KR20070017572A - 온도제어형 고분자마스터배치와 이의 제조방법 및 이를이용한 복합섬유와 이의 제조방법 - Google Patents

온도제어형 고분자마스터배치와 이의 제조방법 및 이를이용한 복합섬유와 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도제어가 가능한 고분자 마스터배치의 제조방법에 있어서, 상기 고분자 마스터배치는 고점도의 기질고분자와 중간 점도의 점도조절제를 각각 30/70 내지 70/30 중량%로 혼합하여 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물에 대하여 저점도의 상전이물질을 5 내지 40중량%을 혼합하며 고온에서의 용융혼련과 방사공정시 열분화 및 인화를 방지하기 위하여 열안정제를 상전이물질 100 중량부 대비 1 내지 3중량부를 혼합하여 헨셀믹서를 이용 균일 혼합한 후, 2축 용융혼련기를 이용하여 제조되는 온도제어형 고분자 마스터배치 및 이의 제조방법과 상기 고분자 마스터배치를 이용하여 제조된 복합섬유 및 이의 제조방법을 제공한다.
상변화물질, 복합방사, 균일혼련

Description

온도제어형 고분자마스터배치와 이의 제조방법 및 이를 이용한 복합섬유와 이의 제조방법{MASTER POLYMER CAPABLE OF CONTROLLING TEMPERATURE AND PROCESS THEREOF AND CONJUGATE FIBER USING THEROF}
본 발명은 용융방사가 가능한 온도제어형 상변화물질의 고분자 마스터배치 및 이의 제조방법과 상기 고분자 마스터배치를 이용한 복합섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 비교적 저점도인 상변화물질과 고점도인 기질고분자와의 균일한 혼련성과 양호한 상변화물질의 픽업률을 확보하기 위하여 상변화물질, 기질고분자, 점도조절제 및 열안정제를 용융혼련 및 혼련방법을 통하여 상변화물질 고분자마스터배치를 제조하는 한편, 상기 고분자마스터배치를 시쓰-코아형 복합방사의 코아성분에 혼입되도록 용융방사하여 제조되는 복합섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 혼련하고자 하는 두 물질간에 점도차이가 클 경우 종래의 일반적인 혼련기 및 혼련방법으로는 균일하게 혼련이 안되는 기술적인 어려움이 있어왔다. 본 발명에 사용되는 물질에 있어서도 상당히 저점도인 상변화물질을 고점도인 기질고분자와 균일 용융혼련을 시켜야 하는데, 이들간의 점도차가 매우 커서 마찬 가지로 일반적인 혼련기 및 혼련방법에 의해서는 균일하게 혼련이 안되는 기술적인 문제를 가지고 있고, 이러한 불균일 혼련된 상변화물질이 고온의 복합방사 공정중에 열분해 또는 열변형되어 가스상으로 분출되거나 탄화되어 방사성을 떨어뜨리는 기술적인 문제를 가지고 있었다.
