KR102337315B1 - 도전성을 갖는 아크릴 혼방사와 원단 및 그 제조방법 - Google Patents

도전성을 갖는 아크릴 혼방사와 원단 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무전해 구리 도금법을 이용하여 제조됨으로써, 섬유와 구리간의 밀착력이 증대되어 도전성과 항균성이 지속적으로 유지되는 특징을 갖는 도전성을 갖는 아크릴 혼방사와 원단 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

도전성을 갖는 아크릴 혼방사와 원단 및 그 제조방법 { Acryl spun conductive yarns and fabrics using the same and manufacturing method thereof }
본 발명은 도전성을 갖는 아크릴 혼방사와 원단 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무전해 구리 도금법을 이용하여 제조됨으로써 섬유와 구리간의 밀착력이 증대되어 도전성과 항균성이 지속적으로 유지되는 도전성을 갖는 아크릴 혼방사와 원단 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 도전사는 나일론, 아크릴, 폴리에스테르 등으로 이루어진 소재원사의 표면에 구리 등을 포함한 도전성 물질을 인위적으로 결합시켜 상기 도전성 물질을 통해 도전성이 부여된 섬유를 가리킨다.
이러한 도전사는 일반 합성섬유나 일부 천연섬유와는 달리 섬유 간의 마찰이나 섬유와 피부 간의 마찰에도 정전기를 발생하지 않으므로 반도체 제조공장에 필요한 제전작업복과 제전장갑 또는 군용으로 이용되는 위장막과 동내의 및 양말 등의 소재섬유로 사용되고 있다.
한편, 도전사는 소재원사의 표면을 정련하는 정련공정, 정련된 소재원사의 표면을 식각하는 애칭공정, 식각된 소재원사의 표면을 개질하는 개질공정, 개질된 소재원사의 표면에 도전성물질을 결합시키는 도금처리공정, 소재 원사의 표면에 전도성물질이 결합된 도전사를 유제 처리하는 유제처리공정, 유제 처리된 도전사를 탈수 및 건조하는 건조공정 등을 통해 제조되고 있다.
이때, 상기의 구리 등의 금속이 소재원사의 표면에 용이하게 부착될 수 있도록 그 표면을 개질하는 에칭공정을 적용하게 된다. 에칭공정에 의해 소재원사의 표면은 조도가 큰 거친 면으로 바뀌고 이러한 표면 특성에 따라 금속이 용이하게 부착될 수 있는 것이다.
그런데 종래의 에칭공정시 크롬산-황산 또는 인산과 같은 강한 산화산에 소재원사를 침지하는 산 에칭법이 통상적으로 많이 사용되었다. 이러한 산 에칭법은 공정이 간단하고 에칭에 의한 표면 조도 개선효과가 우수하다는 장점이 있으나, 작업자의 피부·점막 등을 강하게 자극하는 인체 유해성 물질이 발생하고 지속적 환경처리 비용 증가 등의 문제점을 가지고 있다
상기 도전사에 대한 종래기술을 살펴보면, 대한민국 공개특허 제10-2001-0026385호(발명의 명칭 : 전자파 차단용 도전성 섬유 및 그 제조방법)에는 합성섬유를 포함하는 섬유기재에 구리 및 니켈을 순차적으로 이중도금 또는 삼중도금함으로써 섬유 고유의 유연성을 유지시키는 동시에 도전성을 부여하고, 내산화성을 향상시켜 전자파 차폐제로서 유용하게 사용될 수 있는 전자파 차단용 도전성 섬유 및 그 제조방법이 제시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0131054호에서는 통상적인 방적공정을 거쳐 파라-아라미드 단섬유와 스테인레스 스틸섬유가 7:3의 비율로 혼합된 방적사를 제조한 다음, 제조된 방적사로 직물을 제직하고, 제직된 직물을 봉제하여 활선 도전복을 제조하는 방법을 제시하고 있다.
