KR20010086868A - 질석 및 진주암 분말을 함유하는 섬유원사 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기능성 섬유원사의 제조 방법에 관한 것으로 다공성으로 매우 가벼운 질석 및 진주암의 분말을 이용하여 보온성과 탈취성이 우수하며 인체에 유익한 원적외선을 방출하는 특성을 갖는 섬유원사를 제조하는 것이다.

기술의 구성은 소성과정을 거쳐 다공성을 갖게된 질석이나 진주암 분말을 제조할 때 입자크기를 엄밀히 제어하여 폴리에스터, 나일론 , 폴리프로필렌, 아크릴, 우레탄 등 섬유화 할 수 있는 물질들과 함께 혼합하고 방사하여 보온성, 탈취성 및 원적외선 방사특성이 우수한 섬유원사를 제조하는 것이다.

Description

질석 및 진주암 분말을 함유하는 섬유원사{Fibre Containing Vermiculite and Perlite}

최근 각종 기능성 섬유가 많이 등장하고 있는데 그 중에도 건강과 관련된 원적외선 , 항균 , 탈취, 소취 기능을 갖는 기능성 섬유들이 주류를 이루고 있으며 그밖에도 도전성 섬유, 난연성 섬유 등이 신기능에 대한 기대와 수요에 맞춰 활발히 연구되고 있다.

본 발명은 각종 섬유원사를 제조할 때 소성한 질석 및 소성한 진주암 분말을 첨가하여 보온성, 탈취성 및 원적외선 방사특성이 우수한 기능성 섬유원사를 제조하는 것이다. 본 발명의 섬유원사를 이용하여 의류나 침구류, 매트류, 모자, 가발 등을 만들어 사용하였을 때 보온성, 탈취성 및 원적외선 방출효과로 인해 인체에유익한 역할을 할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

이와 함께 소성한 질석이나 소성한 진주암이 갖는 고유의 특성인 다공성으로 인해 보온기능, 탈취기능 및 원적외선 방출기능 외에도 흡음기능, 수분 흡탈착기능, 등을 기대할 수 있다.

기능성 분말을 첨가하여 섬유를 제조하는 것으로 항균성 관련으로는 일본국 특원소 59 - 134418호, 61 - 17567호, 대한민국 특허 출원번호 1998 - 007433호, 1998 - 012949호 등이 있으며, 원적외선 관련으로는 대한민국 특허출원번호 1995 - 031856, 1996 - 018297, 1997 - 012093, 1997 - 012986, 1997 - 017803, 1998 - 017749, 1998 - 012950호 등이 있다.

그러나 본 발명에서와 같이 질석이나 진주암을 이용하여 보온성, 탈취특성, 원적외선 방사효율 등이 높은 섬유원사를 제조하는 것은 없었으며 단지 플라스틱 컴파운드나 쉬트를 제조하는 것으로 대한민국 특허출원번호 1986 - 008257 및 1995 - 702104호가 있으며 인조대리석에 관한 것으로 1997 - 041481호가 있다.

본 발명에서와 같이 무기물질을 혼합하여 섬유원사를 제조할 경우 발생하는 문제점이 몇 가지 있다. 첫 번째로는 첨가되는 무기물의 입자크기에 기인하는 문제이다. 섬유제조공정에 있어서 섬유원사를 방사하는 동안에 출구의 팩은 점차적으로 이물질 등으로 막히게 되어 팩의 압력이 높아지게 된다. 팩의 압력이 어느 한계치를 넘게되면 섬유원사의 방사작업을 더 이상 진행할 수 없게 된다. 이 시점에서 팩을 새 것으로 교체해주어야만 방사작업을 다시 진행할 수 있는 것이다. 그런데 섬유원사의 방사공정은 장치산업으로서 팩의 교체주기가 짧아진다면 그 만큼 작업을 중단하는 횟수가 많아지고 결국 생산성이 낮아지기 때문에 원가가 높아져 경쟁력을 상실하게 된다. 따라서 첨가되는 무기물의 평균 입자크기가 크거나 핑균 입자크기는 작더라도 조대입자가 많거나 또는 작은 입자가 응집된 커다란 2차 입자가 많다면 팩은 쉽게 막히게 되고 팩의 압력이 상승하게 되어 섬유원사의 방사작업을 중단해야만 하게 된다. 더욱이 팩내에 조대입자나 응집된 커다란 2차 입자들이 일단 막히게 되면 팩 내부의 통로가 좁아지므로 이 후에는 원래는 통과할 수 있던 작은 입자까지도 막히게 되므로 팩의 압력은 급격히 상승하게 된다. 결국 섬유원사의 방사작업을 원활히 하기위해서는 첨가되는 무기물의 입자의 평균크기를 작게하고 조대입자 및 응집된 2차입자의 함유량을 최소화할 수 있도록 엄밀하게 관리해야만 한다.

