KR102471874B1 - 향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 폴리아미드 섬유, 이의 제조 방법 및 이로 제조된 물품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 폴리아미드 섬유에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 섬유의 수득 방법 및 그로부터 제조된 물품을 개시한다. 폴리아미드 섬유는 다중 로브 단면 프로필로 흡습성 폴리아미드로부터 제조된다. 흡습성 폴리아미드 섬유는, 바람직하게는 폴리아미드 5.X(여기서 X는 4 내지 16의 정수임)로부터 제조된다. 가장 바람직하게는 펜타메틸렌디아민으로부터 제조된 생물 기반 폴리아미드이고, 당 기반 재생 가능 공급원료로부터 유도된 것인, 폴리아미드 5.6이다. 따라서 본 발명은 향상된 수분 흡수, 위킹 및 건조 특성을 갖는, 땀이 피부로부터 바깥으로 수송되어 빠르게 건조되며, 그럼으로써 축축한 감각 및 활동 중 한기가 감소한 폴리아미드 섬유 및 그로부터 제조된 스포츠웨어 및 레저웨어 분야의 물품을 개시한다. 본 발명은 쾌적한 피부 온도 및 미세기후를 유지함으로써 상쾌함과 쾌적함을 제공한다.

Description

향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 폴리아미드 섬유, 이의 제조 방법 및 이로 제조된 물품

스포츠웨어 및 레저웨어 의복에 있어서 쾌적함에 대한 요구가 증가하고 있다. World Sports Activewear에 따르면, "쾌적함은 의복에 있어서 가장 중요한 사항이다"라고 하며, 그것은 소비자가 기대하는 것 중 1 순위이다. 쾌적함은 입는 사람의 행복감(well-being)뿐만 아니라, 성과와 효율에도 영향을 미친다. 예를 들어, 활동적인 운동선수가 통기성이 불량한 의복을 입을 경우, 심장 박동수와 직장 온도는 통기성이 있는 스포츠웨어를 입을 때보다 훨씬 더 빨리 증가할 것이다.

폴리아미드 섬유는 시판되고 있는 합성 섬유들 중 쾌적함을 향상시키기에 가장 적합한 섬유이다. 폴리아미드는 매우 부드럽고 매끈하며 피부에 닿는 느낌도 좋다. 뛰어난 신축성, 경량성 및 높은 내마모성은, 균형이 잘 잡힌 수분 작용(moisture behavior) 이외에도, 매우 쾌적한 느낌을 제공한다. 폴리아미드는 또한 내구성이 뛰어날 뿐만 아니라, 물리적 및 화학적 특성이 우수하고, 손질이 쉬우며, 신속하게 건조되는 특성을 가진다.

나일론이라고도 알려진 폴리아미드는 아미드기의 반복된 1차 결합들로 이루어진 선형 축합 중합체이다. 아미드기, 즉 -(-CO-NH-)-는 폴리아미드 분자간 사슬들 사이에 수소 결합을 제공한다. 폴리아미드 섬유는, 일반적으로 용융 방사 압출에 의해 제조되며, 짧은 섬유(staple fiber), 토우(tow), 단일필라멘트, 다중필라멘트, 평직 또는 직물(texture) 가공 형태로서 제공된다.

그러므로 폴리아미드는 스포츠웨어, 언더웨어, 레저웨어 및 기타 피부에 직접 닿는 의복용으로서 각광받는 후보이다. 피부에 직접 닿는 직물(fabric)은, 보통 친수성 및/또는 다공성 섬유로 구성된, 부드럽고, 피부 친화적인 직물로서, 피부의 미세기후(microclimate)를 쾌적하게 유지하면서 몸으로부터 발산되는 땀을 빨아들이도록 디자인된다. 발한은 높은 수준의 신체 열 생성에 반응하여 신체를 식히기 위한 필수 기작이다. 피부 미세기후는 발한 동안 급속히 다습해진다. 효율적인 냉각을 위해, 증발되는 땀은 의복 및 피부와 인접한 공기층을 통해 및/또는 의복의 구멍을 통한 대류에 의해 수증기로서 수송되어야 한다.

피부에 직접 닿는 직물은 피부의 미세기후 온도와 습도를 조절한다. 대사 활동이 줄어들면, 미세기후는 정체 공기에 의해 유지되므로, 직물에서는 공기의 이동이 줄어야 한다. 대사 활동이 늘어나면, 피부를 식히기 위해 열과 수분은 직물로부터 수송되어야 한다. 수분 조절은 그 다음에 흡수에 의해, 이동에 의해 또는 통풍에 의해 수행된다.

흡수는 피부 습도를 감소시키고 일상 활동에서 발한을 제한하여 비교적 쾌적함을 유지시키는 반면에, 높은 대사 활동 및 격렬한 발한 시, 수분은 의복 시스템 내에 머무를 수 있고, 의복의 젖음은 단열 효과를 저하시키고, 쾌적함을 떨어뜨리며 활동 중지 후 한기 현상(chilling effect)을 일으키므로, 나중에는 열 균형에 유해할 수 있다. 따라서, 땀을 많이 흘리는 조건에서는, 위킹(wicking) 및 모세관 현상(capillarity)에 의해 피부로부터 땀이 수송되어 나오며, 그럼으로써 피부를 건조시키는, 수송 원리가 적용되어야 한다.

합성 섬유는 내구성이 있고, 손질이 용이하지만, 대부분 소수성이다. 피부에 직접 닿는 소수성 직물(textile)의 사용은 발한으로 습기를 급격히 상승시키므로, 소수성 직물은 섬유와 실 사이의 모세관 현상 공간에 의해 수분을 빠르게 수송시켜 내보내도록 설계되어야 한다. 다른 한편으로, 친수성 및/또는 흡습성 섬유는 섬유 자체를 통해 그리고 모세관 현상에 의해 물을 흡수하고 수송하여, 그에 따라 증발을 촉진한다.

높은 흡습성 섬유는 또한 생리학적으로 문제가 되는 건조 시간의 증가로 이어진다. 건조 시간이 지나치게 길 경우, 땀에 젖은 셔츠가 단열을 잃게 되므로 운동 후 한기(post-exercise chilling effect)를 피할 수 없게 된다. 이러한 기작은 보통 그의 높은 친수성으로 인해 천연 및 재생 섬유에서 발견된다. 또한, 젖은 피부는 피부 자극 또는 심지어 습발성 피부병을 일으킬 수 있다.

예를 들어, 울(wool)은 흡수능이 크고, 단열 특성의 손실 없이 소량의 수분을 제어할 수 있다. 울은 피부에 직접 닿는 직물로서 사용될 수 있으며, 피부를 비교적 건조하게 유지할 수 있다. 그러나 직물이 포화될 경우, 수분 제어는 감소한다. 면은 단지 한정된 양의 땀이 나는 보통의 착장 상황에서 착용되는 의복에 대해 뛰어난 특성들을 가진다. 이러한 상황에서, 면은 땀 자극을 더 작게 완화할 수 있고, 따라서 미세기후를 더 건조하게 그리고 더 쾌적하게 유지시킨다. 그러나 장시간 동안 더 많은 양의 액체인 땀을 생성하는 스포츠 직물 업계에서; 면은 단지 양면 재료의 바깥 면에 그리고 피부의 안쪽 합성 면과 조합하여서만 권장된다. 면이 유일하거나 주된 섬유 요소로 사용될 경우, 직물은 수분으로 적셔져 급속히 젖게 되어, 몸에 달라붙게 된다.

의복에 흡수된 수분은 점차 단열을 감소시킨다. 활동이 떨어지고 발한이 멈추면, 젖은 의복 층의 건조는 대사율에 의해 생성되는 것보다 신체의 더 많은 열을 빼앗고, 그 결과는 저체온증을 유발하는, 열 균형에 해로울 수 있는 운동 후 한기이다. 운동 후 한기는 짧은 건조 시간에 의해 방지될 수 있다. 실제로, 짧은 건조 시간은 스포츠웨어의 우수한 착용 쾌적함을 위한 주요 전제조건들 중 하나이다.

요약하면, 쾌적한 미세기후 및 쾌적함을 효과적으로 유지하기 위해 직물은 적당한 친수성, 높은 위킹(wicking) 속도 및 빠른 건조 속도가 요구된다. 천연 섬유의 경우와 같이 친수성이 지나치게 클 경우, 물이 흡수되어 섬유 내부에 더 오랜 시간 동안 머무르므로, 건조 속도는 지연될 수 있다. 불량한 위킹은 또한 포화 영역, 및 저하된 수송 및 건조 속도를 초래할 수 있다. 그러므로, 친수성, 위킹 및 빠른 건조 특성 간에 최적의 균형이 달성되어야 한다.

폴리아미드 직물의 수분 관리 능력을 향상시키기 위한 상당한 양의 연구 활동이 있어왔다. 몇몇 접근, 예컨대 섬유 매트릭스 내에 또는 폴리비닐피롤리돈(PVP) 및 에톡시화 폴리아미드와 같은 섬유 표면 상에 친수성 재료의 첨가; 또는 폴리아미드와 또 다른 친수성 중합체의 이원(bi-component) 용융 압출에서의 배합이 적용되어 왔다. 폴리알킬렌 옥사이드 변형 생성물이 코어 재료로서 사용되는 시스-코어(sheath-core) 폴리아미드 다중필라멘트의 예가 JP 2012211406에 개시되어 있다. 이 접근은 이원 장비가 필요하고, 건조 속도 및 위킹 속도는 제공되지 않는다.

