KR20080104707A - 액체 저항성을 가진 초소수성 셀룰로스 섬유 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물이나 액체 오염에 대해 저항성을 갖는 초소수성 셀룰로스 섬유 및 그의 제조 방법에 관한 것이고, 구체적으로 낮은 흡수성, 액체 저항성 4급 이상 및 방오성 2급 이상의 물성을 가진 셀룰로스 섬유 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 초소수성 셀룰로스 섬유는 (1) KS K 0815 및 이와 동등한 방법으로 측정한 흡수율이 소수성 처리가 되지 않은 셀룰로스 섬유 흡수율의 10 내지 70% 수준인 흡수성; (2) AATCC 193 및 이와 동등한 방법으로 측정한 액체 저항성 4급 이상; 및 (3) KS K 0610 및 이와 동등한 방법으로 측정한 방오성 2급 이상이 되는 것을 특징으로 한다.
셀룰로스 섬유, 초소수성, 액체 저항성, 속건성, 방오성, 쾌적성

Description

액체 저항성을 가진 초소수성 셀룰로스 섬유 및 그의 제조 방법{Super-hydrophobic cellulose fibers having the resistance to liquids and manufacturing methods thereof}
본 발명은 물이나 액체 오염에 대해 저항성을 갖는 초소수성 셀룰로스 섬유 및 그의 제조 방법에 관한 것이고, 구체적으로 낮은 흡수성, 액체 저항성 4급 이상 및 방오성 2급 이상의 물성을 가진 셀룰로스 섬유 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 스포츠 및 레저 활동의 증가와 소비 수준의 향상으로 인해 쾌적성 섬유 제품의 수요가 증가하는 추세이다. 쾌적성과 관련된 기능성으로 투습방수성, 흡한속건성, 경량성, 방오성, 항균성 및 소취성과 같은 여러 가지가 있고 그리고 이와 같은 기능 중 땀 및 수분과 관련된 기능이 최근 특히 주목을 받고 있다. 이러한 기능성 의류는 인체로부터 발산되는 땀을 신속하게 외부로 배출하여 의복이 피부에 달라붙지 않아 끈적임 없는 착용감을 유지하고 운동 후 땀에 의한 체온 저하를 방지하여 쾌적성이 유지되도록 한다.
셀룰로스 섬유는 수분을 흡수하는 흡습성이 뛰어나고 우수한 촉감과 외관을 지닌 인체 친화적인 소재로 의복에 많이 사용되는 소재임에도 불구하고 물에 대한 저항성이 없어 지나치게 많은 양의 물을 흡수하고 건조가 느려 세탁 후 건조시간이 많이 필요하다는 단점을 가진다. 또한 셀룰로스 섬유 제품은 스포츠 및 레저 활동 시 과량의 땀을 흡수하여 의복이 인체에 들러붙는 현상이 발생하고 휴식 중에 흡수된 땀이 냉각되어 체온 저하 현상이 발생하는 등의 단점이 있어 쾌적성 의류로는 적합하지 못하다는 지적을 받고 있다. 이에 따라 쾌적성 섬유제품은 주로 합성섬유로 제조되고 있다.
상기의 쾌적성 섬유제품으로 사용되는 합성섬유 중 물에 대한 저항성이 매우 높은 소수성 섬유로 폴리올레핀계 섬유인 폴리프로필렌이 대표적이다. 폴리프로필렌 섬유를 이용한 쾌적성 섬유제품의 예로 폴리프로필렌 섬유와 친수성 섬유로 구성된 이중직 직·편성물 제품이 있다. 이러한 제품은 직·편성물의 이면, 즉 피부 접촉면에 폴리프로필렌 섬유를 사용하고 그 반대쪽인 표면에 흡수성이 강한 섬유가 사용된다. 이러한 직·편성물로 제조한 의류를 착용하고 스포츠 활동을 하는 경우, 발생된 땀은 폴리프로필렌 섬유에 흡수되지 않고 표면의 흡수성 섬유로 배출되어 건조된다. 이로 인해 폴리프로필렌/흡수성 섬유 이중직 직·편성물은 항상 건조된 착용감을 유지할 수 있다. 그러나 이러한 폴리프로필렌 섬유는 염색이 어려우며 용융 온도가 낮아 염색 및 가공 시 열에 민감하여 촉감이 딱딱해지기 쉽다는 단점을 가진다. 또한 폴리프로필렌 섬유는 물과 같은 수분을 전혀 흡수할 수 없기 때문에 보습성이 없어 인체 친화적이지 못하다는 단점을 가진다.