그런데 상기와 같은 선행기술에서는 도전성을 가진 금속섬유의 스티프(stiff)한 물성 때문에 방적사의 제조가 어렵고, 제조된 방적사의 신도와 필링성이 불량하고, 드래프트(draft)의 불균일로 인하여 균제도 저하되는 심각한 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 구리가 도금된 도전사와 일반 섬유사를 혼합하여 방모 방적사 형태로 제조하거나 또는 일반 방모 방적사 완제품을 황산구리/질산구리/염화구리 용액 등에 침적 건조하여 도전사를 제조하고 있다. 그러나, 단순히 황화구리/질산구리/염화구리 등의 구리용액으로부터 침적건조된 구리는 공기와 접촉시 수 시간 내지 수 일내에 산화되어 도전기능을 상실한다는 문제점이 있다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하여 도전성을 가진 섬유를 혼합하면서도 방적사의 제조가 용이하고, 에칭공정없이 섬유와 구리간의 밀착력이 증대되어 도전성과 항균성이 지속적으로 유지되는 효과를 갖는 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)와 원단 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. 그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)의 제조방법은, 아크릴 장섬유(10)의 불순물을 제거하는 정련 단계(S100); 상기 정련된 아크릴 장섬유(10)의 표면을 개질하는 단계(S200); 상기 표면이 개질된 아크릴 장섬유(10)의 표면을 활성화하는 단계(S300); 상기 표면이 활성화된 아크릴 장섬유(10)를 무전해 구리 전기도금액에 침지하여 구리도금하는 단계(S400); 상기 구리도금된 아크릴 장섬유(10)를 탈수 및 건조하여 구리도금된 아크릴 장섬유(10)를 제조하는 단계(S500); 상기 구리도금된 아크릴 장섬유(10)를 절단하여 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유를 제조하는 단계(S600); 및 상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유를 혼방하여 방적사를 제조하는 단계(S700);를 포함하고, 상기 제 2 단섬유는 면(cotton), 레이온, 모달 또는 텐셀 중 어느 하나의 셀룰로오스계 단섬유이거나 또는 폴리에스테르 또는 나일론 중 어느 하나의 합성섬유 단섬유로 이루어지고, 상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유를 혼방하여 방적사를 제조하는 단계(S700)는, 상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 별도로 준비한 제 2 단섬유를 혼합하여 개섬하는 혼타면공정; 상기 개섬된 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유를 카딩하여 혼합된 슬라이버를 제조하는 소면공정; 상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유가 혼합된 슬라이버를 드래프트하여 직선화하는 연조공정; 상기 연조된 연조 슬라이버를 에어제트 방적기로 공급하여 드래프트 롤러로 이루어진 드래프트부를 통과시켜 연신한 후, 노즐구경 1.0 ~ 1.3 ㎜ 인 세라믹 노즐을 이용하여 물과 비이온계 계면활성제의 혼합물을 함유하는 공기를 압력 4.5 ~ 6.0 kg/㎠ 로 분사하여 방적사를 형성하는 정방공정; 및 권사공정(winding)을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무전해 구리 전기도금액은, a) 구리염으로 25 내지 50 g/L의 황산구리(Ⅱ) 5수화물(CuSO4 5H2O); b) 환원제로서, 5 내지 15 g/L의 포름알데히드(HCOOH); c) 착화제로서 20 내지 45 g/L의 테트라하이드록시프로필 에틸렌디아민(Tetrahydroxypropyl ethylenediamine); d) 산화방지제로서 3 내지 8 g/L의 1,2-디하이드록시벤젠(1,2-Dihydroxybenzene); e) 안정제로서 2 내지 100 ppm의 페로시안화칼륨(Potassium ferrocyanide); 및 f) 광택제로서 1 내지 5 ml/L의 폴리메틸디티오카보닉 아민-설포프로필설포네이트(polymethyldithiocarbonic amine-sulfopropylsulfonate)를 포함하여 이루어고, 상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유의 섬유장은 32 내지 42 ㎜ 인 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)는, 구리가 도금되어 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와, 제 2 단섬유가 함께 방적되어 제조되되, 상기 제 2 단섬유는 면(cotton), 레이온, 모달 또는 텐셀 중 어느 하나의 셀룰로오스계 단섬유이거나 또는 폴리에스테르 또는 나일론 중 어느 하나의 합성섬유 단섬유로 이루어지고, 상기 구리도금층(20)의 두께는 0.1 ~ 5 ㎛이며, 상기 도전성을 갖는 아크릴 혼방사는, 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유 40 ~ 60 중량%와, 상기 제 2 단섬유 40 ~ 60 중량%로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)는 무전해 구리 도금법을 이용하여 제조되고, 에칭공정없이 섬유와 구리간의 밀착력이 증대되어 도전성과 항균성이 지속적으로 유지되는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)는 스킨-코어 구조를 형성하고 있어서 구리성분의 도전성이 섬유의 전표면에서 나타나므로 적은 양의 금속성분을 이용하여도 그 기능성을 최대로 발휘시킬 수 있어, 다양한 용도로의 전개가 가능하다.
그리고, 본 발명은 구리 도금시 아크릴 섬유의 표면을 개질하고 또한 표면을 활성화시킴에 따라 상기 아크릴 섬유에 도전성 물질인 구리를 견고하게 결합시킬 수 있으므로, 외력에 의한 잦은 휨과 인장 등에 의한 도금 표면으로부터 구리 단락의 위험을 최소화할 수 있고, 이로 인해 도전성의 신뢰를 높일 수 있는 효과를 갖는다.
도 1 은 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)의 제조 공정도이고,
도 2는 본 발명에 따른 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유의 측면 사진(a) 및 단면 사진(b)이고,
도 3은 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)의 제품 사진이며,
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)로 제조된 원단의 시험평가결과이다.
본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
아래에서는 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)와 원단 및 그 제조방법에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 첨부된 도 1 은 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)의 제조 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)의 측면 사진(a) 및 단면 사진(b)이고, 도 3은 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)의 제품 사진이며, 도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)로 제조된 원단의 시험평가결과이다.
