을 벗어날 경우, 광물 조성물 분말과 PET 수지와의 결합이 저하되고 방사의 공정성이 나빠질 수 있다. 따라서, 상기 제 1 원료 조성물의 점도를 적정 수준 유지시키기 위해 점도향상제를 더 첨가하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 제 1 원료 조성물의 제조 단계에서, 상기 제 1 원료 조성물에 폴리이소부텐계 점도향상제가 더 첨가될 수 있다. 이때, 상기 제 1 원료 조성물 내의 상기 폴리이소부텐계 점도향상제의 함량이 1~10 중량%일 수 있다.

상기 제 1 원료 조성물의 제조 단계는, 마스터배치칩을 먼저 제조한 뒤 이를 이용하거나, 또는 마스터배치칩의 제조 없이 수행될 수 있다.

일례로서, 상기 제 1 원료 조성물의 제조 단계는, 상기 건조된 분말을 건조된 분말을 PET 수지와 혼합하여 상기 건조된 분말이 20~40 중량%로 함유된 마스터배치칩을 제조하는 단계, 및 상기 마스터배치칩을 PET 수지와 더 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같이 마스터배치칩 내에 광물 조성물을 고함량으로 함유시킴으로써 소비자가 체감할 수 있는 수준으로 원적외선 방사율을 높일 수 있다.

또한, 상기 마스터배치칩의 제조 시에, 폴리에틸렌(PE) 왁스 분산제를 앞서 예시한 바와 같이 첨가시킴으로써 고함량의 광물 배합에 따른 분산성 저하를 방지할 수 있다.

다른 예로서, 상기 제 1 원료 조성물의 제조 단계는, 마스터배치칩의 제조 없이 상기 건조된 분말 및 PET 수지를 직접 혼합하여 수행할 수 있다. 이때 교반기 내에서 건조된 분말과 수지가 골고루 혼합될 수 있도록 회전 속도를 높이고 공정 시간을 늘릴수록 원사의 품질은 향상될 수 있다. 이와 같은 방식은 마스터배치칩의 제조 단계를 거치지 않으므로 공정단축과 원가절감에 유리하며 필라멘트사의 품질을 보다 향상시킬 수 있다.

상기 단계 (5)에서는 PTT 수지 또는 PBT 수지를 포함하는 제 2 원료 조성물을 제조한다.

상기 제 2 원료 조성물은 별도의 광물의 첨가 없이 신축성을 갖는 수지(PTT 또는 PBT)로 구성되며 필요에 따라 그 외 첨가제가 배합될 수 있다.

상기 제 2 원료 조성물을 제조하기 위한 그 외 세부 공정은 앞서 제 1 원료 조성물의 제조 공정과 유사하거나 동일할 수 있다.

상기 단계 (6)에서는 상기 제 1 원료 조성물과 제 2 원료 조성물을 동시에 방사하여 필라멘트사를 제조한다.

상기 방사 시의 압출기에서의 속도는 2000~3500 RPM 수준일 수 있다.

또한, 방사 시의 온도는 260~280℃ 또는 265~275℃ 범위일 수 있다.

PTT의 융점은 228℃이고 PET의 융점은 265℃로 큰 차이가 있다. PTT는 융점 이상의 온도에서 특유의 지그재그형 결정구조가 형성되어 스트레치성을 발현하는데, PET와 결합하여 잠재권축 특성을 가지기 위해서는 수지를 녹이는 온도의 선택이 매우 중요하다. 방사 시의 온도를 265~275℃로 할 경우 스트레치성과 소프트한 촉감이 잘 발현되어 수지의 결합성이 우수할 수 있다.

또한, 본 공정에서 윤할제와 분산제를 적정량을 투입하여 사출과 집속성을 유지하고 권취가 용이하도록 조절할 수 있다.

본 단계를 통해, 상기 제 1 원료 조성물로부터 방사된 제 1 필라멘트 및 상기 제 2 원료 조성물로부터 방사된 제 2 필라멘트가 섬유 축을 따라 융합하여 복합된 필라멘트사를 제공할 수 있다.

