KR102279714B1 - 표면가공섬유, 그 제조방법, 실 및 섬유제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 천연 단백질 섬유인 실크 또는 시논 등의 합성 단백질 섬유로 이루어지는 모체섬유의 표면에 단백질의 표면층을 형성한다. 단백질의 표면층은 크랙에 의하여 복수의 입자로 분할되어 있다. 크랙에 의하여 복수의 입자로 나누어져 있는 단백질의 표면층 때문에, 이 섬유를 섬유제품으로 하면 부피가 크고 텍스처가 우수하다.

Description

표면가공섬유, 그 제조방법, 실 및 섬유제품

본 발명은, 케라틴 등의 단백질에 의하여 표면가공한 섬유, 그 제조방법, 이 섬유를 사용한 실과 섬유제품에 관한 것이다.

실크 등의 섬유로부터 캐시미어 등에 필적하는 섬유를 제조할 수 있으면 편리하다. 그러나 발명자가 아는 범위에서는, 이와 같은 기술은 알려져 있지 않다.

본 발명의 기초가 되는 선행기술을 나타낸다. 발명자들은 특허문헌1(국제공개 WO 2017/038814 A)에서, 캐시미어 섬유를 가수분해 케라틴의 수용액에, 예를 들면 40℃에서 60분간 침지시키는 것을 제안하였다. 케라틴은 캐시미어 섬유에 침투하여, 표백 또는 염색에 있어서의 캐시미어 섬유의 손상을 억제한다. 이 때문에 섬유의 텍스처(texture)를 유지하면서 원하는 색상을 실현할 수 있다. 그러나 케라틴은 거의 균일한 표면층(表面層)으로서 존재하고, 캐시미어 섬유의 표면에 새로 스케일상(scale狀)의 피막을 형성하는 것은 아니다.

특허문헌1 : 국제공개 WO 2017/038814 A

본 발명의 과제는, 크랙에 의하여 복수의 입자로 분할되어 있는 단백질의 표면층을 모체섬유에 형성하는 것에 있다. 이 섬유를 사용하면, 부피가 크고 텍스처가 우수한 섬유제품을 얻을 수 있다.

본 발명은, 천연 단백질 섬유인 실크로 이루어지는 모체섬유(母體纖維) 또는 합성 단백질 섬유로 이루어지는 모체섬유의 표면에, 모체섬유와는 이종(異種)인 단백질의 표면층이 형성되어 있는 표면가공섬유에 있어서, 표면층은 크랙(crack)에 의하여 복수의 입자로 분할되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 섬유는, 예를 들면 모체섬유와는 이종인 단백질의 표면층을, 천연 단백질 섬유인 실크로 이루어지는 모체섬유 또는 합성 단백질 섬유로 이루어지는 모체섬유의 표면에 형성하는 공정과,

표면층을 형성한 섬유를 가열함으로써, 모체섬유를 섬유의 길이방향을 따라 수축시킴과 아울러 모체섬유를 모체섬유의 표면에 있어서 길이방향에 직각인 둘레방향을 따라 팽창시키고, 모체섬유의 수축팽창에 의하여 표면층에 크랙을 형성함으로써, 표면층을 분할하는 공정에 의하여 제조할 수 있다.

본 발명의 섬유를 복수 개 합치면, 실을 얻을 수 있다. 이 실은 복수의 섬유를 꼰 실인 것이 바람직하고, 특히 단섬유(短纖維)를 복수 개 꼰 방적사(紡績絲)인 것이 바람직하다.

본 발명의 실을 사용한 편물, 직물, 부직포 등의 섬유제품은, 이하의 특징이 있다. 표면층은 크랙에 의하여 복수의 입자로 분할되어 있기 때문에, 마찰에 의하여 섬유간에 간극(間隙)이 생겨, 섬유제품은 부피가 커진다. 또한 공기를 다량으로 포함하기 때문에, 보온성이 우수하다. 또한 크랙에 의하여 손으로 만졌을 때의 감촉 등의 텍스처(texture)가 향상된다.

모체섬유는 천연 또는 합성의 단백질 섬유로서, 예를 들면 천연 단백질 섬유인 실크 또는 합성 단백질 섬유이다. 표면층은 케라틴이 바람직하다. 특히 모체섬유를 실크로 하고, 또한 표면층을 우모(羽毛)로부터 유래하는 케라틴으로 하면, 캐시미어와 비슷한 텍스처가 된다.

천연 단백질 섬유인 실크 및 시논 등의 합성 단백질 섬유는 열수(熱水) 등에 의하여 가열하면, 길이방향으로 수축하고 길이방향에 직각인 방향으로는 팽창하는 성질이 있다. 이와 같은 성질이 발현되는 온도는, 예를 들면 60℃이다. 이에 대하여 표면층은 기본적으로 등방성(等方性)을 갖고 있기 때문에, 표면층과 모체는 수축팽창의 방식이 다르다. 그리고 모체섬유가 길이방향으로 수축하면, 크랙이 생겨 표면층이 복수의 입자로 나뉜다. 가열온도는, 열수의 경우에 40℃ 이상 120℃ 이하, 바람직하게는 40℃ 이상 85℃ 이하, 특히 바람직하게는 40℃ 이상 75℃ 이하로 한다. 그리고 처리시간이 긴 경우에 열수온도를 이 범위에서 낮게 선택하고, 짧은 경우에는 열수온도를 이 범위에서 높게 선택한다.

