KR102035224B1 - 의류용 pp원단이나 pp사의 그래핀 코팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PP원단이나 PP사의 그래핀 코팅방법에 있어서, PP원단이나 PP사들을 플라즈마 에칭처리하여서 100~10,000Å 크기의 에칭들이 PP원단의 표면이나 PP사의 표면에 형성되게 하는 단계와, 에칭처리된 PP원단이나 PP사들을 점액상의 그래핀 코팅액에 침지하되, 상기 그래핀 코팅액이 그래핀물질 0.5~2wt%, 미세 다기공입자물질 3~8wt%, 처리용매 80~95wt%로 되게 하여 침지시키는 침지처리단계와, 상기 그래핀 코팅액에 침지처리된 PP원단이나 PP사들을 롤링하면서 압착처리하여 코팅액이 PP원단의 표면이나 PP사 표면의 에칭홈에 침투됨과 동시에 균일분포되게 하는 압착코팅처리단계와, 압착코팅처리를 거친 PP원단이나 PP사들을 상온 내지 150℃의 열셋팅온도로 건조 및 열셋팅하여서 그래핀 코팅된 PP원단이나 PP사들을 얻는 건조 및 열세팅처리단계로 이루어진다.

Description

의류용 PP원단이나 PP사의 그래핀 코팅방법{METHOD FOR COATING GRAPHENE ON PP FABRIC OR PP FIBER}

본 발명은 그래핀 코팅방법에 관한 것으로, 특히 소수성을 띈 폴리프로필렌(poly proplene: 이하 'PP'로도 약칭함)사나 PP사가 혼용된 PP원단에서의 그래핀 코팅 방법의 개량에 관한 것이다.

요즈음 폴리프로필렌사(PP사)는 꿈의 섬유라고 불리운다. PP사는 모든 합성섬유 중 가장 가볍고, 정전기 발생이 없어 착용감 편안하며, 열전도도가 낮아 보온성이 탁월하고 최적의 흡한·속건 기능을 자랑한다.

그런데 이러한 PP사는 PP소재 특성상 완전 결정질 구조이고 소수성을 띄고 있어서 염색이 잘되지 않고 제직성 및 편직성이 좋지 않으며, 직기 가동율 저하로 인한 생산수율에도 문제가 있다.

한편 요즈음 지속적으로 연구되고 있는 그래핀(graphene)도 꿈의 물질이라고 불리우고 있다. 그래핀은 강철보다 더 강하고 다이아몬드보다 더 단단하며 거의 어떤 물질보다 가볍고 투명하고 유연하며, 더구나 초고속 전기 전도체라는 특성까지 지니고 있기 때문이다. 또 그래핀은 분자로 된 그물망을 자유롭게 통과하는 수증기 이외에는 대부분의 물질이 그래핀을 통과하지 못한다는 이점이 있다.

흑연은 탄소들이 벌집 모양의 육각형 그물처럼 배열된 평면들이 층으로 쌓여 있는 구조인데 이 흑연의 한층이 바로 그래핀(Graphene)이 되는 것이다. 그래핀은 0.2㎚의 두께로 물리적 및 화학적 안정성이 매우 높다. 그래핀에는 여러가지 장점이 있지만 특히 대기 중의 일산화탄소와 산화질소를 흡수하는 유용한 성질을 가지고 있다.

이러한 그래핀을 섬유사나 섬유원단에 코팅할 수 있으면, 그래핀이 지니고 있는 특징들 예컨대, 저온 적외선, 미세혈관 순환촉진, 진드기 차단과 지속적인 청결유지, 보온성, 우수한 흡습성 및 건조성, 정전기 방지 및 피부 미용효과, 자외선 차단 등의 기능을 부여할 수 있다.

섬유원단중에서도 꿈의 섬유라고하는 PP원단이나 PP사에 그래핀을 코팅할 수 있다면 PP소재의 좋은 특성과 그래핀의 좋은 특성이 갖춘 섬유가 구현될 수 있으므로, 많은 관계자들로부터 큰 호응을 얻을 수 있을 것이다.

등록특허공보 제10-1457521호 "환원그래핀산화물이 코팅된 섬유사 및 그 제조방법"

따라서 본 발명의 목적은 의류용으로 소수성을 띈 PP(poly proplene)사나 PP사가 혼용되거나 PP사들로된 PP원단에 그래핀을 코팅하되 견뢰도(내구성이나 세탁견뢰도 등)가 좋고 실용화와 상용화가 가능한 의류용 PP원단이나 PP사의 그래핀 코팅방법을 제공함에 있다.