본 발명은 이와 같은 합성 섬유 및 종래의 셀룰로스 섬유가 가진 문제점을 해결한 셀룰로스 섬유의 제조 방법을 제안하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 물 또는 액체 오염에 대하여 저항성을 가지고 그리고 인체 친화성을 가진 초소수성 셀룰로스 섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 물 또는 액체 오염에 대해 저항성을 가지는 초소수성 셀룰로스 섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 셀룰로스 섬유는 파라핀계 화합물, 불소계 화합물 및 금속염계 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 0.3 내지 30% owf 소수성 화합물로 처리된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 셀룰로스 섬유는 면섬유, 모달, 리오셀, 비스코스 레이온으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 소수성 처리가 된 셀룰로스 섬유는 (1) KS K 0815 및 이와 동등한 방법으로 측정한 흡수율이 소수성 처리가 되지 않은 셀룰로스 섬유 흡수율의 10 내지 70% 수준인 흡수성; (2) AATCC 193 및 이와 동등한 방법으로 측정한 액체 저항성 4급 이상; 및 (3) KS K 0610 및 이와 동등한 방법으로 측정한 방오성 2급 이상이 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 초소수성 셀룰로스 섬유의 제조 방법은 파라핀계 화합물, 불소계 화합물 및 금속염계 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 소수성 화합물을 분산 용액을 이용하여 셀룰로스 섬유에 흡착시킨 후 열처리하여 고착시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 흡착 단계 이전에 셀룰로스 섬유의 불순물을 제거하는 전처리 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 흡착 단계의 셀룰로스 섬유는 스테이플 섬유, 슬라이버 또는 조사 형태가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 파라핀계 화합물은 액상 파라핀 또는 습식 왁스가 되고, 불소계 화합물은 퍼플루오로알킬기를 포함하고 그리고 금속염계 화합물은 알루미늄염 또는 지르코늄염이 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 초소수성 셀룰로스 섬유 단독 또는 다른 섬유와의 혼용으로 제조된 섬유 제품이 제공된다.
아래에서 본 발명은 제시된 실시예를 이용하여 상세하게 설명이 된다.
본 발명에 따른 초소수성 셀룰로스 섬유는 면섬유 또는 재생 셀룰로스 섬유의 불순물을 제거하기 위한 전처리 단계; 소수성을 가진 화합물을 섬유에 흡착시키는 단계; 및 흡착된 소수성 화합물을 열처리하여 물리적 또는 화학적으로 고착시키는 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조될 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 재생 셀룰로스 섬유는 모달, 리오셀 또는 비스코스 레이온과 같은 이 분야에서 공지된 임의의 섬유가 될 수 있고 그리고 소수성 화합물은 파라핀계 화합물, 불소계 화합물 및 금속염계 화합물을 포함할 수 있다.
이와 같은 방법으로 제조된 본 발명에 따른 초소수성 셀룰로스 섬유를 KS K 0815에 규정된 방법 또는 이와 동등한 방법으로 흡수율을 측정하는 경우 본 발명에 따른 소수성 처리가 되지 않는 통상의 셀룰로스 섬유의 흡수율을 100으로 할 때 10 내지 70%의 낮은 흡수성을 가진다.
구체적으로 본 발명에 따른 초소수성 셀룰로스 섬유는
(1) KS K 0815 및 이와 동등한 방법으로 측정한 흡수율이 통상의 셀룰로스 섬유 흡수율의 10 내지 70% 수준인 낮은 흡수성;
(2) AATCC 193 및 이와 동등한 방법으로 측정한 액체 저항성 4급 이상; 및
(3) KS K 0610 및 이와 동등한 방법으로 측정한 방오성 2급 이상이 되는 특성을 가진다.
이와 같은 특성을 가진 본 발명에 따른 초소수성 셀룰로스 섬유는 단독으로 또는 다른 섬유와 혼용하여 실, 직·편성물 또는 부직포와 같은 다양한 용도의 섬유 제품으로 응용할 수 있다. 특히 물의 침투가 어려운 소수성을 이용하여 흡수 확산성, 속건성, 땀에 의해 의복이 인체에 달라붙는 것을 방지하는 기능을 요하는 쾌적성 의류 분야에 적용할 수 있다.
아래에서 본 발명에 따른 초소수성 셀룰로스 섬유의 제조 방법에 대해 각 단계별로 상세히 설명한다.
1. 전처리 단계
초소수성 셀룰로스 섬유의 제조에 사용될 수 있는 섬유는 천연 섬유인 면섬 유, 재생 셀룰로스 섬유인 모달, 리오셀 또는 비스코스 레이온이 되고 그리고 아래에서 특별히 언급하지 않으면 셀룰로스 섬유는 이와 같은 면섬유 및 재생 셀룰로스 섬유를 포함한다.