이와 같이 방사기에서 방사한 후, 연신 및 가연하여 최종 필라멘트사를 얻을 수 있다.

섬유 제품

또한, 본 발명은 상기 잠재권축 필라멘트사를 이용하여 원적외선에 의한 건강 기능과 고신축에 의한 활동성을 동시에 가지는 섬유 제품을 제공한다.

상기 섬유 제품은 예를 들어 이너웨어, 스포츠웨어, 침장, 신발, 양말 등의 제품일 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명한다.

단 이하의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

제조예 1 : 광물 조성물의 제조

단계 (1) 광물 혼합

400g의 백규석, 330g의 일라이트 및 270g의 고령석을 혼합하여 37℃ 및 5~20 ㎛의 파장 조건에서 92.5% 이상의 원적외선 방사율을 갖는 광물 혼합물을 얻었다.

단계 (2) 분쇄

상기 광물 혼합물을 약 6000 메쉬로 건식 분쇄하고, 이후 평균입경 약 200 nm로 습식 분쇄하였다. 또한 이 공정에서 경도가 높아 분쇄가 어려운 입자와 판상구조로 재응집이 일어나는 입자들은 필터기로 반복해서 제거하여, 최종 분쇄된 분말 내에 입경 3㎛ 이상의 큰 입자들의 함량이 2 중량% 이내가 되도록 하였다.

단계 (3) 건조

상기 분쇄된 분말을 건조기에서 5시간 이상 건조하여 수분함량이 1% 이내가 되도록 한 뒤 밀봉하였다.

실시예 1 : 잠재권축 필라멘트사의 제조 (마스터배치칩 이용)

단계 (1) 마스터배치칩의 제조

상기 제조예 1에서 얻은 분말상의 광물 조성물을 270~280℃에서 PET 수지 및 PE 왁스분산제와 혼합하여 마스터배치칩을 제조하였다. 이때 상기 PE 왁스분산제는 상기 광물 조성물과 10:1의 중량비가 되도록 사용하였고, 마스터배치칩 내의 광물 조성물의 함량이 약 30 중량%가 되도록 하였다.

단계 (2) 원료 조성물의 제조

제 1 교반기에 상기 마스터배치칩을 PET 수지와 1:8 중량비로 투입하여 광물 조성물의 함량이 3.3 중량%가 되도록 혼합하고, 그 결과 얻은 혼합물 100 중량부 대비 약 5 중량부의 점도향상제(폴리이소부텐류)를 첨가하여 겔상의 제 1 원료 조성물을 제조하였다. 이와 별도로 제 2 교반기에 PTT 수지를 투입하고 교반하여 제 2 원료 조성물을 제조하였다. 이때 상기 PTT 수지와 상기 PET 수지의 중량비가 40:60이 되도록 하였다. 또한, 상기 제 1 원료 조성물과 제 2 원료 조성물의 합계 중량을 기준으로, 상기 광물 조성물의 함량이 2 중량%가 되도록 하였다.

단계 (3) 방사, 연신 및 가연

상기 단계 2에서 얻은 제 1 원료 조성물과 제 2 원료 조성물을 270℃ 조건에서 각각 제 1 방사기와 제 2 방사기에 투입하고, 압출 속도를 2000~3000 RPM 수준으로 유지하면서 저속 방사하였다. 방사시 필요에 따라 윤활제와 분산제를 적정량 첨가하였다. 이후 연신 및 가연하여 제 1 필라멘트와 제 2 필라멘트를 복합 방사된 필라멘트사를 제조하였다.

실시예 2 : 잠재권축 필라멘트사의 제조 (직접 방사)

제 1 교반기에 PET 수지, 상기 제조예 1에서 얻은 광물 조성물, PE 왁스 분산제, 및 폴리이소부텐계 점도향상제를 투입하고 교반하여 제 1 원료 조성물을 얻었다. 제 2 교반기에 PTT 수지를 투입하고 교반하여 제 2 원료 조성물을 얻었다. 이때 상기 PTT 수지와 상기 PET 수지의 중량비가 40:60이 되도록 하였다.