상기한 목적에 따른 본 발명은, PP원단이나 PP사의 그래핀 코팅방법에 있어서, PP원단이나 PP사들을 플라즈마 에칭처리하여서 100~10,000Å 크기의 에칭들이 PP원단의 표면이나 PP사의 표면에 형성되게 하는 단계와, 에칭처리된 PP원단이나 PP사들을 점액상의 그래핀 코팅액에 침지하되, 상기 그래핀 코팅액이 그래핀물질 0.5~2wt%, 미세 다기공입자물질 3~8wt%, 처리용매 80~95wt%로 되게 하여 침지시키는 침지처리단계와, 상기 그래핀 코팅액에 침지처리된 PP원단이나 PP사들을 롤링하면서 압착처리하여 코팅액이 PP원단의 표면이나 PP사 표면의 에칭홈에 침투됨과 동시에 균일분포되게 하는 압착코팅처리단계와, 압착코팅처리를 거친 PP원단이나 PP사들을 상온 내지 150℃의 열셋팅온도로 건조 및 열셋팅하여서 그래핀 코팅된 PP원단이나 PP사들을 얻는 건조 및 열세팅처리단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명은 소수성을 띈 PP사나 PP사가 혼용되거나 PP사들로된 PP원단에 그래핀을 코팅하므로 PP소재의 좋은 특성과 그래핀의 좋은 특성을 함께 갖춘 섬유가 구현되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 PP사나 PP원단을 그래핀 코팅하는 절차를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 그래핀 코팅액의 사진 예시도,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따라 PP사에 그래핀 코팅된 상태를 보여주는 전자현미경 확대사진 예시도,
도 4는 본 발명에 따라 PP원단에 그래핀 코팅된 상태를 찍은 사진 예시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 명세서에서 'PP사'는 PP사 단독으로도 될 수 있고 PP사와 다른 섬유사가 합사된 형태로도 가능한 것이다. 그리고 'PP원단'은 PP사만을 사용한 원단이 될 수도 있고 PP사와 다른 섬유사가 혼용된 원단이 될 수도 있음을 이해하여야 하며, 원단의 형태는 제직물, 편직물, 부직포 등의 형태가 될 수 있다.

본 발명의 명세서에서 'PP사'나 'PP원단'으로 언급하는 용어는 이러한 의미들이 포함된 개념임을 이해하여야 한다.

PP사는 모든 합성섬유 중 가장 가볍고, 정전기 발생이 없어 착용감 편안하며, 열전도도가 낮아 보온성이 탁월하고 최적의 흡한·속건 기능을 가지므로 꿈의 소재라고 불리우지만, PP소재는 그 특성상 완전 결정질 구조이고 소수성을 띄고 있는바 염색이 거의 되지 않고 매끄러우며 수분을 함유하지 못하는 관계로 실끊어짐 현상이 잦아 제직성이나 편직성이 좋지 못하므로 PP사를 의류용 섬유에 적용하여 사용하기가 힘들다. 비록 고단가로 의류용 섬유로 제조하는 시도가 다소 있었지만 견뢰도(내구성이나 세탁견뢰도 등)가 좋지 않아 실용화나 상용화가 쉽지 않는 실정이다.

그래서 본 발명에서는 PP소재의 장점을 가지면서도 단점이 보완되거나 상당히 개선된 PP사나 PP원단을 구현함과 동시에 저온 적외선, 미세혈관 순환촉진, 진드기 차단과 지속적인 청결유지, 보온성, 우수한 흡습성 및 건조성, 정전기 방지 및 피부 미용효과, 자외선 차단 등이 가능케 해주어 꿈의 물질이라고 불리는 그래핀이 코팅될 수 있도록 구현한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 PP사나 PP원단을 그래핀 코팅하는 절차를 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 그래핀 코팅액(10)의 사진 예시도이다.

본 발명의 실시예에서는 먼저 PP사나 PP원단이 소수성이고 매끄러운 관계로 PP사나 PP원단으로의 그래핀 코팅이 보다 수월하게 이루어질 수 있도록 PP원단이나 PP사들을 플라즈마 에칭처리를 수행한다(도 1의 S1단계).