열수처리의 조건을 선택하거나 표면층의 형성 후 열수처리 전에 섬유에 스탬핑 가공(stamping 加工)을 하면, 비늘상(鱗狀)의 입자를 얻을 수 있다. 특히 스탬핑 가공에서는, 비늘상의 입자를 원하는 형상으로 할 수 있다. 이 때문에 수모섬유(獸毛纖維) 표면의 스케일(scale)에 가까운 것을 부여할 수 있다.

크랙을 형성한 표면층은, 세탁 등에 의하여 섬유로부터 탈락할 가능성이 있다. 이에 대하여 고착제(fixing agent)를 섬유에 함유시키면, 표면층의 입자를 모체섬유에 결합할 수 있다.

본 발명의 표면가공섬유는,

천연 단백질 섬유인 실크로 이루어지는 모체섬유 또는 합성 단백질 섬유로 이루어지는 모체섬유의 표면에, 모체섬유와는 이종인 단백질의 표면층을 형성하는 공정과,

상기 표면층을 형성한 섬유를 건조시킴과 아울러 장력에 의하여 늘인 상태로 하는 공정과,

섬유에 가한 장력을 해제하여, 표면층을 형성한 섬유를 수축시키는 공정을 함으로써,

상기 표면층을 크랙에 의하여 복수의 입자로 분할하는 것에 의해서도 제조할 수 있다.

케라틴 등의 표면층은 건조에 의하여 갈라지기 쉬워진다. 건조조건은, 표면층의 함수율이 9질량％ 이하가 되는 조건, 특히 5질량％ 이하가 되는 조건이 바람직하다. 그리고 표면층을 형성한 섬유를 건조시킴과 아울러 장력에 의하여 늘인 상태로 하고, 이어서 장력을 해제한다. 여기에서 표면층을 형성할 때부터 늘여 두면, 장력을 해제하였을 때에 표면층은 섬유의 길이방향으로 압축되어, 표면층은 크랙에 의하여 복수의 입자로 분할된다. 특히 표면층을 형성할 때부터 섬유를 늘여 두고, 장력을 해제하기 직전에 다시 섬유를 늘이면, 보다 용이하게 크랙을 형성할 수 있다. 또한 표면층을 형성할 때와 건조할 때에 섬유를 늘이지 않고 장력을 해제하기 직전에 늘이더라도, 표면층은 크랙에 의하여 복수의 입자로 분할된다. 이 제조방법에서는, 둘레방향을 따르는 팽창/수축을 이용하지 않기 때문에, 둘레방향을 따르는 표면층의 간극은 기본적으로 생기지 않는다.

크랙이 발달하면, 표면층의 입자는 모체섬유로부터 부분적으로 박리되고, 특히 모체섬유의 길이방향을 따라 입자의 단부(端部)로부터 박리된다. 표면층의 입자의 박리는, 섬유제품의 부피와 보온성을 향상시키는 것 외에도, 섬유제품에 매끄러운 감촉을 부여하여 피부에 닿았을 때의 감촉도 좋게 하므로, 섬유제품의 텍스처가 보다 향상된다.

박리가 현저해지면, 복수의 입자는 모체섬유의 길이방향을 따라 입자의 단부에서 겹쳐져, 돌기부를 형성하게 된다. 표면층의 입자의 돌기부는, 섬유제품의 부피와 보온성을 보다 향상시킴과 아울러 섬유제품에 벤딩(bending)에 대한 반발력과 벤딩으로부터의 회복력을 부여하기 때문에, 섬유제품의 탄성이 강해진다.

제법에 관해서는, 모체섬유를 가열하여 길이방향으로 수축시키면, 크랙이 발생하여 표면층의 입자 상호간이 모체섬유의 길이방향의 단부에서 겹쳐진다. 또한 모체섬유가 둘레방향을 따라 팽창하면, 크랙에 의하여 입자간에 간극이 생긴다. 크랙이 발달하면, 입자는 모체섬유의 길이방향을 따르는 입자의 단부에서 부분적으로 모체섬유로부터 박리되고, 박리가 현저해지면, 단부에서 입자가 겹쳐져 돌기부가 발생한다.

모체섬유에 장력을 가하여 길이방향으로 늘이면, 표면층은 갈라져 크랙이 발생하고, 복수의 입자로 분할된다. 이어서 장력을 해제하면, 섬유는 길이방향으로 수축한다. 모체섬유를 늘이는 정도를 크게 하면, 복수의 입자는 모체섬유의 길이방향을 따르는 입자의 단부에서 부분적으로 박리된다. 모체섬유를 늘인 후에 수축시키기 때문에, 박리가 현저해지면 모체섬유로부터 부분적으로 박리된 장소에서 입자가 겹쳐져 돌기부를 형성한다.

