KR20090050393A - 정전기방지 및 피부 보호용 고효율 발수건조 2중 면구조기능성 원단 제조방법 - Google Patents

정전기방지 및 피부 보호용 고효율 발수건조 2중 면구조기능성 원단 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인체와 접촉하였을 때 대전방지 기능이 우수하면서 수분의 건조기능이 우수한 2중면구조의 조직으로 짜여진 편물 조직의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 기술하면, 2중면 중 내면조직(안쪽면)은 도전성 합성섬유와 폴리올레핀계 화학섬유로 구성조직을 짜고, 바깥쪽 외면조직은 수분 흡습기능이 뛰어난 PET계 이형단면사 및 셀룰로스(cellulose)계 섬유로 배치하여 조직을 짜서 편직 함으로서, 피부와 직접 접촉하는 내면조직(안쪽면)은 발생된 정전기를 신속히 제거하고 아울러 피부의 땀등 수분을 신속히 흡수하여 외부로 신속히 이동하게 하고 다시 역류되는 것을 방지하는 기능을 갖는 2중면구조의 조직(Double Knit)으로 짜여진 기능성 원단제조방법에 관한 것이다.
원단

Description

정전기방지 및 피부 보호용 고효율 발수건조 2중 면구조 기능성 원단 제조방법{Method for manufacturing double knit for preventing static electricity}
본 발명은 인체와 접촉하였을 때 대전방지 기능이 우수하면서 수분의 건조기능이 우수한 2중면구조의 조직으로 짜여진 편물 조직의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 기술하면, 2중면 중 내면조직 (안쪽면)은 도전성 합성섬유와 폴리올레핀계 화학섬유로 구성조직을 짜고, 바깥쪽 외면조직은 수분 흡습기능이 뛰어난 PET 계 이형단면사 및 셀룰로스 (cellulose) 계 섬유로 배치하여 조직을 짜서 편직 함으로서, 피부와 직접 접촉하는 내 면조직 (안쪽면)은 발생된 정전기를 신속히 제거하고 아울러 피부의 땀등 수분을 신속히 흡수하여 외부로 신속히 이동하게 하고 다시 역류되는 것을 방지하는 기능을 갖는 2 중 면구조의 조직 (Double Knit)으로 짜여진 기능성 원단제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체제조 사업장 등 클린룸에서 사용하는 의복은 주로 나일론, 폴리에스터, 아크릴등의 합성섬유를 이용하는데, 이들 합성섬유는 분자 구조상 소수성을 띄기 때문에 흡습에 의한 통전성이 떨어져 면(綿; cotton) 등 천연섬유에 비하여 정전기 발생이 심하고, 이러한 정전기에 의해 먼지부착 등의 오염이 발생하기 쉬우며 특히 정전기의 방전시 발생하는 스파크에 의해 반도체등의 검사과정에 불량률이 높아지거나 의복착용자가 전기적 쇼크를 입어 불쾌감을 느끼는 등의 피해가 발생할 수 있다.
또한, 장갑의 경우 반도체나 LCD제조 공정에서 장갑을 끼고 일하는 작업자들의 손에서 나오는 땀등 체액이나 작업자가 활동하면서 발생하는 분진등이 주원인이 되어 제품의 불량률이 높아진다. 따라서 이러한 불량률을 줄이기 위해 대전방지 합섬원단 위에 대전방지 가공 처리된 대전방지합섬원단으로 만든 장갑을 착용하고 다시 그 위에 분진방지용 PVC 필름장갑을 덧끼어 이중으로 착용하고 통풍이 전혀 안되는 상태에서 작업을 하기 때문에 체온발산으로 인한 땀등 체액방출이 심하여 이로인해 각종 진균성 습진등 피부병이 발병하여 많은 작업장 근로자들이 괴로움을 당하고 있는 실정이다. 또한 이때 사용하였던 장갑은 세탁하여 계속 반복하여 사용하게 되는데 완전히 건조하지 않은 장갑을 다시 사용할 경우 남아 있던 세균이 번식하여 장갑에서 악취가 발생하게 되어 작업자에게 비위생적이고 불쾌감을 유발하고 있다.
이러한 요인에 의해 장갑을 이중으로 착용한 피부에서는 통풍이 않되고 체온의 발산이 못 이루어져 땀이 발생하고 이렇게 발생한 땀은 외부로 확산, 증발하지 못하고 장갑층에 머물러 있게 되고 이것이 각종 피부병의 원인이 되어 작업장 종사자들의 건강을 위협하고 있다.