본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)의 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 아크릴 장섬유(10)의 불순물을 제거하는 정련 단계(S100); 상기 정련된 아크릴 장섬유(10)의 표면을 개질하는 단계(S200); 상기 표면이 개질된 아크릴 장섬유(10)의 표면을 활성화하는 단계(S300); 상기 표면이 활성화된 아크릴 장섬유(10)를 무전해 구리 전기도금액에 침지하여 구리도금하는 단계(S400); 상기 구리도금된 아크릴 장섬유(10)를 탈수 및 건조하여 구리도금된 아크릴 장섬유(10)를 제조하는 단계(S500); 상기 구리도금된 아크릴 장섬유(10)를 절단하여 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유를 제조하는 단섬유화 단계(S600); 및 상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유를 혼방하여 방적사를 제조하는 단계(S700);를 포함하는 것이 바람직하다.
먼저, 상기 정련 단계(S100)는 아크릴 장섬유(10)를 정련제로 정련하여 상기 아크릴 장섬유(10)의 표면에 결합되거나 또는 부착된 기름 성분과 각종 이물질을 포함하는 불순물을 제거하는 공정을 가리킨다.
이때 본 발명에 따르면 상기 아크릴 섬유(acrylic fiber)는 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 중합체를 원료로 하여 제조되는 합성섬유를 가리킨다.
또한 상기 아크릴 장섬유(10)의 단사섬도는 0.5 ~ 2.2 dtex 이며, 단사갯수는 총 50 ~ 80개인 멀티필라멘트사를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 상기와 같은 아크릴 장섬유(10)를 사용하는 경우에 생산성이 높고, 구리와의 결합력이 보다 강한 단섬유를 얻을 수 있다.
즉, 상기 정련 단계(S100)는 아크릴 장섬유(10)를 55 ~ 65 ℃ 로 가열된 정련제 용액에 투입하여 20 ~ 40 분 동안 정련할 수 있다. 이때 상기 정련제 용액은 비이온성 계면활성제(nonionic surfactant)를 용매인 물에 용해시켜 조성한 것을 사용할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 비이온성 계면활성제는 1 ~ 2 g/L 로 포함될 수 있다.
상기 정련 단계(S100) 이후에는 표면개질 단계(S200)를 거치게 되고, 상기 표면개질 단계(S200)는 상기 정련 단계(S100)에서 불순물 등이 제거된 아크릴 장섬유(10)를 표면개질제를 이용하여 표면을 개질하는 공정을 가리킨다. 즉, 표면개질 단계(S200)는 난접착성 혹은 낮은 표면 에너지를 갖는 물질을 표면 처리하여 이로 인해 접착성 또는 부착성을 향상시키는 단계를 가리킨다.
본 발명에 따르면, 표면개질 단계(S200)에서 사용하는 표면개질제 용액은 실란 커플링제 용액을 이용할 수 있고, 상기 실란 커플링제는 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디메틸디프로폭시실란, 디에틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디에틸디프로폭시실란 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
이때 상기 실란 커플링제 용액에서 실란 커플링제의 농도는 0.1 ~ 5 부피%인 것이 바람직하다. 상기 상기 실란 커플링제 용액에서 실란 커플링제의 농도가 5 부피% 를 초과하는 경우에는 실란 커플링제의 사용량이 증가하여 제조 비용이 상승되고 건조의 어려움 등의 문제점이 있으며, 상기 실란 커플링제의 농도가 0.1 부피% 미만인 경우에는 표면개질의 효과가 미약한 문제점이 있다.
상기 표면개질 단계(S200)는 아크릴 장섬유(10)를 30 ℃의 실란 커플링제 용액에 투입하여 온도를 70 ~ 90 ℃ 로 점진적으로 승온시키면서 120 ~ 240 분 동안 상기 아크릴 장섬유(10)의 표면을 충분히 개질하여 도전성 물질 즉, 구리의 결합력이 강화되도록 하는 것이 바람직하다. .
다음으로, 상기 표면활성화 단계(S300)는 표면개질 단계(S200)를 통해 표면이 개질된 아크릴 장섬유(10)의 표면을 활성화시키는 공정을 가리킨다.
즉, 상기 표면개질 단계(S200)에서 표면이 개질된 아크릴 장섬유(10)를 30 ~ 40 ℃ 의 온풍으로 가열한 후, 대기 중에서 자연 냉각시키는 과정을 적어도 2회 반복 수행함으로써, 상기 아크릴 장섬유(10)의 표면을 활성화시킬 수 있다.
상기와 같이 표면활성화 단계(S300)를 거치게 되면, 아크릴 장섬유(10)의 표면이 가열과 냉각의 반복에 따른 온도변화에 영향을 받게 되면서 상기 아크릴 장섬유(10)의 표면 상태가 활성화 상태로 유지될 수 있다. 이에 따라 이후에 수행하는 구리도금 단계(S400)에서 구리의 결합력을 더욱 강화시킬 수 있다.