상기 문제점을 해결하고자 미국특허 제6,793,856호에서는 용융방사가 가능한 상변화 고분자 마스터배치의 제조기술의 시도로서 저점도인 상변화물질을 열에 안정한 멜라민수지 등을 사용하여 코아-셀구조의 마이크로캡슐형태의 상변화물질를 만들고, 이를 고점도의 기질고분자에 직접 용융혼련시키던지 아니면 미리 균일한 혼련/분산이 되도록 점도조절제와 미리 용융혼련을 시켜서 최종적으로 기질고분자와 용융혼련시키는 기술 및 다단계의 용융혼련과정을 통하여 상변화물질을 직접 기질고분자에 용융혼련시키는 방법이 개시되었다. 그러나 상기 방법과 같이 마이크로캡슐된 상변화물질을 이용하여 용융혼련시킬 경우 및 다단계에 의한 특수 혼련방법을 이용할 경우라도, 용융혼련시 강한 전단력에 의하여 마이크로캡슐이 손상을 입어 깨질 우려가 많으며, 손상이 없더라도 방사공정시 여전히 상변화물질을 함유한 마이크로캡슐의 재응집현상이 일어나 거대입자들이 생겨 방사 팩필터에서 걸러지게 되어 방사 팩압의 상승을 초래하여 방사공정성을 저하시키게 하는 문제점을 초래거나 워낙 저점도인 상변화물질과 펠렛형태의 기질고분자와의 접촉하는 비표면 면적의 거대한 차이로 일부는 기질고분자에 웨팅되어 혼련되지만, 상당량은 상변화물질끼리 유동하다가 가스형태로 분출되는 불균일한 혼련을 초래할 소지가 크다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 상변화물질이 기질고분자와 균일하게 혼합된 고분자마스터배치 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명은 상기 상변화물질의 고분자마스터배치를 이용하여 복합방사를 통한 기능성 섬유 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 온도제어가 가능한 고분자마스터 배치의 제조방법에 있어서, 상기 고분자마스터배치는 고점도(V1)의 기재고분자와 균일혼련을 위해 중간 점도(V2)의 점도조절제를 각각 30/70 내지 70/30 중량%로 혼합하여 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물에 대하여 수평균분자량이 500 내지 1,000인 저점도(V3)의 상변화물질을 5 내지 40중량%을 혼합하며 고온에서의 용융혼련과 방사공정시 열분화 및 인화를 방지하기 위하여 열안정제를 상변화물질 100중량부 대비 1 내지 3중량부 혼합하여 믹서를 이용 균일 혼합한 후, 2축 용융혼련기를 이용하여 제조되되, 상기 V1, V2, V3은 V1> V2> V3의 관계인 온도제어형 고분자 마스터배치의 제조방법.의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 상변화물질이 폴리알킬렌글리콜-지방족산공중합체 또는 폴리에틸렌유도체인 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 폴리알킬렌글리콜-지방족산공중합체의 수평균분자량이 500 내지 1,000이고 상기 폴리에틸렌유도체의 탄소수가 13 내지 23개인 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 열안정제가 인계 열안정제인 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 점도조절제가 수평균분자량이 20,000이하의 폴리프로필 렌, 폴리에틸렌-아크릴릭산의 공중합체, 폴리에틸렌-비닐아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌-이소프탈산테레프탈레이트의 공중합체로 이루어진 군으로부터 1 이상 선택된 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 기질고분자가 연화점이 110 내지220℃인 나일론 및 그 유도체와 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리락틱산을 포함하는 지방족폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 1 이상 선택된 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 점도조절제와 기질고분자가 균일 용융혼련을 유도하기 위하여 팰렛화된 점도조절제 및 기질고분자를 동결분쇄공정을 거쳐서 평균입경이 0.1 내지2㎜의 크기를 갖도록 분말화한 것인 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 고분자마스터배치를 제공한다.
또한 본 발명은 온도제어가 가능한 복합섬유의 제조방법에 있어서, 상기 방법들로 제조된 고분자마스터배치를 코아성분부로 형성시키고 시쓰성분부용 고분자와의 함유비율를 30/70 내지 70/30 중량%로 투입하여 시쓰-코아형 복합방사를 통하여 제조된 온도제어용 복합섬유의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 시쓰성분부용 고분자가 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트 및 이들의 공중합체와 폴리락틱산을 포함하는 지방족 폴리에스테르와 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하는 폴리올레핀계 고분자 및 나일론6를 포함한 나일론으로 이루어진 군으로부터 1 이상 선택된 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 복합섬유의 단면구조가 섬유의 최종용도에 적용될 수 있도록 해도단면형, 원형, 삼엽, 사엽단면, 삼각형, 사각형, 오각형 또는 편평팔엽형 단면구조를 형성된 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 복합섬유가 섬유의 연속적인 길이를 가진 장섬유와 일정길이를 가진 단섬유로 제조된 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방법들로 제조된 온도제어형 복합섬유를 제공한다.
이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 상변화물질 고분자마스터배치는 상변화물질, 열안정제, 점도조절제 및 기질고분자의 혼합물로서 형성될 수 있다.