또한, 상기 제 1 원료 조성물과 제 2 원료 조성물의 합계 중량을 기준으로, 상기 광물 조성물 1.5 중량%, 상기 PE 왁스 분산제 15 중량%, 상기 폴리이소부텐계 점도향상제 4 중량%가 되도록 하였다.

이후 상기 실시예 1의 단계 3과 동일한 방식으로 방사, 연신 및 가연하여 필라멘트사를 제조하였다.

시험예 1: 원적외선 방사 평가

아래와 같이 전문시험기관에 의뢰하여 원적외선 방사 성능을 평가하였다.

- 시험대상: 제조예 1의 광물 조성물 (분말)

- 시험기관: (사)한국원적외선협회 부설 한국원적외선응용평가연구원(KIFA)

- 시험방법: KFIA-FI-1005 (37℃에서 FT-IR spectrometer를 이용하여 black body 대비 측정)

- 시험결과 (시험성적서 발급번호 KFI-960)

원적외선 방사율 (5~20㎛ 파장범위)	방사에너지 (W/㎡㎛, 37℃)
92.8%	358

상기 표 1에서 보듯이, 본 발명에 따른 광물 조성물은 원적외선 방사 특성이 매우 우수하였다.

시험예 2: 성분 분석

아래와 같이 전문시험기관에 의뢰하여 성분 분석을 수행하였다.

- 시험대상: 제조예 1의 광물 조성물 (분말)

- 시험기관: 대한광업진흥공사(서울, 한국)

- 시험방법: KS E 3076 : 2002, JIS M 8852 : 1998

- 시험환경: 온도 20.0~24.0℃, 상대습도 30~50%R.H.

- 시험결과 (광물시험 제0488호)

항목	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	K₂O	강열감량
중량%	73.2	14.8	0.61	1.37	0.16	4.57	4.26	0.88

시험예 3: 탈취 평가

아래와 같이 전문시험기관에 의뢰하여 탈취 평가를 수행하였다.

- 시료: 제조예 1의 광물 조성물 (분말)

- Blank: 시료를 넣지 않은 상태에서 측정

- 시험방법: KFIA-FI-1004

- 시험가스명: 암모니아

- 가스농도측정: 가스검지관

- 시험결과 (시험성적서 발급번호 KFIG-239)

경과 시간 (분)	Blank 농도 (ppm)	시료 농도 (ppm)	탈취율 (%)
초기	500	500	-
30	490	50	90
60	480	35	93
90	460	25	95
120	450	15	97

상기 표 3에서 보듯이, 본 발명에 따른 광물 조성물은 탈취율이 97%에 달하여 우수하였다.

시험예 4: 항균 평가

아래와 같이 전문시험기관에 의뢰하여 항균 평가를 수행하였다.

- 시료: 실시예 1의 단계 1에서 얻은 마스터배치칩

- Blank: 시료를 넣지 않은 상태에서 측정

- 시험방법: KFIA-FI-1003

- 사용균주: Escherichia coli ATCC 25922, Staphylococcus aureus ATCC 6538

- 시험결과 (시험성적서 발급번호 KFIA-231)

시험 항목	구분	초기 농도 (CFU/mL)	24시간 후 농도 (CFU/mL)	정균감소율 (%)
대장균에 의한 항균시험	Blank	1.9x10⁵	5.5x10⁶	-
대장균에 의한 항균시험	시료	1.9x10⁵	< 1.0x10³	99.9
포도상구균에 의한 항균시험	Blank	2.6x10⁵	5.2x10⁶	-
포도상구균에 의한 항균시험	시료	2.6x10⁵	2.0x10⁵	96.2

상기 표 4에서 보듯이, 본 발명에 따른 필라멘트사의 원료 조성물은 항균 성능이 우수하였다.