본 발명은 표면개질 단계(S200)와 표면활성화 단계(S300)를 수행함으로써, 통상의 도금 공정에서 수행하는 에칭공정을 생략하여도 구리와 아크릴 섬유 간의 결합력이 증대되어 도전성과 항균성 등이 지속적으로 발현되는 특징을 갖는다.
상기 표면활성화 단계(S300)를 수행한 후에는 구리도금 단계(S400)를 거치게 된다. 상기 구리도금 단계(S400)는 표면개질 단계(S200)와 표면활성화 단계(S300)를 통해 표면이 개질되고 활성화된 아크릴 장섬유(10)를 도전성 물질인 구리가 포함된 무전해 구리 전기도금액에 투입하여 상기 아크릴 장섬유(10)의 표면에 구리를 도금하여 구리도금층(20)을 형성함으로써 도 2의 (b)와 같은 스킨-코어 구조를 갖는 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유를 제조하는 공정을 가리킨다.
본 발명에 따르면, 무전해 도금 단계는 공정 시간의 단축, 가격 경쟁력 및 생산설비 간소화 등의 장점이 있었으며, 종전 방식 대비 아크릴 섬유와 구리 간에 결합력이 우수하고, 전도성이 우수할 뿐만 아니라 생산비용이 저렴하게 되는 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 구리도금 단계(S400)를 자세히 살펴보면, 상기 구리도금 단계(S400)는 아크릴 장섬유(10)를 비산화 방법에 의해 표면 처리한 후 구리를 무전해 도금하는 것으로서, 이는 생산 공정을 최소화하고, 양극 산화처럼 연속공정이 가능하며 상대적으로 우수한 전도도를 갖는 아크릴 섬유의 제조가 가능한 특징을 갖는다.
상기 구리도금 단계(S400)는 상기 아크릴 장섬유(10)를 50 ~ 80 ℃의 무전해 도금 용액에 투입하고 6 ~ 10 분간 반응시켜 무전해 도금을 수행할 수 있다.
또한, 상기 구리도금 단계(S400)는 구리도금된 아크릴 장섬유(10)를 230 ~ 270 ℃의 질소 분위기에서 15 ~ 45 분 동안 열처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 구리도금 단계(S400)에서 사용하는 무전해 도금 용액은 증류수에 구리염으로 25 내지 50 g/L의 황산구리(Ⅱ) 5수화물(CuSO4 ·5H2O)과, 환원제로서 5 내지 15 g/L의 포름알데히드(HCOOH)와, 착화제로서 20 내지 45 g/L의 테트라하이드록시프로필 에틸렌디아민(Tetrahydroxypropyl ethylenediamine)과, 산화방지제로서 3 내지 8 g/L의 1,2-디하이드록시벤젠(1,2-Dihydroxybenzene)과, 안정제로서 2 내지 100 ppm의 페로시안화칼륨(Potassium ferrocyanide); 및 광택제로서 1 내지 5 ml/L의 폴리메틸디티오카보닉 아민-설포프로필설포네이트(polymethyldithiocarbonic amine-sulfopropylsulfonate, 이하 PTA)를 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 무전해 구리 전기도금액은 금속염과 환원제로 구성되는 주성분과 도금액의 물성개선과 도금된 구리성분의 피막물성을 개선시키는 역할을 하는 착화제, 산화방지제, 안정제 및 광택제 등이 1개 이상 임의 선택된 것이 사용될 수 있다.
여기서 금속염으로는 황산동 또는 질산동이 사용될 수 있고, 특히 황산구리(Ⅱ) 5수화물(CuSO4· 5H2O)이 바람직하다. 특히 상기 금속염은 상기 무전해 구리 전기도금액에 25 내지 50 g/L로 포함될 수 있다.
또한 주성분으로서, 환원제를 포함할 수 있고, 상기 환원제는 구리도금시 포르말린, 파라포름알데히드 등이 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면 상기 환원제로는 포름알데히드(HCOOH)가 바람직하고, 상기 무전해 구리 전기도금액에 5 내지 15 g/L로 포함될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 무전해 구리 전기도금액에는 도금되는 구리 성분의 피막 물성을 개선하기 위하여 착화제, 산화방지제, 안정제 및 광택제 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 착화제로는 구연산나트륨, 아세트산나트륨, 에틸렌글리콜과 아세트산, 글리콜산, 구연산, 주석산 등 유기산의 알카리염, 티오글리콜산, 암모니아, 히드라진, 트리에탄올아민, 에틸렌디아민, 글리신, o-아미노페놀, 피리딘 등이 1개 이상 임의 선택된 것이 사용될 수 있으나, 본 발명에 따르면 테트라하이드록시프로필 에틸렌디아민이 바람직하다. 상기 착화제는 무전해 구리 전기도금액에 20 내지 45 g/L로 포함될 수 있다.
