KR20000006305A

KR20000006305A - 정형외과용캐스팅테이프및이의제조방법

Info

Publication number: KR20000006305A
Application number: KR1019990023125A
Authority: KR
Inventors: 김태헌; 이일웅; 고명석; 배철민
Original assignee: 김윤; 주식회사 삼양사
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1999-06-19
Publication date: 2000-01-25
Also published as: KR100297803B1

Abstract

본 발명은 정형외과용 캐스팅 테이프 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 체인스티치 및 위사방향으로 레이인되는 폴리에스테르 섬유, 체인스티치를 연결하는 신장섬유 및 탄성섬유로 구성된 경편물을 열수축시켜 만든 지지체에, 수경화성 폴리우레탄 프리폴리머를 도포함으로써, 다방향의 신축성 및 신체 적합성이 우수하고 캐스팅시 신체에 대한 압박감을 개선할 뿐만 아니라, 종래의 기본적인 유해문제를 일으키는 유리섬유를 지지체의 구성요소로 사용하지 않더라도 유리섬유 제품수준의 파쇄강도를 유지하며, 보관중 도포된 수지가 편재화되는 현상을 감소시킬 수 있는 정형외과용 캐스팅 테이프에 관한 것이다.

Description

정형외과용 캐스팅 테이프 및 이의 제조방법{Orthopaedic casting tape and processing method thereof}

신체의 골절부위를 고정하기 위한 방법으로 석고붕대(Plaster of Paris)를 비롯하여 다양한 방법들이 개발되어 사용되고 있다.

그 중에서 가장 오랫동안 이용되어온 방법으로는 석고붕대를 이용한 고정방법이 있는데, 이는 캐스팅 준비단계에서 물과 반죽하여야 한다는 이용상의 번거로움 뿐만 아니라, 중량에 대한 강도(Strength-to-weight ratio)가 낮아 목적으로 하는 강도를 유지하기 위해서는 많은 양의 캐스팅이 필요하게 되어 환자의 활동이 불편하며 수분과 접촉시에 파쇄강도가 약화되는 단점을 가지고 있다. 또한 통풍성이 나빠서 상처부위의 수분증발이 어렵기 때문에 가려움증을 나타내며, 엑스선(X-ray) 투과성이 나쁘기 때문에 치료의 진행상황을 정확하게 파악하기가 어려운 단점이 있다.

이와 같은 석고붕대의 단점을 보완하기 위하여 많은 연구가 진행되어 왔고, 최근에는 석고붕대를 대체할 수 있는 새로운 형태의 붕대 또는 합성 캐스팅 테이프가 개발된 바 있다.

먼저, 미국특허 제 3,241,501 호 및 제 3,881,473 호에서는 직물 또는 편물형태의 지지체에 자외선 경화가 가능한 물질을 코팅한 형태의 캐스팅 테이프가 보고되었다. 그러나, 이러한 방식의 경화는 캐스팅 단계에서 자외선 램프를 필요로 하며 완전 경화에 긴 시간을 요구한다는 단점이 있다.

이러한 상기 문제점을 보완하기 위해서 미국특허 제 3,932,526 호에서는 에폭시 수지와 물의 반응에 의해서 경화가 일어남으로써 상처부위를 고정시키는 방법을 제시하였고, 미국특허 제 4,131,114 호, 제 4,376,438 호, 제 4,411,262 호 및 제 4,502,479 호에서는 유리섬유 등의 지지체에 폴리우레탄 수지를 코팅하여 석고붕대처럼 물에 담근 후 꺼내어 상처부위에 감으면 경화가 일어나 골절부위를 고정시키는 합성 캐스팅 테이프에 대하여 기술하고 있다.

상기의 특허중 미국특허 제 4,502,479 호에서는, 합성 캐스팅 테이프의 지지체로서 8×10⁶psi 이상의 모듈러스를 지닌 유리섬유 및 폴리아라미드계열의 섬유가 적합하다고 기술하고 있는데, 이는 이러한 재료가 갖는 굽힘강성에 의한 우수한 파쇄강도 및 충격강도에 기인한 것으로서, 이중 유리섬유를 이용한 경편물이 캐스팅 테이프의 지지체로서 유용함을 주장하였다. 그러나, 유리섬유 편직물은 재료 자체의 신축성 부족으로 인해 신체 굴곡부위에 대한 적합성 즉, 신체 적합성이 부족하고, 경편기에 의한 편직물 제조 및 캐스팅 테이프의 제거단계에서 발생하는 유리섬유 분진으로 인해 호흡기 질환 및 암을 야기시킬 가능성이 있으며, 병원의 소각로에서 소각되지 않아 환경문제를 야기시키는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 다양한 후가공 공정의 개발 및 유연성을 지닌 소재를 도입함으로써 신체 적합성을 향상시키거나 나아가 다른 섬유재료로서 유리섬유를 대체하려는 연구가 진행되고 있다.

미국특허 제 4,668,563 호에서는 8×10⁶psi 이상의 고모듈러스 섬유와 탄성섬유의 조합으로 이루어진 캐스팅 테이프용 지지체에 대해 기술하고 있으며 대표적인 예로 고모듈러스 섬유로서 유리섬유, 폴리아라미드 섬유와 탄성섬유로서 고무, 폴리우레탄 탄성섬유를 이용하였다. 이 경우에는 탄성섬유의 탄성유지율에 의해 제품의 보존기간(Shelf life)이 결정되게 된다. 그러나, 상기 특허와 같이 제품의 신축성이 탄성섬유로 결정되는 경우, 롤 형태로 감겨져 있는 제품의 형태상 탄성섬유는 경사방향으로의 장력을 지속적으로 받게 되기 때문에 장기간 보관시 탄성을 소실하게 된다. 또한 경사방향의 신축성은 우수한 반면 위사방향 및 기타방향으로의 신축성은 위사방향으로 레이인되는 구조에 의해 결정되기 때문에 신체굴곡부위에서 충분히 인장되지 않아 완전히 접착되지 않는 경우가 생기며 탄성섬유의 높은 회복력으로 인해 신체 부위에 압박을 야기시킨다. 또한, 이 발명 역시 유리섬유를 사용하기 때문에 야기되는 여러 가지 문제들을 가진다.

