KR20050036078A - 자외선 차단-흡한속건성 나일론 섬유 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자외선 차단-흡한속건성 나일론 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 직접방사 공정을 이용하여 흡한속건성 나일론 섬유를 제조하는 방법에 있어서, 폴리아미드계 중합체 용융물에 직경 5 내지 30 ㎛의 범위인 자외선차단제(징크옥사이드, ZnO)를 1 내지 10중량% 혼합,첨가하고, 이를 왕(王)자의 단면형상의 방사구금을 통해 방사하는 것을 특징으로 하는 자외선 차단-흡한속건성 나일론 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 나일론 섬유는 단사섬도 0.5 ∼ 3.5 데니어에 자외선 차단율이 96.5% 이상이고, 흡수성 및 건조성이 50 % 이상 향상되어 자외선 차단 성능과 흡한속건성능의 특징을 갖는다.

Description

자외선 차단-흡한속건성 나일론 섬유 및 그의 제조방법{Ultraviolet(UV) Protective-Quickly Drying Nylon Fiber And Method For Manufacturing The Same}

본 발명은 자외선 차단-흡한속건성 나일론 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리아미드계 중합체 용융물에 직경 5 내지 30 ㎛의 범위인 징크옥사이드(ZnO)를 혼합·첨가하고, 이를 왕(王)자 단면형상의 방사구금을 통해 방사하여 제조한 것을 특징으로 하는 흡한속건성 나일론 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로, 흡한속건성이란 인체에서 발산되는 수분을 모세관현상에 의해 섬유표면으로 쉽게 흡수 전달하여 짧은 시간 내에 확산시켜 신속히 건조시키는 성능을 의미한다.

최근 생활수준이 향상되어 스포츠나 레저활동에 대한 일반인들의 관심이 점차 높아지고 각종 레저 및 스포츠를 즐기는 인구가 급증함에 따라서 인체가 활동할 때 배출되는 땀을 잘 흡수하고 잘 건조시키는 흡한속건성을 가진 기능성 섬유 소재의 개발이 절실하게 요구되고 있다.

기존의 흡한속건성 섬유의 제조방법으로는 칩 제조시에 친수성 폴리머를 첨가하는 화학적 방법과 섬유의 단면모양을 조절하여 섬유사이 또는 섬유 내에 형성시킨 모세관을 통하여 흡수성을 부여하는 물리적 방법이 제안되어왔다.

폴리머의 개질에 의하여 흡한속건성을 부여하는 방법은 섬유단면내에 중공을 확보함과 동시에 섬유표면을 미세다공화시키는데 있다.

즉 섬유측면 또는 섬유 내부에 미세한 구멍들을 형성시키고, 이들 미세구멍이 섬유표면에 연결되도록 설계하여 섬유의 모세관 현상에 의하여 땀을 흡수하고 분산시키도록 하는 것이다.

그러나 이 방법에 의해 제조된 섬유는 많은 양의 수분을 흡수할 수 있지만 미세구멍 내부에 함유된 수분이 빠져 나오기가 어려워 건조속도가 지연되는 단점을 가지고 있으며, 섬유내의 미세구멍들은 강도등 물성을 저하시키는 원인이 되었다.

이에 반해, 섬유의 단면을 이형화시키는 방법은 필라멘트들이 집속되었을 때 모세관의 역할을 하는 채널이 형성되고 상기 채널에 의하여 흡수성이 발현되며, 흡수된 수분은 섬유표면에 물리적으로 결합된채로 비틀림 등의 변형력에 의해 쉽게 배출되어 빠른 건조를 유도할 수 있게 된다.

이 방법은 폴리머의 개질 등과 같은 별도의 공정을 요함이 없이 흡한속건성을 부여할 수 있다.

이형단면의 섬유 중에서 섬유측면에 미세구멍이 없고 물리적인 방법으로 제조된 중공사는 모세관의 역할을 하는 중공부가 섬유의 길이방향으로 폐회로화 되어있으므로 실질적으로 흡한속건성을 발휘하기가 곤란하다.