또 다른 접근에서는, 냉각 및 수분 관리 특성을 향상시키기 위해 폴리아미드 섬유 매트릭스 내에 냉각제를 삽입한다. 중국 특허출원 CN 104178839 및 CN 103088459가 이 방법을 개시한다. 이 접근의 단점은 빠른 건조 속도, 수분 흡수 및 위킹 속도의 결핍을 포함한다. 냉각 기작은 또한 활동 발한 동안 불쾌한 감각, 예컨대 과도한 냉각으로 인한 저체온증을 초래할 수 있다.

중국 특허출원 CN103882550은 또한 냉각제, 예컨대 무기 금속 산화물 입자를 사용하여 냉각 폴리아미드 섬유를 제안하나, 수분 흡수를 향상시킬 목적으로 섬유에 PVP를 첨가한다. PVP 사용의 단점은, 부산물로서 피롤리돈의 발생이 섬유 황변(yellowing)을 초래하는 경향이 있고, 그럼으로써 직물 적용에 바람직한 기계적 및 화학적 특성에 영향을 미친다는 것이다. 또한, 빠른 위킹 및 건조 작용이 나타나지 않고 과다 발한 및 스포츠 활동 동안 불쾌함을 유발할 수 있다.

몇몇 특허들은 오로지 섬유 단면을 변경하여 수분 관리 폴리아미드 섬유를 제공하는 것을 시도하였다. 원형 이외의 단면을 갖는 필라멘트는 보통 미적 효과, 수분 관리 및 경량을 위해 제안되는 것이다. 비원형 프로필의 예는 "도그 본(dog bone)", "삼중 로브(trilobal)", "지그-재그(zig-zag)", "킹(king)", "편평(flat)" 및 "중공(hollow)" 프로필을 포함한다. 이 접근은 홈(groove)과 마이크로채널(microchannel)을 필라멘트 길이 방향으로 도입하여, 섬유 내 및 섬유들 사이에 공간을 생성함으로써 모세관 현상 효과를 증가시키는 것을 목적으로 한다. 예를 들어, 삼중 로브 프로필(Y라고도 공지됨)은 잘 알려져 있으며 물품에 윤과 광택을 제공하기 위해 널리 사용되나; 깊숙한 마이크로채널을 제공하지 못하므로 모세관 현상, 부드러움 및 표면적을 증가시키지 못한다. JP5206640은, 방사상 로브를 갖는 변형된 단면의 폴리아미드를 개시하고 있으나; 수분 흡수, 위킹 및 건조 속도는 평가되거나 개선되지 않는다.

US 2015013047은, 냉각 무기 첨가제, 변형된 단면 및 낮은 크림프 모듈(crimp module)을 사용하여, 냉각 폴리아미드 실을 개시하였다. 개시된 단면은 편평 단면이다. 이 단면의 단점은, 편평 섬유 프로필이 더 넓은 피부 범위, 더 낮은 단열, 더 적은 갇힌 공기 및 더 많은 피부에 대한 접촉 지점을 초래하여 피부 감각의 착용 쾌적함을 감소시킬 수 있다는 사실이다. 이는, 모세관 현상을 제공하지 못하고 위킹 속도와 건조 속도를 증가시키지 못하며, 따라서 높은 발한 활동에 적합하지 않다. 또한, 본 발명의 실험에서 평가된 편평 단면은 불량한 처리 방식을 보이며, 이는 편평 단면이 용융 방사로 처리하기 더 어려울 수 있음을 암시한다.

마지막으로, EP 2554721은 흡습성 폴리아미드 5.6 섬유를 개시하고 있으나; 이는 본 발명에 의해 제공되는 바와 같은 빠른 위킹 속도 및 건조 속도의 추가의 이점이 없다. 따라서, 특허 EP 2554721은, 위킹 및 빠른 건조 속도가 요망되는 스포츠웨어 직물의 쾌적함 관리에 대한 해결책을 제공하지 못한다.

친수성, 냉각 효과, 및 위킹을 동시에 제공하는 섬유는 시중에 아직 존재하지 않는다.

상기 관점에서, 빠른 건조 및 위킹 특성의 추가 이점을 갖는 천연 섬유의 부드러움 및 쾌적함을 닮은, 본질적으로 향상된 쾌적함 관리 특성을 갖는 합성 섬유가 필요하다.

- 축축한 느낌 없이 땀을 흡수하고, 이상적인 미세기후 단열을 유지하기 위한, 최적의 흡습성;

- 피부로부터 땀을 효과적으로 수송하여 내보내기 위한, 향상된 위킹 속도;

- 피부 건조 유지 및 불쾌한 운동 후 한기 느낌 방지를 위한, 빠른 건조 속도;

- 매우 미세한 필라멘트를 다수 개 갖는 직조된 다중필라멘트 실로 인한 쾌적한 촉감을 얻기 위한, 피부 감각의 쾌적함

을 포함하는 쾌적한 폴리아미드 직물을 갖기 위한 해법을 제공할 필요가 또한 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 우수한 쾌적함 관리 특성을 가짐으로써 스포츠 및 높은 발한 활동 동안 피부 미세기후를 개선하고 쾌적한 감각을 생성하는, 폴리아미드 섬유, 그의 제조 방법, 및 그로부터 제조된 물품을 제공하는 것이다.

본 발명은 착용자에게 쾌적한 느낌을 제공하기 위해 높은 쾌적함과 상쾌함을 갖는 폴리아미드 섬유를 얻기 위한 해법이다.

따라서 본 발명은 폴리아미드 5.X(여기서 X는 4 내지 16의 정수임) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 생물 기반 지방족 폴리아미드인, 흡습성 폴리아미드를 포함하는 향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 폴리아미드 섬유를 제공하며, 상기 섬유는 적어도 2 개의 합체 중심과 적어도 5 개의 동일 치수의 장방형 로브를 갖고 각각의 합체 중심은 인접한 동일 치수의 장방형 로브들 사이의 각도 대칭에 따라 적어도 3 개의 동일 치수의 장방형 로브를 연결하는 것을 특징으로 하는 다중 로 브( multilobal ) 단면을 갖는다.

놀랍게도 이러한 폴리아미드 섬유는, 둥근 단면을 갖는 비흡습성 폴리아미드에 비해 상당히 높은 흡습성, 수분 건조 속도, 수분 확산 속도 및 수분 흡수를 보임이 발견되었다. 수분 흡수, 위킹 및 건조 속도를 향상시킴으로써, 더 우수한 수분 관리를 유도하고, 쾌적함 또한 실질적으로 향상됨이 증명되었다.

본 발명은 또한 향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 상기 폴리아미드 섬유의 수득 방법에 목적이 있으며, 여기서 폴리아미드 섬유는, 예를 들어 새로운 다중 로브 단면의 방사구(spinneret)를 사용하여, 흡습성 폴리아미드를 포함하는 폴리아미드 조성물의 용융 방사 압출에 의해 수득한다.

또한, 본 발명은 상기 및 이하 하기 단락들에서 정의된 바와 같은 향상된 쾌적함 관리 기능을 갖는 폴리아미드 섬유를 포함하는 폴리아미드 물품; 및 이러한 폴리아미드 물품의 수득 방법을 제안하며, 여기서 본 발명의 폴리아미드 섬유는 텍스처라이징, 드로잉, 정경(warping), 편물뜨기(knitting), 직물짜기(weaving), 부직 공정, 의복 제작 또는 이들의 조합에 의해 변형된다.

그 다음, 본 발명의 또 다른 주제는, 상기 및 이하 하기 단락들에 정의된 바와 같은 향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 상기 폴리아미드 섬유를 사용하여, 그로부터 제조된 폴리아미드 물품, 특히 직물 제품에 대한 쾌적함 관리 능력을 증가시키기는 것이다.

정의

본 발명의 관점에서 "폴리아미드 섬유"라는 표현은 섬유, 단일필라멘트, 다중필라멘트 및 실과 같은 방사 물품을 포함하는 일반적 용어이다. 본 발명에 따르면 "폴리아미드 물품"은 변형된 또는 처리된 폴리아미드 섬유이고, 폴리아미드 섬유로 제조된 짧은 섬유(staple fiber), 임의의 부스러기(flock) 또는 임의의 직물 구성요소, 특히 천 및/또는 의복을 포함한다. 이하 설명에서 "섬유", "실" 및 "필라멘트"라는 용어들은 본 발명의 의미를 바꾸지 않는 한 같이 사용될 수 있다.

향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 폴리아미드 섬유

본 발명은, 폴리아미드 5.X(여기서 X는 4 내지 16의 정수임) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 생물 기반 지방족 폴리아미드인 흡습성 폴리아미드를 포함하는, 향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 폴리아미드 섬유를 제공하며, 상기 섬유는 적어도 2 개의 합체 중심 및 적어도 5 개의 동일 치수의 장방형 로브를 갖고, 각각의 합체 중심은 인접하는 동일 치수 장방형 로브 간 각도 대칭에 따라 적어도 3 개의 동일 치수 장방형 로브를 연결하는 것을 특징으로 하는, 다중 로브 단면을 갖는다.