유리섬유를 대체하기 위한 발명으로서, 미국특허 제 5,027,804 호에서는 열수축율이 낮은 폴리에스테르 섬유나 폴리프로필렌 섬유를 기반으로 열수축 정도가 큰 폴리에스테르 섬유, 폴리아마이드 섬유를 경사방향의 루프로 사용하여 열처리한 형태의 지지체를 보고하였으며, 미국특허 제 5,256,134 호 및 제 5,382,466 호에서는 개개의 웨일(Wale)이 탄성섬유의 루프 또는 비탄성 섬유의 루프로 구성된 스티치(Stitch)를 포함하는 부목붕대용 지지체를 개발하였다. 또한, 미국특허 제5,403,267 호에서는 저모듈러스의 폴리프로필렌 섬유와 폴리우레탄 섬유를 사용한 부목붕대용 지지체를 보고하였다. 그러나, 이상의 발명들에서는 저모듈러스의 섬유를 사용함으로 인해 파쇄강도가 약하고, 높은 섬도의 섬유를 사용함에 따라 지지체의 두께가 두꺼워져 캐스팅 작업시 불편함을 초래하며, 경화 후 부피가 커지는 단점을 지닌다. 또한, 파쇄강도를 높이기 위해 과량의 폴리우레탄 수지를 지지체에 도포함으로 인해 캐스팅 후 기포가 과다하게 생성되어 경화 후 캐스트의 표면이 매우 거칠어지는 문제가 있으며, 지지체의 수지 유지능력이 낮아 장기간 동안 제품을 보관할 경우 수지가 한쪽으로 몰리게 되는 편재화 현상이 발생하게 된다. 또한, 경사방향으로 탄성섬유를 사용하여 신축성을 높였기 때문에 상기 미국특허 제 4,668,563 호와 동일한 탄성섬유의 탄성 상실에 의한 보존기간의 감소, 캐스팅시 신체 부위에 대한 압박 및 부분적인 신체 적합성 부족 등의 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 체인스티치 및 위사방향으로 레이인되는 폴리에스테르 섬유, 체인스티치를 연결하는 신장섬유 및 탄성섬유로 구성된 경편물을 열수축시켜 만든 지지체에, 수경화성 폴리우레탄 프리폴리머를 도포함으로써, 다방향의 신축성 및 신체 적합성이 우수하고 캐스팅시 신체에 대한 압박감을 개선할 뿐만 아니라, 종래의 기본적인 유해문제를 일으키는 유리섬유를 지지체의 구성요소로 사용하지 않더라도 유리섬유 제품수준의 파쇄강도를 유지하며, 보관중 도포된 수지가 편재화되는 현상을 감소시킬 수 있는 정형외과용 캐스팅 테이프를 제공하는데 그 목적이있다.

도 1은 4 바아의 편성조직을 갖는 지지체를 나타낸 예이다.

도 2는 3 바아의 편성조직을 갖는 지지체를 나타낸 예이다.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 : 체인스티치 구조

2 : 체인스티치의 연결 구조

3 : 위사방향의 레이인 구조

4 : 체인스티치에 삽입된 구조

본 발명은 지지체상에 수경화성 프리폴리머가 도포되어 이루어진 캐스팅 테이프에 있어서,

체인스티치 및 위사방향으로 레이인되는 폴리에스테르 섬유, 체인스티치를 연결하는 신장섬유, 및 탄성섬유로 구성된 경편물을 열수축시켜 만든 지지체상에, 수경화성 폴리우레탄 프리폴리머가 도포되어 이루어진 캐스팅 테이프를 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 캐스팅 테이프를 제조하는 방법에 있어서,

체인스티치 및 위사방향으로 레이인되는 폴리에스테르 섬유, 체인스티치를 연결하는 신장섬유 및 탄성섬유로 구성된 경편물을 60 ∼ 140 ℃ 온도에서 1 ∼ 5분 동안 열수축시켜 지지체를 제조한 후, 상기 지지체상에 수경화성 폴리우레탄 프리폴리머 45 ∼ 65 중량%를 도포하는 캐스팅 테이프의 제조방법을 포함한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 폴리에스테르 섬유로서 체인스티치 및 위사방향으로의 레이인 구조를 가지며, 체인스티치를 연결하는 신장섬유에 의해 다방향으로 신축성을 갖고, 편직물의 경사방향으로 신축성을 부여하기 위한 탄성섬유로 구성된 경편물을 코팅전 공정에서 열수축을 통해 신축성을 높이고 압박감을 최소화한 상태의 지지체를 얻고, 이러한 지지체상에 수경화성 프리폴리머를 도포함으로써, 다방향의 신축성및 신체 적합성이 우수하고, 캐스팅시 신체에 대한 압박감이 없으며, 두께가 얇으면서도 단위평방미터당 200 g 이상의 평량을 유지하여 파쇄강도가 우수하며, 보관중 도포된 수지가 편재화되는 현상이 감소된 캐스팅 테이프와 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 캐스팅 테이프 각각의 구성요소와 그 작용을 서술하면 다음과 같다.

1. 지지체

기존의 유리섬유 지지체를 이용한 캐스팅 테이프는 완전히 경화한 후의 파쇄강도면에 있어서는 매우 우수한 특성을 나타낸다. 그러나, 유리섬유의 굽힘 강성이 높아 신체 적합성이 떨어지며 X-ray 투과성이 낮고 지지체 제조 및 캐스팅 톱(Saw)를 이용한 제거작업시 발생하는 유리섬유 분진으로 인해 흡입설비가 요구될 뿐만 아니라, 사용 후 소거가 불가능하다는 등의 문제점을 안고 있다. 이에 본 발명에서는 합성 유기섬유(Synthetic organic fibers)를 사용함으로써, 기존의 유리섬유를 사용한 캐스트의 단점을 극복하였다.