특히, 작업의 특성상 하루 8시간 이상 장갑을 끼고 작업장에서 일하고 있는 검사원들의 경우 거의 대부분이 이러한 수분과다성 접촉으로 인하여 장갑을 낀 손에 감염되어 피부발진, 습진등으로 고생하고 있는 현실이다.
따라서, 반도체공정등 클린룸 작업장에서는 제품 불량방지를 위해 대전처리가 된 의복용 소재가 필요하며, 이와 동시에 작업자들의 피부건강을 보호할 수 있고 신속하게 건조되는 속건 기능의 의료용 원단소재의 기능을 모두 만족시킬 수 있는 소재의 원단개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로 2중 면조직 중 내면조직(안쪽면)은 인체와 접촉하였을 때 속건 기능이 우수한 폴리 올레핀계 합성섬유를 대전방지 기능이 우수한 도전사( Conductive current yarn)와 혼용하여 구성조직을 짜고, 바깥쪽 외면조직은 수분 흡습기능이 뛰어난 PET(polyethylene terephthalate;폴리에틸렌 테레프탈레이트)계 이형단면사 및 셀룰로스(cellulose)계 섬유로 배치하여 조직을 짜서 편직 함으로서, 피부와 직접 접촉하는 내면조직(안쪽면)은 발생된 정전기를 신속히 제거하고 아울러 피부의 땀등 수분을 신속히 흡수하여 외부로 신속히 이동ㆍ방출하게 하고 다시 역류되는 것을 방지하여 피부접촉면이 건조한 상태를 유지할 수 있는 기능을 갖는 외면조직(바같쪽면)의 2중면 구조의 조직(Double Knit)으로 짜여진 편물조직의 기능성 원단 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 도전성섬유와 폴리올레핀계 섬유가 1:10 또는 1:20의 범위 내에서 혼합된 내면조직과 100% PET계 속건성섬유 또는 100% 셀룰로스(cellulose) 섬유로 외면조직을 구성하는 이중 면섬유 조직 (Double Knit) 구조를 갖는 기능성 섬유제조에 관한 것으로, 도전사와 올레핀계 합성섬유로 이루어진 내면조직에서는 신체피부조직에서 발생되는 땀등 수분을 효과적으로 흡수제거하여 외면조직으로 신속히 이동 (transfer) 시키고, 외면조직을 구성하고 있는 PET계 합성섬유 및 셀룰로스 (cellulose) 계 섬유는 내면조직으로부터 흡수된 수분을 효과적으로 흡수하여 보관 및 건조하는 기능을 갖게 되는 조직을 구성하는 것이다.
본 발명에 따른 원단의 용도는
①반도체, LCD등 정밀전자부품을 제조하는 클린룸등의 작업장에서 착용하는 작업복 및 내의ㆍ장갑등의 제조용도로 사용되어 지고
②스포츠용 의류 및 등산용 의류 제품 제조용 원단으로 적합하며,
③정전기 발생을 제어하는 대전방지 기능 및 작업자(착용자)들의 활동으로 인하여 발생하는 땀등 신체부위의 수분 과다 접촉 노출로 발병되는 습진등의 예방에 적합한 제품용도로 사용되어질수 있다.
④ 또한 이 원단은 수분의 공기 중 방출 속도가 빨라서 건조가 신속히 되므로 세탁건조성이 좋아 제품의 미건조로 인한 악취발생률을 현저히 줄일 수 있다.
즉, 본 발명은 도전성섬유와 폴리올레핀계 섬유가 1:10 또는 1:20의 범위 내에서 혼합된 내면조직과 100% PET 계 속건성섬유 또는 100% 셀룰로스(cellulose) 섬유로 외면조직을 구성하는 이중 면섬유조직(Double Knit) 구조를 갖는 기능성 섬유제조에 관한 것으로, 도전사와 올레핀계 합성섬유로 이루어진 내면조직에서는 신체 피부조직에서 발생되는 땀등 수분을 효과적으로 흡수제거하여 외면조직으로 신속히 이동 (transfer) 시키고, 외면조직을 구성하고 있는 PET 계 합성섬유 및 셀룰 로스 (cellulose) 계 섬유는 내면조직으로부터 흡수된 수분을 효과적으로 흡수하여 보관 및 건조하는 기능을 갖게 되는 조직을 구성하는 것이다.