흡습성 폴리아미드

흡습성 폴리아미드는 폴리아미드 5.X(여기서 X는 4 내지 16의 정수임) 또는 이의 혼합물로 이루어진 지방족 폴리아미드이다.

폴리아미드 5.X는 원재료로서 펜타메틸렌디아민과 지방족 디카르복실산(들)으로 이루어진다. 가능성 있는 디카르복실산 목록은 다음과 같다: 부탄디온산(숙신산), 펜탄디온산(글루타르산), 헥산디온산(아디프산), 헵탄디온산(피멜산), 옥탄디온산(수베르산), 노난디온산(아젤라산), 데칸디온산(세바신산), 운데칸디온산, 도데칸디온산, 브라실산, 테트라데칸디온산, 펜타데칸디온산, 헥사데칸디온산. 이들 이산은 모두 구매 가능하다.

폴리아미드 5.X는 ASTM6866에 따라 바이오매스로부터 제조될 수 있다는 이점을 갖는다. 펜타메틸렌디아민은 또한 ASTM6866에 따라 생물 자원으로부터 제조될 수 있으며, 제조된 폴리아미드는 40% 내지 100%의 생물 자원으로부터 생성될 수 있다.

이러한 생물 기반 폴리아미드의 아미노 말단 기(ATG) 함량은 유리하게는 25 내지 60 당량/톤이고, 카르복실 말단 기(CTG)는 유리하게는 45 내지 90 당량/톤이다. 이러한 아미노/카르복실 말단 기의 함량은 이후 실험 파트에 설명된 방법에 따라 측정된다.

흡습성 폴리아미드는, 바람직하게는 폴리아미드 5.X(여기서 X는 4 내지 16의 짝수인 정수임), 예컨대 폴리아미드 5.4, 폴리아미드 5.6, 폴리아미드 5.8, 폴리아미드 5.10, 폴리아미드 5.12, 폴리아미드 5.14, 폴리아미드 5.16 및 이것들의 혼합물이다. 더욱 바람직하게는 X는 6 또는 10이고, 유리하게는 6, 예컨대 폴리(펜타메틸렌 아디프아미드)라고도 불리는 폴리아미드 5.6(나일론 5.6)이며, 이는 원재료로서 펜타메틸렌디아민 및 아디프산의 중축합 반응에 의해 제조된다.

바람직한 폴리아미드 5.6은 100 내지 200 ㎖/g, 바람직하게는 약 120 내지 170 ㎖/g 범위의 점도 지수(IVN)를 가질 수 있다. 이 IVN은 ISO 307 표준에 따라 측정되며, 이는 이후 실험 파트에 설명된다.

본 발명에 따라 특히 바람직한 폴리아미드 5.6은 138 내지 142의 IVN(점도 지수), 및 38 내지 42 개의 ATG(아민 말단 기)를 갖는다.

폴리아미드 5.6의 흡습 작용은 이하 실험 파트에 설명된 방법에 따라 측정된 바와 같이, 적어도 4%이다. 흡습성은, 분자 간 결합들의 배열 오류를 초래하고, 더 적은 수소 결합 개수와, 그럼으로써 분자 내에 더 많은 수분 친화적 접근 가능 부위를 야기하는, 디아민(5 개의 탄소) 및 이산(6 개의 탄소)의 홀수/짝수 배열에 의한 것이다.

본 발명에 따른 폴리아미드 섬유는, 유리하게는 섬유의 총 중량을 기준으로, 75 중량% 초과, 바람직하게는 85 중량% 초과, 더욱 바람직하게는 95 중량% 초과의 흡습성 폴리아미드를 포함한다.

실제로, 본 발명에 따른 폴리아미드 섬유는 다른 중합체, 예컨대 PA 6.6, PA 6.10 및 PA 6, 및/또는 첨가제, 예컨대 가소제, 항산화제, 안정제(예컨대 열 또는 광 안정제), 착색제, 안료, 조핵제(예컨대 활석), 소광제(mattifying agent)(예컨대 이산화티탄 또는 황화 아연), 가공 보조제, 살생물제, 점도 개질제, 냉각제, 촉매, 원적외선 방출 광물, 정전기 방지 첨가제, 기능성 첨가제, 광증백제, 나노캡슐, 항균제, 항진드기제, 항진균제 또는 기타 종래의 첨가제들을 함유할 수 있다.

일반적으로, 섬유 중 첨가제의 양은 25 중량%까지, 더욱 바람직하게는 10 중량%까지에 상당한다.

본 발명의 추가 구현예에서, 냉각제 또는 온도 조절제가 사용된다. 냉각제는 임의의 원적외선 세라믹 분말, 무기 충전제, 예컨대 무기 금속 산화물(예: TiO2, ZrO2, MgO, SnO2, ZnO, BaO), 비취 분말, 지르코니아 분말, 실리카 분말, 운모, 질화붕소, 탄산칼슘, 탄산바륨, 탄산마그네슘, 규산알루미늄, 알루미나, 제올라이트 및 활석을 포함할 수 있다. 온도 조절제는 또한 상 전이 물질, 예컨대 파라핀 또는 흡열 물질, 예컨대 자일리톨 또는 에리트리톨과 같은 당 알코올을 포함한다. 냉각제 또는 온도 조절제는, 우수한 열 전도성, 느린 흡열 및 빠른 방열 특성을 통해 시원한 촉감을 만드는 신체를 통한 빠른 열 전도를 제공한다.

다중 로브 단면

본 발명의 폴리아미드 섬유는, 적어도 2 개의 합체 중심 및 적어도 5 개의 동일 치수 장방형 로브를 갖고, 각각의 합체 중심은 인접하는 동일 치수 장방형 로브들 간의 각도 대칭에 따라 적어도 3 개의 동일 치수 장방형 로브를 연결하는 것을 특징으로 하는 다중 로브 횡단면을 갖는다.

본 발명에 따른 폴리아미드 섬유에서, "로브"는 적어도 하나의 합체 중심과 연결된 섬유 단면의 장방형 부분/구획으로 이해된다.

본 발명에 따른 폴리아미드 섬유에서, "합체 중심"은 적어도 3 개의 로브가 모이는 지점으로 이해된다.

바람직한 구현예에 따르면, 다중 로브 단면은 2 개 내지 6 개의, 바람직하게는 2 개 또는 3 개의 합체 중심을 갖고, 각각의 합체 중심은 인접한 로브들 간에 각각 120° 또는 90°의 각도로 3 개 또는 4 개의 동일 치수 장방형 로브를 대칭 연결하며, 각각의 합체 중심이 인접한 로브들 간에 120°의 각도로 3 개의 동일 치수 장방형 로브를 대칭으로 연결할 경우, 최고의 결과가 얻어진다.

다중 로브 단면의 도식적인 예는 도 1에 도시되어 있다. 도 1에서, 문자 a로 나타낸 3 개의 합체 중심이 존재하며, b는 로브를 나타내고, 이러한 특정 예에서 7 개의 로브가 존재하며, c는 각각의 인접 로브 간에 형성된 각도인 120°를 나타낸다.

기타 단면 프로필들은 도 3에 도시되어 있으며, 여기서 본 발명에 따른 프로필들은 "A" 내지 "F"(120°대칭)와, "I" 및 "J"(90°대칭)로 예시된다. 프로필 "G", "H", 및 "K"는 오로지 비교를 위해 제시된다.

적어도 2 개의 합체 중심을 갖고 3 개의 로브가 120° 각도 대칭으로 배열된 다중 로브 단면을 가질 경우, 모든 인접 로브가 120°의 각도로 연결되어 있다는 의미이다. 예를 들어, 2 개의 합체 중심은 총 5 개의 로브를 갖고, 3 개의 합체 중심은 총 7 개의 로브를 갖는 등이다. "N" 개의 합체 중심에 대해, 로브의 개수는 "(N*2) + 1"이다.

90°의 각도 대칭으로 배열된 4 개의 로브를 갖는 적어도 2 개의 합체 중심을 갖는 다중 로브 단면은, 임의의 인접 로브들이 90°로 연결되어 있음을 의미한다. 예를 들어, 2 개의 합체 중심은 7 개의 로브를 연결하고, 3 개의 합체 중심은 10 개의 로브를 연결한다. 임의의 "M" 개의 합체 중심에 대해, 로브의 개수는 "(M*3) + 1"이다. 로브는 대칭적으로 각도를 이루며, 이는 임의의 인접 로브들이 90°로 연결된다는 의미이다.

그러므로, 단면 로브의 총 개수는 5 개(도 3의 이미지 "A") 내지 13 개(도 3의 이미지 "F")일 수 있다. 최고의 단면 첨예도와 가공성은, 단면이 인접 로브 간의 각도가 120°일 때, 더욱 구체적으로 각각 5 개 및 7 개의 로브를 갖는 2 개(도 3의 이미지 "A") 및 3 개(도 3의 이미지 "B")의 합체 중심을 갖는 경우에 달성된다.