두 번째로는 방사과정 이후의 연신공정과 가연공정 및 제직공정에서 일어나는 장치의 마모문제이다. 섬유의 재질은 유기물로서 경도가 매우 낮다 그러나 첨가되는 무기물들은 섬유소재와는 비교할 수 없을 정도로 경도가 높다. 이로 인해 일반섬유를 제조하는 경우에 비해 장치마모율이 높아지게 된다. 장치마모율이 높다는 것 역시 장치산업인 섬유산업에 있어서는 매우 심각한 문제이며 더욱 심각한 것은 어느 한가지 공정에 국한된 것이 아니라 연신공정, 가연공정, 제직공정 등 일련의 공정에서 계속하여 동일한 문제를 일으키기 때문에 생산성은 급격하게 낮아지고 제조원가는 대폭적으로 증가하게 된다. 결국 이 같은 문제를 최소화하기 위하여서는 경도가 낮은 물질을 사용해야만 하며 경도가 같은 물질이라면 입자크기를 최소화하여야 하고 특히 조대입자의 양을 최소화해야만 한다.

본 발명에서는 섬유원사 방사장치의 팩의 사용시간을 가능한 늘일 수 있도록, 즉 팩 내부의 막힘 현상에 의한 압력상승이 매우 느리게 일어나도록 입자를 엄밀하게 관리하고자 하였다. 대략적인 관리기준은 의류용 섬유원사의 경우 평균입자크기 0.5㎛ 이하, 최대입자크기 2.0㎛ 이하, 90% 입자크기 1.0㎛ 이하 이었으며 더욱 바람직하게는 평균입자크기 0.3㎛ 이하, 최대입자크기 1.5㎛ 이하, 90% 입자크기 0.8㎛ 이하의 입자를 사용하는 것이 좋다. 그러나 솜이나 가발용 등 굵은 섬유를 생산할 경우는 입자크기는 상기 크기보다 더 커도 특별한 문제가 발생하지는 않는다. 5데니어 이상의 솜용으로는 평균입자크기 2㎛ 이하, 최대입자크기 7㎛ 이하 정도면 생산에 문제가 없으며 가발용인 50데니어 정도에는 평균입자크기 3㎛ 이하, 최대입자크기 10㎛ 이하면 생산성 측면이나 섬유원사의 표면상태 모두 문제없는 제품을 얻을 수 있다.

그러나 같은 양을 첨가하여도 입자크기가 작은 분말을 사용할수록 섬유의 표면상태가 더욱 부드럽고 이물질이 함유된 것 같지 않은 상태로 되므로 입자의 크기는 작은 것을 사용할수록 좋다.

그리고 본 발명에서 사용한 질석 분말은 모스 경도가 1.5 - 2 정도이고 진주암의 경우도 약 4이하로서 현재 폴리에스터 섬유에서 소광제 등의 역할로 일부 첨가하고 있는 이산화티탄의 경도 7보다도 훨씬 낮다. 또한 기계장치인 스텐레스 스틸, 티타늄, 특수강 등보다도 낮기 때문에 물질자체의 경도에 기인하는 마모문제는 크지 않다고 할 수 있다.

결국 분쇄, 분급 등의 제조공정의 관리를 철저히 하여 조대입자 및 응집된 커다란 2차 입자의 양을 최소화하여 섬유원사 제조공정에 투입한다면 생산공정에서의 팩의 막힘에 의한 작업중단이나 기계장치의 마모등에 의한 작업중단이 거의 없게 되어 제조비용이 일반섬유의 제조비용과 비교하여 그다지 높지 않을 것이므로 범용제품에 폭넓게 이용할 수 있을 것이다.

도면1. 질석 및 진주암의 일반적인 조성.

도면2. 질석 분말의 원적외선 방사율을 파장 5㎛ - 20㎛ 범위에서 측정하여 나타낸 도면.

도면3. 질석 및 진주암 분말을 함유하는 폴리에스터 섬유원사의 제조공정도.

본 발명은 엄격하게 제어된 공정과정을 거쳐 제조된 질석 및 진주암 분말을 폴리에스터, 나일론, 폴리프로필렌, 아크릴, 우레탄 등 섬유화할 수 있는 물질과 함께 혼합하여 방사함으로서 보온특성, 탈취특성 및 원적외선 방사특성을 갖는 섬유원사를 제조하는 것이다.