먼저, 합성 유기섬유를 캐스팅 테이프 지지체의 재료로 사용함에 있어 고려해야 할 점으로는 섬유의 수분율, 모듈러스, 강신도, 밀도와 섬도를 들 수 있는 바, 이를 상세히 하기로 한다.

먼저, 섬유의 수분율은 지지체에 도포된 수경화성 수지를 반응하는 요인으로 작용하므로 캐스팅 테이프의 보존기간에 영향을 미치게 된다. 따라서, 본발명에서는 0.5 중량% 이하의 낮은 공정 수분율을 갖는 폴리올레핀 및 폴리에스테르계열의 섬유가 적합하다.

모듈러스와 강신도는 섬유의 역학 특성을 나타내는 항목으로서 캐스팅 테이프의 경화후 파쇄강도를 결정하는 요인중 하나다. 일반적인 섬유강화 복합재료에 있어 함유된 섬유의 모듈러스가 높으면 강도를 증가시키는 것으로 알려져 있으나 캐스팅 테이프의 경우에 있어서는 강도는 증가하는 반면, 신체 적합성을 저하시키게 된다. 반대로 낮은 모듈러스와 강신도를 갖는 섬유로 구성된 지지체를 사용할 경우에는 경화후 파쇄강도가 낮아지는 단점을 가진다. 이에, 본 발명에서는 일반 의류용 섬유에 비해 높은 50 ∼ 120 g/den, 바람직하게는 60 ∼ 110 g/den의 모듈러스를 갖고, 2 ∼ 10 g/den, 바람직하게는 5 ∼ 8 g/den의 인장강도를 갖는 섬유를 사용한다.

섬유의 밀도와 섬도는 제조된 지지체의 두께 및 단위 면적당 무게인 평량을 결정짓게 된다. 일반 유기섬유로 제조된 캐스팅 테이프의 경우, 모듈러스가 낮기 때문에 경화후 파쇄강도를 유지하기 위해서는 유리섬유 지지체에 비해 보다 많은 양의 수경화성 수지가 요구된다. 따라서, 지지체 역시 수지의 유지율이 높은 지지체가 요구되는데, 그러기 위해서는 적절한 밀도와 섬도의 섬유를 사용하여 일정 수준 이상의 평량을 얻는 것이 필요하다.

한편, 지지체의 두께는 시술자의 캐스팅 작업 및 환자의 활동성에 영향을 주는 요소이다. 일반적으로 무릎 아래부분에서 발전체를 캐스트하는 경우에 중량이 가해지지 않는 종아리 부분에는 4겹, 발목부분부터 발아래까지는 6겹을 감게된다. 그런데, 일반 유기섬유를 사용한 캐스트 제품의 경우 파쇄강도가 약하기 때문에 위에 제시된 기준보다 2 ∼ 3회를 더 감아야 하며 이는 환자에게 불편함을 느끼게 한다. 그러나, 본 발명에 따른 제품은 파쇄강도가 유리섬유와 유사한 수준을 유지하기 때문에 일반 유리섬유 제품과 같은 수준으로 적용이 가능한 장점을 가진다. 그러기 위해서는 적절한 밀도와 섬도를 지닌 섬유를 선정하여 지지체의 평량을 200 g/㎡ 이상, 보다 바람직하게는 220 g/㎡ 이상의 평량이 되게 하여야 한다. 이에, 본 발명에서는 폴리올레핀계에 비해 밀도가 높은 폴리에스테르계를 사용하였으며 섬도는 200 ∼ 1000 데니어, 보다 바람직하게는 300 ∼ 600 데니어의 역학적 물성이 적합한 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리(1,4-시클로헥산디메틸테레프탈레이트 및 폴리(에틸렌옥시벤조에이트) 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용한다.

본 발명에서 사용되는 신장섬유(Stretch yarn)는 지지체에 신체 적합성을 부여하기 위해 폴리에스테르 체인스티치를 연결해 주는 역할을 하는데, 이러한 신장섬유(Stretch yarn)는 일반 유기섬유의 열가소성을 이용하여 제조된 섬유이다. 즉, 일반섬유에 한쪽 방향으로 변형을 가한 상태에서 열고정(Heat-set)시킨 후 변형을 제거함으로서 신축성을 부여하는 기술에 의해 제조된 섬유로서 일반섬유에 비해 소변형에 대한 신축성과 회복력이 우수한 스프링 구조를 가짐을 특징으로 한다.

이러한 신장섬유를 만드는 일반적인 원리는 크게 3가지를 들 수 있다. 첫번째 방법은 가연법(False-twisting method)으로 섬유에 한쪽방향으로 꼬임을 준 상태에서 열고정한 후 꼬임을 풀어줌으로서 벌키(Bulky)한 형태의 구조를 만들어신축성을 부여하는 방법이다. 두번째 방법은 핫 나이프법(Hot knife method)으로서 섬유의 한쪽면에만 열을 가해 섬유의 양면을 서로 열이력이 다른 이중구조(Bicomponent structure)로 만드는 방법이다. 세 번째 방법은 스터프 박스법(Stuffer box method)으로 섬유의 권취속도를 진입속도보다 낮춘 상태에서 열 챔버(Chamber)를 통과시킴으로서 섬유에 인위적인 크림프(Crimp)를 부여하는 방법이다. 이러한 원리하에서 열 챔버대신 에어 젯(Air jet)을 이용해 크림프를 부여한 섬유를 텍스쳐링 가공사라고 부른다. 이상의 신장섬유는 화학적인 구조에 의해 높은 신축성과 회복력을 갖는 탄성섬유(Elastomeric fiber)와는 구분된다[Man Made Fibers, 6th ed., 486∼487, 712∼713 페이지, Newnes-Butter worths].