잠열재로서 상변화물질(PCM, Phase Change material)은 융점과 잠복열의 크기에 따라 섬유에 적용하였을 때 인체에서 발산되는 많은 양의 에너지를 흡수, 저장 그리고 방출하는 기능에 따라 많은 차이가 있다. 일반적으로 신체가 운동 등의 활동으로 인하여 많은 양의 열을 발생시키면, 자동적으로 땀을 방출시킴으로써 체온을 떨어뜨리는 신진대사의 기능을 하게 된다. 이에 따라 발생된 땀은 입고 있는 의류로 흡수 이동되는데, 흡한속건등의 특수한 기능이 없는 경우에 의류는 축축한 느낌을 주어 불쾌감을 주게 된다. 따라서 운동 등의 활동으로 발생된 많은 양의 열을 어떤 매개체로 하여금 흡수,저장토록 하고 다시 추위를 느끼면 다시 방출하여 체온을 일정한 온도로 조절하여, 우리 신체를 항상 쾌적한 온도로 유지시켜 주는 기능을 하게 된다. 본 발명에서의 상기 상변화물질은 융점과 잠복열의 크기에 따라 인체에서 발산되는 많은 양의 에너지를 흡수, 저장 및 방출하는 기능을 발휘할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 상변화물질은 폴리알킬렌글리콜-지방족산공중합체 또는 폴리에틸렌유도체일 수 있으며 상기 물질에 고온에서의 용융혼련 및 방사공정시 열분해 및 인화가 되는 것을 방지하기 위하여 인계 열안정제가 함유된 것일 수 있다.
상기 상변화물질의 구성물질 중 폴리알킬렌글리콜-지방족산공중합체의 수평균분자량은 500 내지1,000 정도임이 바람직한데, 분자량이 500미만이면 융점이 너무 낮아 인체피부온도와의 상호작용이 없으며, 분자량이 1,000을 초과하면 융점이 너무 높아 인체피부온도와의 상호작용이 없어진다. 또한 상기 상변화물질에는 탄소수가 13 내지 23개인 폴리에틸렌유도체를 사용하는 것이 바람직한데, 탄소수가 13개 미만이면 융점이 너무 낮아 인체피부온도와 상호작용이 없으며, 탄소수가 23개를 넘으면 융점이 너무 높아 인체피부온도와 상호작용이 없어진다. 여기서 컴파운딩작업 및 방사공정단계에서 상변화물질의 열안정성을 부여코자 인계 열안정제를 첨가할 수 있다.
또한, 상기 점도조절제로는 균일혼련을 위해 사용되는 바, 코아성분부의 기질고분자와의 균일혼련을 유도하기 위하여 상용성이 좋은 고분자를 선택할 수 있으며, 저점도인 상변화물질과 고점도인 기질고분자의 중간 정도의 점도일 수 있다. 또 단시간내에 비교적 저점도인 상변화물질과의 균일 용융혼련을 유도하기 위하여 팰렛화된 점도조절제를 동결분쇄공정을 거쳐서 평균입경이 0.1 내지 2㎜의 크기를 갖도록 분말화시켜 사용할 수 있다. 평균입경이 0.1㎜미만의 경우에는 입경이 너무 작아 2차 응집 등 상변화물질과의 균일분산이 어렵고, 입경이 2㎜초과의 경우에는 입경이 너무 커서 펠렛은 펠렛대로 섞이고, 상변화물질은 상변화물질대로 따로 섞여서 혼련되는 불균일 혼련을 초래할 수가 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 점도조절제 고분자로는 수평균분자량 20,000이하의 폴리프로필렌, 폴리에틸렌-아크릴릭산의 공중합체, 폴리에틸렌-비닐아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌-이소프탈산테레프탈레이트의 공중합체로 이루어진 군으로부터 일 이상 선택된 것을 사용할 수 있다.
한편 코아성분부의 기질고분자로도 단시간내에 비교적 저점도인 상변화물질과의 균일 용융혼련을 유도하기 위하여 팰렛화된 기질고분자를 동결분쇄공정을 거쳐서 평균입경이 0.1 내지2㎜의 크기를 갖도록 분말화시켜 사용할 수 있다. 상기 기질고분자로는 연화점이 110 내지220℃인 나일론 및 그 유도체와 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리락틱산을 포함하는 지방족폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 일 이상 선택된 것을 사용할 수 있다.