플라즈마 에칭처리방식은 PP사들이나 PP원단을 반응챔버에 투입하고, 그 PP사들이나 PP원단을 화학적으로 반응성이 있는 가스를 사용해 플라즈마를 발생시켜서 플라즈마 내의 반응성 라디칼을 이용해 화학적으로 식각하는 방식이다.

이렇게 플라즈마 에칭처리를 하게 되면 PP원단의 표면이나 PP사의 표면에는 거칠은 방사상 형태를 나타내나 일정한 반복 패턴은 없으며 100~10,000Å 크기의 에칭들이 무수히 형성된다.

PP원단의 표면이나 PP사들의 표면에는 플라즈마 에칭처리에 의해 에칭을 한 후에는 표면이 에칭되어진 PP원단이나 PP사들(2)은 도 1의 그래핀 코팅액(10)을 담고 있는 침지처리조(12)에 투입되고 이송되면서 침지 처리되되(도 1의 S2단계), 일정하게 발라주는 나이프 등의 수단이 함께 이용되어서 PP원단이나 PP사들(2)에 그래핀 코팅액(10)이 발라진다.

침지처리조(12)에는 도 2의 사진 예시와 같은 점액상의 그래핀 코팅액(10)이 채워진다.

상기 점액상의 그래핀 코팅액(10)은 그래핀물질 0.5~2wt%, 미세 다기공입자물질 3~8wt%, 처리용매 80~95wt%으로 형성되며, 처리용매에는 용해용매나 분산용매도 포함된다.

그래핀 코팅액(10)에서, 그래핀물질이 0.5wt% 미만이면 의류용에 유용한 그래핀 고유의 성능발현이 어려우며 2wt%를 초과하게 되면 PP원단이나 PP사들이 검은색 계열로 바뀌게 되므로 이후 PP원단이나 PP원사에서의 염색성 발현을 힘들게 한다.

그래핀 코팅액(10)에서, 미세 다기공입자물질은 입자 표면이나 내부에 분자 크기정도의 미세 다공들이 형성된 입자성 물질로서 다공성 알루미나가 가능하고 천연 광물질로서는 제올라이트, 견운모의 일종인 세리사이트, 장호석, 일라이트가 가능하다.

본 발명에서 미세 다기공입자물질은 PP사나 PP원단에 코팅될 시에 염색물질을 흡수하거나 수분을 흡수할 수 있는바 PP사나 PP원단의 수분함유로 인한 마찰력을 높혀주며 실끊어짐도 줄여주는 역할을 담당한다. 또 염색처리를 할 경우 염색물질분자가 침투하면서 가염성을 높혀준다.

본 발명에서 미세 다기공입자물질 3~8wt%의 범위는 염색성이나 흡수성이 있도록 하면서도 코팅접착력에는 문제가 없도록 하는데에 그 임계적 의의가 있음을 본원 발명자가 확인하였다.

에칭처리된 PP원단이나 PP사들이 침지처리조(12)에 담긴 점액상의 그래핀 코팅액(10)에 침지처리된 후에는 압착코팅처리단계로 진행된다(도 1의 S3단계).

압착코팅처리단계(도 1의 S3단계)에서는 그래핀 코팅액(10)에 침지처리된 PP원단이나 PP사들을 우레탄수지롤과 금속롤이 한쌍으로 된 압착롤러(14)를 통과하면서 롤링 가압하므로 PP원단이나 PP사들의 표면에 묻혀진 그래핀 코팅액이 PP원단의 표면(PP사 간의 형성 홈이나 PP사의 에칭홈)이나 PP사 표면의 에칭홈에 가압 침투됨과 동시에 코팅막이 균일분포되게 한다. 또 과도하게 묻힌 점액상의 코팅액은 가압에 의해 짜지면서 제거되어진다.

이렇게 압착코팅처리를 거친 PP원단이나 PP사들은 텐터와 같은 열셋팅 처리부(16)에 투입되며, 상온 내지 150℃의 열셋팅온도로 건조 및 열셋팅하여서 그래핀 코팅된 PP원단이나 PP사들이 배출되게 하는 건조 및 열세팅처리단계(도 1의 S4단계)를 거치게 된다.