일반적으로 캐스팅 테이프용 지지체에서 위사방향의 신축성은 편직물 제조시 위사방향으로 레이인(Lay in)되는 섬유의 조직에 따라 결정된다. 그러나, 이와 같은 구조에 의한 신축성은 주변 섬유들간의 마찰에 의해 제약을 받게 되며 위사방향만으로 작용한다는 단점을 가진다. 이에, 본 발명에서는 체인스티치간에 신장섬유를 연결하여 위사방향 뿐 아니라, 경사 및 대각선 방향으로도 신축성을 부여하였다. 이때 체인스티치간의 연결은 직선 또는 지그재그 형태로 할 수 있으며 보다 바람직하게는 지그재그 형태이다. 따라서, 다방향의 신축성 및 신체 적합성을 향상시켜 기존 탄성섬유를 사용한 지지체에 있어 위사방향 및 대각선방향으로 신축성이 부족하여 신체에 부분적으로 적합되지 않는 현상을 개선하였다. 이 경우 사용되는 신장섬유로는 폴리에스테르 가연사 또는 텍스쳐링 가공사, 나일론 가연사 또는 텍스쳐링 가공사 등이 바람직하며, 보다 바람직하게는 폴리에스테르 텍스쳐링 가공사가 적합하며 30 ∼ 100 데니어 범위의 섬도가 적당하다. 또한, 체인스티치간의 연결형태는 지그재그 형태로 연결될 경우에 다양한 형태의 신축성을 부여할 수 있다. 한편, 지지체의 신축성은 지지체에 1 인치폭당 680 g의 인장하중을 기준으로 하여 측정하는데, 이와 같이 신장섬유에 의해 체인스티치를 연결한 형태의 구조는 경사방향으로 10 ∼ 30%, 위사방향으로 10 ∼ 60%, 대각선방향으로 30 ∼ 80%의 신축성을 가지게 된다. 이러한 구조적인 신축성은 기존 탄성섬유를 사용한 선행기술의 문제점인 캐스팅 테이프를 롤형태로 장기간 보관시 발생하는 경사방향의 장력에 의한 탄성섬유의 탄성손실의 문제를 보완하는 역할을 하게 된다.

유리섬유를 이용한 캐스팅 테이프의 경우에는 유리섬유의 높은 모듈러스에 의한 굽힘강성에 의해 지지체와 수경화성 수지의 무게비가 6 : 4의 비율을 가질 경우에 바람직한 수준의 경화후 파쇄강도를 가지게 된다. 이 경우에는 지지체에 대한 수지의 양은 상대적으로 낮아 지지체가 충분한 수지 유지능력을 가지게 되어 장기간 보관시에 수지가 한 쪽으로 모이는 편재화 현상은 나타나지 않는다. 그러나, 일반 유기섬유 캐스팅 테이프의 경우에는 지지체와 수경화성 수지의 무게비가 4 : 6 수준정도가 되어서야 비로서 바람직한 수준의 경화 후 파쇄강도를 나타내게 된다. 따라서, 수지의 양이 지지체의 무게보다 많기 때문에 지지체의 수지 유지능력이 적합하지 않으면 편재화 현상이 발생하게 된다. 이로 인해 캐스팅시 수지가 모여 있는 부분에서는 과다한 수지양으로 인해 반응중 발생한 이산화탄소가 빠져나가지 못하고 표면에 버블(Bubble)형태로 모여 있게 되며, 심한 경우에는 폼(Foam)형태로 남아있게 되어 외관상 바람직하지 못하다.

상기한 바와 같은 수지가 한 쪽으로 모이는 편재화 현상는 일반적으로 지지체의 평량, 밀도의 균일성, 구성섬유의 수지 유지능력 등과 연관이 있는데, 본 발명에서는 먼저 신장섬유로서 지지체의 체인스티치를 연결하여 지지체 밀도를 균일하게 유지하였으며, 수지 유지능력이 큰 신장섬유를 사용하여 편재화 형상을 감소시킬 수 있다. 본 발명에 있어서의 지지체는 일정 수준 이상의 평량 즉, 200 ∼ 300 g/㎡의 지지체 평량이 요구되며, 보다 바람직하게는 220 ∼ 280 g/㎡의 평량의 지지체를 사용하여 편재화 현상을 감소시키고 유리섬유제품 수준의 파쇄강도를 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 지지체의 경사방향으로의 신축성을 부여하기 위해 탄성섬유로는 폴리우레탄 또는 폴리에스테르 탄성섬유를 사용한다. 이상의 탄성섬유는 커버링(covering)하거나 또는 커버링하지 않고 사용되는데 커버링은 면, 나일론, 폴리에스테르 등으로 이루어질 수 있으나, 바람직하게는 폴리에스테르 섬유를 사용한다.

한편, 미국특허 제 4,668,563 호에 따르면 경사방향으로 천연고무 또는 폴리우레탄 탄성섬유(스판덱스)를 사용하여 40 ∼ 200%의 경사방향 신장율을 부여할 수 있다고 보고하고 있으나, 천연고무와 폴리우레탄 탄성섬유의 경우, 높은 가역신도와 회복력으로 인해 환자의 신체부위에 시술될 때 압박을 가하게 되는 문제점을 가지게 된다. 더구나, 천연고무의 경우 100 데니어 이하를 제조하기 어려운 문제로 인해 폴리우레탄 탄성섬유에 비해 보다 큰 압박을 가지게 된다. 반면 폴리에스테르 탄성섬유는 400 ∼ 600%의 가역신도를 가지는데 이는 400 ∼ 800%의 가역신도를 가지는 폴리우레탄 탄성섬유에 비해 낮아 시술시 압박감이 덜 한 장점이 있다. 신체부위에 대한 압박을 나타낼 때 파워(Power)라는 개념을 적용하게 된다. 파워는 지지체를 일정 비율로 신장하는데 필요한 힘으로 정의되는 바, 캐스팅 테이프용 지지체의 경우 주로 10% 또는 30% 신장에 있어서 단위 인치폭당 걸리는 인장력으로 표시된다[단위 : g/인치폭]. 따라서, 압박감을 해소하기 위해 지지체의 파워는 10% 신장을 기준으로 하였을때, 150 g/인치폭 이하이여야 하며, 바람직하게는 50 g/인치폭 이하이다. 한편 지지체의 신축성은 경사방향으로 20 ∼ 80 %, 바람직하게는 30 ∼ 70 %이고, 위사방향으로 30 ∼ 100 %, 바람직하게는 40 ∼ 80 %이다. 따라서, 본 발명에서는 적합한 신장율을 가지기 위해서 탄성섬유로서, 디이소시아네이트와 폴리에스터 폴리올 또는 폴리에테르 폴리올의 중합체인 폴리우레탄 탄성섬유(예를들면, 톨루엔 2,6- 디이소시아네이트와 폴리테트라 에틸렌 에테르 글리콜과의 공중합체 또는 메틸렌 디이소시아네이트와 폴리테트라 에틸렌 에테르 글리콜과의 공중합체) 30 ∼ 100 데니어를 0.5 ∼ 3 중량%를 사용하거나, 또는 폴리알킬렌 테레프탈산과 폴리알킬렌 글리콜의 중합체인 폴리에스테르 탄성섬유(예를들면, 폴리알킬렌 테레프탈레이트와 폴리에틸렌 글리콜의 공중합체, 폴리알킬렌 글리콜과 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트의 공중합체) 50 ∼ 100 데니어를 0.5 ∼ 4 중량% 사용한다. 그러나, 일정 수준 이상의 신축성을 얻기 위해 편직시 탄성섬유의 장력을 낮추고 함량을 높일 경우에는 탄성섬유의 복귀력이높아져 50 g 이하의 파워를 갖기가 어려우며 파워를 낮추기 위해 탄성섬유의 장력을 높일 경우에는 충분한 신체 적합성을 갖기 어려우며 제품상태로 장기간 보관시 장력에 의한 탄성손실이 나타나게 된다.