상기 코아성분부용 기질고분자와 점도조절제 혼합물은 상변화물질 및 기질고분자의 점도에 대응하여 각각 30/70- 70/30중량%로 혼합될 수 있고, 또 상기 혼합물에 대하여 상변화물질은 5 내지 40중량%, 인계 열안정제는 상변화물질 100중량부 대비 1 내지3중량부가 부가되는 것이 바람직한데, 상기 상변화물질 5중량% 미만일 경우 상변화에 따른 흡 ·발열 효과가 적고, 40중량%을 초과할 때에는 열적으로 불안정하며, 점도저하가 심하고, 사물성저하를 초래할 수 있다. 또한 상변화물질 함량이 5중량% 미만이면 상변화에 의한 잠열효과가 거의 없고, 40중량% 초과의 경우에는 상변화에 의한 잠열효과는 크지만 원가측면의 문제와 기질고분자와의 혼련시 상변화물질이 외부로 노출되어 시쓰(sheath)단독성분 또는 코아(core)단독성분의 원사가 생성될 가능성과 코아 단독성분끼리 달라붙는 문제점이 발생될 수 있다.
한편 열정안정제는 1중량부 미만일 경우에는 열정안성의 효과가 떨어지고, 3중량부를 초과할 때에는 원료가의 상승을 초래할 수 있다.
본 발명의 일실시예와 같이, 비교적 저점도이면서 열안정성이 약한 상변화물질을 점도가 높은 기질고분자와 용융혼련함에 있어서는 어떻게 상변화물질을 기질고분자에 균일하게 혼련하는 것이 중요한데, 기질고분자에 비하여 폴리에틸렌계 유도체와 폴리알킬렌글리콜류의 상변화물질 자체가 상당히 저점도이므로 일반적인 혼련방법으로는 균일 고분자 마스터배치를 제작하기가 어렵다. 따라서 본 발명에서는 2축 혼련시의 열안정성을 보강하기 위하여 인계 열안정제가 포함된 상변화물질을 사용하였고, 점도가 높은 기질고분자와의 균일 용융혼련을 유도하기 위하여 상변화물질과 기질고분자의 중간정도의 점도를 갖는 점도조절제를 사용하였으며, 저점도인 상변화물질과의 균일 분산/혼련을 위하여 점도조절제 및 기질고분자를 일정 크기를 갖도록 펠렛형태에서 분말화시켜서 사용할 수 있다.
기존의 펠렛형태의 기질고분자 혹은 점도조절제 고분자에 저점도의 상변화물 질을 혼련시킬 경우, 상변화물질은 펠렛의 표면에 웨팅이 된 후에는 상변화물질 자기들끼리 존재하여 펠렛은 펠렛대로 따로 혼련되는 불균일 혼련을 초래한다. 따라서 상기 점도조절제와 기질고분자는 분말상으로 투입됨이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 의한 상변화물질의 고분자마스터배치는 2축 혼련기를 이용하여 개질된 기질고분자와 점도조절제 그리고 상변화물질과 열안정성이 우수한 인계 열안정제를 다단계 혼련방식을 통하여 상기의 비율로 소량씩 첨가하면서 균일하게 혼련하여 제조될 수 있다.
상기 제조된 상변화물질의 고분자마스터배치는 복합섬유형태의 코어성분부로 형성되고 이하 시쓰성분부에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에 있어서 시쓰성분부 고분자로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트 및 이들의 공중합체와 폴리락틱산 등의 지방족 폴리에스테르와 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하는 폴리올레핀계 고분자 및 나일론6를 포함한 나일론으로 이루어진 군으로부터 1이상 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 단독방사보다는 복합방사를 하는 것이 바람직한데, 단독방사의 경우에는 상변화물질이 외부에 노출될 가능성이 크므로, 염색 등 후가공에서 염색반 등의 문제점을 초래할 수가 있다. 본 발명의 복합방사에 있어서는 인체피부온도의 상호작용에 의하여 민감하게 반응하도록 하기 위하여, 시쓰-코아(sheath-core)형 복합방사에서는 코아성분이 30 내지 70 중량%가 되도록 조절하였다. 코아성분의 비율이 30중량비 미만이면 코아성분의 함량이 너무 적어 온도 민감성이 떨 어지며, 코아성분의 비율이 70중량비를 초과하면 시쓰성분의 함량이 적게 되어 시쓰성분의 깨짐현상이 일어나 코아성분의 상변화물질이 노출되어 후공정에서 염색반을 초래할 염려가 있다.