도1은, 실시예의 공정도이다.
도2는, 실시예의 크랙 형성장치를 나타내는 도면이다.
도3은, 변형예의 크랙 형성장치를 나타내는 도면이다.
도4는, 변형예에서 사용하는 롤러를 나타내는 도면이다.
도5는, 다른 변형예에서 사용하는 가연 롤러를 나타내는 도면이다.
도6은, 케라틴 피복을 갖는 합성 단백질 섬유를 방사하는 노즐을 나타내는 도면이다.
도7은, 실시예의 섬유의 반지름방향에 있어서의 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도8은, 실시예의 섬유의 길이방향에 있어서의 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도9는, 섬유에 대한 케라틴의 부착상황을 나타내는 사진으로서, a)는 케라틴을 부착시키지 않은 섬유를, b)는 케라틴을 부착시킨 섬유를 나타낸다.
도10은, 실시예의 섬유의 전자현미경 사진이다.
도11은, 제2실시예의 공정도이다.

이하에 발명을 실시하기 위한 최적의 실시예를 나타낸다.

(실시예)

도1∼도10에 실시예를 나타낸다. 도1은, 단백질 가공섬유의 제조공정을 나타내고, 예를 들면 단백질의 표면층을 형성하기 전에 모체(母體)가 되는 섬유(모체섬유)를 염색기(2)에 의하여 표백 또는 염색한다. 다음에 모체섬유를 흡착조(4)에서 케라틴, 피브로인, 세리신 등의 동물성 단백질의 가수분해 생성물의 수용액에 침지시키거나 인공 또는 합성의 단백질의 수용액에 침지시키고, 모체섬유의 표면에 이들 단백질의 표면층을 형성한다. 또한 모체섬유와 단백질의 표면층에서는, 열수(熱水) 중에서의 수축률이 다르다.

표면층을 형성한 섬유를 크랙 형성조(8)에서 처리하여, 단백질로 이루어지는 표면층에 크랙을 형성한다. 크랙 형성조(8)에서 섬유는 열수 중을 통과하고, 이때에 모체섬유는 길이방향으로 수축함과 아울러 반지름방향으로 팽창한다. 이에 대하여 단백질의 표면층은 수축팽창의 정도가 작다. 이 결과 단백질의 표면층에 크랙이 발생하여, 표면층은 부분적으로 박리된 상태로 변화한다. 크랙 형성조(8)에서는, 모노필라멘트상의 섬유를 처리하여도 좋고, 또는 복수의 섬유를 정렬하여 일괄로 처리하여도 좋다. 크랙 형성조(8)에서 처리한 섬유에 대하여 고착조(10)에서 섬유의 표면층에 고착제를 부착시켜, 단백질의 표면층과 모체섬유의 결합을 강화한다.

필요에 따라, 흡착조(4)와 크랙 형성조(8)의 사이에 있어서 단백질의 표면층의 형성을 완료한 섬유를 롤러 가공기(6)에 통과시켜, 크랙 형성조(8)에서 크랙을 생성하기 쉽게 하여도 좋다. 또한 염색 및 표백을 언제 할 것인지는 임의이지만, 단백질을 흡착시키기 전에 하면, 염색 또는 표백에 의하여 단백질의 표면층이 영향을 받는 것을 방지할 수 있고, 또한 표면층에 의하여 염료를 보호하여 퇴색을 억제할 수 있다. 고착제로 처리하면, 표면층과 모체섬유의 결합을 강화할 수 있다. 또한 고착제에 의한 처리 및 롤러 가공기(6)에서의 처리는 생략하여도 좋다.

모체섬유는 예를 들면 실크이고, 처리대상으로는 표면의 세리신을 제거한 후에 복수의 섬유를 꼬아서 실로 만들기 전의 실크섬유가 바람직하다. 실크 외에 시논(Chinon; 카제인 단백질을 원료로 하는 합성 단백질 섬유) 등의 합성 단백질 섬유가 모체섬유로서 바람직하다. 또한 울(wool) 등의 수모(獸毛)는 원래 표면에 케라틴층을 구비하고 있기 때문에, 단백질로 표면가공을 하는 의미가 없다. 목면(木綿) 등의 식물섬유는, 케라틴 등의 단백질과 결합하는 아미노기, 카르복시기 등이 부족하기 때문에 처리대상에 포함시키지 않는다.

표면가공에 사용하는 단백질은, 예를 들면 케라틴, 피브로인, 세리신 등이며, 천연이어도 합성이어도 좋다. 상기의 단백질은 케라틴이 바람직하다. 가수분해 단백질은, 예를 들면 우모(羽毛), 양모(羊毛) 등을 과산화수소수와 암모니아 또는 수산화나트륨 등으로 가수분해한 후에, 염산 등으로 pH를 조정하고, 원심분리에 의하여 불용성분을 제거함으로써 얻을 수 있다. 그리고 가수분해의 조건을 제어함으로써 평균분자량을 조정할 수 있다. 바람직하게는, 가수분해한 단백질에 히드록시프로필 트리메틸 암모늄 이온 등의 양이온을 부착시켜, 모체섬유와 견고하게 결합하도록 한다.