비대칭 단면, 예컨대 도 3의 시료 "G" 및 "H"는 불량한 가공성을 보이며, 피해야 할 것이다. 이러한 단면은 단지 비교를 위해 제시된 것이고, 또한 도 3의 시료 "K"는, 단면이 종래의 원형이며, 본 발명에 속하지 않는다. 일반적으로, 도 3의 "G" 및 "H"와 같은 편평 단면은 더욱 제조되기 어렵다.

본 발명의 구체적인 다중 로브 단면은 섬유의 길이 방향으로 특별히 미세하며 연속적인 오목부를 만든다. 본 발명의 섬유의 모세관 현상과 큰 표면적은 수분 흡수, 확산 및 건조 속도를 증가시키고, 이에 따라 그로 제조된 직물들의 수분 관리 능력 및 쾌적함이 향상된다. 덜 압축된 실이 수득되면, 필라멘트 내 더 많은 공기 공간에 기여하고, 이로써 그로 제조된 직물의 단열, 모세관 현상, 및 열 조절이 증가한다.

본 발명의 단면의 큰 표면적은 땀이 주변으로 퍼져나갈 수 있도록 하고, 이것은 더 신속한 땀의 증발에 상당히 기여하므로, 그로 제조된 직물 제품은 더 신속하게 건조되고, 착용자는 운동 시 쾌적함 및 건조를 유지한다. 따라서 그로 제조된 직물 제품의 단열은 유지되고, 이는 땀에 젖은 옷의 운동 후 한기를 방지한다.

삼중 로브의 둥근 단면(Y형)의 탄성 작용과는 대조적으로, 단면의 불규칙하고 바람직한 굽힘 방향에 의해 생성되는, 더 낮은 굴곡 강성 때문에, 취급성 및 부드러움 또한 크게 향상된다. 부드러움에 대한 유사 현상이 또한 면 섬유의 "강낭콩" 모양 단면에서 관찰된다. 예를 들어, 도 3의 이미지 "B"는 더 깊은 오목한 부분을 향해 바람직한 굽힘 방향을 갖는다.

유리하게는 본 발명에 따른 폴리아미드 섬유는 약 40 내지 약 300의 전체 dtex, 약 0.1 내지 약 5의 dpf(필라멘트당 dtex), 20 내지 80 cN/Tex의 (파괴 시) 인성, 20% 내지 90%의 (파괴 시) 신율을 갖는다.

향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 폴리아미드 섬유의 수득 방법

제1 구현예: 편평형 실

본 발명은 또한 전술된 바와 같이 향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 폴리아미드 섬유의 수득 방법을 제공한다. 폴리아미드 섬유는 용융 방사 압출에 의해 수득된다. "용융 방사 압출"은, 폴리아미드를 폴리아미드 섬유로 전환하는 압출 방법을 의미하는 것으로 이해된다. 폴리아미드는 펠릿, 분말 또는 용융물 형태로 용융 방사 장치에 공급될 수 있다. 본 방법은 폴리아미드의 용융 방사 압출에 적합한 임의의 종래의 압출 방사 수단을 포함하며, 이러한 수단, 예컨대 단축 스크루 압출기, 이축 스크루 압출기, 이원 압출기 및 그리드 방사 헤드는 당업자에게 널리 공지되어 있다. 용융 방사 압출은 LOY(저배향사; Low-Oriented Yarn), POY(부분 배향사; Partially Oriented Yarn), FDY(전연신사; Fully Drawn Yarn), FOY(전배향사; Fully Oriented Yarn), LDI(저 데니어 인더스트리얼; Low denier Industrial) 또는 HDI(고 데니어 인더스트리얼; High Denier Industrial)로서 추가로 정의될 수 있다.

용융 방사 압출은 유리하게는 하기 단계들을 포함한다:

a1. 흡습성 폴리아미드를 포함하는 폴리아미드 조성물을 용융물, 펠릿 또는 분말 형태로 스크루 압출기 입구에 공급하는 단계.

a2. 폴리아미드 조성물을 용융, 균질화 및 가압하는 단계.

a3. 용융된 폴리아미드 조성물을 섬유로 방사하는 단계.

a4. 섬유를 냉각하고 감는(winding) 단계.

단계 a1에서, 흡습성 폴리아미드는 유리하게는 용융물, 펠릿 또는 분말로서 스크루 압출기 입구에 연속으로 도입된다. 단계 a2에서, 폴리아미드는 스크루 압출기 내부에서, 바람직하게는 폴리아미드의 용융 온도 초과인, 260℃ 내지 310℃의 온도에서, 및 30 내지 70 bar의 압출 압력에서, 바람직하게 용융, 균질화 및 가압된다.

그 다음, 단계 a3에 따라, 용융된 폴리아미드는, 필터링 부품과 방사구를 포함하는 방사 스크린-팩(spinning screen-pack)을 사용하여, 바람직하게는 260℃ 내지 310℃의 온도, 150 내지 250 bar의 방사 팩 압력 및 3 내지 8 ㎏/h의 방사 팩 유량으로 섬유(또는 실 또는 필라멘트)로 방사된다.

합체 중심, 동일 치수의 장방형 로브 및 각도 대칭을 갖는 다중 로브 단면을 수득하기 위해 단계 a3 동안 특수 방사구가 사용되어야 한다.

방사구는 중합체를 압출하여 원하는 단면과 크기를 갖도록 하는 데 사용되는 구멍(orifice)을 함유하는 금속 판이다.

특수 방사구는 다중 로브 구멍을 포함하며, 각각의 구멍은 적어도 2 개의 합체 중심, 적어도 5 개의 동일 치수 장방형 로브 및 인접한 동일 치수 장방형 로브 간의 각도 대칭을 갖는다.

다중 로브 구멍은 바람직하게는 2 개 내지 6 개의 합체 중심을 갖고, 각각의 합체 중심은 3 개 또는 4 개의 동일 치수 장방형 로브를, 인접 로브 간 각각 120° 또는 90°의 각도에 따라 대칭적으로 연결한다.

2 개 내지 6 개의 합체 중심, 바람직하게는 2 개 또는 3 개의 합체 중심을 갖고, 각각의 합체 중심이 3 개의 동일 치수 장방형 로브를 인접 로브 간 120°의 각도에 따라 대칭적으로 연결하는 다중 로브 구멍에 대하여 최선의 결과가 얻어진다.

특수 방사구 구멍의 도식적인 예는 도 2에 제공된다. 도 2에서, 문자 a로 나타낸 3 개의 합체 중심이 존재하며, b는 로브를 나타내고, 이 특정 예에서 7 개의 로브가 존재하고, c는 각각의 인접 로브 간에 형성된 120°의 각도를 나타낸다.

본 발명에 따른 방사구의 각 구멍에 대하여, "로브"는 용융 중합체가 압출 동안 그곳을 통과하여 냉각 시 고체 필라멘트를 형성하고, 섬유 단면의 장방형 부분/구획을 형성하게 될, 구획, 구멍 또는 큰 구멍(hole)인 것으로 이해된다.

본 발명에 따른 방사구의 각 구멍에 대하여, "합체 중심"은 압출 동안 용융 중합체가 그곳을 통과하나, 합체 후 적어도 3 개의 로브를 연결하게 될, 적어도 3 개의 로브의 연결 지점인 것으로 이해된다.

방사구 구멍의 합체 중심 및 동일 치수 장방형 로브는 압출 시 구멍 내에서 우수한 중합체 분산을 얻기 위해 필요한 반면, 각도 대칭은 단면의 안정성, 모양 및 첨예도를 보장하고, 섬유의 홈 및 모세관 현상을 향상시킨다.

120°의 각도로 연결된 3 개 로브의 합체 중심을 갖는 다중 로브 단면은 도 3의 이미지 "A" 내지 "F"에 도시되어 있다. 90°의 각도로 연결된 4 개 로브의 합체 중심을 갖는 다중 로브 단면은 도 3의 이미지 "I" 및 "J"에 도시되어 있다.

합체 현상은 당업자에 의해 잘 이해되며, 둘 이상의 별개의 구획(로브라고도 불림)이 접촉 중에 합병되어 하나의 구획을 형성하는 과정이다. 그러므로, 로브는 방사구 내에서 서로 간 연결되지 않으나; 대신, 로브 구획은 압출 시 합병되어 하나의 연속적인 필라멘트를 형성한다. 그 다음 합체 중심은 본 발명에 따라서 별개의 로브, 특히 3 개 또는 4 개 로브의 중심이 된다.

최선의 단면 첨예도 및 가공성은 인접 로브들 간 120°의 각도를 갖는 대칭 프로필로 달성된다. 보다 구체적으로, 2 개(시료 "A") 및 3 개(시료 "B")의 합체 중심의 단면은 각각 "5 개의 로브" 및 "7 개의 로브"를 갖는다.

도 3의 시료로부터 로브의 각 조는, 합체 현상에 의해 결합하는, 압출 시의 하나의 연속적인 필라멘트에 상응한다. 방사구 내 구멍(로브 조)의 총 수는 10 내지 200 개의 필라멘트로부터 실을 만들도록 설계될 수 있다. 로브는 장방형 모양을 갖고, 정확히 동일한 치수의 것이다.