한편 복합섬유의 단면구조는, 본 발명의 일실시예에 따른 온도제어섬유가 적용되는 최종용도에 맞게 설계될 수 있으며, 그 예로 상기 시쓰-코아형태외에 해도단면구조를 가질 수 있으며, 원형단면외에 삼엽, 사엽단면과 삼각형, 사각형, 오각형 단면구조를 가질 수도 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예 및 비교예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명은 하기 실시예로 제한되지 않는다. 하기 실시예 및 비교예에서 제시되는 특성들은 다음과 같은 방법으로 측정한 것이다.
* 열적특성 : 상변화물질의 융점과 잠열을 퍼킨-엘머 시차주시열량계 (DSC)로 승온속도를 분당 10℃로 하여 측정하였다. DSC로 측정된 융해피크의 온도범위가 더 넓다는 말은 그 물질이 더 많은 양의 열을 흡수하고 저장, 방출할 수 있다는 것으로 상변화효과가 크다는 것을 의미한다.
* 온도응답성: 열화상측정기를 이용하여 인체피부와의 상호작용에 의하여 36℃에서 33℃까지의 온도변화에 걸리는 시간을 측정하였다.
* 상변화물질 픽업율: 용융혼련에 의한 고분자 마스터배치 제조시 상변화물질의 투입량대비 실제 고분자 마스터배치에 잔존하는 비율로 100%의 경우에는 투입량 전부가 최종 고분자 마스터배치에 들어있다는 것을 나타낸다.
* 내세탁성: 중성세제를 사용하여 40℃에서 5회 세탁후에 온도 응답성을 측정하여, 세탁전과 후의 온도 응답성 수치를 비교하였다.
[실시예 1]
저점도의 상변화물질과 고점도의 기질고분자와의 균일혼련을 도모하기 위하여, 이들간의 중간정도의 점도특성을 갖는 점도조절제를 사용했는데, 상변화물질과의 균일혼련 및 혼련에 따른 픽업율을 극대화시키기 위하여 펠렛형태의 폴리에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 동결분쇄공정을 통하여 평균입경이 0.5 mm의 크기를 갖도록 분말화시켜 사용하였다. 상변화물질로는 탄소수가 18개인 폴리에틸렌계유도체를 사용하였다. 고분자마스터배치를 제조하기에 앞서 기질고분자와 점도조절제를 각각 30중량%와 70중량%로 계량한 후에, 일차적으로 헨셀믹서를 이용하여 상기 분말화된 점도조절제 70중량%와 저점도의 상변화물질을 코아성분부에 사용할 기질고분자와 점도조절제의 중량대비 20중량%를 균일혼합한 후 여기에 상변화물질의 열안정성을 부여코자 인계 열안정제를 상변화물질대비 3중량부 첨가하였다. 상기 상변화물질을 함유한 점도조절제의 분말이 일정량씩 투입되도록 콘베어벨트가 부착된 2축 혼련기를 이용하여 펠렛형태의 고분자를 제조한 후, 코아성분부의 기질고분자로서 펠렛형태의 폴리프로필렌 30중량%와 상기 제조한 상변화물질을 함유한 분말형태의 고분자 70중량%를 혼합하여 상기 특수제작된 2축 혼련기를 통하여 혼련기온도 200도에서 시간당 200kg의 속도로 상변화물질이 함유된 고분자 마스터배치를 제조하였다. 이렇게 하여 제조된 고분자 마스터배치를 코아성분으로하고 시쓰성분으로는 고유점도가 1.02 dl/g인 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트를 사용하여 시쓰-코아 복합방사기를 통해 시쓰/코아 성분비가 50/50중량%가 되도록 복합방사를 하였다. 복합방사의 방사온도는 시쓰성분부는 260℃로, 코아성분부의 방사온도는 240℃로 조절하였고, 방사속도 1000m/min, 풍량 4㎏/㎠로 하여 방사한 후, 제1연신온도 45℃, 제2연신온도 65℃에서 연신비 3.0, 방적용유제로 오일처리하면서 연신한 후 크림핑공정을 거쳐 크림프수가 10～12정도 갖게 하여 섬도가 2.5de, 섬유장이 40미리미터가 되도록 커팅한 후, 또한 카딩공정에서 두께 50㎜의 웹을 만들어 슬라이버 고정을 거쳐 방적사를 제조하였다. 한편 상기 제작된 웹을 100m/min의 속도로 움직이는 망상형 컨베이어벨트위에 올려놓고 니들펀칭기를 이용하여 부직포를 제조하였다.