이들 단백질은, 모체섬유의 표면에 있어서 단백질 입자가 서로 방향을 맞추어 배향하도록, 겔여과법에 의하여 측정한 평균분자량이 1,000 이상 50,000 이하가 바람직하고, 특히 3,000 이상 50,000 이하가 바람직하다. 또한 모체섬유의 건조질량 100％에 대하여 표면층의 단백질의 건조질량은, 1％ 이상 24％ 이하가 바람직하다. 본 발명에서는, 특허문헌1에 비하여 평균분자량이 큰 단백질로 표면처리를 한다. 발명자의 실험에서는, 평균분자량이 1,000 미만인 단백질에서는 크랙을 관찰할 수 없었다. 또한 모체섬유의 건조질량 100％에 대하여 표면층의 단백질의 건조질량이 1％ 미만이면, 수모의 스케일과 유사한 표면층을 얻을 수 없었다. 그리고 균질한 표면층을 형성하기 위하여, 단백질의 평균분자량은 50,000 이하가 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 또한 수모의 스케일에 상당하는 두께의 표면층을 형성하기 위해서는, 모체섬유의 건조질량 100％에 대한 표면층의 단백질의 건조질량이 1％ 이상 24％ 이하가 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 평균분자량의 측정에 있어서는, 히드록시프로필 트리메틸 암모늄 이온 등의 양이온을 포함하는 분자량을 측정한다. 건조질량의 측정에 있어서는, 모체섬유의 단체(單體)와 가공 후의 섬유 각각의 같은 길이에서의 건조질량을 계측하고, 계측차로부터 표면층의 값을 산출하였다.

흡착조(4)에 있어서, 단백질의 가수분해 수용액의 온도는 예를 들면 25℃ 이상 40℃ 이하가 바람직하고, 침지시간은 1초 이상 10분 이하가 바람직하다. 수용액 중의 가수분해 단백질의 농도는, 양이온화되어 있는 경우에는 양이온의 질량을 포함하는 수용액의 농도로서, 0.7질량％ 이상 25질량％ 이하가 바람직하다. 농도가 낮은 경우에는 침지시간을 상기의 범위 내에서 길게 하고, 농도가 높은 경우에는 침지시간을 상기의 범위 내에서 짧게 한다. 또한 단백질의 가수분해 수용액은, 방사유(spinning oil) 등의 제3성분을 포함하고 있어도 좋다. 고착제는, 단백질을 양이온화하는 것으로부터 음이온성 또는 비이온성의 것이 바람직하고, 예를 들면 다가(多價)의 페놀 유도체로 이루어지는 음이온계의 고착제가 바람직하다. 흡착조(4)에서 처리한 단백질 섬유의 형광사진을 도9b)에, 미처리의 사진을 도9a)에 나타낸다.

고착제로 처리한 섬유는, 예를 들면 절단하여 단섬유(短纖維)로 하고, 카딩(carding) 등을 하여 방적사(紡績絲)로서 사용한다. 그러나 장섬유(長纖維)를 그대로 하나로 꼬아서 실로 하여도 좋다.

도2는 크랙 형성조(8)의 구조를 나타내고, 크랙처리 전의 섬유(12)가 중심의 통로(14)를 통과하고, 이 사이에 단백질의 표면층에 크랙이 형성되어, 섬유(13)로서 내보내진다. 크랙 형성조(8)는, 예를 들면 복수의 열교환기(16∼19)를 직렬로 구비하고, 입구(20)에서 통로(14)로 물을 넣고, 출구(21)로부터 열수를 배출하고, 열교환기(16∼19)에 의하여 통로(14)의 수온에 분포를 형성한다. 예를 들면 입구(20) 측의 열교환기(16)에서는 수온은 40℃ 정도, 열교환기(17)에서는 50℃ 정도, 열교환기(18)에서는 60℃ 정도, 최고온도의 열교환기(19)에서는 75℃ 정도이다.

건식인 경우에는 열풍가열, 적외선 가열 등에 의하여 가열한다. 또한 실크는 190℃에서는 황색으로 변화하고, 시논도 마찬가지로 190℃에서 열화(劣化)되기 때문에, 처리온도는 190℃ 이하로 한다.

크랙 형성조(8)에서의 수온의 최고온도(열교환기(19)의 온도)는, 40℃ 이상 120℃ 이하가 바람직하고, 40℃ 이상 85℃ 이하가 더 바람직하고, 특히 40℃ 이상 75℃ 이하로 한다. 모체섬유를 길이방향으로 수축시키고 반지름방향으로 팽창시키기 위해서는, 실크 등의 모체섬유의 경우에 40℃ 이상으로 할 필요가 있고, 40℃ 이하에서는 수축률이 지나치게 작기 때문에 부적합하다. 또한 크랙 형성조(8)에서 최고가열온도를 경험하는 시간(열교환기(19) 내를 통과하는 시간)은, 1초 이상 20초 이하가 바람직하다. 또한 크랙 형성조(8)에서 통로(14)를 흐르는 물은, 방사유 등의 제3성분을 포함하고 있어도 좋다.