이러한 셀룰로스 섬유는 주성분인 셀룰로스 이외에 여러 가지 불순물을 함유하고 있다. 특히 천연 섬유인 면섬유의 경우, 성장과정에서 생성되거나 부착되는 여러 가지의 불순물인 면납, 지방, 펙틴, 단백질 또는 회분과 같은 1차 협잡물을 함유하고 있다. 그리고 섬유로 제품을 만드는 공정에서 부착되는 유제, 기름, 먼지 또는 계면활성제와 같은 2차 협잡물을 함유하게 된다. 재생 셀룰로스 섬유인 모달, 리오셀 또는 비스코스 레이온과 같은 경우 1차 협잡물은 존재하지 않지만, 제조 공정 중에 부착되는 2차 협잡물이 존재한다.
면섬유의 구조를 보면 섬유의 중심부를 기준으로 루멘, 제2차 세포막, 제1차 세포막 및 표피로 구성된다. 가장 중심 부분의 루멘은 비어 있는 공간이며, 제2차 세포막은 주성분이 셀룰로스로 면섬유의 대부분을 차지한다. 제1차 세포막은 저분자량의 셀룰로스와 불순물로 구성되며 2차 세포막을 보호하는 역할을 한다. 가장 바깥쪽의 표피는 대부분이 불순물로 구성되어 있다. 이들 불순물은 염료나 가공제와 같은 것이 섬유 내부까지 침투하는 것을 방해하므로 정련 공정과 같은 전처리를 통해 제거되어야 한다.
본 발명의 초소수성 셀룰로스 섬유를 제조하는 과정에서 셀룰로스 섬유의 표면에 존재하는 불순물은 문제를 일으킬 수 있다. 면섬유의 경우, 표면 및 1차 세포막에 존재하는 불순물은 초소수성 발현을 위한 소수성 물질이 섬유 내부인 2차 세 포막까지 침투하는 것을 방해하며, 더 나아가서는 불순물과 소수성 물질이 서로 응집되어 섬유 표면에 엉겨 붙는 현상이 발생된다. 또한 재생 셀룰로스 섬유에 존재하는 불순물은 초소수성 발현을 위한 소수성 물질이 불균일하게 처리되는 원인이 될 수 있다.
따라서 본 발명의 초소수성 셀룰로스 섬유의 제조를 위하여 원료섬유를 소수성 물질을 처리하기 전에 알칼리나 계면활성제가 포함된 열액으로 처리하여 원료섬유에 존재하는 불순물이 제거되어야 한다. 이와 같은 불순물의 제거로 인하여 소수성 물질이 섬유의 내부까지 침투하게 되고 그리고 섬유 전반에 걸친 균일한 처리가 가능하다.
전처리 단계를 위하여 수산화나트륨 또는 탄산나트륨과 같은 알칼리 0.1 내지 5g/l, 비이온계 계면활성제 또는 음이온계 계면활성제 0.5 내지 4g/l로 구성된 수용액으로 액비 1:5 내지 1:30, 온도 80 내지 120℃에서 30분 내지 2시간동안 셀룰로스 섬유가 처리된다. 이후 처리된 셀룰로스 섬유는 아세트산 또는 포름산과 같은 유기산 0.2 내지 2g/l로 40 내지 60℃에서 5 내지 20분간 처리하여 중화된다. 상기에서 액비는 섬유 중량에 대한 처리 용액의 중량비를 의미하며 본 명세서에서 특별히 언급하지 않는 경우 액비는 모두 이와 같은 의미로 사용된다.
본 발명의 초소수성 셀룰로스 섬유에 있어서 원료섬유가 재생 셀룰로스 섬유가 되는 경우, 천연의 1차 협잡물이 존재하지 않으므로 상기 전처리 단계를 거치지 않거나 계면활성제만을 단독으로 사용하여 전처리가 될 수 있다.
2. 소수성 물질 흡착 단계
본 발명의 초소수성 셀룰로스 섬유의 제조 방법에 있어서, 소수성 물질은 파라핀계 화합물, 불소계 화합물 및 금속염계 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나가 될 수 있다. 그리고 필요에 따라 가교제, 계면활성제 또는 유기 용제와 같은 첨가제가 함께 사용될 수 있다.
파라핀계 화합물은 CnH2n+1의 구조를 포함하는 물질이 될 수 있고, 예를 들면 액상 파라핀 및 파라핀을 주성분으로 하는 습식 왁스를 포함한다. 불소계 화합물은 구조 중에 퍼플루오로알킬기를 포함하는 화합물 또는 공중합물이 될 수 있다. 그리고 금속염계 화합물은 알루미늄염 또는 지르코늄염과 같은 금속염을 단독으로 사용하거나 금속염과 지방산계 화합물과 병용하는 경우를 포함한다.