따라서, 본 발명에서는 일정수준의 신축성 및 파워를 갖는 지지체를 코팅전 열수축 공정을 거침으로서 신축성을 높이고 파워를 낮추는 방법을 사용하는 바, 이를 상세히 하기로 한다.

본 발명에 의한 지지체는 수경화성 수지의 코팅전 신축성 향상 및 압박감 제거를 목적으로 건열수축 처리 또는 습열수축 처리후 건조공정을 거치게 된다.

이러한 열처리 공정을 거치면 폴리에스테르 섬유로 구성된 경사방향의 체인스티치 구조는 구성 섬유의 수축으로 인해 보다 조밀해진다. 이렇게 제조된 캐스팅테이프를 사출시 사용하면 지지체내의 체인스티치 루프가 탄성섬유보다 먼저 신장되는데 이후에 탄성섬유의 변형을 다시 회복되는 반면, 루프구조는 인장된 채로 유지되어, 신체에 대한 압박감을 감소시키게 된다.

건열수축 처리의 경우, 스터프 박스(Stuffer box)나 열풍건조기를 이용하게 되는데 원리면에서 이 두 가지 방법은 동일하다. 즉, 건조구간내에 통과하는 동안 진입속도를 배출속도보다 빠르게 하여 구간내의 지체시간을 이용한 열수축방법이다. 이 방법의 경우, 수축효과는 낮으나 건조의 효과를 동시에 가질 수 있는 장점이 있다.

습열수축 처리는 스팀(Steam)을 이용한 방법 또는 정련 및 염색기를 이용하여 물속에서 수축을 시키는 방법이다. 이러한 정련기나 염색기를 사용하는 습열수축 처리는 배치(Batch)타입의 프로세스로서 이 후에 건조공정을 두어야 하는 문제점을 가진다. 또한, 습열수축 처리는 수축효과는 우수하나 건조공정이 필요하며 폭방향으로도 수축이 진행되기 때문에 이를 보완할 수 있는 압착공정이 요구된다. 이에, 본 발명에서는 연속적인 형태인 건열수축 처리가 보다 바람직하다. 이때, 열수축은 룸(Room) 내부를 60 ∼ 140℃ 온도로 하여 1 ∼ 5분 동안 연속적으로 진행하는 방식으로 수행하여 10 % 이상의 수축효과 및 신축성 향상외에 현저한 파워감소 효과를 얻을 수 있다. 또한, 열건조 룸을 수지의 코팅구간 이전에 연결시킴으로서 연속적인 건조/수축/코팅이 가능한 장점이 있다.

한편, 캐스팅 테이프용 지지체를 제조하는 방법으로는 경사방향으로의 신축성이 우수한 경편물을 제조할 수 있는 라셀(Raschel) 또는 트리코트 경편기(Tricot warp knitting machine)를 이용한다. 본 발명에서는 니들(Needle)수가 1 인치당 6 ∼ 28개인 3바아 또는 4바아의 라셀 경편기를 사용하였다. 편성조직에서 기반이 되는 폴리에스테르 섬유는 체인스티치되는 바아 1이 되며, 체인스티치를 연결하는 바아 2에는 신장섬유가 사용되고, 위사방향으로 레이인되는 형태로서의 바아 3에는 바아 1에서 사용된 폴리에스테르 섬유가 사용될 수 있다. 그리고, 바아 4에는 탄성섬유를 이용하여 신축성을 부여한다. 이상과 같은 구조의 지지체에 파워감소를 위한 건열수축의 과정을 거침으로서 본 발명에 적합한 지지체를 완성하였다.

또한, 지지체의 수지 유지능력을 위해 일정수준 이상의 지지체 밀도와 기공수를 요구하는데, 이때 지지체의 밀도는 인치당 코오스(course) 수로 나타내며 기공수는 밀도 × 인치당 웨일(wale) 수로 나타낸다. 본 발명에서 밀도는 16 ∼ 22 단/인치가 적합하며 기공수는 단위 평방인치당 160 ∼ 220개가 바람직하다.

2. 코팅물

본 발명에서는 캐스팅 지지체 도포를 위한 코팅물로서 디이소시아네이트 화합물과 폴리올을 중합하여 제조한 수경화성 폴리우레탄 프리폴리머를 사용한다.