산화방지제로는 1,2-디하이드록시벤젠이 바람직하고, 상기 무전해 구리 전기도금액에 3 내지 8 g/L로 포함될 수 있다.
상기 상기 무전해 구리 전기도금액에서 안정제로는 납의 염화물, 황화물, 질화물 등이 사용될 수 있으나, 본 발명에 따르면, 페로시안화칼륨(Potassium ferrocyanide)이 바람직하다. 상기 페로시안화칼륨(Potassium ferrocyanide)은 상기 무전해 구리 전기도금액에 2 내지 100 ppm 으로 포함될 수 있다.
또한 광택제는 도금 표면의 클라우드를 감소하기 위하여 추가 될 수 있고, 본 발명에 따르면, PTA가 바람직하다. 상기 PTA는 상기 무전해 구리 전기도금액에 1 내지 5 ml/L 로 포함될 수 있다.
본 발명에 따르면 상기 구리도금 단계(S400)는 아크릴 장섬유(10)를 50 내지 80 ℃ 를 유지하는 무전해 도금 용액을 통과시키면서 6 내지 10 분 동안 상기 아크릴 장섬유(10)에 구리를 도금하여 도 2의 (a)와 같은 구리도금된 아크릴 장섬유(10)를 제조하게 된다.
상기와 같은 무전해 구리 전기도금액을 이용하여 제조되는 구리도금된 아크릴 장섬유(10)는 구리도금층(20)의 두께가 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛ 로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 구리도금층(20)의 중량은 아크릴 장섬유(10) 대비 1 중량 % 이하 인 것이 바람직하다. 즉, 상기와 같은 조건으로 구리도금층(20)이 형성되는 경우에 생산 공정을 단순화하여 양극 산화처럼 연속공정이 가능하며 상대적으로 우수한 전도도를 갖는 아크릴 섬유를 제조할 수 있게 된다.
상기과 같이 구리도금 단계(S400)를 거친 아크릴 장섬유(10)는 추가적으로 구리와 아크릴 장섬유(10)의 계면 결합력을 향상시키기 위해, 구리가 도금된 아크릴 장섬유(10)를 230 ~ 270 ℃의 질소 분위기에서 15 ~ 45분 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구리도금 단계(S400)를 수행한 후에는 상기 아크릴 장섬유(10)로부터 여분의 수분을 제거하는 탈수 및 건조 단계(S500)를 거침으로써, 본 발명에 따른 구리도금된 아크릴 장섬유(10)의 제조가 완료된다.
상기와 같이 구리 도금을 마친 아크릴 장섬유(10)는 이후에 절단 공정을 거쳐 단섬유화되는 단섬유화 단계(S500)를 거치게 된다. 상기 단섬유화 단계(S500)를 거쳐 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유가 제조된다.
이러한 단섬유화 단계(S500)에 의하여 필요에 따라 적절한 섬유장을 갖는 아크릴 단섬유를 얻을 수 있다. 본 발명에 따르면. 상기와 같이 절단 공정을 거쳐 제조되는 아크릴 단섬유는 32 내지 42 mm의 섬유장을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 최종 용도에 따라 적절한 단섬유의 섬유장을 결정할 수 있다.
상기와 같이 절단 공정을 통해 제조된 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유는 이후에 혼방적 단계(S700)를 거쳐 제 2 단섬유와 함께 혼방하여 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)를 제조한다.
본 발명에서 사용되는 상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유의 섬도는 0.5 ~ 2.2 dtex이고, 섬유장은 32 ~ 42 ㎜이며, 강도는 3.5 ~ 5.0 g/d이고, 신도는 20 ~ 50 %인 것이 바람직하다. 특히, 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유의 섬유장이 32 mm 미만인 경우에는 섬유 길이가 너무 짧아 우수한 전도성을 가지지 못하며, 42 mm를 초과하는 경우에는 제 2 단섬유와 혼합시 아크릴 섬유가 분산되지 않고 뭉치기 때문에 방적사의 제조가 어려운 문제점이 발생한다.
또한 상기 방적사 제조단계(S700)에서 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 혼방되는 제 2 단섬유는 면(cotton), 레이온, 모달 또는 텐셀 중 어느 하나의 셀룰로오스계 단섬유 또는 폴리에스테르 및 나일론 중 어느 하나의 합성섬유 단섬유인 것이 바람직하다.
또한 상기 제 2 단섬유가 면(cotton) 섬유인 경우에는 그 굵기가 15 ~ 25 ㎛ 이고, 그 외의 섬유의 경우에는 섬도가 0.8 ~ 2.2 dtex인 것이 바람직하다. 또한 상기 제 2 단섬유의 섬유장은 상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 동일한 32 ~ 42㎜인 것이 특히 바람직하다.