이러한 소수성 물질은 물만 단독으로 사용하여 분산시키거나 비이온계 계면활성제 또는 이소프로필알코올과 같은 유기 용제를 함께 사용하여 물에 분산시킴으로써 처리 용액이 제조될 수 있다. 또한 소수성 물질은 세탁과 같은 물로 처리되는 것에 대한 내구성을 강화할 필요가 있는 경우 가교제가 함께 사용될 수 있다. 사용 가능한 가교제는 블록 이소시아네이트 화합물, 멜라민 수지와 같은 것을 포함한다.
소수성 물질의 흡착 단계는 전처리가 된 셀룰로스 섬유에 소수성 물질을 부여하는 것을 말한다. 위에서 언급된 방법에 따라 제조된 소수성 물질의 분산 용액으로 셀룰로스 섬유를 일정 시간 동안 일정 온도에서 처리하여 소수성 물질을 섬유 내부로 흡착시킨다. 소수성 물질은 전처리 단계를 거침에 따라 섬유 내부로 보다 잘 침투하여 균일하게 흡착된다. 소수성 물질의 흡착은 이온성 및 직접성을 이용하여 이루어진다. 구체적으로 면섬유의 경우, 소수성 물질은 2차 세포막 내부 및 섬유 표면에 흡착되고, 그리고 모달, 리오셀 또는 비스코스 레이온과 같은 재생 셀룰로스 섬유 역시 섬유 내부 및 표면에 흡착된다. 섬유 표면에 흡착된 소수성 물질은 물과 같은 액체 성분에 의해 섬유 표면이 젖는 것을 방지하며, 섬유 내부에 흡착된 소수성 물질은 액체 성분이 섬유 내부로 침투하는 것을 차단한다. 이러한 원리에 의해 초소수성 셀룰로스 섬유는 일반 셀룰로스 섬유에 비해 흡수율이 낮고, 액체에 대한 저항성이 높아진다.
소수성 물질을 흡착시키기 위하여 섬유 무게에 대해 0.5 내지 30 중량%에 해당하는 소수성 물질을 포함하는 처리 용액에 전처리가 된 셀룰로스 섬유를 침지시키고 그리고 40 내지 110℃의 온도에서 20 내지 60분 동안 액비 1:5 내지 1:30으로 처리될 수 있다.
소수성 물질 흡착 단계에 적용되는 섬유의 형태는 원료 상태인 스테이플 섬유, 슬라이버 및 조사 중 하나인 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 의한 초소수성 셀룰로스 섬유는 단독으로 또는 다른 섬유 원료와 혼용하여 실, 직·편성물 또는 부직포로 제조하여 다양한 용도로 사용될 수 있다.
소수성 물질을 셀룰로스 섬유에 부여하는 다른 방법으로 패딩(padding)법이 사용될 수 있다. 패딩법에 의한 소수성 물질의 부여는 소수성 물질 7 내지 300 g/L를 포함하는 처리 용액에 전처리가 된 셀룰로스 섬유를 침지시키고 픽업(pick-up)율 70 내지 100%가 되도록 여분의 액을 짜주는 방법으로 이루어질 수 있다.
3. 고착 단계
고착 단계는 전처리 단계를 거쳐 불순물이 제거되고 흡착 단계를 거쳐 소수성 물질이 셀룰로스 섬유의 내부까지 균일하게 침투한 상태에서 열처리를 행하여 여분의 물을 제거하여 섬유를 건조하고, 소수성 물질이 셀룰로스 섬유와 물리적 또는 화학적 결합력을 갖도록 하는 것을 말한다. 고착을 위하여 소수성 물질이 부여된 셀룰로스 섬유는 100 내지 180℃의 온도에서 3 내지 120분 동안 열처리가 된다. 상기 열처리를 위하여 열풍 건조기, 열기 건조기, 실린더 건조기, 적외선 건조기, 고주파 건조기 또는 진공 건조기와 같이 섬유 염색 및 가공에 이용되는 임의의 건조기가 사용될 수 있다. 예를 들어 소수성 물질을 흡착 처리한 섬유가 스테이플 섬유 상태라면 이를 탈수하고 컨베이어 방식의 열풍 건조기를 이용하여 열처리가 행해질 수 있다. 이와 같은 열처리를 통하여 소수성 물질은 셀룰로스 섬유와 이온 결합 또는 공유 결합과 같은 화학 결합 및 반데르발스 결합과 같은 물리적 결합을 형성하게 된다.
소수성 물질 중 파라핀계 물질은 주로 이온 결합에 의해 셀룰로스 섬유와 결합되고, 불소계 화합물은 이온 결합, 공유 결합 또는 반데르발스 결합에 의해 셀룰로스 섬유와 결합되고, 그리고 금속염계 화합물은 셀룰로스 섬유와 킬레이트를 형성하여 결합된다.