본 발명의 핵심적 기능을 갖는 내 면조직층은 소수성계인 폴리 올레핀계 원사를 사용하여 피부로부터 발생한 수분을 외 면조직층으로 전이시키면서도 다시 재흡습하지 않는 원사의 특성을 이용한 것으로 이것은 원단의 외면조직을 구성하는(PET계 원사, 셀룰로스계원사)와 내면조직을 구성하는 올레핀계원사 (폴리프로필렌, 폴리에틸렌) 원사간의 I/O값 (무기계/유기계 비율) 및 접촉각의 차이에 의한 원사소재 특성을 이용한 것으로 다음과 같이 설명할 수 있다.
1. I/O값(무기계/유기계 비율)의 차이에 의한 원사자체의 흡습성
다음 표 1 에서 보는 바와 같이 셀룰로스 섬유 및 나일론 PET계 섬유는 폴리프로필렌계 섬유에 비하여 I/O값이 크다. 따라서 친수성이 올레핀계 섬유에 비하여 크다고 할 수 있다. 물질의 친수성을 나타내는 척도로서 무기성/유기성 값 (I/O값)이 있는데 무기성/유기성 값이 클수록 그 물질의 친수성이 강한 것으로 되어있다. 표 1에는 섬유소재의 무기성/유기성 값을 나타내었다.
섬유소재의 무기성/유기성 값과 발수제 필요량
섬유 무기성/유기성 값(I/O값) 공정수분율(%)
셀룰로스(cellulose) 나일론 폴리에스테르 폴리프로필렌 2.9 1.7 0.7 0 8.5 4.5 0.4 0
따라서 I/O값이 적은 폴리프로필렌 섬유는 공정 수분율이 0 이 되므로 일정한 조건하에서는 수분을 흡습하지 않으므로 본 발명에서 내면조직에 쓰이는 폴리프로필렌 섬유는 수분을 흡습하지 않으므로 피부와 접촉시 항상 건조한 상태를 유지할 수 있다.
반면 외면조직에 사용되는 셀룰로스계 섬유 및 나이론, 폴리에스터 섬유의 경우 공정 수분율이 있어 내면조직에서 방출된 수분을 갖고 있게 되는 것이다.
2. 수분의 이동( 원단 내부면에서 외면조직으로 수분의 이동 )
본 발명에서 제시한 이중 니트 (double knit) 원단의 경우 피부표면에서 발생한 수분이 원단과 접촉할 경우 소수성인 올레핀계 섬유의 특성으로 원단내부를 구성하는 섬유자체에는 흡수되지 않으나 섬유간의 공간, 실간의 공간은 공간 그대로 있고 여기에 미세한 공극들이 존재하게되고 이러한 공극에 모세관 효과 (Capillary effect, Capillary pressure) 가 생겨 땀등 수분은 이러한 공극을 따라 공정수분율이 높은 외면조직으로 이동하여 저장 건조하게 되는 것이다.
즉 공기나 수증기 등의 기체는 이러한 공극에 생기는 모세관 현상에 의해 편물을 자유롭게 통과가능하게 된다. 이러한 모세관 효과는 특히 폴리에스터계 이형단면사( 모세관 효과가 극대화된 단면)에서 더욱 강하게 나타나는데 이러한 종류의 원사를 외면조직에 사용하면 모세관 압력을 극대화 할 수 있어 더욱 빠른 시간안에 피부 표면의 수분은 내면조직을 거쳐 외면조직으로 전이시킬 수 있다.
따라서 본 발명에서는 이러한 모세관 효과를 극대화하기 위해 올레핀계 원사와 도전사로 이루어지는 내면조직과 흡습성이 우수한 외면조직간의 모세관 효과를 극대화 하기위해 체적비 및 원사의 섬도를 최적화 하여 공극의 숫자는 극대화하고 모세관의 면적은 극소화 하는 최적의 조건을 찾아내고 다음과 같이 계량화하였다.
1) 내면조직과 외면조직간의 체적비 (부피비)
1.2 V1 < V 2 < 1.4 V1
V1 = 내면조직의 체적, V2 = 외면조직의 체적
V1 = 내면조직의 면적 * 단섬도 (섬유의 굵기, 올레핀계 섬유 및 도전사 )
V2 = 외면조직의면적 * 단섬도 (섬유의 굵기, PET계 이형단면사, 셀룰로스계 섬유)
여기서 외면조직의 체적인 V2의 체적이 V1의 1.2배보다 작으면 외면조직에서의 흡수력 및 보관 능력이 저하되어 수분의 이동 시간이 길어져 속건기능이 떨어지게 되고 외면조직의 체적이 내면조직의 1.4배보다 커지면 흡습량은 많아지나 편물의 구조상 공극의 크기가 커져 외면조직의 원단내 수분이 역류하여 내면조직의 건조기능이 떨어지므로 이배율을 유지하는것이 이상적이다.