상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유는 섬유장이 32 ~ 42㎜ 이 되도록 절단하여 사용하는 것이 방적성을 제고할 수 있고, 부드러운 촉감과 균제도가 우수할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유를 혼방하여 방적사를 제조하는 단계(S700)는, 상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 별도로 준비한 제 2 단섬유를 혼합하여 개섬하는 혼타면 공정(blowing & mixing)과, 개섬된 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유를 카딩하여 혼합된 슬라이버를 제조하는 소면 공정(carding)과, 상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유가 혼합된 소면 슬라이버를 드래프트하여 직선화하는 연조 공정(doubling)과, 상기 연조된 연조 슬라이버를 에어제트 방적기로 공급하여 드래프트롤러로 이루어진 드래프트부를 통과시켜 연신한 후, 노즐구경 1.0 ~ 1.6㎜ 인 세라믹 노즐을 이용하여 에어압력 0.50~0.60mpa, 송출속도 300 ~ 450 m/분으로 방적사를 형성하는 정방 공정(spinning) 및 권사 공정(winding)을 거쳐 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기 혼타면 공정에서 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유 들의 혼합이 이루어지게 된다. 통상적으로 상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유의 혼합은 원료단계에서도 할 수 있으며, 상기 소면기 또는 연조기에서 행할 수도 있는데, 본 발명에서는 균일한 혼섬 측면에서 혼타면 공정에서 혼섬을 하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명에서는 혼섬되는 원료 단섬유의 혼합 비율을 정확하게 맞출 수 있도록 혼타면 공정에서 특정 비율로 혼합하게 된다. 상기와 같이 방적사의 제조 공정시 혼타면 공정에서 원료 단섬유의 혼합이 이루어지게 되면 혼섬되는 원료 단섬유의 혼합 비율을 정확하게 맞출 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 아크릴 혼방사(100)에서 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유의 혼방비는 15:85 ~ 50:50 중량%인 것이 가장 바람직하다. 즉, 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유의 중량비가 15 중량% 미만인 경우에는 상기 구리 도금을 마친 아크릴 혼방사(100)의 도전성의 발현이 저조하고, 50 중량%를 초과하는 경우에는 아크릴 혼방사(100)의 방적성이 불량할 수 있다.
상기와 같이 혼타면 공정에서 원료 단섬유들의 혼섬이 이루어지고, 이후에 소면 공정을 거친 후, 이후에 연조공정을 거치면서 슬라이버에 필요한 꼬임을 부여하고, 정방 공정에서 드래프트를 하여 슬라이버의 섬도를 낮추어 혼합 방적사를 제조한 후 권취함으로써 도 3과 같은 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)의 제조가 완료된다.
이를 상세하게 살펴보면, 우선, 상기와 같이 준비된 2종의 원료 단섬유 즉 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유를 혼합하고 개섬하는 혼타면 공정을 거치게 된다. 상기와 같이 개섬된 토우(tow)는 소면기에 공급되어 상기 개섬된 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유를 카딩하여 혼합된 슬라이버를 제조하게 된다.
상기와 같이 제조된 슬라이버는 연조공정에서 드래프트를 진행하여 직선화하게 된다. 상기 연조공정에서의 드래프트 롤러에 의해 상기 슬라이버를 합쳐 드래프트를 진행한다. 상기와 같이 제조되는 연조 슬라이버는 이후에 에어제트 방적기로 공급하여 드래프트 롤러로 이루어진 드래프트부를 통과시켜 연신한 후, 노즐구경 1.0 ~ 1.3 ㎜ 인 세라믹 노즐로 물과 비이온계 계면활성제의 혼합물을 함유하는 공기를 압력 4.5 ~ 6.0 kg/㎠ 로 분사하는 정방공정을 통해 본 발명의 혼합 방적사를 제조하게 된다. 이때 상기 정방공정에서 혼합 방적사의 송출속도 300 ~ 450 m/min인 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 세라믹 노즐은 노즐구경이 1.0 ~ 1.3㎜ 인 노즐을 사용하는 것이 방적사의 꼬임형성을 양호하게 하며, 아크릴 단섬유 자체의 벌키성에 의한 부드러운 촉감과 방적성을 향상시키기에 바람직하다. 1.0 mm 미만의 노즐구경시 아크릴 특유의 부드러운 촉감이 떨어지며, 1.3 mm 초과시에는 꼬임을 부여하는 랩핑부의 섬유의 밀도가 떨어져 사강력이 떨어지고, 약연사가 발생하는 문제점이 발생한다.
상기 정방공정에서 노즐의 에어압력은 4.5 ~ 6.0 kg/㎠ 으로 하여야 하는데, 4.5 kg/㎠ 미만인 경우에는 방적사의 강력이 저하하며, 6.0 kg/㎠ 을 초과하는 경우에는 아크릴의 특성을 살릴 수가 없고 방적사의 촉감이 딱딱해지는 문제가 있다.