시험예 5: 항곰팡이성 평가

- 시료: 실시예 1의 단계 1에서 얻은 마스터배치칩

- 시험방법: ASTM G-21

- 곰팡이균주(혼합균주): Aspergillus niger ATCC 9642, Penicillium pinophilum ATCC 11797, Chaetomium globosum ATCC 6205, Aspergillus flavus ATCC 9643, Aspergillus versicolor ATCC 11730

- 결과의 판독

0 : 시료에서 균의 성장을 인지할 수 없음

1 : 시료에서 10% 이하의 균이 성장함

2 : 시료에서 10~30% 이하의 균이 성장함

3 : 시료에서 30~60% 이하의 균이 성장함

4 : 시료에서 60% 이상의 균이 성장함

- 시험결과 (시험성적서 발급번호 KFIF-139)

시험항목	배양 결과
항곰팡이 시험	1주 후	2주 후	3주 후	4주 후
항곰팡이 시험	0	0	0	0

상기 표 5에서 보듯이, 본 발명에 따른 필라멘트사의 원료 조성물은 항곰팡이 성능이 우수하였다.

시험예 6: 인장강신도 평가

아래와 같이 전문시험기관에 의뢰하여 인장강신도 평가를 수행하였다.

- 시료 1: 실시예 2와 동일한 방식으로 제조하되 PTT:PET=50:50 중량비로 한 필라멘트사(규격 75/24)

- 시료 2: 실시예 2와 동일한 방식으로 제조하되 PTT:PET=20:80 중량비로 한 필라멘트사(규격 75/24)

- 시험기관: 한국의류시험연구원(KATRI)

- 시험방법: 인장강신도 - KS K 0412:2016

- 시험조건: 파지거리-250mm, 시험속도-300mm/min

- 시험결과 (시험성적서 발급번호 KNAA17-00024874)

시험항목	시료 1	시료 2
인장강도(cN)	241	208
인장신도(%)	77.6	12.3

상기 표 6에서 보듯이, 본 발명에 따른 필라멘트사는 인장강도가 우수하였으며, 또한 PTT/PET 수지 간의 비율을 조절함에 따라 인장신도를 제어할 수 있었다.

시험예 7: 내구성 평가

아래와 같이 전문시험기관에 의뢰하여 내구성 평가를 수행하였다.

- 시료 1: 실시예 2의 필라멘트사로 제조한 원단 - 세탁 수행되지 않음

- 시료 2: 실시예 2의 필라멘트사로 제조한 원단 - 세탁 20회 수행됨

- 시험결과 (시험성적서 발급번호 KFI-1064,1065)

구 분	원적외선 방사율 (5~20㎛ 파장범위)	방사에너지 (W/m²·㎛, 37℃)
시료 1	89.2%	344
시료 2	89.0%	343

상기 표 7에서 보듯이, 본 발명에 따른 필라멘트사로 제조된 원단은 20회의 세탁 후에도 원적외선 방사율 및 방사에너지가 거의 저하되지 않아서 내구성이 우수하였다.