단계 a4는, 섬유(또는 실 또는 필라멘트)가 고화된 형태가 될 때까지 냉각하고, 폴리아미드 섬유를 보빈에 감는 단계이다. 이 단계에서 방사 오일이 또한 섬유 상에 첨가될 수 있다. 감기 속도는 3000 m/분 내지 6500 m/분이다.

본 발명에 있어서, 단계 a1 및/또는 a2 및/또는 a3의 압출기에는 중합체 및 선택적으로 마스터배치와 같은 첨가제를 주요 중합체 내에 도입하기 위한 계량 시스템이 장착될 수 있다.

추가의 첨가제가 본 발명의 방법 동안 도입될 수 있거나, 흡습성 폴리아미드 중합체 내에 존재할 수 있다. 첨가제는 상기에 나열되어 있다. 이들 첨가제는 일반적으로 중합체 중에 또는 용융 방사 압출의 단계 a1 및/또는 a4에서, 폴리아미드 섬유의 중량을 기준으로 0.001% 내지 10%의 양으로 첨가된다.

본 발명의 추가 구현예에서, 주입 장치, 예컨대 중량 단위 또는 용적 단위 공급 펌프를 사용하여, 흡습성 폴리아미드와 별도로 냉각제 또는 온도 조절제가 또한 단계 a1에 도입된다. 냉각제 또는 온도 조절제는 분말, 액체 또는 고체 마스터배치의 형태일 수 있다. 냉각제 또는 온도 조절제는, 유리하게는 폴리아미드 섬유의 총 중량을 기준으로 0.5 중량% 내지 20.0 중량%, 바람직하게는 1.0 중량% 내지 5.0 중량%의 양으로 도입된다.

제2 구현예: 텍스처 실

본 발명의 제2 구현예에 따르면, 제1 구현예로부터 수득된 폴리아미드 섬유는 이후에 텍스처라이징되어 더 높은 탄성, 부피 및 유연성을 갖는 텍스처 실을 만든다. 이 방법은 당업자에게 공지된 임의의 기술, 예컨대 헛꼬임 텍스처라이징(false-twist texturizing), 헛꼬임 고정 텍스처라이징(false-twist-fixed texturizing) 및 공기 분사 텍스처라이징을 포함한다. 헛꼬임 텍스처라이징이 가장 바람직하다.

본 방법은 하기 단계들을 포함할 수 있다:

b1. 섬유를 패키지로부터 꺼내어 배달 롤(delivery roll)에 통과시키는 단계.

b2. 섬유를 히터에 통과시킨 다음, 냉각 구역에 보내는 단계.

b3. 섬유를 회전 디스크(마찰 골재(friction aggregates))를 포함하는 스핀들(spindle)에 통과시키는 단계.

b4. 혼합 지점(intermingling point) 및 코닝 유를 섬유에 적용하는 단계.

b5. 섬유를 보빈에 감는 단계.

여기서 드로잉 비(drawing ratio)는 b1 및 b5의 속도 비를 바꿈으로써 섬유에 제공된다.

단계 b1에서, 섬유는 유리하게는 실꾸리 틀(creel)에 배치되고 보빈으로부터 배달 롤로 풀린다. 단계 b2는 유연화(더 잘 펴 늘일 수 있도록 만드는 것)에 의해 섬유를 늘이기 및 꼬기의 기계적 작업을 돕기 위해, 바람직하게는 섬유를 120℃ 내지 400℃ 온도의 히터 내에 통과시키는 것을 포함한다. 그 후 섬유는 냉각된다.

단계 b3은 섬유의 꼬임, 부피, 주름 및 텍스처를 생성하는 단계이다. 꼬임의 양은 디스크의 속도, 디스크 배열 및 D/Y 관계를 바꿈으로써 변한다. D/Y 비는 마찰 디스크 간의 속도 비 및 섬유의 선형 속도를 변화시킨다. 이 비는 바람직하게는 1.0 내지 2.8이다. 디스크 배열은 유리하게는 가이드 디스크/작업 디스크/가이드 디스크가 1/2/1 내지 1/8/1이다.

단계 b4에 따르면, 혼합의 경우에, 윤활을 제공하고 물리적 및 심미적 특성을 향상시키기 위해 혼합 지점 및 코닝 유가 섬유에 적용된다. 미터당 인터레이싱(interlacing)은, 바람직하게는 미터당 적어도 30 회이다. 단계 b5는 감기 과정이며, 여기서 섬유는 보빈으로 감기고; 감기 속도는 150 m/분 내지 1500 m/분으로 다양할 수 있다.

드로잉 비는 단계 b1과 단계 b5의 속도 비를 바꿈으로써 섬유에 제공되고, 바람직한 선밀도(linear density)를 달성하기 위한 방법의 중요 매개변수이다. 드로잉 비는 유리하게는 1.10 내지 4.00이다. 1 플라이(ply) 이상, 예컨대 1 내지 8 플라이로 된 실이 가능하다.

폴리아미드 물품

본 발명에 따른 폴리아미드 섬유는 이후 폴리아미드 물품, 특히 직물 천 및/또는 의복으로 변형될 수 있다. 본 발명에 따른 폴리아미드 물품은, 바람직하게는 (상기 정의된) 본 발명의 폴리아미드 섬유로 제조되거나, 본 발명에 따른 방법으로부터 수득된 섬유, 다중필라멘트 실, 부스러기, 직조, 편물 또는 부직 천 또는 직물 물품이다.

직물 물품은 당업계에 공지된 직조 천, 편물 천, 부직 천, 로프, 끈, 봉사 등을 포함하는 임의의 직물 물품일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 의복의 경우, 단위 면적당 질량이 200 g/㎡ 미만, 가장 바람직하게는 150 g/㎡ 미만인 직물 상에서 최선의 결과가 달성된다.

폴리아미드 물품의 수득 방법

폴리아미드 섬유를 직물 천 또는 의복과 같은 폴리아미드 물품으로 변형하는 방법은 당업자에게 널리 공지되어 있다. 실제로, 폴리아미드 섬유는 텍스처라이징, 드로잉, 정경, 편물뜨기, 직물짜기, 부직 공정, 의복 제작 또는 이들의 조합에 의해 폴리아미드 물품으로 변형될 수 있다. 이들 물품은 후속하여 다수의 응용, 구체적으로 양말, 속옷, 스포츠웨어, 아우터웨어 및 레저웨어에 사용된다.

이점

본 발명에 따라 향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 폴리아미드 섬유 및 그로부터 제조된 물품의 추가 이점이 이하에 강조된다:

- 고유의 흡습성 및 모세관 현상 효과를 갖는 신규 폴리아미드 5.6 섬유가 본 발명에 개시된다. 시판되는 화학적으로 변형된 친수성 폴리아미드와는 상반된다.

- 신규의 다중 로브 단면 프로필이 본 발명에 개시된다.

- 본 폴리아미드 물품은 둥근 단면의 비흡습성 폴리아미드에 비해, 더 높은 수분 흡수율, 위킹 및 건조를 나타낸다.

- 단면의 흡습성, 모세관 현상 및 더 큰 표면적 간의 상승 효과는 수분 건조 속도를 높이고, 그 결과 착용자는 심지어 심한 발한 후에도 건조 및 쾌적함을 느낀다.

- 폴리아미드 물품의 기계적 및 화학적 특성은 유의미하게 변화되지 않는다.

- 본 방법은 간단하고, 종래의 그리고 공지된 압출 기계를 사용한다.

- 본 발명의 단면 프로필은, 둥글고 삼중 로브인 단면의 탄성 작용과는 대조적으로, 불규칙하고 바람직한 굽힘 방향으로 인한 더 낮은 굴곡 강성 때문에 섬유의 취급성과 유연성이 향상된다. 유사한 현상이 면 섬유의 "강낭콩" 모양 단면에서 관찰된다.

착용 쾌적함 배경 및 평가 방법

착용 쾌적함은 복잡한 현상이나, 일반적으로 4 가지 상이한 주요 양태로 구분될 수 있다: a) 온열생리적 착용 쾌적함은 사람의 체온 조절에 영향을 미치며, 이는 옷을 통한 열 및 수분 수송 과정을 포함한다. 핵심 개념은 단열, 통기성 및 수분 관리 능력을 포함한다; b) 피부 감각적 착용 쾌적함은 직물이 피부와의 직접 접촉에서 초래하는 물리적 감각을 특징지으며, 쾌적한 감각은 매끄러움 및 유연함을 포함하는 반면, 가려움, 불쾌한 감각은 과도한 뻣뻣함, 또는 땀에 젖은 피부에 달라붙는 것이다; c) 인체공학적 착용 쾌적함은 의복의 핏 및 그것이 허용하는 움직임의 자유를 다룬다. 이는 주로 의복의 패턴 및 소재의 탄성에 달려 있다; d) 심리적 착용 쾌적함은 유행, 개인의 선호도, 이념 등에 의해 영향을 받는다.

온열생리적 쾌적함은 에너지 보존 원리에 기반한다. 체내에서 대사에 의해 생산되는 모든 에너지는, 호흡에 의한 열 손실(호흡), 복사, 전도, 대류를 포함하는 건조 열 흐름, 및 땀이 야기하는 증발에 의한 열 흐름에 의해, 신체로부터 정확히 동일한 양으로 사라져야 한다. 사라지는 것보다 생산되는 에너지가 더 많을 경우, 신체는 고체온증을 겪는다. 또한 지나치게 높은 열 손실은 저체온증을 유발한다.