온도분포를 보다 급격하게 한 크랙 형성조(9)를 도3에 나타내고, 22는 실리카 에어로겔(silica aerogel) 등의 단열층으로서, 최저온도의 열교환기(16)와 최고온도의 열교환기(19)를 단열한다. 그리고 크랙 형성조(9)에서는, 열교환기(16)로부터 열교환기(19)로 이동함에 따라 섬유(12)가 급가열되어, 크랙이 용이하게 발생한다.

도4, 도5는 롤러 가공기(6)의 예를 나타낸다. 도4에서는, 도면에 나타내지 않는 미세한 돌출부를 표면에 형성한 가공 롤러(24, 25) 사이로 섬유(12)를 통과시켜, 섬유(12')로 한다. 롤러(24, 25)에 의하여 스탬핑된 표면층의 미세한 홈은, 크랙 형성조(8)에서 크랙으로 발전한다. 또한 도4의 우측 상방에 확대하여 나타내는 바와 같이 롤러(24, 25)로 섬유(12)를 압축하기 때문에, 섬유(12')는 단면이 편평하게 된다. 롤러 가공기(6)에서는, 섬유(12)의 표면에 원하는 형상으로 홈을 형성할 수 있다. 이 때문에, 크랙에 의하여 단백질의 표면층에 생기는 입자의 형상을 비늘상(鱗狀)으로 제어할 수 있고, 또한 비늘의 형상을 마름모형상, 삼각형상, 육각형상 등으로 세세하게 제어할 수 있다.

도4에서 상하의 롤러(24, 25)의 이송속도에 차이를 두면, 섬유(12)에 크랙이 생긴다. 또한 이 경우에 롤러(24, 25) 표면의 홈은 형성하지 않아도 좋다. 그리고 이 크랙은 이후에 크랙 형성조(8, 9)에서 성장하여, 표면층은 하류측이 모체섬유로부터 부분적으로 박리된 복수의 입자로 변화한다. 도면에 나타내는 것은 생략하지만, 도4의 상하의 롤러(24, 25)를 섬유의 송출방향을 따라 여러 쌍(雙) 설치하고, 예를 들면 상류측의 롤러의 이송속도를 상대적으로 느리게, 하류측의 롤러의 이송속도를 상대적으로 빠르게 하여도 크랙의 형성이 용이하게 된다. 이 경우에 상하의 롤러(24, 25)는 등속이어도 좋고, 속도가 달라도 좋다.

도5의 롤러 가공기(6')에서는, 방향이 다른 한 쌍의 가연 롤러(假撚 roller)(26, 27) 사이로 섬유(12)를 통과시키고, 섬유(12)에 꼬임을 줌으로써 표면층에 변형을 가하여, 크랙 형성조(8)에서 크랙이 생기기 쉽게 한다. 또한 도4, 도5의 롤러 가공기(6, 6')는 설치하지 않아도 좋다.

합성 단백질 섬유에 단백질의 표면층을 형성하는 경우에, 예를 들면 방사한 합성 단백질 섬유를 도1과 같이 처리한다. 그러나 도6과 같이 방사와 동시에 단백질의 표면층을 형성하여도 좋다. 30은 노즐판으로서, 중앙의 노즐(32)로부터 합성 단백질 섬유의 용액을 분출시키고, 노즐(32)을 둘러싸는 주위의 노즐(33)로부터 가수분해 케라틴 등의 수용액을 분출시켜, 합성 단백질 섬유의 주위에 케라틴 등의 단백질의 표면층을 형성한다.

도7, 도8은 제조한 섬유(13)의 단면을 모식적으로 나타낸다. 크랙 형성조(8, 9)에서 섬유를 가열하면, 모체섬유(40)는 길이방향으로 수축하고 반지름방향으로 팽창하는 성질이 있다. 이 성질이 발현되는 온도는, 실크 등의 경우에 40℃ 이상이다. 이에 대하여 케라틴 등의 표면층(42)은 원래가 등방성(等方性)을 갖기 때문에, 모체섬유(40)에 비하여 열수 중에서의 수축팽창의 정도가 작다. 그리고 표면층(42)에서는, 단백질 분자가 서로 방향이 일치하도록 배향되어 있기 때문에, 모체섬유(40)가 반지름방향으로 팽창하는 것에 대응할 수 없어, 주로 섬유(13)의 길이방향을 따라 크랙(44)이 발생한다.