열셋팅 처리부(16)에서의 건조 및 열셋팅시에 열셋팅온도 범위(상온 내지 150℃)내에서 낮게 하면 코팅품질은 좋아지지만 오랜 시간동안에 건조 및 열셋팅을 수행해야 하고, 높은 온도범위에서 건조 및 열셋팅하면 짧은 시간동안에 열셋팅 처리가 가능하나 코팅품질이 떨어질 수 있다. 그리고 PP소재의 융점이 대략 165℃이므로 열셋팅처리부(16)에서 열셋팅온도의 최고점은 150℃를 넘지 않도록 해야 한다. 그러므로 열셋팅 처리부(16)에서의 건조 및 열셋팅 처리시에는 수십분을 열셋팅온도범위내 높은 온도로 열셋팅하고 별도 가열없이 잠시 쉬고 다시 열셋팅온도범위내 높은 온도로 열셋팅하는 절차를 반복하면서 건조 및 열셋팅 처리하는 것이 바람직하다.

상기 열셋팅 처리부(16)를 통해 건조 및 열셋팅처리된 후 외부로 이송되면 코팅물의 결착력을 증대시키기 위해 필요에 따라 재차 롤링시켜 압착하는 과정을 더 수행할 수도 있다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따라 PP사에 그래핀 코팅된 상태를 보여주는 전자현미경 확대사진 예시도로서, 그래핀성분이 1wt%로 함유된 상태를 보여주는 것이다.

그리고 도 4는 본 발명에 따라 PP원단에 그래핀 코팅된 상태를 찍은 사진 예시도로서, 그래핀성분이 0.5wt%, 1wt%, 2wt%로 함유된 상태를 차례로 보여주고 있다. 그래핀 성분을 2wt%로 함유하고 있는 PP원단은 다른 원단에 비해서 그래핀성분의 영향으로 회색빛을 띄는 것을 확인할 수 있다.

본 발명에 따라 상기와 같이 그래핀 코팅된 의류용 PP사나 PP원단은 PP소재의 특징인 모든 합성섬유 중 가장 가볍고, 정전기 발생 없어 착용감이 편안하고, 보온성을 가지며 최적의 흡한·속건 기능을 가지고, 또 그래핀이 함유된 섬유사의 특성인 저온 적외선, 미세혈관 순환촉진, 진드기 차단과 지속적인 청결유지, 보온성, 우수한 흡습성 및 건조성, 정전기 방지 및 피부 미용효과, 자외선 차단 등도 가능하게 된다.

또한 PP사에서 단점이었던 염색성도 미세 다기공입자물질이 염색물질을 흡수하므로 가염성이 좋아지고 또 수분도 흡수하므로 표면이 친수성도 띄게 되어서 제직성이나 편직성이 좋아지고, 실에 마찰력이 부여되므로 매끄러움에 의한 직기 가동율 저하도 줄일 수 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

(10)-- 그래핀 코팅액 (12)-- 침지처리조
(14)-- 압착롤러 (16)-- 열셋팅 처리부

Claims (3)

1. 의류용 PP원단이나 PP사의 그래핀 코팅방법에 있어서,
   PP원단이나 PP사들을 플라즈마 에칭처리하여서 100~10,000Å 크기의 에칭들이 PP원단의 표면이나 PP사의 표면에 형성되게 하는 단계와,
   에칭처리된 PP원단이나 PP사들을 점액상의 그래핀 코팅액에 침지하되, 상기 그래핀 코팅액이 그래핀물질 0.5~2wt%, 미세 다기공입자물질 3~8wt%, 처리용매 80~95wt%로 되게 하여 침지시키는 침지처리단계와,
   상기 그래핀 코팅액에 침지처리된 PP원단이나 PP사들을 롤링하면서 압착처리하여 코팅액이 PP원단의 표면이나 PP사 표면의 에칭홈에 가압 침투됨과 동시에 균일 분포되게 하는 압착코팅처리단계와,
   압착코팅처리된 PP원단이나 PP사들을 상온 내지 150℃의 열셋팅온도로 건조 및 열셋팅을 함께 하여서 그래핀물질 및 미세 다기공입자물질이 코팅된 의류용 PP원단이나 PP사들을 얻는 건조 및 열세팅처리단계로 이루어짐을 특징으로 하는 의류용 PP원단이나 PP사의 그래핀 코팅방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 PP사는 PP사 단독이나 PP사와 다른 섬유사가 합사된 형태중의 선택된 하나이고, 상기 PP원단은 PP사만을 사용한 원단이나 PP사와 다른 섬유사가 혼용된 원단중 선택된 하나로 구성함을 특징으로 하는 의류용 PP원단이나 PP사의 그래핀 코팅방법.
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