본 발명의 프리폴리머 제조에 사용할 수 있는 디이소시아네이트 화합물은 폴리우레탄[polyurethanes: Chemistry and Technology II 453∼607, 609∼659 페이지, Interscience Publishers사]에 알려져 있는 디이소시아네이트 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 바람직하기로는 방향족 디이소시아네이트, 예를 들면 페닐렌 1,3-디이소시아네이트, 페닐렌 1,4-디이소시아네이트, 페닐렌 1,3-/1,4-디이소시아네이트 혼합물, 톨루엔 2,4-디이소시아네이트, 톨루엔 2,6-디이소시아네이트, 톨루엔 2,4-/2,6-디이소시아네이트 혼합물, 디페닐메탄 2,4-디이소시아네이트, 디페닐메탄 4,4,-디이소시아네이트, 디페닐메탄 2,4-/4,4,-디이소시아네이트 혼합물, 나프탈렌 1,5-디이소시아네이트 또는 카보디이미드기, 우레탄기, 알로판네이트기를 포함한 디이소시아네이트 중합체 등이다. 그 중에서도 가장 바람직하기로는 디페닐메탄 디이소시아네이트인 바, 이는 공업적으로 쉽게 구입할 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용된 폴리올은 캐스팅 테이프용 코팅물 제조시 일반적으로 사용되어온 폴리올이라면 모두 사용될 수 있으며, 사용되는 폴리올의 종류 및 사용량을 적절히 조절하여 물성을 조절하는 것은 당업자에 있어서는 매우 용이하다. 특히 분자량 200 ∼ 30,000 범위, 바람직하기로는 300 ∼ 20,000 범위인 폴리에테르 호모폴리머 또는 공중합체를 함께 사용하는 경우에 프리폴리머 경화시 높은 파쇄 강도를 유지할 수 있다. 만일 친수성 폴리올과 혼합하여 사용할 경우, 친수성 폴리올은 폴리올 전체 무게에 대하여 50 % 미만으로 함유하며 함유된 폴리올은 물과의 접촉시 수분의 침투를 용이하게 함과 동시에 경화시 높은 파쇄강도를 유지시켜 준다.

본 발명에서 프리폴리머(Prepolymer)를 제조시에, 디이소시아네이트 화합물과 폴리올은 2:1 ∼ 15:1의 몰비로 반응시키는 것이 바람직하다. 만일 디이소시아네이트 화합물과 폴리올의 몰비가 2:1 미만이면 지지체의 접착력이 약화되는 문제가 있고, 반면에 몰비가 15:1을 초과하면 경화가 일어나는데 많은 시간이 소요되는 문제가 있다. 상기 몰비로 중합하여 제조한 프리폴리머내의 이소시아네이트는 전체 프리폴리머에 대해서 10 ∼ 25 중량%를 유지하게 되며, 이로써 경화시간과 접착력면에서 유리하다.

본 발명의 프리폴리머 제조시 사용되는 촉매는 물과의 접촉으로 프리폴리머를 경화시킬 수 있는 것이어야 하는 바, 예를들면 트리에틸아민, 디메틸에탄올아민, 테트라메틸-1,3-부탄디아민, 비스-2-디메틸아미노에틸에테르, 트리에틸렌디아민 등의 아민류; N-메틸모포린, N-에틸모포린, 디모포르노에틸에테르, 디모포르노디에톡시에탄, 비스(2,6-디메틸몰포리노)에틸에테르, 몰포리노에틸-(2,6-디메틸몰포리노에틸)에테르, 1-(2-몰포리노에톡시)-2-2-(2,6-디메틸몰포리노에톡시)에탄 등의 모포린계 유도체 화합물이거나, 프리폴리머에서는 녹지않지만 물속에서는 녹을수 있는 중탄산나트륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘 등의 무기물질 중에서 선택된 1 종 또는 그 이상을 사용한다. 이러한 촉매는 프리폴리머에 대하여 0.5 ∼ 15 중량%, 바람직하게는 1 ∼ 10 중량%로 사용한다. 만일 상기 촉매의 함량이 상기 범위이하일 경우 캐스팅 테이프의 초기경화시간이 늦어져 시술시간이 많이 소요되며 범위이상일 경우 제품의 보관중에 반응이 발생하여 보관기간이 짧아져 바람직하지 않다.

또한, 폴리올과 디이소시아네이트 화합물의 중합 반응에서는 촉매이외에도 필요에 따라 통상적으로 사용되고 있는 첨가제, 예를 들면 안정제(예컨대 산무수물 또는 산할로겐화물), 소포제, 산화방지제 및 안료 등을 적정량 첨가할 수도 있다.

3. 캐스팅 테이프

본 발명의 캐스팅 테이프는, 상대습도 5 % 이내의 분위기하에서 전술한 바와 같은 지지체에 수경화성 프리폴리머 수지를 도포하여 제조하는데, 프리폴리머와 대기중의 수분과의 반응성을 고려하여, 도포 즉시 공기중의 수분이 통과할 수 없는 포장지에 넣어 포장한다. 이때, 지지체에 도포되는 프리폴리머의 함량은 전체 캐스팅 테이프에 대하여 45 ∼ 65 중량%를 사용하는 것이 바람직한 바, 이를 무게로 환산하면 160 ∼ 560 g/㎡이며, 더욱 바람직하게는 180 ∼ 520 g/㎡이다.

이때, 상기 첨가되는 프리폴리머의 함량이 상기 범위 미만이면 경화후 파쇄강도가 낮아지며, 반면에 상기 범위를 초과하여 과량 사용되면 과다한 수지량으로 인해 보관시 수지가 편재화하여 표면에 버블이 발생하는 등 외관상 바람직하지 않다.

이와 같은 본 발명은 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

비교예 1

첨부도면 도 1에 도시한 4 바아의 편직물 지지체를 12게이지(gauge)의 라셀 경편기상에서 제조하였다. 바아 1에는 350 데니어의 폴리에틸렌 테레프탈레이트사 47본을 체인스티치하였으며, 바아 2에는 폴리에스테르 텍스쳐링 가공사 70 데니어 46본을 사용하여 지그재그형태로 체인스티치를 연결하였다. 바아 3에는 바아 1과 동일한 섬유를 0-0/3-3의 조직으로 45본을 위사방향으로 레이인하였으며, 바아 4에는 경사방향의 신축성을 위해 폴리우레탄 탄성섬유[상품명 : SPANDEX] 70 데니어 47본을 사용하였다. 편성된 지지체의 폭은 4 인치이며, 밀도는 18 단/인치, 평량은 235 g/㎡였다.