고착 단계를 거쳐 제조된 초소수성 셀룰로스 섬유는 아래와 같은 물성을 가진다.
(1) KS K 0815 및 이와 동등한 방법으로 측정한 흡수율이 통상의 셀룰로스 섬유 흡수율의 10 내지 70% 수준인 낮은 흡수성;
(2) AATCC 193 및 이와 동등한 방법으로 측정한 액체 저항성 4급 이상; 및
(3) KS K 0610 및 이와 동등한 방법으로 측정한 방오성 2급 이상.
본 발명에 의한 초소수성 셀룰로스 섬유는 흡수율이 통상의 셀룰로스 섬유 흡수율의 10 내지 70% 수준인 낮은 흡수성을 나타내어 결과적으로 통상의 섬유에 비해 흡수성이 30 내지 90% 낮아지고, 물/이소프로필알코올 혼합 용액에 대한 액체 저항성 4급 이상을 나타내어 강한 소수성을 띠고 그리고 방오성은 2급 이상으로 오염이 되더라도 오염 물질의 제거가 용이하다.
본 발명에 따른 초소수성 셀룰로스 섬유는 일반 셀룰로스 섬유, 폴리에스터, 나일론, 아크릴, 양모 또는 실크와 같은 다른 섬유와 혼용하여 다양한 용도의 실로 제조될 수 있다. 예를 들면, 초소수성 셀룰로스 섬유를 이용하여 초소수성 셀룰로스 섬유와 다른 섬유를 랜덤하게 혼용한 혼방사, 초소수성 섬유가 일정 길이로 주기적으로 블록을 형성하면서 분포하는 방적사와 같은 특수사 또는 초소수성 섬유가 실의 쉬스 또는 코어를 형성하는 2층 구조사로 제조될 수 있다.
초소수성 셀룰로스 섬유와 다른 섬유를 랜덤하게 혼용한 혼방사로 의류를 제조하여 착용하면 초소수성 셀룰로스 섬유 내부로 액체 침투가 차단되므로 일반 셀룰로스 섬유를 사용한 의류를 착용할 때보다 물이나 땀과 같은 액체에 의해 축축하게 젖는 정도를 완화시킬 수 있다.
초소수성 섬유가 일정 길이로 주기적으로 블록을 형성하면서 분포하는 특수사인 방적사의 예로 이종의 섬유가 실의 코어와 쉬스에 주기적으로 노출되는 복합구조 방적사 또는 이종의 섬유를 주기적으로 피복한 패치사가 있다. 이러한 특수사로 의류를 제조하여 착용하면 블록을 형성하고 있는 초소수성 셀룰로스 섬유 부분에 물이나 땀과 같은 액체가 잘 침투하지 않고, 인접한 일반 셀룰로스 섬유나 흡한 속건 섬유와 같은 다른 섬유로 확산되어 건조된다. 따라서 운동 후 흘린 땀이 식었을 때 발생할 수 있는 급격한 체온 저하 현상이 완화된다.
또한 초소수성 셀룰로스 섬유가 코어에 존재하고 일반 셀룰로스 섬유가 쉬스에 존재하도록 한 2층 구조사의 경우, 표면의 일반 셀룰로스 섬유는 땀이나 물과 같은 액체를 흡수하고 코어 부분의 초소수성 셀룰로스 섬유는 물이 실 내부로 침투하지 못하도록 함으로써 건조가 빨리되는 흡수속건성 면제품 제조가 가능하도록 한다.
본 발명에 의한 초소수성 셀룰로스 섬유는 상기와 같이 실의 구조 뿐 아니라 직·편성물의 구조에 따라서도 다양한 용도의 제품 전개가 가능하다. 예를 들면, 본 발명에 의한 초소수성 셀룰로스 섬유와 친수성 섬유로 구성된 이중직 직·편성물을 들 수 있다. 직·편성물의 이면, 즉 피부 접촉면에 본 발명의 의한 초소수성 셀룰로스 섬유를 사용하고, 그 반대쪽인 표면에 흡수성이 강한 섬유를 사용하여 의류를 제조하면 착용 후 스포츠 활동에 의해 발생된 땀은 이면의 초소수성 섬유에 흡수되지 않고 표면의 흡수성 섬유 쪽으로 배출되어 빠르게 건조된다. 이로 인해 피부와 의류가 땀에 의해 달라붙지 않고 땀이 식었을 때 발생할 수 있는 체온 저하 현상을 방지할 수 있으며 동시에 셀룰로스 섬유 고유의 촉감 및 보습성이 유지되어 인체에 친화적인 쾌적성 섬유 제품이 된다.
아래에서 본 발명의 초소수성 셀룰로스 섬유의 제조에 대한 실시예를 제시하지만 본 발명의 범위는 이러한 실시예에 의하여 제한되지 않는다.