또한 최근 대기중의 오존층 파괴로 인해 자외선의 피해 가능성이 높아지면서 자외선으로부터 인체를 보호하기 위한 기능의 자외선 차단 의류의 제조 기술이 많이 개발되고 있다.

자외선 차단성이란 태양광속의 자외선 영역인 290 ∼ 400 nm 파장영역의 빛을 차단하는 성능을 의미한다.

이러한 의류를 제조하는 방법중에서 직물 등에 자외선 차단제를 코팅 또는 라미네이팅하는 후가공 방법도 간편하고 용이하지만 사용중이나 세탁 등에 의해 그 효과가 저하되는 문제점이 있으며, 또 물성이 떨어지고 촉감이 나쁘며 내구성과 내세탁성이 불량한 단점이 있다.

또한 섬유 내에 자외선 차단제를 혼입하는 방법이 있는 바, 이 방법은 중합이나 방사 중에 차단제를 균일하게 혼입하여 원사에 차단제가 균일하게 혼입되도록 하는 방식으로서 위의 후가공 방식과 달리 사용 중 효과 감소가 거의 일어나지 않는 장점이 있다.

이러한 자외선 차단제로는 유기계와 무기계(세라믹)가 있는데 유기계는 대부분 인체에 유해한 물질로서 알려져 있어 의류에 사용하기 곤란하다.

반면, TiO₂, ZnO와 같은 일부 무기계의 물질들은 인체에 안전하다고 알려져 널리 사용되고 있다.

일반적으로 차단제의 함량이 증가할수록 차단효과도 이에 비례하여 증가한다고 알려져 있지만 무기계 차단제의 경우 함량이 증가할수록 차단 성능은 향상되는 반면에 제사공정중 기계나 가이드의 마모가 커지고 또 실이나 직물의 물성이 나빠진다.

따라서 차단제 함량을 높일 때에는 이점을 고려하여야 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 자외선 차단성과 함께 섬유단면에 흡한속건성이 극대화될 수 있는 독특한 채널을 부여한 자외선 차단-흡한속건성 나일론 섬유 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

이하, 본 발명의 자외선 차단-흡한속건성 나일론 섬유 및 그의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 사용하는 중합체는 폴리아미드계 중합체이다.

상기 폴리아미드계 중합체를 255℃ 내지 265℃의 온도에서 용융시켜 얻은 용융물에 직경이 5 내지 30 ㎛의 범위, 바람직하게는 10 내지 20 ㎛의 범위인 징크옥사이드(ZnO)의 미립자를 혼합, 첨가한다.

상기 미립자의 첨가량은 섬유내에 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 3 내지 8 중량%의 양이 되도록 첨가한다.

징크옥사이드의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 자외선 차단 효과가 불충분하며, 10 중량%를 초과하면 경제성이 없다.

상기 미립자를 포함한 폴리아미드계 중합체 용융물은 왕(王)자 단면형상을 가진 방사구금을 통해 압출 방사한다.

상기 단면형상을 가진 방사구금을 통해 방사된 섬유는 모세관 기능이 뛰어나기 때문에 우수한 흡한속건성을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 의한 흡한속건성 나일론 섬유를 제조하는 방법에 사용되는 방사구금의 단면도로서, 상기 방사수금은 W₁의 폭과 L₁의 길이를 가지는 제 1 슬릿(S₁), W₂의 폭과 L₂의 길이를 가지는 두 개의 제 2 슬릿(S₂) 및 W₃의 길이를 가지는 두 개의 제 3 슬릿(S₃)이 변형된 왕(王)자의 형상으로 구성되어 있다.

먼저, 상기 제 1 슬릿(S₁), 두 개의 제 2 슬릿(S₂) 및 두 개의 제 3 슬릿(S₃)이 변형된 왕(王)자의 형상을 가진 방사구금을 아래의 수학식 1을 만족한다.