모체섬유(40)가 길이방향으로 수축하는 것에 대해서도 표면층(42)은 대응할 수 없기 때문에, 주로 섬유(13)의 둘레방향(섬유(13)의 표면에 있어서 길이방향에 수직인 방향)으로 연장되는 크랙(45)이 발생한다. 이때에 크랙 형성조(8, 9) 내에 있어서, 섬유(13)를 송출하는 방향의 하류측에서 표면층(42)이 모체섬유로부터 박리되어, 돌기를 형성하는 경향이 있다. 그리고 크랙(44, 45)이 연결됨으로써 표면층(42)은 복수의 입자(43)로 나뉘고, 둘레방향을 따라 입자(43) 사이에 간극이 생긴다. 크랙(44, 45)의 부근에서 입자(43)는 부분적으로 모체섬유(40)로부터 박리되고, 또한 크랙 형성조(8, 9)에서의 섬유의 송출방향을 따라 입자(43)의 하류측이 모체섬유(40)로부터 부분적으로 박리되어 돌기부(46)가 되고, 모체섬유(40)로부터 돌출하여, 입자(43)의 형상에 방향성이 생긴다.

입자(43)가 모체섬유(40)로부터 부분적으로 박리되어 돌기부(46)가 생기기 때문에, 섬유(13)는 부피가 커져 보온성이 향상된다. 돌기부(46)에 방향성이 있기 때문에, 매끄러운 정도가 증가하여 피부에 닿았을 때의 감촉이 향상된다. 또한 벤딩(bending)에 대한 복원성이 증가하고, 입자(43)로 표면층(42)이 나눠져 있기 때문에, 광택이 줄어든다. 섬유(13)를 사용한 섬유제품은, 부피가 크고 텍스처(texture)가 좋아짐과 아울러 탄성이 강해져서, 예를 들면 모체섬유(40)를 실크로 하고 단백질을 우모로부터 유래하는 케라틴 등으로 하면 캐시미어와 비슷한 텍스처가 된다.

(제조예)

우모를 원료로 한 경우의 욕(浴) 중에 있어서의 알칼리 농도를 0.2∼0.8mol/L로 하고, 20∼120℃의 범위 내에서 0.1∼16시간 처리하고, 가수분해반응의 종료 후에 산으로 중화처리를 하고, 불용분을 원심분리에 의하여 제거하였다. 이어서 단백질의 가수분해 수용액에 히드록시프로필 트리메틸암모늄 클로라이드의 수용액을 가하여, 케라틴에 부착시켰다. 또한 케라틴의 100질량％당 0.001∼20질량％의 히드록시프로필 트리메틸 암모늄 이온을 가하였다. 또한 겔여과법으로 측정한 케라틴의 평균분자량은 10,000∼11,000이었다.

우모로부터 유래하는 케라틴 수용액의 농도를 20질량％로 조정하여 흡착조(4)에 넣고, 액온(液溫)을 37℃로 유지하였다. 세리신을 제거한 후에 모노필라멘트상의 실크섬유를 5분간 침지시켜, 케라틴의 표면층을 형성하였다. 또한 이 실크섬유는, 55℃ 이상의 열수 중에서 길이방향으로 수축하고 반지름방향으로 팽창하는 것을 예비실험에서 확인하였다.

롤러 가공기(6)를 통과시키지 않고, 모노필라멘트상의 섬유를 크랙 형성조(8)에 통과시간 10초간으로 하여 통과시켜, 표면층에 크랙을 형성하였다. 크랙 형성조(8)의 온도는 입구측의 열교환기(16)가 40℃이고, 열교환기마다 10℃ 정도씩 승온시켜, 최고온도는 75℃였다. 다음에 표면층에 크랙을 형성한 실크섬유 100g당 음이온성의 고착제를 1g 포함하는 수용액(수온 60℃)에 표면처리된 실크섬유를 20분간 담가, 고착제를 부착시켰다. 전자현미경으로 관찰하면, 섬유표면은 비늘상, 또는 길이방향의 크랙과 둘레방향의 크랙으로 구획된 입자에 의하여 덮여 있었다. 이들 입자는 크랙의 부분에서 모체섬유로부터 부분적으로 박리되고, 특히 크랙 형성조(8)에 있어서의 송출방향에서 하류측의 부분이 박리되어 돌기부가 되어 있었다. 또한 특허문헌1의 섬유를 제조하였을 때의 발명자의 경험으로는, 평균분자량 1000 정도의 케라틴의 가수분해 용액에 캐시미어 섬유를 침지시키고, 60℃에서 염색 또는 표백하여도, 섬유표면에서는 크랙은 관찰되지 않았다. 분자량이 작기 때문에 케라틴은 섬유의 내부까지 침투하고, 이것이 크랙이 형성되지 않았던 것과 관계되어 있다고 생각할 수 있다.

얻어진 실크섬유를 절단하고, 비벼서 푼 후에 카딩하고, 정렬함과 아울러 꼬임을 주어 실로 하였다. 이 실을 사용한 섬유제품은, 부피가 크고 또한 보온성과 매끄러운 감촉이 풍부하고, 게다가 광택이 약하고 탄성이 강하였다.