실시예 1 내지 7 및 비교예 1
면섬유를 수산화나트륨 3g/l, 비이온계 계면활성제 1g/l로 구성된 수용액으로 액비 1:20으로 98℃에서 1시간 동안 처리하고 아세트산 0.5g/l로 60℃에서 10분간 중화하였다. 이후 고형분 30 내지 40 중량%를 함유하는 불소계 화합물인 퍼플루오로알킬아크릴레이트 공중합물을 섬유 무게에 대해 0.5 내지 30%가 되도록 함유한 분산 용액으로 액비 1:20으로 하여 80℃에서 20분간 처리하여 흡착시킨 후 탈수하고 120℃에서 30분간 열처리하여 실시예 1 내지 6의 섬유 시료를 얻었다.
전처리를 하지 않은 면섬유에 대해 실시예 1 내지 6과 동일한 불소계 화합물을 섬유 무게에 대해 10%가 되도록 함유한 분산 용액으로 실시예 1 내지 6과 동일한 방법으로 처리하여 실시예 7의 섬유 시료를 얻었다.
통상의 면섬유를 실시예 1 내지 6과 동일한 방법으로 전처리만 하여 비교예 1의 섬유를 얻었다.
실시예 1 내지 7 및 비교예 1을 방적 및 편성하여 편성물 상태에서 흡수율, 액체 저항성 및 세탁 내구성을 시험하여 결과를 표 1에 나타내었다.
흡수율은 KS K 0815에 의해 측정하였으며 다음 식에 따라 전처리만 된 비교예의 면섬유에 대한 상대적인 값인 상대 흡수율로 나타내었다.
상대 흡수율(%) = (시료의 흡수율/전처리 시료의 흡수율)ㅧ100
액체 저항성은 AATCC 193에 의해 물/이소프로필알코올 혼합 용액에 대한 저항성으로 측정하였다. 세탁 내구성은 JIS L 0217의 103법에 따라 20회 세탁을 한 후 흡수율 및 액체 저항성을 측정하여 평가하였다.
표 1: 실시예 1-7 및 비교예 1
전처리 여부 불소계 화합물 농도(% owf) 세탁 전 20회 세탁 후
상대 흡수율(%) 액체 저항성(급) 상대 흡수율(%) 액체 저항성(급)
실시예 1 실시 0.5 71 4 80 3
실시예 2 실시 1 46 5 57 4
실시예 3 실시 5 29 8 39 7
실시예 4 실시 10 23 8 25 8
실시예 5 실시 20 16 8 18 8
실시예 6 실시 30 12 8 15 8
실시예 7 미실시 10 28 8 51 5
비교예 1 실시 - 100 0 - -
※ % owf(on the weight of fiber)는 셀룰로스 섬유에 대한 처리 불소계 화합물의 중량 %를 나타낸다.
표 1을 참조하면, 면섬유에 소수성 물질을 처리한 실시예 1 내지 6의 경우, 상대 흡수율은 소수성 물질의 처리 농도에 따라 다소 성능의 차이가 있으나, 12 내 지 71%로 비교예 1인 미처리 면섬유 보다 상대적으로 물을 잘 흡수하지 않음을 알 수 있다. 또한 액체 저항성은 4급 이상을 나타내어 강한 초소수성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 실시예 7은 전처리를 하지 않고 소수성 물질을 처리한 경우로 전처리를 실시한 후 같은 조건으로 처리한 실시예 4에 비해 상대 흡수율 및 세탁에 대한 내구성이 약한 것을 알 수 있다.
실시예 8 및 9
면섬유를 실시예 1 내지 6과 동일한 방법으로 전처리한 후 파라핀계 화합물인 습식 왁스를 섬유 무게에 대해 10%가 되도록 함유한 분산 용액으로 액비 1:20으로 하여 40℃에서 20분간 처리하여 흡착시킨 후 탈수하였다. 그리고 120℃에서 30분간 열처리하여 실시예 8의 섬유 시료를 얻었다. 그리고 동일한 방법으로 전처리한 면섬유에 대해 금속염계 화합물인 아세트산알루미늄을 섬유 무게에 대해 10%가 되도록 함유한 용액으로 액비 1:20으로 하여 80℃에서 30분간 처리하여 흡착시킨 후 탈수하고 120℃에서 30분간 열처리하여 실시예 9의 섬유 시료를 얻었다.
실시예 8 및 9의 섬유 시료를 방적 및 편성하여 편성물 상태에서 흡수율 및 액체 저항성을 시험하였다.