착용 쾌적함은 단지 하나의 단일 매개변수의 결과가 아니며; 대신 그것은 섬유 조성, 직물 구조, 의복 층 시스템, 화학적 마감 처리 등의 결과이다. 몇몇 연구는 직물 구조상의 매개변수 및 화학적 마감 처리가 섬유 조성만큼이나 중요함을 증명하였다. 예를 들어, 친수성 및 빠른 건조 특성에 더하여, 경량이고, 다공성이고 얇은 천은 스포츠용 직물에 바람직하다. 수증기는 실 간 공간을 통해, 섬유 간 공간을 통해, 섬유 소재 자체를 통해, 및 직물 내 자유 공기 공간을 통해 확산된다.

화학적 마감 처리는 주로 친수성 주제의 처리를 포함하고, 소수성 직물의 친수성 작용을 증가시키도록 의도된다. 화학적 마감 처리의 단점은 그것이 비내구적인 처리이고 단지 몇 번의 가정 세탁 횟수에서만 지속될 수 있다는 사실이며, 반면에 본질적으로 수분 관리 특성을 갖는 섬유는 직물 물품의 전체 수명 동안 지속된다.

실 조성물에 대하여, 필라멘트 실의 사용은 피부에 직접 닿는 직물 표면을 지나치게 매끄럽고 평평하게 한다. 이 구조는 지나치게 많은 피부와의 접촉 지점을 나타내고, 이 천은 지나치게 매끄럽고, 땀에 젖은 피부에 달라붙는 것으로 여겨진다. 평평한 필라멘트 실은 좋지 않은 피부 감각적 느낌을 제공하며, 반면에 방사 실 또는 텍스처 실은 더 나은 피부 느낌을 제공한다. 텍스처 실은 더 적은 피부와의 접촉 지점, 더 높은 단열, 유연함 및 쾌적한 촉감을 제공한다. 방사 실과 텍스처 실에서, 돌출 섬유 말단뿐만 아니라, 더 많은 3차원 구조가 생성되며, 이들은 피부와 직물 간 스페이서(spacer)로서 역할한다. 필라멘트를 따라 홈, 공극 및 모세관 현상 채널을 갖는 실의 단면은 또한 위킹 속도와 표면적을 증가시켜, 위킹 및 빠른 건조 속도를 유발하는 데 중요하다.

공기 또한 의복의 중요한 특징이다. 공기는 경량화를 위해서뿐만 아니라, 온도 조절을 위해서도 환영받는다. 의복과 피부 사이의 공기층은 온도 변화의 감소를 돕는다. 피부와 의복 사이의 접촉 지점이 감소함으로써, 공기는 자유롭게 순환하고 신체가 숨을 쉬게 한다.

수분 관리 특성은, 보통 수분 흡수, 수직 위킹, 수평 위킹, 공기 투과성, 수증기 전달력, 내열성 및 건조 속도에 의해 평가된다. 직물의 액체 수분 관리 특성을 측정하기 위해 "미국 화학자 및 색채 전문가 협회(American Association of Chemists and Colorists)"로부터의 표준 AATCC 195가 사용될 수 있다. 수분 흡수는 AATCC 79에 의해 평가될 수 있다. 직물의 수직 위킹은 보통 AATCC 197에 의해 평가되고, 한편 수평 위킹은 AATCC 198에 의해 측정될 수 있다. AATCC 199 및 AATCC 200은 상이한 조건에서 중량 단위 수분 분석기를 사용하여, 직물의 건조 시간을 측정하는 데 사용될 수 있다. 상기 방법과는 별도로, 쾌적함 평가를 위해 온열생리적 및 감각적 시험이, 서멀 마네킹(thermal mannequin)뿐만 아니라 인간 대상으로도, 예컨대 가열된 고온 평판(hot plate)(ASTM F 1868; ISO 5085-1, 1989; ISO 11092, 1993)을 사용하여, 또한 가능할 수 있다.

기타 본 발명의 세부사항 또는 이점이 이하 제시된 실시예를 참고로 하여 더욱 명확해질 것이다.

실시예

비교 폴리아미드 물품 및 대조군 폴리아미드 물품을 포함하는 일련의 폴리아미드 물품을 형성하고, 가공능, 수분 위킹 속도, 수분 흡수 속도, 수분 건조 속도, 흡습도, 기계적 특성, IVN(점도 지수), ATG(말단 아미노기) 및 CTG(카르복실 말단 기)에 대해 평가하였다. 표 1은 시료들을 요약한 것이다.

아미노 말단 기 함량(ATG)

전위차 적정 방법에 의해 아미노 말단 기(ATG) 함량을 측정하였다. 90 중량% 페놀 약 70 ㎖에 2 그램의 폴리아미드를 첨가한다. 폴리아미드가 완전히 용해될 때까지, 혼합물을 교반 및 40℃의 온도 하에 유지시킨다. 그 다음, 약 25℃에서 0.1N HCl로 용액을 적정한다. 그 결과는 당량/톤(eq/ton)으로서 보고된다. 섬유 및 물품을 분석할 경우, 임의의 잔류물 또는 방사 마감 처리제가 미리 제거되어야 한다.

용액 점도( IVN )

ISO 307에 따라 용액 점도(IVN)를 측정한다. 폴리아미드를 25℃에서 90 중량%의 포름산 중에 0.005 g/㎖의 농도로 용해하고, 이의 플로우 타임(flow time)을 측정한다. 그 결과는 ㎖/g로서 보고된다.

카르복실 말단 기 함량(CTG)

카르복실 말단 기(CTG) 함량을 적정 방법으로 측정하였다. 약 80 ㎖의 벤질 알코올에 4 그램의 폴리아미드를 첨가한다. 폴리아미드가 완전히 용해될 때까지, 혼합물을 교반 및 200℃의 온도 하에 유지시킨다. 그 다음, 에틸렌 글리콜 중 0.1 N 수산화칼륨으로 용액을 적정한다. 그 결과는 당량/톤(eq/ton)으로서 보고된다. 섬유 및 물품을 분석할 경우, 임의의 잔류물 또는 방사 마감 처리제가 미리 제거되어야 한다.

AATCC 195 - 직물의 액체 수분 관리 능력(수평적 수분 위킹 속도 및 수분 흡수 시간의 평가)

직물 표본을 2 개의 수평(상부 및 하부) 전기 센서 사이에 배치하여 액체 수분 관리 특성을 평가한다. 전기 전도도 변화의 측정을 돕는 정해진 양의 시험 용액을, 위를 향하고 있는 시험 표본 표면의 중앙부 위에 떨어뜨린다. 시험 용액을 세 방향(상부 표면 상에 방사상 확산, 표본을 통한 상부 표면에서 하부 표면으로의 이동, 및 표본의 하부 표면 상의 방사상 확산)으로 자유롭게 이동하게 한다. 시험 동안, 표본의 전기 저항 변화를 측정하여 기록한다. 수분 관리 시험기(MMT)를 본 방법과 함께 사용한다. 본 방법에 의해 수분 흡수(단위:초) 및 수분 확산 속도(㎜/초)의 결과를 구한다.

AATCC 199 액체 수분 건조 속도

물(0.1 ㎖)을 시험 표본에 적용하고, 이어서 이 표본을 저울 위에 올려놓고, 40분 동안 건조시킨다. 건조 속도를 계속 모니터하면서, Drying Tester 소프트웨어로 기록한다. 그 결과를, 분당 물의 ㎎ × 표본의 표면적(㎎/분×인치²)으로 기록한다.

직물의 AATCC 197 수직 위킹

액체가 수직 방향의 직물 표본을 따라서 및/또는 통과하여 이동하는 속도(단위 시간당 이동 거리)를 눈으로 관찰하면서, 수동으로 시간을 측정하고 특정 간격으로 기록한다. 이 시험 방법은 위킹 평가 시 중력의 영향을 고려한다.

흡습도

약 2 그램의 시료를 계량 보틀에 넣고, 105℃에서 2 시간 동안 건조한다(중량 W3). 이어서 계량 보틀을 인공 기후실(온도: 20℃, RH: 65%)에 24 시간 동안 넣어둔다. 시료의 중량을 다시 측정한다(중량 W1). 이어서 계량 보틀을 인공 기후실(온도: 30℃, RH: 90%)에 24 시간 동안 넣어둔다. 시료의 중량을 다시 측정한다(중량 W2). 다음 등식에 의해 흡습도 차를 측정한다: MRI = (Wl - W3) / W3, MR2 = (W2 - W3) / W3. 수분 흡수 속도 차는 ∧ MR(%) = MR2 - MRI에 의해 구한다.