Claims

제 1 필라멘트 및 제 2 필라멘트가 복합되고 광물 조성물을 1.0~3.0 중량%로 포함하는 필라멘트사로서,
상기 제 1 필라멘트가 상기 광물 조성물 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 포함하고, 상기 제 2 필라멘트가 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지를 포함하며,
상기 PTT 또는 PBT 수지와 상기 PET 수지의 중량비가 20:80 내지 40:60이고,
상기 광물 조성물이
37℃의 온도 및 5~20 ㎛의 파장 조건에서 91~95%의 원적외선 방사율 및 350~370 W/㎡·㎛의 방사에너지를 갖고;
광물 조성물의 총 중량을 기준으로, 백규석 37~43 중량%, 일라이트 30~35 중량%, 및 고령석 25~30 중량%를 포함하고;
광물 조성물의 총 중량을 기준으로, SiO₂ 70~75 중량%, Al₂O₃ 12~16 중량%, Na₂O 3~6 중량%, K₂O 3~6 중량%, CaO 1~2 중량%, Fe₂O₃ 0.3~1 중량%, 및 MgO 0.1~0.5 중량%를 포함하고,
상기 광물 조성물이 100~500 nm의 평균입경을 갖되 입경 3㎛ 이상의 입자들의 함량이 2 중량% 이내인, 잠재권축 필라멘트사.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 필라멘트와 상기 제 2 필라멘트가 섬유 축을 따라 융합하여 복합된, 잠재권축 필라멘트사.
제 1 항에 있어서,
상기 잠재권축 필라멘트사가 상기 PTT 수지 및 상기 PET 수지를 30:70 내지 40:60의 중량부로 포함하는, 잠재권축 필라멘트사.
제 1 항에 있어서,
상기 광물 조성물이 37℃의 온도 및 5~20 ㎛의 파장 조건에서 92.5~94%의 원적외선 방사율, 및 355~365 W/㎡·㎛의 방사에너지를 갖는, 잠재권축 필라멘트사.
제 1 항에 있어서,
상기 광물 조성물이 0.7~1.0%의 강열감량을 갖는, 잠재권축 필라멘트사.
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제 1 항에 있어서,
상기 제 1 필라멘트와 상기 제 2 필라멘트가 섬유 축을 따라 융합하여 복합된 것이고,
상기 잠재권축 필라멘트사가 상기 PTT 수지 및 상기 PET 수지를 30:70 내지 40:60의 중량부로 포함하며,
상기 광물 조성물이 37℃의 온도 및 5~20 ㎛의 파장 조건에서 92.5~94%의 원적외선 방사율 및 355~365 W/㎡·㎛의 방사에너지를 갖고; 0.7~1.0%의 강열감량을 갖는, 잠재권축 필라멘트사.
(1) 백규석, 일라이트 및 고령석을 혼합하여 광물 조성물을 제조하는 단계;
(2) 상기 광물 조성물을 건식 분쇄한 후 습식 분쇄하여 평균입경 100~500 nm의 분말을 제조하는 단계;
(3) 상기 분쇄된 분말을 건조하여 수분 1% 이하의 분말을 제조하는 단계;
(4) 상기 건조된 분말 및 PET 수지를 포함하는 제 1 원료 조성물을 제조하는 단계;
(5) PTT 또는 PBT 수지를 포함하는 제 2 원료 조성물을 제조하는 단계; 및
(6) 상기 제 1 원료 조성물 및 제 2 원료 조성물을 동시에 방사하는 단계를 포함하는, 제 1 항의 잠재권축 필라멘트사의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 원료 조성물의 제조 단계에서,
상기 제 1 원료 조성물에 폴리에틸렌(PE) 왁스 분산제가 더 첨가되고,
상기 제 1 원료 조성물 내의 상기 PE 왁스 분산제와 상기 건조된 분말 간의 중량비가 8:1 내지 12:1인, 잠재권축 필라멘트사의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 원료 조성물의 제조 단계에서,
상기 제 1 원료 조성물에 폴리이소부텐계 점도향상제가 더 첨가되고,
상기 제 1 원료 조성물 내의 상기 폴리이소부텐계 점도향상제의 함량이 1~10 중량%인, 잠재권축 필라멘트사의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 원료 조성물의 제조 단계가,
상기 건조된 분말을 PET 수지와 혼합하여 상기 건조된 분말이 20~40 중량%로 함유된 마스터배치칩을 제조하는 단계, 및
상기 마스터배치칩을 PET 수지와 더 혼합하는 단계를 포함하는, 잠재권축 필라멘트사의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 원료 조성물의 제조 단계가,
마스터배치칩의 제조 없이 상기 건조된 분말 및 PET 수지를 직접 혼합하여 수행되는, 잠재권축 필라멘트사의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
상기 방사 단계가, 상기 제 1 원료 조성물로부터 방사된 제 1 필라멘트 및 상기 제 2 원료 조성물로부터 방사된 제 2 필라멘트가 섬유 축을 따라 융합하여 복합된 필라멘트사를 제공하는, 잠재권축 필라멘트사의 제조방법.
제 1 항의 잠재권축 필라멘트사를 이용하여 얻은 섬유 제품.