시험 결과 실시예 8은 상대 흡수율이 29%, 액체 저항성이 4급이었으며, 실시예 9는 상대 흡수율이 30%, 액체 저항성이 4급으로 파라핀계 화합물 및 금속염계 화합물에 의해서도 불소계 화합물과 동등하게 면섬유에 초소수성이 부여됨을 알 수 있었다.
실시예 10 내지 12 및 비교예 2 내지 4
리오셀, 모달 및 비스코스 레이온과 같은 재생 셀룰로스 섬유를 탄산나트륨 2g/l, 비이온계 계면활성제 1g/l로 구성된 수용액으로 액비 1:20으로 하여 90℃에서 30분 동안 전처리하고 아세트산 0.3g/l로 60℃에서 10분간 중화하였다. 실시예 1 내지 7에서 사용된 동일한 불소계 화합물을 섬유 무게에 대해 10%가 되도록 함유한 분산 용액으로 액비 1:20으로 하여 80℃에서 20분간 처리하여 흡착시킨 후 탈수하고 120℃에서 30분간 열처리하여 실시예 10 내지 12의 섬유 시료를 얻었다.
통상의 리오셀, 모달 및 비스코스 레이온 섬유를 실시예 10 내지 12와 동일한 방법으로 전처리만 하여 비교예 2 내지 4의 섬유를 얻었다.
실시예 10 내지 12 및 비교예 2 내지 4에서 얻어진 시료를 방적 및 편성하여 편성물 상태에서 흡수율, 액체 저항성 및 세탁 내구성을 시험하여 결과를 표 2에 나타내었다.
표 2: 실시예 10 내지 12 및 비교예 2 내지 4
섬유 불소계 화합물 (농도% owf) 세탁 전 20회 세탁 후
상대 흡수율(%) 액체 저항성(급) 상대 흡수율(%) 액체 저항성(급)
실시예 10 리오셀 10 37 8 39 8
실시예 11 모달 10 59 8 62 8
실시예 12 비스코스 10 67 8 69 8
비교예 2 리오셀 - 100 0 - -
비교예 3 모달 - 100 0 - -
비교예 4 비스코스 - 100 0 - -
표 2의 결과를 보면, 3가지 재생 셀룰로스 섬유에 소수성 물질을 처리한 실시예 10 내지 12의 경우, 상대 흡수율은 각각 리오셀 37%, 모달 59%, 그리고 비스코스 레이온 67%를 나타내어 리오셀 섬유의 소수성 물질 처리 효과가 가장 크다는 것을 알 수 있다. 또한 액체 저항성은 3가지 섬유 모두 8급을 나타내었고 20회 세탁 후에도 8급을 유지하여 강한 초소수성을 나타내고 있음을 알 수 있다.
실시예 13 내지 14 및 비교예 5
실시예 4의 초소수성 면섬유로 만든 조사와 일반 면섬유로 된 조사를 이용하여 초소수성 면/일반 면의 혼용률이 20/80인 사이로(Siro) 방적사를 제조하고 편성하여 실시예 13을 얻었고 혼용률이 36/64인 사이로 방적사로 된 편성물을 제조하여 실시예 14를 얻었다.
일반 면섬유 100%로 된 사이로 방적사 편성물을 제조하여 비교예 5를 얻었다.
실시예 13 내지 14 및 비교예 5의 편성물에 대해 수분 확산성을 측정하였다.
수분 확산성은 50 mg의 증류수를 편성물에 떨어뜨려 물이 확산된 면적을 측정하여 나타내었다.
수분 확산면적 측정 결과 실시예 13은 4.62 cm2, 실시예 14는 5.52 cm2, 비교예 5는 2.62 cm2를 나타내었다. 이 결과로 볼 때 초소수성 면섬유를 혼용한 실을 사용할 경우, 미처리 면섬유에 비해 수분 확산성이 좋음을 알 수 있다. 따라서 이 와 같이 초소수성 셀룰로스 섬유를 이용할 경우, 땀이 빠르게 흡수·확산되어 건조가 잘되고 의복이 피부에 잘 달라붙지 않는 기능을 가진 쾌적성 의류 제품 제조가 가능하다는 것을 알 수 있다.
실시예 15 및 비교예 6
실시예 4의 초소수성 면섬유를 70%, 미처리 면섬유를 30% 혼용한 실을 만들어 표면층으로 하고 흡한속건성 폴리에스터인 쿨맥스 100%로 된 실을 이면층으로 한 이중직 편성물을 제조하여 실시예 15를 얻었다.
비교를 위해 실시예 15와 동일한 구조를 갖지만 초소수성 면섬유 대신 일반 면섬유가 100%인 이중직 편성물을 제조하여 비교예 6을 얻었다.
실시예 15 및 비교예 6의 편성물에 대해 액체 저항성 및 흡수성을 측정하고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
액체 저항성은 AATCC 193에 따라 편성물의 표면에 대해 시험하였으며, 흡수성은 KS K 0815의 적하법으로 편성물의 표면 및 이면에 대해 측정하였다.