본 발명의 아크릴 혼방사(100)의 원료 단섬유인 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유는 벌키성이 크고 포함력이 떨이져서 공정별 드래프트존에서 파이버의 제어가 어려워 제조되는 혼합 방적사의 균제도가 크게 떨어지는 문제점을 가지며, 드래프트존에서의 불완전한 드래프트는 방적사의 결점을 야기하고 결국 원단의 태를 저하시키는 원인이 된다. 또한, 모우발생(Hairiness)이 일반 폴리에스테르 섬유보다 2배나 높아 필링(Pilling)의 원인이 되며, 이로 인해 후공정에서의 효율이 떨어질 수 있다.
따라서 상기 연조공정에서 슬라이버의 섬도를 낮추고 구성 섬유를 직선화 및 평행화한 후 섬유를 공급함으로써, 혼합 방적사의 균제도와 원단의 태를 개선할 수 있으며, 이로 인해 후공정에서의 효율성을 개선하는 효과를 갖는다.
상기와 같이 제조된 혼합 방적사는 이후에 권사(winding)함으로써, 본 발명의 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)의 제조가 완료된다.
이때, 상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)의 번수는 10 ~ 40 수이며, 인장강도는 230 cN 이상이며, 인장신도는 8 % 이상인 것이 특히 바람직하다.
상기와 같이 제조되는 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)는 상기 아크릴 혼방사(100)에 포함된 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유에 의해 도전성과 항균성이 우수한 특성을 갖게 된다.
본 발명에 따른 아크릴 혼방사(100)는 상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유로서 면(cotton), 레이온, 모달 또는 텐셀 섬유 중 어느 하나의 셀룰로오스계 단섬유 또는 폴리에스테르 또는 나일론 중 어느 하나의 합성섬유 단섬유가 혼방되어 제조되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 구리가 도금된 아크릴 단섬유 40 ~ 60 중량%와, 제 2 단섬유 40 ~ 60 중량%로 구성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조되는 아크릴 혼방사(100)는 공지된 공정을 통해 원단으로 제조될 수 있다. 상기와 같이 제조되는 아크릴 혼방사(100)를 포함하는 원단은 직물 또는 편물로 제조될 수 있고, 상기와 같이 제조되는 아크릴 혼방사(100)를 포함하는 원단은 상기 아크릴 혼방사(100)에 포함되는 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유에 의해 도전성과 항균성 등이 우수한 특성을 갖는다.
즉, 본 발명에 따른 아크릴 혼방사(100)를 포함하는 원단의 제조시 상기 원단의 평량이 180 ~ 240 g/m2 이고, 제조되는 원단의 경사방향의 밀도가 90 ~ 140 올/인치이고, 위사방향의 밀도가 50 ~ 90 올/인치이며, 그 두께가 1.0 ~ 2.5 mm인 경우에 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유의 우수한 물성이 충분하게 발휘될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 아크릴 혼방사(100)를 포함하는 원단은 상기 아크릴 혼방사(100) 40 ~ 60 중량%와, 면(cotton), 레이온, 모달 또는 텐셀 중 어느 하나의 셀룰로오스계 단섬유 20 ~ 40 중량%와, 폴리에스테르 또는 나일론 중 어느 하나의 합성섬유 단섬유 10 ~ 25 중량% 및 폴리우레탄사 1 ~ 6 중량%로 제조되는 것이 가장 바람직하다.
상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)를 이용하여 제조되는 원단은 도 4에 도시된 바와 같이 10회 세탁후 마찰대전압이 100 V 이하이며, 도 7에 도시된 바와 같이10회 세탁후 정균감소율이 99.9 %를 나타낸다.
또한 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)를 이용하여 제조되는 원단은 도 4에 도시된 바와 같이 세탁견뢰도가 4급 이상이고, 건마찰견뢰도가 4급 이상이고, 습마찰견뢰도가 3급 이상이며, 도 5에 도시된 바와 같이 땀견뢰도 또한 산성 및 알칼리성 모두 4급 이상으로 우수한 염색 견뢰도를 나타낸다.
특히 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)를 이용하여 제조되는 원단은 도 6에 도시된 바와 같이 흡습시 초기온도로부터 발열하여 7.7 ℃가 상승하여 최대상승온도가 41.7 ℃에 도달하게 되는 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
또한 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)를 이용하여 제조되는 원단은 10회 세탁후에 도 6에 도시된 바와 같이 120 분 후에 암모니아 및 초산을 시험가스로 하여 시험한 결과 99.9%의 소취율(%)을 나타내고, 도 4와 같이 보온율(%)이 22.3%로서 우수한 보온성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
위에서 살핀 바와 같이 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)는 우수한 마찰대전압성과 염색견뢰도를 갖고, 소취율과 항균도가 탁월한 원단을 제공하는 탁월한 효과를 갖는 것을 알 수 있다. 특히 본 발명에 따른 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)는 흡습발열성이 우수하고, 우수한 보온성을 갖는 원단의 제조가 가능한 것을 알 수 있다.
따라서 본 발명의 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)는 상기와 같이 도전성과 항균성이 부여되므로 정전기 발생억제, 전자파 흡수 특성 등을 이용하여 각종 전도성 충전재, 제전사, 도전사, 의복소재, 시트 등의 원료 물질로 사용될 수 있는 것이다.