W₁L₁ : W₂L₂ : W₃L₃ = a : b : 1

'W_i' : 제 i 슬릿의 폭, 'L_i' : 제 i 슬릿의 길이 (단, i = 1, 2, 3)이며,

상기 식에서 'a'는 3.0 ≤ a ≤ 5.5를 만족시키는 실수이고, 'b'는 1.5 ≤ b ≤ 3.5를 만족시키는 실수이다.

이 때, 상기 제 2 슬릿(S₂)은 동일면적에 해당하는 원이나 타원으로도 형성할 수 있다.

본 발명은 직경 5 내지 30 ㎛의 범위인 징크옥사이드를 1 내지 10중량% 혼합·첨가한 폴리아미드계 중합체 용융물을 원료로 상기와 같은 방사구금을 이용하여 일반방사 공정을 거쳐서 최종적인 섬유의 단사섬도가 0.5 ∼ 3.5 데니어, 자외선 차단율이 96.5%이상, 흡수성이 50% 이상, 건조성이 50% 이상 향상된 흡한속건성 나일론 섬유및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

상기 식에서 'a' 및 'b' 값이 그 허용범위를 넘으면 채널의 형성이 미흡하며 모양 또는 기형으로 나타나므로 원하는 결과를 얻을 수가 없다.

실시예를 들어 본 발명을 보다 자세하게 설명하고자 하나 아래의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 발명의 실시예 및 비교예에서 물성 측정 및 방사 작업성 평가는 다음과 같이 하였다.

1) 흡수성 : 동일시간내에 최초의 시료 무게에 대비하여 흡수 후 증가된 시료무게를 중량%로 표현한 것이다.

2) 건조성 : 동일시간내에 충분히 흡수된 시료의 무게에 대비하여 건조된 후의 시료무게를 중량%로 표현한 것이다.

3) 자외선 차단성 : '섬유제품의 자외선 차단율 및 차단 지수 시험 방법(KS K 0850)' 시험법에 의해 평가한 것이다.

- 자외선 차단율은 다음과 같이 계산한다.

자외선 차단율(%) = 100 - 자외선 투과율(%)

여기에서 T : 파장 λ에서의 분광 투과율

- 자외선 차단 지수는 다음과 같이 계산한다.

여기에서

Eλ : 각 파장에 있어서의 홍반 계수

Sλ : 북위 40。, 자외선 20。, 한여름 정오의 각 파장에 있어서의 태양광

Tλ : 투과율

Δλ : 측정 파장 간격

λ: 파장

자외선 차단 성능은 자외선 차단율이 높을수록, UPF 지수가 높을수록 좋은 것이며, UPF 지수 50+는 UPF 지수가 51 또는 그 이상을 의미한다.

4) 방사작업성의 평가

방사 시 사절 횟수를 기준으로 방사작업성을 평가하였다.

사절이 1회/일(day) 미만인 경우는 양호로, 1 내지 3회/일인 경우는 보통으로, 3회/일 초과인 경우는 불량으로 판정하였다.

실시예 1

직경 15 ㎛의 징크옥사이드를 5 중량% 혼합, 첨가한 폴리아미드계 중합체 용융물을 사용하여 제 1 슬릿 내지 제 3 슬릿의 면적비가 4.7 : 2.3 : 1인 방사구금을 사용하여 방사속도 4500m/분으로 섬유를 제조하였다.

실시예 2

징크옥사이드의 함량을 1 중량%으로 한 것 외엔 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

실시예 3

징크옥사이드의 함량을 10 중량%으로 한 것 외엔 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

비교예 1

징크옥사이드의 함량을 0 중량%으로 한 것 외엔 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

비교예 2

징크옥사이드의 함량을 0.5 중량%으로 한 것 외엔 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

비교예 3

원형단면 형상의 방사구금을 사용한 것 외엔 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

실시예 1내지 3과 비교예 1내지 3의 결과는 표 1에 나타내었다.