코팅물을 제조하기 위해 교반기, 테프론 교반봉, 온도계 및 질소라인이 장착된 잘 건조된 유리 반응기에 이소시아네이트 화합물(Isonate-143LK, HD 폴리우레탄(주)) 1000 g, 소포제(DC ANTIFOAM 1400, 다우코닝) 15 g 및 안정제(벤조일 클로라이드, Aldrich) 2 g을 조심스럽게 투입한 후, 질소 기류하에서 20분 동안 교반하였다. 여기에 폴리올(한국폴리올 제품)로서 KONIX PP-750 350 g, KONIX PEG-400 50 g, KONION PE-108 250 g 및 촉매(비스(2,6-디메틸몰포리노)에틸 에테르)를 투입하고 천천히 온도를 60 ℃로 올렸다. 그리고 60 ℃에서 2시간 동안 반응시킨 후, 질소기류하에서 상온으로 냉각하여 폴리우레탄 프리폴리머를 얻었다.

이상의 폴리우레탄 프리폴리머를 원 롤(One-roll) 형태의 도포장치를 이용하여 지지체에 과다한 장력에 걸리지 않도록 하면서 코팅한 후 알미늄 포장지로 포장하였다. 이때, 도포된 수지의 함량은 58 %이었다.

비교예 2

상기 비교예 1과 같은 4 바아의 지지체를 편성하되, 바아 1, 3에는 420 데니어의 폴리에틸렌 테레프탈레이트사를 사용하였으며, 바아 4에는 폴리에스테르 탄성섬유[NEOPA, SYC] 80 데니어 47본을 사용하였다. 지지체의 폭은 4 인치이며, 밀도는 17 단/인치, 평량은 240 g/㎡였다. 그리고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하여 도포하였다. 이때, 도포된 수지의 함량은 57 %이었다.

실시예 1

상기 비교예 1에서 제조한 지지체를 열수축시키기 위해 자유구동 롤러 10개가 고정된 10 m의 히팅구간을 히팅룸 내부에 설치하였다. 히팅룸의 통과는 외부의 권취롤러에 의해 진행되며 히팅룸 내부에서는 열풍을 순환하게 하여 온도를 조절하였다. 이때, 히팅룸 내부 온도는 120 ℃, 열처리 시간은 2 분으로 설정하였다. 그리고, 구간을 통과한 지지체를 비교예 1과 같이 도포하였다. 이때, 도포한 수지의 양은 57 %이었다.

실시예 2

상기 비교예 2에서 제조한 지지체를 실시예 1과 동일한 방법으로 열수축시킨 후 도포하였다. 이때, 도포한 수지의 양은 59 %이었다.

비교예 3

첨부도면 도 2에 도시한 3 바아의 편직물 지지체를 비교예 1에서 사용한 12게이지의 라셀 경편기를 사용하여 제조하였으며, 상기 비교예 1과 비교하여 신장사를 사용하지 않고 폴리에스테르 지지체를 제조하였다. 즉, 바아 1에는 폴리에스테르사 350 데니어로서 47본의 경사를 체인스티치하며 바아 2에는 바아 1과 동일한 섬유로서 0-0/3-3의 조직으로 46본의 경사를 위사방향으로 레이인하였으며, 바아 3에는 폴리에스테르 탄성섬유 80 데니어 47본을 사용하여 편성하였다. 이때, 편성된 지지체의 폭은 4 인치이며, 밀도는 18 단/인치, 평량은 220 g/㎡이였다. 그리고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 프리폴리머를 도포하였다. 이때, 도포한 수지의 양은 58 %이었다.

비교예 4

첨부도면 도 2에 도시한 3 바아의 조직으로 비교예 3과 동일한 방법으로 지지체를 제조하였다. 바아 1에는 68 tex의 유리섬유를 사용하여 47본의 경사를 체인스티치하며, 바아 2에는 동일한 유리섬유를 0-0/3-3의 형태로, 바아 3에는 폴리우레탄 탄성섬유 70 데니어를 47본 사용하여 편성하였다. 이때, 제조된 유리섬유 지지체의 폭은 4 인치이며 밀도는 14 단/인치, 중량은 305 g/㎡였다. 그리고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 수경화성 수지를 도포하였다. 이때, 도포한 양은 42 %이었다.

비교예 5

첨부도면 도 2에 도시한 3 바아의 조직으로 비교예 3과 동일한 방법으로 지지체를 제조하였다. 바아 1에는 1000 dtex의 폴리프로필렌섬유를 사용하여 47본의 경사를 체인스티치하였으며, 바아 2에는 바아 1과 동일한 폴리프로필렌섬유를 0-0/3-3으로 45본을, 바아 3에는 폴리우레탄 탄성섬유 70 데니어 47본을 사용하여 편성하였다. 이때, 제조된 폴리프로필렌 지지체의 폭은 4 인치이며 밀도는 16 단/인치, 중량은 205 g/㎡였다. 그리고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 수경화성 수지를 도포하였다. 이때, 도포한 양은 59 %이었다.

비교예 6

첨부도면 도 2에 도시한 3 바아의 조직으로 비교예 3과 동일한 방법으로 지지체를 제조하였다. 바아 1에는 150 데니어의 폴리에스테르 신장사를 사용하여 47본의 경사를 체인스티치하였으며, 바아 2에는 530 데니어의 폴리에스테르 이합방적사를 0-0/3-3으로 45본을, 바아 3에는 폴리우레탄 탄성섬유 70 데니어 47본을 사용하여 편성하였다. 이때, 제조된 지지체의 폭은 4 인치이며 밀도는 15 단/인치, 중량은 155 g/㎡였다. 그리고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 수경화성 수지를 도포하였다. 이때, 도포한 양은 60 %이었다.