[실시예 2]
시쓰성분과 코아성분의 비율이 70/30중량%인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 3]
시쓰성분과 코아성분의 비율이 60/40중량%인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 4]
시쓰성분과 코아성분의 비율이 40/60중량%인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 5]
코아성분부에 고분자 마스터배치에 함유된 상변화물질의 함량이 10중량%인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 6]
코아성분부에 고분자 마스터배치에 함유된 상변화물질의 함량이 40중량%인 것을 제외하고는 실시예 1와 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 7]
코아성분부에 들어가는 고분자가 연화점이 130℃인 개질된 폴리에틸렌테레프탈레이트인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 8]
코아성분부에 들어가는 고분자가 연화점이 150℃인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 9]
코아성분부에 들어가는 고분자가 연화점이 180℃인 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 10]
코아성분부에 들어가는 고분자가 융점이 160℃인 지방족 폴리에스테르인 폴리락틱산 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 11]
코아성분부에 들어가는 고분자가 연화점이 130℃인 폴리에틸렌인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 12]
상변화물질로서 카본수가 13개에서 18개가 혼합된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 13]
상변화물질로서 카본수가 18개에서 23개가 혼합된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 14]
상변화물질로서 분자량이 500～1,000인 폴리알킬렌글리콜-지방족산공중합체를 20중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 15]
고분자 마스터배치의 제조방법에 있어서 저점도의 상변화물질과 고점도의 기질고분자와의 균일혼련을 도모하기위하여, 이들간의 중간정도의 점도특성을 갖는 점도조절제를 사용했는데, 이들과 상변화물질과의 균일혼련 및 혼련에 따른 픽업율을 극대화시키기위하여 펠렛형태의 기질고분자인 폴리프로필렌과 점도조절제인 폴리에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 동결분쇄공정을 통하여 각각 평균입경이 0.5미리미터의 크기를 갖도록 분말화시켜 사용하였다. 상변화물질로는 탄소수가 18개인 폴리에틸렌계유도체를 사용하였다. 고분자마스터배치를 제조하기에 앞서 기질고분자와 점도조절제를 각각 30중량비와 70중량%로 계량한 후에, 일차적으로 헨셀믹서를 이용하여 상기 분말화된 점도조절제 70중량%와 저점도의 상변화물질을 코아성분부에 사용할 기질고분자와 점도조절제의 중량대비 20중량%로 균일혼합한 후, 이 렇게 제조한 상변화물질을 함유한 분말형태의 고분자가 소량씩 투입되도록 특수제작된 2축 용융혼련기를 이용하여 펠렛형태의 고분자를 제조한 후에 여기에 기질고분자로서 상기 계량해 두었던0.5㎜의 입경을 갖는 분말형태의 폴리프로필렌을 30중량%로 혼합하여 상기 특수제작된 2축 혼련기를 통하여 상변화물질이 함유된 고분자 마스터배치를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 16]
고분자 마스터배치의 제조방법에 있어서 처음부터 점도조절제로서 입경이 0.5㎜를 갖는 폴리에틸렌-비닐아세테이트 공중합체의 분말 70중량%와 기질고분자로서 입경이 0.5㎜의 크기를 갖는 폴리프로필렌의 분말 30중량%를 헨셀믹서를 이용하여 미리 혼합한 후에 상기 혼합물에 2축 용융혼련기를 통하여 상변화물질을 코아성분부에 사용할 기질고분자와 점도조절제의 총합대비 20중량%되게 소량씩 투입하여 상변화물질이 함유된 고분자 마스터배치를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 17]
고분자 마스터배치의 제조방법에 있어서 처음부터 점도조절제로서 펠렛형태의 폴리에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 70중량%와 기질고분자로서 입경이 0.5미리미터의 크기를 갖는 폴리프로필렌의 분말 30중량%를 헨셀믹서를 이용하여 함께 혼합한 후에 특수제작된 용융혼련기를 통하여 상변화물질을 상기 혼합물에 20중량%되게 소량씩 투입하여 상변화물질이 함유된 고분자 마스터배치를 제조한 것을 제외하 고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[실시예 18]