먼저 본 발명에서 사용한 질석 및 진주암 분말에 대하여 살펴보기로 한다. 질석은 삼층구조형 층상구조의 점토광물로서 주성분은 도면 1에서와 같이 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO, K₂O 등으로 이루어저 있는데 층간구조중의 수분이 가열에 의해 급격히 방출되면서 팽창하여 다공성 구조가 형성된다. 이같이 형성된 다공성구조로 인해 질석은 보온특성이 우수한 단열재로 사용되고 있으며 흡음특성 및 가스흡착 특성도 우수하다. 질석의 원적외선 방사율 그래프를 도면2에 나타내었다.

진주암은 마그마가 지표의 바다나 호수 등으로 흘러들어 급속하게 냉각되면서 내부에 존재하던 휘발성분이 미처 빠져나가지 못하고 많이 남아 있는 비정질의 광물이다. 따라서 약 1,00O℃ 이상에서 급속히 가열하면 남아있던 휘발성분이 급격하게 분해하여 팽창하면서 내부에 수많은 기공을 형성하게 된다. 다공성 구조이기 때문에 질석과 같이 단열특성, 흡음특성 및 가스흡착 특성도 우수하다. 진주암의 주요성분은 SiO₂, Al₂O₃, K₂O, CaO, Fe₂O₃등이다.

질석과 진주암을 급속히 가열하여 팽창시키면 겉보기 비중의 경우 약 0.03 - 0.25 정도로 매우 낮다. 이 것을 분쇄하여 원하는 크기의 분체를 만들어 섬유원사 제조시에 혼합하여 방사하는 것이다. 이 같은 다공성 분체가 원사중에 혼입되면 상기에 언급한 특성들 외에도 섬유의 비중이 가벼워지는 장점도 갖게된다.

본 발명의 질석 및 진주암 분말을 첨가하여 폴리에스터 섬유원사를 만드는 공정을 도면3에 나타내었다.

의류용 원사로 주로 사용되는 2데니어 이하의 원사를 만들 경우 분말의 입자크기는 앞에서 언급한 것과 같이 평균 0.5㎛ 이하, 최대 2.0㎛ 이하, 90% 입자크기 1.0㎛ 이하의 크기가 되어야 하며 더욱 바람직하게는 평균 0.3㎛ 이하, 최대 1.5㎛ 이하, 90% 입자크기 0.8㎛ 이하가 좋다.

솜 등으로 주로 사용되는 5데니어 이상의 원사를 만들 경우 분말의 입자크기는 평균 2㎛ 이하 최대 7㎛ 이하면 섬유원사의 제조공정이나 원사의 품질 모두 양호한 제품을 만들 수 있다.

본 발명과 관련된 실시예를 아래에 나타내었다.

[실시 예1]

소성한 질석을 분쇄하여 평균입자크기 1.2㎛, 최대입자크기 5㎛의 분말을 만들어 도면3의 가과 같은 방법으로 7데니어의 폴리에스터 섬유를 만들었다. 섬유원사 중의 질석의 함량은 2.0%이었다.

[실시예 2]

실시예 1에서 제조한 섬유원사 및 비교를 위하여 다른 섬유의 보온성을 테스트하였으며 결과는 표1과 같이 본 발명의 섬유가 높은 보온특성을 나타내었다.

표1. 보온성테스트

[실시예 3]

실시예 1에서 제조한 섬유원사와 시판중인 다른 기능성 섬유의 탈취특성을 표2에 나타내었다. 실시예 1의 섬유가 높은 탈취특성을 갖고 있음을 알 수 있다.

표2. 탈취테스트(탈취율)

본 발명과 같이 질석 및 진주암 분말을 혼합한 섬유원사는 보온성 및 탈취율, 원적외선 방사특성 등이 우수하기 때문에 의류나 침구류 등을 만들어 사용할 때 기존 일반제품에 비해 인체에 유익한 역할을 할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 폴리에스터, 나일론, 아크릴, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 등, 섬유화할 수 있는 재료에 질석 분말이나 진주암 분말을 각각 또는 혼합하여 0.05 - 5 중량%를 혼합, 방사하여 제조하는 것을 특징으로 하는 질석 및 진주암 분말을 함유하는 섬유원사.
2. 청구항1에 있어서 질석이나 진주암 분말은 원광을 분쇄한 분말이거나 원광을 소성하여 분쇄한 다공성 구조를 갖고 있는 분말인 것을 특징으로 하는 질석 및 진주암 분말을 함유하는 섬유 원사.
3. 질석이나 진주암 분말을 통상적인 나염방법에 의해 섬유원단의 표면에 코팅처리하여 만드는 것을 특징으로 하는 질석 및 진주암 분말을 0.05 - 5% 함유하는 섬유원단.