3. 외면조직으로 방출된 수분의 역류방지 효과
본 발명의 수분 역류방지의 원리는 다음과 같다 .
원단의 내면조직에서 지속적으로 수분이 원단의 외면조직으로 방출되면 원단의 외면조직에 함수량이 높아지므로 포화된 상태의 원단 외면조직에서 원단 내부로 다시 수분이 역류해서 원단 내부도 젖을 수가 있는데 본 발명에서 사용된 올레핀계 원사는 이러한 것을 막아낼 수 있다 .섬유소재(원사,원단포함)가 물에 젖는 것은 원사 소재와 수분과의 접촉 각과 상관성이 있는데 섬유와 수분간의 접촉각이 크게 되면 (즉 180도)섬유는 절대 젖지 않으며 그 값이 0 에 가까울수록 젖게 된다.
표2 에는 섬유소재에 따른 접촉 각을 나타내었다. θ=180°일 때 물방울은 완전히 구상으로 되어 전혀 젖지 않는 상태이고 θ=0 일 때 완전히 젖게된다.
면이나 레이온아크릴과 같은 친수성 섬유는 접촉각이 낮아 빠른 속도로 젖게되고 나이론 폴리에스터 섬유도 딜레이 타임을 두고 서서히 젖게되나 폴리프로필렌 섬유의 경우 접촉 각이 90도가 되어 높은 압력을 가하지 않으면 거의 젖지 않게 된다.
섬유소재에 따른 접촉각.
섬유 소재 접촉각(θ)
면 59
레이온(Rayon) 38
나일론 (Nylon) 64
폴리에스터 (Polyester) 67
아크릴 (Acryl) 53
폴리프로필렌 (Polypropylene) 90
본 발명에서 내면조직으로 사용된 폴리프로필렌 섬유는 올레핀계 섬유로서 기타의 섬유보다 접촉 각이 커서 물방울의 표면장력을 크게 만들기 때문에 타섬유에 비해 높은 방수성을 지님을 알 수 있다. 그러나 이렇게 접촉 각이 상대적으로 커도 완전한 수분의 역류를 보장할 수 없으므로 본 발명에서는 폴리프로필렌 원사 제조시 불소계 발수제를 피니싱 (finising) (1.5 - 3 wt%) 가공하여 올레핀계 섬유의 발수도를 높여 본 발명의 수분역류방지 효과를 달성하였다.
여기서 불소계 발수제를 1.5 wt% 미만으로 사용하면 역류방지 효과가 떨어지고 3% 이상 사용하면 외면조직으로의 모세관 압력보다 발수력이 커져 수분의 이동이 않되므로 적정비의 발수제 사용이 중요함을 알게 되었다.
따라서 본 발명에서와 같이 내면조직에 올레핀계 섬유를 finishing가공하여 사용하고 외면조직에 친수성이 강한 섬유를 이중으로 편직하면 수분의 이동이 빠르고 내면조직에서 외면조직으로 방출된 수분의 역류를 막을 수 있어 피부와 접촉하는 내면조직의 원단상태를 항상 건조한 상태로 유지할 수 있어 기존 원단이 갖고 있는 과다수분 함유에 의한 작업자들의 피부습진 문제를 해결 할 수 있다.
4. 반영구적 대전방지 기능 부여
본 발명을 통해 올레핀계 섬유와 함께 내면조직을 구성하는 도전사(Conductive current yarn)는 대전방지기능 획득을 위해 사용되어 지는데 반도체제조공정등 클린룸내에서 사용되는 도전사는 10?-108Ω 범위의 저항을 띠어야만 하는데 이는 너무 낮은 저항에서는 감전의 위험이 있고 너무 높은 저항에서는 마찰대전압에 의한 정전기를 흡수할 수 없기 때문이다.
또한 본 발명에서는 클린룸 작업장에서 요구되는 원단내 마찰대전압 100 - 1,000 volt 이하의 원단을 제조하기 위해 다양한 섬도 및 도전사 혼용율을 연구하여 다음의 최적 조건을 고안하였다.
1) 도전사 섬도(원사의 굵기)
0.3 R < C < 1.0 R
R: 올레핀 원사의 섬도, C: 도전사 섬도
여기서 도전사의 섬도가 오레핀 원사의 30% 이하가 되면 올레핀 원사 내에 도전사가 묻혀 대전방지 기능이 저하되며, 1.0.이상의 배율이 되면 표면에 돌출되어 착용감이 나빠지는 결점이 나타나게 된다.