비교예 4

실시예 1에서 사용한 직경이 15 ㎛인 징크옥사이드의 방사시간에 따른 팩압의 변화와 직경이 75 ㎛ 인 입자의 방사시간에 따른 팩압의 변화를 표2에 나타내었다.

[표 1]

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
흡수성(%)	84.7%	85%	85%	85.2%	85%	34%
건조성(%)	93%	93%	92.5%	93%	93%	42%
자외선 차단율(%)	97%	71.5%	97.3%	60.4%	64.3%	95.9%
UPF 지수	50+	5.1	50+	3.6	3.8	50+
방사작업성	양호	양호	보통	양호	양호	양호

※ UPF ; 자외선 차단지수

[표 2]

경과시간		24시간	48시간	72시간	96시간	120시간	144시간
팩압(Kgf/cm2)	실시예1(직경 15 ㎛)	121	121	124	125	127	126
	비교예4(직경 75㎛)	123	144	151	181	204	250

본 발명에 의한 자외선 차단 흡한속건성 나일론 섬유는 단사섬도 0.5 ∼ 3.5 데니어에 자외선 차단율이 96.5%이상이고, 흡수성 및 건조성이 50%이상 향상되었다.

또 본발명에 의한 제조방법은 상기한 바와 같은 자외선차단성능과 흡한속건성의 특징을 갖는 나일론섬유를 간편하고 경제적으로 제조할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 사용되는 방사구금의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

W₁ : 제 1 슬릿의 폭 L₁ : 제 1 슬릿의 길이

W_{2 :} 제 2 슬릿의 폭 L₂ : 제 2 슬릿의 길이

W_{3 :} 제 3 슬릿의 폭 L₃ : 제 3 슬릿의 길이

Claims (6)

1. 제 1 슬릿 (S₁), 제 2 슬릿(S₂) 및 제 3 슬릿(S₃)의 면적비가 아래의 수학식 1을 만족시키는 변형된 왕(王)자형 방사구금공으로 방사하되, 폴리아미드계 중합체 용융물에 징크옥사이드(ZnO)를 혼합, 첨가하여 제조하는 것을 특징으로 하는 자외선차단-흡한속건성 나일론 섬유의 제조방법.

   [수학식 1]

   W₁L₁ : W₂L₂ : W₃L₃ = a : b : 1

   W_i : 제 i 슬릿의 폭,

   L_i : 제 i 슬릿의 길이 (단, i = 1, 2, 3)이며,

   상기 식에서 a는 3.0 ≤ a ≤ 5.5를 만족시키는 실수이고,

   b는 1.5 ≤ b ≤ 3.5를 만족시키는 실수이다.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 슬릿(S₂)의 형상은 동일 면적의 원 또는 타원인 것을 특징으로 하는 자외선차단-흡한속건성 나일론 섬유의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 징크옥사이드의 첨가량을 섬유내에 1 내지 10 중량% 함유되도록 하는 것을 특징으로 하는 자외선차단-흡한속건성 나일론 섬유의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 직경 5 내지 30 ㎛의 징크옥사이드를 사용하는 것을 특징으로 하는 자외선차단-흡한속건성 나일론 섬유의 제조방법
5. 제 1 항의 왕자형 방사구금공으로 방사하여서 제조한 왕자형 횡단면을 갖는 나일론 섬유로서 다음의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 자외선차단-흡한속건성 나일론 섬유.

   ―다음 ―

   ·직경이 5~30 ㎛인 징크옥사이드(ZnO)를 1~10중량%함유

   ·자외선차단율 : 96.5%이상

   ·흡수성과 건조성의 향상율 : 50%이상
6. 제 5항에 있어서, 최종 단사섬도가 0.5~3.5데니어인 것을 특징으로 하는 자외선차단-흡한속건성 나일론 섬유.