손에 의한 평가

"일본 직물 섬유기계 협회(The Textile Machinery Society of Japan)"의 "손에 의한 평가 및 표준화 위원회(Hand Evaluation and Standardization Committee)" 에 의해 개발된 방법인, "HESC Standard of Hand Evaluation - Second Edition"을 사용하여, 촉감 특성의 평가를 주관적으로 평가하였다. 본 방법의 시료와 표준 기준 시료를 손으로 만지는 동안 손가락에 느껴지는 감각적 느낌을 비교하여 표본을 평가하였다. 이러한 특성은 뻣뻣함(stiffness), 매끄러움(smoothness), 두툼함(fullness), 유연함(softness), 깔깔함(crispness), 밀착감(compression) 등을 포함한다. THV(종합 손 감각 평가치; Total Hand Value) 등급은 1 내지 5로 주어지고, 5는 매우 우수, 1은 매우 불량을 나타낸다.

실시예 A 내지 I - 다중 로브 단면 연구

용융 방사 가공 능(melt-spinning process ability)에 대해, 상이한 다중 로브 단면을 조사하였다. 폴리아미드 6.6 펠릿을 시료에 사용하였다. 헥사메틸렌디아민과 아디프산을 주로 함유하는, 나일론 염의 중합으로부터 폴리아미드 6.6 펠릿을 제조하였다. 본원에 개시된 방법에 따라 측정된, IVN(점도 지수)은 128 내지 132이고, ATG(아민 말단 기)는 40 내지 45이다. 다중 필라멘트 실을 제조하였다. 시료에 관한 요약을 표 2에 나타낸다.

실시예 1 내지 8 - 편평형 실 시료

PA 5.6 - 실시예 1, 2, 3 및 6

실시예 2 및 3의 다중 로브 단면을 함유하는 방사구를, 또는 실시예 1 및 6의 둥근 구멍을 함유하는 방사구를 사용하여, 용융 방사 압출에 의해 폴리아미드 5.6 펠릿으로부터 폴리아미드 5.6 섬유를 제조하였다. 폴리아미드 5.6 펠릿은 Cathay Biotech로부터 상표명 Terryl^®로 시판되는 폴리아미드이다. 본원에 개시된 방법에 따라 측정된, IVN은 138 내지 142이고, ATG는 38 내지 42이며, 및 CTG는 65 내지 75이다.

단계 a1에서, 폴리아미드 조성물을 건조 펠릿의 형태로 스크루 압출기 입구에 공급하였다. 단계 a2에서, 스크루 압출기 내부(온도 약 290℃ 및 압출 압력 약 50 bar)에서 폴리아미드를 용융시키고, 균질화하고, 가압하였다. 이어서 단계 a3에 따라, 용융 폴리아미드 배합물을 방사 팩 압력 약 200 bar, 및 방사 팩 유속 약 5 ㎏/h에서 다중 필라멘트 실로 방사하였다. 단계 a4에서, 폴리아미드 섬유 배합물을 고화하고, 약 4200 m/분의 속도로 보빈에 감았다.

PA 6.6 - 실시예 4, 5 및 7

상기 실시예 1, 2, 3 및 6에 기술된 바와 동일한 방법으로, 실시예 5의 다중 로브 단면 구멍을 포함하는 방사구, 또는 실시예 4 및 7의 둥근 구멍을 포함하는 방사구를 사용하는 용융 방사 압출에 의해 폴리아미드 6.6 펠릿으로부터 폴리아미드 6.6 섬유를 제조하였다.

헥사메틸렌디아민 및 아디프산을 주로 함유하는 나일론 염의 중합으로부터 폴리아미드 6.6 펠릿을 제조하였다. 본원에 개시된 방법에 따라 측정된 바에 의하면, IVN(점도 지수)은 128 내지 132이고, ATG(아민 말단 기)는 40 내지 45이다.

PA 6.10 - 실시예 8

상기 실시예 1, 2, 3 및 6에 기술된 바와 동일한 방법으로, 둥근 구멍을 포함하는 방사구를 사용하여, 용융 방사 압출에 의해 폴리아미드 6.10 펠릿으로부터 폴리아미드 6.10 섬유를 제조하였다. 폴리아미드 6.10 펠릿은 Solvay Group으로부터 상표명 STABAMID^ⓒ로 시판되는 폴리아미드이다. 본원에 개시된 방법에 따라 측정된, IVN은 102 내지 118이고, ATG는 49 내지 57이다.

실시예 1.1 내지 4.2 - 텍스처 실 시료

상기 수득된 다중 필라멘트 실(시료 1, 2, 4, 5, 6 및 7)을 추가로 텍스처라이징하여 선밀도 1×80f68 dtex로 만들었다(실시예 1.1, 2.1, 4.1, 5.1, 6.1 및 7.1). 상기 수득된 다중 필라멘트 실(시료 1 및 4)을 추가로 텍스처라이징하여 선밀도 2×80f68 dtex(시료 1.2 및 4.2)로 만들었다.

상기 실시예들 모두에 있어서, 수분 관리 능력 시험을 수행하기 위해 유사한 편물 직물을 제조하였다. 시료에 관한 세부사항 및 기계적 결과에 대한 요약을 이하 표에 제시한다.

결과

1. 다중 로브 단면의 가공성 연구

2. 폴리아미드의 흡습성 연구

3. 편평형 실 시료의 수분 관리 능력 연구

4. 텍스처 실 시료의 수분 관리 능력 연구

5. 직물의 수직 위킹

6. 손으로 만질 시 특성에 대한 단면의 영향 연구

결론

첫 번째로, 가장 적당하게 고려되는 가공성을 선택하기 위해, 몇몇 단면을 조사하였다(표 2). 로브 간 각도가 120°인 다중 로브 배열이 최선의 용융 방사 성능을 보였다(시료 A,B,C,D,F). 반면에 편평 단면 또는 낮은 대칭성의 단면은 좋지 않은 가공성을 보였다(시료 E,G,H). 따라서, 시료 "A" 및 "B"를 본 발명의 쾌적함 관리 능력 실험을 위해 사용하였다.

두 번째로, 3 개의 폴리아미드의 흡습성을 분석하였고, 폴리아미드 5.6이 최선의 결과를 나타냈다. 사실, 흡습성은 놀랍게도 높은 것으로 드러났다(5.1%의 표 3의 시료 1.2).

그 다음, 수분 흡수, 수분 건조, 및 수분 위킹으로 칭하여지는 수분 관리 특성을 편평형 실을 대상으로 관찰하였으며, 그 결과를 표 3에 요약하였다. 시료 2(본 발명)와 시료 4(비교예)의 비교 시, 수분 건조 속도는 79% 증가하였고, 수분 흡수는 89% 향상되었으며, 수분 위킹 속도는 26배(또는 2600%) 증가함이 관찰되었다. 더 적고 더 굵은 필라멘트들로 이루어진 실, 예컨대 (필라멘트당 dtex가 더 큰) 100f23는, 더 많고 더 가는 필라멘트들로 이루어진 실(100f68)보다 피부에 대해 덜 쾌적한 경향을 보였다. 그러나, 시료 6 및 7(100f23)의 결과는, 폴리아미드 5.6의 흡습 특징으로 인해 매우 우수한 수분 관리 능력을 나타냈으며(예를 들어 수분 흡수는 96% 더 크고, 수분 위킹 속도는 78배 더 빠름), 다중 로브 단면의 부가로 더욱 높아질 것이 기대된다. 따라서, 위킹 특성은 대폭 향상되었다.

시료 1(대조군)과 시료 2(본 발명)의 비교에 의해, 변형된 다중 로브 단면은 이러한 향상에 유의미한 역할을 하였으며, 수분 건조 속도는 9%, 수분 흡수는 40%, 수분 위킹 속도는 24% 증가하였음이 확인되었다. 폴리아미드 6.10(시료 8)의 결과 또한 비교예로서 제시되었으며; 매우 낮은 친수성으로 인해 매우 좋지 않은 결과를 얻었다.

텍스처 실(표 5)에 대하여 동일한 특성을 분석하였다. 텍스처 실은 더 많은 주름, 텍스처, 용적, 연신 및 꼬임을 가졌으며; 따라서 더 우수한 부드러움, 쾌적함, 단열을 제공하였고, 피부에도 더욱 쾌적함을 제공하였다. 시료 2.1(본 발명)과 4.1(비교예)의 결과는, 수분 건조 속도에서 15%, 수분 흡수에서 22%, 수분 위킹 속도에서 46% 향상되었음을 보여준다. 시료 1.1과 2.1의 비교 시, 수분 건조 속도에서 9%, 수분 흡수에서 11%, 위킹 속도에서 7% 증가하여, 다중 로브 단면은 이 증가에 또한 기여하였다. 더 적은 필라멘트(6.1) 및 2 배의 플라이(1.2)를 갖는 실의 결과는, 시료 7.1 및 4.2와 관련하여 각각 유의미한 향상을 나타냈다. 용어 2×80f68는, 텍스처라이징 과정 중 2 개의 실이 결합하고; 따라서 선밀도가 1×80f68의 선밀도의 2 배인 것을 의미한다.

추가로, 다중 로브 단면의 효과를 이해하기 위해 중력을 고려한 수직 위킹 시험 또한 수행하여, 위킹 특성을 추가로 분석하였으며, 다시 표 6의 결과들(시료 1 및 2)을 비교함으로써, 놀랍게도 29%의 증가가 수득되는 실질적인 향상이 달성되었음을 관찰하였다.