고분자 마스터배치의 제조방법에 있어서 처음부터 점도조절제로서 입경이 0.5미리미터의 크기를 갖는 폴리에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 70중량%와 기질고분자로서 펠렛형태의 폴리프로필렌의 고분자 30중량%를 헨셀믹서를 이용하여 함께 혼합한 후에 특수제작된 용융혼련기를 통하여 상변화물질을 상기 혼합물에 20중량%되게 소량씩 투입하여 상변화물질이 함유된 고분자 마스터배치를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[비교예 1]
상변화물질을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[비교예 2]
상변화물질이 6중량%인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[비교예 3]
상변화물질이 50중량%인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[비교예 4]
코아성분의 비율이 20중량%인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[비교예 5]
고분자 마스터배치의 제조방법으로 점도조절제없이 기질고분자로서 폴리프로필렌 고분자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
[비교예 6]
고분자 마스터배치의 제조방법으로 점도조절제와 기질고분자를 분말화하지 않고 펠렛형태로 사용한 것을 제외하고는 비교예6과 동일한 절차를 반복하였다.
[비교예 7]
코아성분부에 고분자 마스터배치에 함유된 상변화물질의 함량이 40중량%인 것을 제외하고는 비교예6과 동일한 절차를 반복하였다.
[비교예 8]
코아성분부에 고분자 마스터배치에 함유된 상변화물질의 함량이 60중량%인 것을 제외하고는 비교예6과 동일한 절차를 반복하였다.
상기 실시예 및 비교예에 의거하여 얻은 인공지능형 고기능 복합섬유의 온도응답성 및 세탁에 따른 내구성을 측정하였다. 그 결과는 표1에 제시된다.
구 분 코아성분 비율(중량%) 상변화물질 온도 응답성 (초) 내세탁성 세탁후 온도 응답성(초)
첨가량 (중량%) 탄소수 코아성분폴리머 연화점(℃) 마스터배치폴리머 에서의 픽업률(%)
실시예1 50 20 18 PP (160) 90 10 10
실시예2 70 20 18 PP (160) 90 5 5
실시예3 60 20 18 PP (160) 90 7 7
실시예4 40 20 18 PP (160) 90 12 12
실시예5 50 10 18 PP (160) 90 15 15
실시예6 50 40 18 PP (160) 90 6 6
실시예7 50 20 18 MPET (160) 90 10 10
실시예8 50 20 18 MPET (160) 90 13 13
실시예9 50 20 18 MPET (160) 90 15 15
실시예10 50 20 18 PLA (160) 90 13 13
실시예11 50 20 18 PE (160) 90 12 12
실시예12 50 20 13-18 PP (160) 80 8 8
실시예13 50 20 18-23 PP (160) 80 15 15
실시예14 50 20 - PP (160) 80 17 17
실시예15 50 20 18 PP (160) 95 9 9
실시예16 50 20 18 PP (160) 95 9 9
실시예17 50 20 18 PP (160) 90 10 10
실시예18 50 20 18 PP (160) 85 11 11
비교예1 50 - - PP (160) - - -
비교예2 50 6 18 PP (160) 90 70 70
비교예3 50 50 18 PP (160) 90 13 13
비교예4 20 20 18 PP (160) 90 20 20
비교예5 50 20 18 PP (160) 30 30 30
비교예6 50 20 18 PP (160) 50 15 15
비교예7 50 40 18 PP (160) 50 14 14
비교예8 50 60 18 PP (160) 50 14 14
상기한 표 1의 결과로부터 명백하게 되는 바와 같이, 비교적 저점도의 상변화물질과 고점도의 기질고분자와의 균일혼련을 도모하기 위하여 중간정도의 점도특성를 갖는 점도조절제를 사용하였고, 상변화물질의 혼련에 따른 픽업율의 극대화를 위해서 팰랫형태의 기질고분자와 점도조절제 고분자를 동결분쇄공정을 통하여 분말형태로 만들어 사용하여 2축용융혼련기 및 혼련방법을 통하여 제조된 제조된 상변 화물질을 함유한 고분자 마스터배치는 균일한 혼련성과 양호한 상변화 픽업률를 나타낸다.