2) 도전사의 혼용률
0.5 Cm < 도전사 간격 < 1.5 Cm
외면조직에 올레핀원사와 혼용되는 도전사의 사용간격은 상기의 조건을 만족해야 하는데, 여기서 혼용율이 높아 0.5Cm 이하로 사용하면 경제성이 없고 1.5 Cm 이상으로 넓게 혼용하면 대전방지 기능이 떨어지므로 혼용율을 최적화하는 것이 중요하다.
이하 본발명을 실시예 및 비교예를 들어 더욱 상세히 설명하고자 하나 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
실시예 1 및 비교예 1-3
카본블랙이 포함되어 도전기능이 우수한 도전사를 준비하여 올레핀 원사내에 1Cm 간격으로 혼용하여 내면조직을 구성하고 폴리에스터계 이형 단면사를 외면조직으로 구성하여 이중니트 (double knit) 원단의 실시예 샘플을 준비한 다음 기존에 클린 룸내에서 사용되어지는 비교 예 원단 3종을 비교 예로 준비하여 대전 방지 기능, 건조기능, 착용감등을 비교하여 그 결과를 표 3에 제시하였다.
비교예 1)
nomal 폴리에스터 + 도전사 1 Cm 간격 혼용 제품
비교예 2)
Nylon + 도전사 1 Cm 간격 혼용제품
비교예 3)
폴리프로필렌 + 기능성 폴리에스터 이중지
실시예 및 비교예 평가결과
원단중량 (g/m2 ) 도전사 혼용률(Cm) 마찰대전압 ( volt ) 건조기능 착용감
실시예 1 80 1 250 Good O
비교예 1 65 1 400 Poor X
비교예 2 65 1 300 Poor X
비교예 3 100 0 2000 semi good X
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의해 제조된 양면 (2중 면) 조직의 대전방지 기능 원단은 안정된 마찰대전압과 우수한 건조기능을 발현하여 클린룸등의 작업환경에서 발생하는 과다수분에 노출되는 작업자들의 피부를 보호하는데 유용하게 사용되어 질 수 있다.

Claims (7)

  1. 대전방지기능을 유지하면서 속건성 기능을 갖는 Double knit원단의 제조방법으로 내면조직에는 폴리올레핀계(폴리프로필렌, 폴리에틸렌) 원사와 도전사가 사용되고 외면조직에는 폴리에스터계 섬유 및 그 기능성 섬유, 셀룰로스계 섬유, 폴리아미드계 섬유등으로 구성되는 원단의 제조 방법
  2. 제 1 항에 있어서,
    원단내의 체적비인 내면조직과 외면조직의 체적비가 다음을 만족하는 원단의 제조 방법
    1.2 V1 < V 2 <1.4 V1
    V1 = 내면조직의 체적, V2 = 외면조직의 체적
    V1 = 내면조직의 면적 * 단섬도 (섬유의 굵기, 올레핀계 섬유 및 도전사)
    V2 = 외면조직의면적 * 단섬도 (섬유의 굵기, PET계 이형단면사, 셀룰로스계 섬유)
  3. 제 1 항에 있어서,
    사용되는 도전사의 함량이 다음의 2가지 관계식을 만족하는 구성으로 이루어 지는 원단의 제조 방법.
    1) 도전사의 섬도 영역
    0.3 R < C < 1.0 R
    R: 올레핀원사의 섬도, C: 도전사 섬도
    2) 원단내 내면조직에 배치되는 도전사의 혼용율
    0.5 Cm < 도전사 간격 < 1.5 Cm
  4. 제 1항의 원단제조에 사용되는 도전사의 단면은 다음을 포함하는 단면으로 한다.
    Figure 112007082095869-PAT00001
  5. 제 1 항에 이용되는 올레핀계 원사에 발수 finishing가공을 함에 있어 파라핀계 발수제 함유량이 1.5 - 3WT% 일 것.
  6. 제 1 항에 있어 사용되어지는 폴리에스터계 기능성 섬유의 경우 다음의 단면 을 포함할 것.
    Figure 112007082095869-PAT00002
  7. 이중니트 (double knit) 원단조직은 아래 그림과 같은 것.
    Figure 112007082095869-PAT00003
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109208165A (zh) * 2018-09-04 2019-01-15 青岛嘉胜隆科技有限公司 一种多功能单向导湿面料
KR102559825B1 (ko) * 2023-03-09 2023-07-27 삼양화학공업주식회사 고기능성 화학방호복용 원단
CN117502749A (zh) * 2024-01-03 2024-02-06 世兴达（福建）纺织科技有限公司 一种抗静电复合针织布

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