또한 표 7의 결과로부터, 본 발명의 단면 프로필은 더 작은 굴곡 강도, 바람직한 굽힘 방향, 및 더 낮은 실 패키징 밀도 때문에 섬유를 손으로 만질 시의 섬유의 감각 및 부드러움을 개선한 것으로 결론 내릴 수 있었다.

그러므로, 결과들에 따라, 고유의 흡습 및 쾌적함 특성을 갖는 신규 폴리아미드가 본 발명에 개시되어 있으며, 이 폴리아미드 물품은 단면이 둥근 비흡습성 폴리아미드로 제조된 물품보다 더 높은 수분 흡수 속도, 위킹 및 건조를 나타냄을 확인할 수 있다. 게다가, 더 큰 표면적 및 모세관 현상을 갖는 단면과 흡습성 간의 상승 작용은 수분 건조 속도를 높이고, 그 결과 착용자는 심지어 심한 발한 후에도 건조 및 쾌적함을 느낀다. 결과를 이하에 요약한다:

수분 건조 속도

PA 5.6 (7 개 로브) >>> PA 6.6 0 (편평형)

PA 5.6 (7 개 로브) >> PA 6.6 0 (텍스처)

수분 흡수 시간

PA 5.6 (7 개 로브) >>> PA 6.6 0 (편평형)

PA 5.6 (7 개 로브) >> PA 6.6 0 (텍스처)

수분 위킹 속도

PA 5.6 (7 개 로브) >>>>> PA 6.6 0 (편평형)

PA 5.6 (7 개 로브) >> PA 6.6 0 (텍스처)

폴리아미드 섬유와 그로부터 제조된 물품의 전반적인 이점은 하기를 포함한다:

- 축축한 느낌 없는 땀의 흡수, 및 이상적인 미세 기후 단열 유지를 위한, 최적의 흡습성.

- 피부로부터 밖으로 땀의 효율적인 수송을 위한, 향상된 위킹 속도.

- 피부 건조의 유지 및 불쾌한 운동 후 한기의 방지를 위한, 빠른 건조 속도.

- 폴리아미드 물품의 기계적 및 화학적 특성은 유의하게 변하지 않는다.

- 본 발명은 간단하고, 종래의 널리 공지된 압출 기계를 이용한다.

- 본 발명의 단면 프로필은 또한 개시된 신규 다중 로브 단면의 특징들 때문에 섬유의 손으로 만질 시 느낌 및 부드러움을 향상시킨다.

Claims (21)

1. 폴리아미드 5.X(여기서 X는 4 내지 16의 정수임) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 생물 기반 지방족 폴리아미드인 흡습성 폴리아미드를 포함하는, 향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 폴리아미드 섬유로서, 상기 섬유는 적어도 3 개의 합체 중심 및 적어도 7 개의 동일 치수의 장방형 로브를 갖고, 각각의 합체 중심은 인접하는 동일 치수의 장방형 로브들 간에 120°의 각도로 3 개의 동일 치수의 장방형 로브를 연결하는 것을 특징으로 하는 다중 로브 단면을 갖는 것인, 폴리아미드 섬유.
2. 제1항에 있어서, 흡습성 폴리아미드는 X가 4 내지 16의 짝수인 정수, 또는 6 또는 10인 폴리아미드 5.X인, 폴리아미드 섬유.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 흡습성 폴리아미드는 폴리아미드 5.6인, 폴리아미드 섬유.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유는 섬유의 총 중량을 기준으로, 75 중량% 초과, 85 중량% 초과, 또는 95 중량% 초과의 흡습성 폴리아미드를 포함하는 것인, 폴리아미드 섬유.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다중 로브 단면은 3 개 내지 6 개의 합체 중심을 갖고, 각각의 합체 중심은 인접하는 로브들 간에 120°의 각도로 3 개의 동일 치수의 장방형 로브를 대칭 연결하는 것인, 폴리아미드 섬유.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다중 로브 단면은 3 개의 합체 중심을 갖고, 각각의 합체 중심은 인접하는 로브들 간에 120°의 각도로 3 개의 동일 치수의 장방형 로브를 대칭 연결하는 것인, 폴리아미드 섬유.
7. 제1항에 정의된 바와 같은 향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 폴리아미드 섬유의 수득 방법으로서, 상기 폴리아미드 섬유는 제1항에 정의된 바와 같은 흡습성 폴리아미드를 포함하는 폴리아미드 조성물을 용융 방사 압출함으로써 수득되는 것인, 폴리아미드 섬유의 수득 방법.
8. 제7항에 있어서, 용융 방사 압출은
   a1. 흡습성 폴리아미드를 포함하는 폴리아미드 조성물을 용융물, 펠릿 또는 분말 형태로 스크루 압출기 입구에 공급하는 단계,
   a2. 폴리아미드 조성물을 용융, 균질화 및 가압하는 단계,
   a3. 용융된 폴리아미드 조성물을 섬유로 방사하는 단계,
   a4. 섬유를 냉각하고 감는 단계
   를 포함하고,
   여기서, 단계 a3는 다중 로브 구멍(orifice)을 포함하는 적어도 하나의 방사구(spinneret)를 통해 달성되며, 각각의 구멍에는 적어도 3 개의 합체 중심 및 적어도 7 개의 동일 치수의 장방형 로브가, 인접하는 동일 치수의 장방형 로브들 간에 각도 대칭을 이루며,
   여기서, 섬유는 합체에 의해 수득되며, 각각의 합체 중심은 인접하는 동일 치수의 장방형 로브들 간에 120°의 각도로 3 개의 동일 치수의 장방형 로브를 연결하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 다중 로브 구멍은 3 개 내지 6 개의 합체 중심을 갖고, 각각의 합체 중심은 인접하는 로브들 간에 120°의 각도로 3 개의 동일 치수의 장방형 로브를 대칭 연결하는 방법.
10. 제8항에 있어서, 다중 로브 구멍은 3 개의 합체 중심을 갖고, 각각의 합체 중심은 인접하는 로브들 간에 120°의 각도로 3 개의 동일 치수의 장방형 로브를 대칭 연결하는 방법.
11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    b1. 섬유를 패키지로부터 꺼내어 배달 롤(delivery roll)에 통과시키는 단계,
    b2. 섬유를 히터에 통과시킨 다음, 냉각 구역에 보내는 단계,
    b3. 섬유를 회전 디스크(마찰 골재(friction aggregates))를 포함하는 스핀들(spindle)에 통과시키는 단계,
    b4. 혼합 지점(intermingling point) 및 코닝 유를 섬유에 적용하는 단계,
    b5. 섬유를 보빈에 감는 단계
    (여기서, 드로잉 비(drawing ratio)는 단계 b1 및 단계 b5의 속도 비를 바꿈으로써 섬유에 제공됨)
    를 포함하는 헛꼬임 텍스처라이징 공정을 추가로 포함하는 것인, 방법.
12. 제1항에 정의된 바와 같은 향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 폴리아미드 섬유를 포함하거나, 또는 제1항에 정의된 바와 같은 흡습성 폴리아미드를 포함하는 폴리아미드 조성물을 용융 방사 압출함으로써 수득되는 상기 폴리아미드 섬유의 수득 방법으로부터 수득된 폴리아미드 섬유를 포함하는 폴리아미드 물품.
13. 제12항에 있어서, 폴리아미드 물품은 상기 폴리아미드 섬유 또는 상기 방법으로부터 수득된 폴리아미드 섬유로부터 제조된 섬유, 짧은 섬유(staple fiber), 부스러기(flock), 직조, 편물 또는 부직 천, 또는 직물(textile) 물품인 폴리아미드 물품.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 폴리아미드 물품은 (파괴 시) 인성이 20 내지 80 cN/Tex이고, (파괴 시) 신율은 20 내지 90%이며, 선밀도는 40 내지 300 dtex이고, 필라멘트당 dtex는 0.1 내지 5.0인 편평형 또는 텍스처 다중 필라멘트 실인, 폴리아미드 물품.
15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 폴리아미드 물품은, 폴리아미드 직물의 단위 면적당 질량이 200 g/㎡ 미만 또는 150 g/㎡ 미만인 직물인 것인, 폴리아미드 물품.
16. 제12항 또는 제13항에 있어서, 폴리아미드 물품은 직물 물품 또는 직물 물품의 일부이고, 폴리아미드 물품은 직물 물품의 총 중량을 기준으로 적어도 30 중량%를 차지하는 것인, 폴리아미드 물품.
17. 제12항 또는 제13항에 정의된 바와 같은 폴리아미드 물품의 수득 방법으로서, 제1항 또는 제2항에 정의된 바와 같은 향상된 쾌적함 관리 능력을 갖는 폴리아미드 섬유 또는 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 방법으로부터 수득된 폴리아미드 섬유를 정경, 편물뜨기, 직물짜기, 부직 공정, 의복 제작 또는 이들의 조합에 의해 변형시키는 것인, 폴리아미드 물품의 수득 방법.
18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리아미드 섬유로부터 제조된 폴리아미드 물품의 쾌적함 관리 능력을 증가시키는 데 사용되는 폴리아미드 섬유.
19. 제18항에 있어서, 폴리아미드 물품은 직물 물품인, 폴리아미드 섬유.
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