즉, 본 발명의 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)는 도금된 구리층에 의해 항균성을 발현하게 되므로, 이러한 특성을 이용하여 항균, 방취, 소취, 항바이러스, 항곰팡이성 및 정전기 제거기능을 부여하고, 구리의 살균작용으로 병원의 감염 방지시트, 가운, 붕대 등의 위생구 및 일반적인 의복 뿐만 아니라, 전투복 등의 특수용도 의복에 적용이 가능하며, 냄새 제거 및 항균 양말, 신발 라이닝, 공조용 필터, 냉난방기 필터 및 자동차 에어필터 등 기타 용구에도 적용이 가능하게 된다.
특히 본 발명의 도전성을 갖는 아크릴 혼방사(100)는 더블라셀 공정으로 편물을 제조하여 일체형 마스크 등으로 적용이 가능하고, 마스크의 장시간 착용시 발생할 수 있는 피부 트러블 및 세균 증식을 방지하여 2차 감염을 예방할 수 있는 효과를 갖는 것이다.
본 발명은 도면에 도시된 실험예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실험예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
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Claims (6)

  1. 도전성을 갖는 아크릴 혼방 도전사의 제조방법으로서,
    단사섬도는 0.5 ~ 2.2 dtex 이며, 단사갯수는 총 50 ~ 80개인 멀티필라멘트사인 아크릴 장섬유(10)의 불순물을 제거하는 정련 단계(S100);
    상기 정련된 아크릴 장섬유(10)의 표면을 개질하는 단계(S200);
    상기 표면이 개질된 아크릴 장섬유(10)의 표면을 활성화하는 단계(S300);
    상기 표면이 활성화된 아크릴 장섬유(10)를 무전해 구리 전기도금액에 침지하여 구리도금하는 단계(S400);
    상기 구리도금된 아크릴 장섬유(10)를 탈수 및 건조하여 구리도금된 아크릴 장섬유(10)를 제조하는 단계(S500);
    상기 구리도금된 아크릴 장섬유(10)를 절단하여 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유를 제조하는 단계(S600); 및
    상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유를 혼방하여 방적사를 제조하는 단계(S700);를 포함하되,
    상기 무전해 구리 전기도금액은,
    ⅰ) 구리염으로 25 내지 50 g/L의 황산구리(Ⅱ) 5수화물(CuSO4·H2O);
    ⅱ) 환원제로서 5 내지 15 g/L의 포름알데히드(HCOOH);
    ⅲ) 착화제로서 20 내지 45 g/L의 테트라하이드록시프로필 에틸렌디아민(Tetrahydroxypropyl ethylenediamine);
    ⅳ) 산화방지제로서 3 내지 8 g/L의 1,2-디하이드록시벤젠(1,2-Dihydroxybenzene);
    ⅴ) 안정제로서 2 내지 100 ppm의 페로시안화칼륨(Potassium ferrocyanide); 및
    ⅵ) 광택제로서 1 내지 5 ml/L의 폴리메틸디티오카보닉 아민-설포프로필설포네이트(polymethyldithiocarbonic amine-sulfopropylsulfonate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성을 갖는 아크릴 혼방사의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 단섬유는 면(cotton), 레이온, 모달 또는 텐셀 중 어느 하나의 셀룰로오스계 단섬유인 것을 특징으로 하는 도전성을 갖는 아크릴 혼방사의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 단섬유는 폴리에스테르 또는 나일론 중 어느 하나의 합성섬유 단섬유인 것을 특징으로 하는 도전성을 갖는 아크릴 혼방사의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유를 혼방하여 방적사를 제조하는 단계(S700)는,
    상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 별도로 준비한 제 2 단섬유를 혼합하여 개섬하는 혼타면공정;
    상기 개섬된 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유를 카딩하여 혼합된 슬라이버를 제조하는 소면공정;
    상기 구리도금층(20)이 형성된 아크릴 단섬유와 제 2 단섬유가 혼합된 슬라이버를 드래프트하여 직선화하는 연조공정;
    상기 연조된 연조 슬라이버를 에어제트 방적기로 공급하여 드래프트 롤러로 이루어진 드래프트부를 통과시켜 연신한 후, 노즐구경 1.0 ~ 1.3 ㎜ 인 세라믹 노즐을 이용하여 물과 비이온계 계면활성제의 혼합물을 함유하는 공기를 압력 4.5 ~ 6.0 kg/㎠ 로 분사하여 방적사를 형성하는 정방공정; 및
    권사공정(winding)을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성을 갖는 아크릴 혼방사의 제조방법.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항의 도전성을 갖는 아크릴 혼방사의 제조방법에 의해 제조되는 도전성을 갖는 아크릴 혼방사.
  6. 청구항 5 의 도전성을 갖는 아크릴 혼방사를 포함하여 제조되는 원단.

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