또한 상기 고분자마스터배치를 이용한 시쓰-코아 복합방사의 원사제조단계에서의 첨가로써 인체피부온도와의 상호작용에 의하여 상변화가 일어나 어느 환경하에서나 일정한 온도를 유지시켜주도록 하여 반영구적인 온도응답성이 부여되고 부드러운 터치 및 세탁에 따른 내구성이 매우 우수한 인공지능형 고기능 복합섬유를 제조할 수 있게 되었다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (11)

  1. 온도제어가 가능한 고분자마스터 배치의 제조방법에 있어서,
    상기 고분자마스터배치는 고점도(V1)의 기재고분자와 균일혼련을 위해 중간 점도(V2)의 점도조절제를 각각 30/70 내지 70/30 중량%로 혼합하여 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물에 대하여 저점도(V3)의 상변화물질을 5 내지 40중량%을 혼합하며 고온에서의 용융혼련과 방사공정시 열분화 및 인화를 방지하기 위하여 열안정제를 상변화물질 100중량 대비 1 내지 3중량부 혼합하여 믹서를 이용 균일 혼합한 후, 2축 용융혼련기를 이용하여 제조되되,
    상기 V1, V2, V3은 V1> V2> V3의 관계임을 특징으로 하는 온도제어형 고분자 마스터배치의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상변화물질은 폴리알킬렌글리콜-지방족산공중합체 또는 폴리에틸렌유도체임을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌글리콜-지방족산공중합체는 수평균분자량이 500 내지 1,000이고 상기 폴리에틸렌유도체는 탄소수가 13 내지 23개임을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열안정제는 인계 열안정제임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 점도조절제는 수평균분자량이 20,000이하의 폴리프로필렌, 폴리에틸렌-아크릴릭산의 공중합체, 폴리에틸렌-비닐아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌-이소프탈산테레프탈레이트의 공중합체로 이루어진 군으로부터 1 이상 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기질고분자는 연화점이 110 내지220℃인 나일론 및 그 유도체와 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리락틱산을 포함하는 지방족폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 일 이상 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 점도조절제와 기질고분자는 균일 용융혼련을 유도하기 위하여 팰렛화된 점도조절제 및 기질고분자를 동결분쇄공정을 거쳐서 평균입경이 0.1 내지2㎜의 크기를 갖도록 분말화한 것임을 특징으로 하는 방법.
  8. 온도제어가 가능한 복합섬유의 제조방법에 있어서,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 의한 방법으로 제조된 고분자마스터배치를 코아성분부로 형성시키고 시쓰성분부용 고분자와의 함유비율를 30/70 내지 70/30 중량%로 투입하여 시쓰-코아형 복합방사를 통하여 제조됨을 특징으로 하는 온도제어용 복합섬유의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시쓰성분부용 고분자는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트 및 이들의 공중합체와 폴리락틱산을 포함하는 지방족 폴리에스테르와 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하는 폴리올레핀계 고분자 및 나일론6를 포함한 나일론으로 이루어진 군으로부터 1 이상 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복합섬유의 단면구조는 섬유의 최종용도에 적용될 수 있도록 해도단면형, 원형, 삼엽, 사엽단면, 삼각형, 사각형, 오각형 또는 편평팔엽형 단면구조를 형성됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 복합섬유는 섬유가 연속적인 길이를 가진 장섬유 또는 일정길이를 가진 단섬유로 제조됨을 특징으로 하는 방법.
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