표 3: 실시예 15 및 비교예 6
섬유 조성 표면 액체 저항성(급) 이면 흡수성(초) 표면 흡수성(초)
표면층 이면층
실시예 15 초소수성 면섬유 70% / 미처리 면섬유 39% 쿨맥스 100% 8 1 이내 없음
비교에 6 미처리 면섬유 100% 〃 0 1 이내 1 이내
표 3을 참조하면, 실시예 15로부터 알 수 있는 것처럼 본 발명에 따른 초소 수성 섬유의 경우 표면층에 액체에 대한 저항성, 이면층에 흡수성이라는 상반되는 특성을 동시에 나타내는 복합 기능성 편성물의 제조가 가능하다. 그리고 외부로부터 물이나 액체 오염 등을 막을 수 있으며, 인체에서 발생한 땀은 흡수할 수 있는 쾌적성 의류의 제조가 가능하다는 것을 알 수 있다.
위에서 본 발명이 실시예로 상세하게 기술되었지만 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않으면서 제시된 실시예에 대한 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있다는 것은 자명하다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 본 발명에 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.
본 발명에 의한 초소수성 셀룰로스 섬유는 소수성이 뛰어나 물이 섬유 내부로 침투하지 못할 뿐 아니라 물에 젖었을 때에도 건조 속도가 빠르다. 또한 액체 성분 또는 기타 오염물에 의해서도 오염이 어렵고 그리고 오염이 되어도 제거가 용이하다는 특징이 있다. 반면, 본 발명의 초소수성 셀룰로스 섬유는 셀룰로스 섬유의 고유 성질인 높은 흡습성은 그대로 유지하고 있어 의류로 제조되어 착용하는 경우 보습성의 효과를 나타낸다는 이점을 가진다.
본 발명에 의한 초소수성 셀룰로스 섬유를 단독으로 사용하거나 타 섬유와 혼용하여 실, 직·편성물, 부직포 등으로 제조하여 다양한 용도의 제품으로 전개할 수 있다. 특히 인체로부터 발산되는 땀을 신속하게 외부로 배출함으로써 의복이 피 부에 달라붙지 않아 끈적임 없는 착용감을 유지하고 운동 후 땀에 의한 체온 저하를 방지할 수 있는 쾌적성 섬유제품의 제조가 가능하다는 장점을 가진다.

Claims (7)

  1. 소수성 처리가 된 셀룰로스 섬유에 있어서,
    셀룰로스 섬유가 파라핀계 화합물, 불소계 화합물 및 금속염계 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 0.5 내지 30% owf 소수성 화합물로 처리된 것을 특징으로 하는 초소수성 셀룰로스 섬유.
  2. 청구항 1에 있어서, 셀룰로스 섬유는 면섬유, 모달, 리오셀, 비스코스 레이온으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나가 되는 것을 특징으로 하는 초소수성 셀룰로스 섬유.
  3. 청구항 1에 있어서, 소수성 처리가 된 셀룰로스 섬유는
    (1) KS K 0815 및 이와 동등한 방법으로 측정한 흡수율이 소수성 처리가 되지 않은 셀룰로스 섬유 흡수율의 10 내지 70% 수준인 낮은 흡수성;
    (2) AATCC 193 및 이와 동등한 방법으로 측정한 액체 저항성 4급 이상; 및
    (3) KS K 0610 및 이와 동등한 방법으로 측정한 방오성 2급 이상의 성능을 갖는 것을 특징으로 하는 초소수성 셀룰로스 섬유.
  4. 초소수성 셀룰로스 섬유의 제조 방법에 있어서,
    파라핀계 화합물, 불소계 화합물 및 금속염계 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 소수성 화합물을 분산 용액을 이용하여 셀룰로스 섬유에 흡착시킨 후 열처리하여 고착시키는 것을 특징으로 하는 초소수성 셀룰로스 섬유의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 흡착 단계의 셀룰로스 섬유는 스테이플 섬유, 슬라이버 또는 조사 형태가 되는 것을 특징으로 하는 초소수성 셀룰로스 섬유의 제조 방법.
  6. 청구항 4에 있어서, 파라핀계 화합물은 액상 파라핀 또는 습식 왁스가 되고, 불소계 화합물은 퍼플루오로알킬기를 포함하고 그리고 금속염계 화합물은 알루미늄염 또는 지르코늄염이 되는 것을 특징으로 하는 초소수성 셀룰로스 섬유의 제조 방법.
  7. 청구항 1에 따른 초소수성 셀룰로스 섬유 단독으로 또는 다른 섬유와의 혼용으로 제조된 섬유 제품.
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