도9는, 고착제에 의한 처리까지를 한 단백질 섬유를 형광염료인 로다민B로 염색하였을 때의 형광사진을 나타낸다. 도9a)는 케라틴 단백질의 가수분해 수용액으로 처리하지 않은 섬유의 화상을 나타내고, 도9b)는 케라틴 단백질의 가수분해 수용액으로 처리하여, 크랙을 형성한 섬유의 화상을 나타낸다. 도9b)와 도9a)를 비교하면, 케라틴 단백질이 섬유표면을 피복하고 있다는 것을 알 수 있다.

도10은 제조예에 따라 제조한 섬유의 전자현미경 사진으로서, 크랙 형성조에서의 처리 후이며 고착제에 의한 처리 전의 섬유의 사진이다. 섬유의 길이방향의 크랙과 둘레방향의 크랙에 의하여, 케라틴의 표면층이 직사각형상의 다수의 입자로 나뉘어 있다. 섬유의 둘레방향의 크랙에 의하여 복수의 입자가 겹쳐져, 돌기부가 생긴다.

(실시예2)

도11은 실시예2에서의 표면가공섬유의 제조방법을 나타내고, 특별히 지적하는 점 이외에는 도1의 실시예와 동일하다. 정련(精練)된 실크를 필요에 따라 염색공정(51)에서 염색한다. 이어서 흡착공정(52)에서 우모로부터 유래하는 케라틴의 온수용액에 담가 표면층을 형성한다. 그 다음에 건조공정(53)에서, 예를 들면 열풍건조하고, 실크의 함수율(含水率)이 9질량％ 이하, 바람직하게는 5질량％ 이하가 되는 조건으로 건조한다. 건조조건을 유지한 채로, 연신공정(54)에서 섬유를 늘이고, 장력해제공정(55)에서 장력을 해제한다.

흡착공정(52)에서는, 예를 들면 액온이 60℃이고, 평균분자량이 1500인 우모로부터 유래하는 케라틴의 10질량％ 수용액에 미리 길이방향으로 6％ 늘인 실크를 5분간 침지시켰다. 또한 섬유의 연신 정도를 가공 전의 실크의 길이에 대한 연신율로 나타낸다. 특별히 한정하는 것은 아니지만, 바람직한 제조조건은 하기와 같다.

우모로부터 유래하는 케라틴의 평균분자량 : 1000 이상 3000 이하

액온 : 40℃ 이상 70℃ 이하

케라틴 농도 : 2질량％ 이상 15질량％ 이하

침지시간 : 1초 이상 15분 이하

연신율 : 3％ 이상 10％ 이하

건조공정(53)에서는, 80℃의 가열공기의 바람으로 섬유를 3분 40초간 건조하였다. 표면층을 형성하지 않은 실크에 대하여 동일한 조건으로 건조 시의 중량변화를 측정하면, 실크의 함수율은 3질량％∼4질량％까지 저하하였다. 또한 실크의 연신율은, 흡착공정(52)과 예를 들면 동일하게 유지시켰다. 연신공정(54)에서, 80℃의 열풍하에서 상류측의 롤러에 비하여 하류측의 롤러의 원주속도를 크게 함으로써, 연신율이 12％까지 되도록 섬유를 더 늘였다. 그리고 장력해제공정(55)에서, 장력을 해제함과 아울러 분위기를 상온상습으로 되돌리고, 이에 따라 섬유의 연신율은 3％ 정도로 감소하였다. 바람직한 제조조건은 하기와 같다. 또한 건조공정(53)과 연신공정(54)에서 건조온도를 동일하게 할 필요는 없다. 또한 장력해제공정에서는, 실온 또는 그 이하의 온도로 급랭하여, 표면층 입자의 부분박리와 돌기의 형성을 용이하게 하는 것이 바람직하다. 그러나 가열하에서 장력을 해제하여도 좋고, 또한 장력해제공정의 상대습도는 임의이다.

건조온도 : 70℃ 이상 120℃ 이하

건조시간 : 15초 이상 5분

건조공정의 연신율 : 3％ 이상 10％ 이하

연신공정의 연신율 : 10％ 이상 24％ 이하

건조공정(53)에서 표면층은 갈라지기 쉬워지고, 연신공정(54)에서 늘임으로써 크랙을 생성한다. 그리고 장력해제공정에서, 흡착공정(52)보다도 연신율을 작게 한다. 이에 따라 표면층은 수축하고, 크랙에 의하여 표면층은 복수의 입자로 분할되고, 또한 복수의 입자가 예를 들면 실크의 길이방향을 따라 부분적으로 박리하여 돌기부가 형성되어, 캐시미어와 비슷한 촉감을 준다. 또한 이와 같이 하여 생성한 표면층은 실크에 강하게 부착되어, 고착제에 의한 처리는 불필요하다. 또한 처리는 단섬유로 하여도 좋고, 방적사로 하여도 좋다.