실험예

상기의 실시예와 비교예에 대한 물성을 하기한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

(1) 파쇄강도 측정 :

포장한지 2주가 지난 폭 4 인치의 캐스팅 테이프를 물에 30초 동안 침지한 후 꺼내어 두 손으로 눌러 과량의 물을 짜내고, 면붕대로 둘러싼 직경 5 ㎝인 알루미늄 원통에 6번 감았다. 24시간이 경과되면 경화된 캐스팅 테이프를 원통으로부터 빼내어, 본 발명의 파쇄강도 측정시험을 위하여 고안·제작한 고정대가 장착된 인스트론(Instron Model 4204)의 고정대 사이에 놓고 크로스헤드를 하강시켜 캐스팅 테이프가 1 ㎝ 눌렸을 때 소요된 힘을 기록하였다. 이때, 크로스헤드의 하강속도는 2.8 ㎜/min로 하였다.

(2) 신축성 및 파워 측정 :

폭 4인치의 캐스팅 테이프를 개봉한 후, 약 15 ㎝ 길이로 절단하여, 인스트론에 고정시키고 클램프간의 간격을 10 ㎝로 맞춘 후, 크로스헤드 상승속도를 100 ㎜/min로 하여 얻은 응력-변형율 곡선으로부터 확인하였다. 이때, 지지체의 신축성은 폭 1 인치당 680 g의 인장하중을 기준으로 하였을 때 인장된 길이에 대한 원래 길이의 비로 나타내었으며, 파워는 지지체를 일정 비율로 신장하는데 필요한 힘으로 정의되는 바, 10 % 신장에 있어서 단위 인치폭당 걸리는 인장력으로 표시하였다.

(3) 수지의 함량 :

폭 4 인치의 캐스팅 테이프를 개봉한 후, 아세톤 1000 ㎖가 담긴 비이커에 넣어 3시간 동안 표면에 코팅된 프리폴리머 수지를 용해시키고 다시 아세톤으로 3 ∼ 4회 수세하여 건조한 지지체의 무게를 측정하여 다음 수학식 1에 의하여 계산하였다.

(4) 부위별 무게의 표준편차(수지의 편재화) :

알루미늄 필름을 덮여 놓은 평평한 테이블 위에, 50 ℃의 오븐에서 30 일간 방치한 폭 4 인치의 캐스팅 테이프를 자연스럽게 풀어 놓은 다음, 대기중의 수분에 의해 완전히 경화될 만큼 충분한 시간 동안 방치한 후에, 폭 5 ㎝의 간격으로 무작위로 10개 부위를 선택하여 절단한 시편의 무게와 표준편차를 계산하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 체인스티치 및 위사방향으로 레이인되는 폴리에스테르 섬유와 체인스티치를 연결하는 신장섬유 및 경사방향으로 신축성을 부여하기 위한 탄성섬유로 구성된 지지체를 열수축시킨 후, 수경화성 프리폴리머를 도포하여 제조함으로써, 기존의 유리섬유 제품 수준의 파쇄강도를 가짐은 물론, 다방향의 신축성이 높아 신체 적합성이 우수하고 캐스팅시 신체에 대한 압박감이 없으며, 보관기간 중 도포된 수지가 편재화되는 현상이 감소된 효과가 있는 것이다.

Claims

지지체상에 수경화성 프리폴리머가 도포되어 이루어진 캐스팅 테이프에 있어서,

체인스티치 및 위사방향으로 레이인되는 폴리에스테르 섬유, 체인스티치를 연결하는 신장섬유 및 탄성섬유로 구성된 경편물을 열수축시켜 만든 지지체상에, 수경화성 폴리우레탄 프리폴리머가 도포되어 이루어진 것을 특징으로 하는 캐스팅 테이프.
제 1 항에 있어서, 상기 지지체는 체인스티치 및 위사방향으로 레이인되는 구조의 폴리에스테르 섬유와 체인스티치를 연결하는 신장사와 경사방향으로 삽입되는 탄성섬유로 제조된 것으로서, 200 ∼ 300 g/㎡의 평량을 가지며, 16 ∼ 22단/인치의 밀도, 160 ∼ 220개/인치²의 기공수를 갖는 것임을 특징으로 하는 캐스팅 테이프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폴리에스테르 섬유는 200 ∼ 1,000 데니어의 섬도, 50 ∼ 120 g/den의 모듈러스 및 2 ∼ 10 g/den의 인장강도를 갖는것으로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리(1,4-시클로헥산디메틸테레프탈레이트 및 폴리(에틸렌옥시벤조에이트) 중에서 선택하여 사용하는 것임을 특징으로 하는 캐스팅 테이프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 신장섬유는 체인스티치된 폴리에스테르 섬유와 직선 또는 지그재그 형태로 연결되어 있는 것으로서, 폴리에스테르 가연사 또는 텍스쳐링 가공사, 나일론 가연사 또는 텍스쳐링 가공사 중에서 선택하여 사용하는 것임을 특징으로 하는 캐스팅 테이프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 탄성섬유는 폴리에스테르 탄성섬유 및 폴리우레탄 탄성섬유 중에서 선택된 것으로서, 지지체를 구성하는 전체 섬유에 대하여 0.5 ∼ 4 중량%를 사용하는 것임을 특징으로 하는 캐스팅 테이프.
제 1 항에 있어서, 상기 수경화성 폴리우레탄 프리폴리머는 방향족 디이소시아네이트와 폴리올을 2:1 ∼ 15:1 몰비로 중합하여 얻은 것임을 특징으로 하는 캐스팅 테이프.
캐스팅 테이프를 제조하는 방법에 있어서,

체인스티치 및 레이인 구조의 폴리에스테르 섬유, 체인스티치를 연결하는 신장섬유 및 탄성섬유로 구성된 경편물을 60 ∼ 140 ℃ 온도에서 1 ∼ 5분 동안 열수축시켜 지지체를 제조한 후, 상기 지지체상에 수경화성 폴리우레탄 프리폴리머 45 ∼ 65 중량%를 도포하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 테이프의 제조방법.