흡착공정(52)과 건조공정(53)에서는 모체섬유인 실크를 늘이지 않고, 연신공정(54)에서만 늘여도 좋다. 이 경우에, 연신율을 제외하고 상기와 동일한 조건이 바람직하다. 그리고 흡착공정에서 늘이지 않는 것을 고려하여, 연신공정(54)에서의 연신율은 3％ 이상 24％ 이하가 바람직하고, 예를 들면 상기와 동일하게 12％로 한다. 이 조건에서도, 건조공정(53)에서 표면층이 갈라지기 쉬워지고, 연신공정(54)에서 크랙이 형성되고, 장력해제공정(55)에서 크랙에 의하여 표면층은 복수의 입자로 분할되고, 또한 복수의 입자가 예를 들면 실크의 길이방향을 따라 부분적으로 박리하여 돌기부가 형성된다.

크랙이 현저하지 않은 경우에 표면층의 입자의 박리가 근소하고, 또한 돌기부도 관찰되지 않는 경우가 있다. 그러나 크랙에 의하여 섬유의 표면층이 복수의 입자로 분할됨으로써 섬유간의 마찰이 증가하고, 이에 따라 섬유제품은 부피가 커지고 또한 보온성도 향상된다. 또한 크랙에 의하여, 손으로 만졌을 때의 감촉 등의 텍스처가 변화한다. 그리고 크랙이 발달하여 표면층의 입자가 모체섬유로부터 부분적으로 박리하면, 섬유제품에 매끄러운 감촉이 부여되어, 피부에 닿았을 때의 감촉은 더 좋아진다. 박리가 보다 현저하게 되어 돌기부가 형성되면, 섬유제품에 벤딩에 대한 반발력과 벤딩으로부터의 회복력이 주어져, 섬유제품의 탄성이 강해진다.

2 : 염색기
4 : 흡착조
6 : 롤러 가공기
8, 9 : 크랙 형성조
10 : 고착조
12, 13 : 섬유
14 : 통로
16∼19 : 열교환기
20 : 입구
21 : 출구
22 : 단열층
24, 25 : 가공 롤러
26, 27 : 가연 롤러
30 : 노즐판
32, 33 : 노즐
40 : 모체섬유
42 : 표면층
43 : 입자
44, 45 : 크랙
46 : 돌기부
51 : 염색공정
52 : 흡착공정
53 : 건조공정
54 : 연신공정
55 : 장력해제공정

Claims (12)

1. 천연 단백질 섬유인 실크로 이루어지는 모체섬유(母體纖維) 또는 합성 단백질 섬유로 이루어지는 모체섬유의 표면에, 모체섬유와는 이종(異種)인 단백질의 표면층이 형성되어 있는 표면가공섬유에 있어서,
   상기 표면층은 크랙(crack)에 의하여 복수의 입자로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 표면가공섬유.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 입자가 모체섬유로부터 부분적으로 박리되어 있는 것을 특징으로 하는 표면가공섬유.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 표면층은 케라틴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면가공섬유.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 모체섬유는 실크이고, 상기 표면층은 우모(羽毛)로부터 유래하는 케라틴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면가공섬유.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 입자는, 모체섬유의 길이방향을 따라 입자의 단부(端部)로부터 박리되어 있는 것을 특징으로 하는 표면가공섬유.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 입자는, 모체섬유의 길이방향을 따라 입자의 단부에서 겹쳐져, 돌기부를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 표면가공섬유.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 입자가 비늘상(鱗狀)을 하고 있는 것을 특징으로 하는 표면가공섬유.
   
8. 제1항에 있어서,
   고착제(fixing agent)를 함유하는 것을 특징으로 하는 표면가공섬유.
   
9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 하나의 항의 표면가공섬유를 복수 개 구비하고 있는 실.
   
10. 제9항의 실을 포함하는 섬유제품.
    
11. 천연 단백질 섬유인 실크로 이루어지는 모체섬유 또는 합성 단백질 섬유로 이루어지는 모체섬유의 표면에, 모체섬유와는 이종인 단백질의 표면층을 형성하는 공정과,
    표면층을 형성한 섬유를 가열함으로써, 모체섬유를 섬유의 길이방향을 따라 수축시킴과 아울러 모체섬유를 모체섬유의 표면에 있어서 길이방향에 직각인 둘레방향을 따라 팽창시키고, 모체섬유의 수축팽창에 의하여 표면층에 크랙을 형성함으로써, 표면층을 분할하는 공정을 하는 표면가공섬유의 제조방법.
    
12. 천연 단백질 섬유인 실크로 이루어지는 모체섬유 또는 합성 단백질 섬유로 이루어지는 모체섬유의 표면에, 모체섬유와는 이종인 단백질의 표면층을 형성하는 공정과,
    상기 표면층을 형성한 섬유를 건조시킴과 아울러 장력에 의하여 늘인 상태로 하는 공정과,
    섬유에 가한 장력을 해제하여, 표면층을 형성한 섬유를 수축시키는 공정을 함으로써, 상기 표면층을 크랙에 의하여 복수의 입자로 분할하는 표면가공섬유의 제조방법.

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