KR20090083903A

KR20090083903A - 내절단성 방적사, 이 방적사의 제조 방법 및 이 방적사를 함유하는 제품

Info

Publication number: KR20090083903A
Application number: KR1020097009960A
Authority: KR
Inventors: 로엘로프 마리센; 데 에베르트 플로렌티누스 플로리몬두스 단슈터; 엘리자베쓰 뮐러
Original assignee: 디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이.
Priority date: 2006-10-17
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2009-08-04
Also published as: CA2666628A1; EA014209B1; KR101420461B1; BRPI0717118B1; PT2074248E; ES2360894T3; CN102277669A; ATE500362T1; DK2074248T3; CA2666628C; EP2074248B1; EA200900556A1; SI2074248T1; CN101528998B; CN101528998A; JP2010507026A; MX2009004095A; BRPI0717118A2; EP2074248A1; JP5170578B2

Abstract

본 발명은, 방적사의 내절단성을 개선하기 위한 경질 성분을 함유하는 필라멘트 및/또는 스테이플 섬유를 함유하는 내절단성 방적사로서, 이때 상기 경질 성분이, 평균 직경이 25 마이크론 이하인 복수개의 경질 섬유인, 내절단성 방적사에 관한 것이다.

Description

내절단성 방적사, 이 방적사의 제조 방법 및 이 방적사를 함유하는 제품{CUT RESISTANT YARN, A PROCESS FOR PRODUCING THE YARN AND PRODUCTS CONTAINING THE YARN}

본 발명은 경질 성분을 함유하는 필라멘트 및/또는 스테이플 섬유를 함유하는 내절단성 방적사, 이 방적사의 제조 방법 및 상기 방적사를 함유하는 제품에 관한 것이다.

내절단성 방적사 및 이 방적사를 함유하는 의류는 공지되어 있다. 내절단성 방적사는 예를 들어, 육류 산업, 금속 산업 및 목재 산업에서 일하는 사람이 절단되지 않도록 보호하기 위한 의류와 같은 제품에서 사용된다. 이러한 의류의 예로는 장갑, 에이프런(apron), 바지, 커프스(cuffs), 소매 등이 있다.

이 목적에 적합한 방적사의 예로는 아라미드, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 또는 폴리벤즈옥사졸로 만들어진 필라멘트를 함유하는 방적사가 있다.

방적사의 내절단성을 더 증가시키기 위해, 상기 필라멘트 및/또는 스테이플 섬유로 이루어진 단일 방적사 및 하나 이상의 금속 와이어를 함유하는 합성 방적 사(composite yarn)가 제안되었다. 이러한 방적사는 예를 들어, 유럽 특허출원 제445872호로부터 공지되어 있다. 상기 방적사를 함유하는 의류는 개선된 내절단성을 보이지만, 착용자의 착용감 면에서 더 개선될 필요가 있다. 관련 산업에서 일하는 사람은 높은 생산성을 유지하면서 상당히 오랜 기간 동안 의류를 착용해야 하기 때문에 상기 의류가 우수한 착용감을 보인다는 것은 매우 중요하다. 착용감이 부적합한 경우, 사람들은 피로감을 느끼는 경향을 보이거나 심지어 보호 의류를 착용하지 않을 것이다. 이것은 사고가 일어나거나 상해가 발생할 위험을 증가시킨다.

미국 특허 제5,976,998호에는 경질 미립자 충전제를 함유하는 중합체성 필라멘트를 함유하는 방적사가 개시되어 있다. 상기 방적사로 제조된 장갑은 더 유연하고 착용감이 더 우수하며 세척이 용이하다고 주장되고 있다. 상기 충전제는 약 0.05 내지 약 20 중량%의 양으로 존재한다. 상기 미립자 충전제로서 일반적으로 분말이 사용된다. 판 및 바늘을 함유하는 물질과 같은 분말-유사 물질도 적합하다고 주장되고 있다.

큰 길이의 긴 입자의 경우 큰 입자 크기를 가진 충전제가 방적돌기(spinneret)를 통과하는 데 있어서 문제점을 제공하고 필라멘트의 기계적 성질에 부정적인 영향을 미치는 문제점이 있다고 보고되어 있다. 약 1.5 내지 약 15 dpf의 데니어를 갖는 필라멘트의 경우, 입자는 6 마이크론보다 큰 입자가 배제되는 방식으로 입자를 여과하거나 체질해야 한다.

경질 충전제로서 사용되기에 적합한 분말 또는 분말-유사 물질의 입자 크기 분포가 넓다는 점이 일반적인 문제점이다. 따라서, 방적돌기를 통과할 수 없거나 적어도 방적사의 기계적 성질 면에서 문제점을 야기하는 너무 큰 입자들이 매우 빈번하게 존재한다. 이것은 직경이 큰 필라멘트에서 사용되는 경우조차도 분말 또는 분말-유사 물질을 체질하는 것이 일반적으로 바람직하다는 것을 의미한다.

이러한 방식으로 소립자를 취급하는 것은 복잡하고 입자 흡입의 위험이 존재하는 경우 작업자의 건강을 보호하기 위해 특별한 조치가 취해져야 한다. 나아가, 체질 후조차도 입자들은 방적사의 기계적 성질 면에서 여전히 문제점을 제공한다.

본 발명의 목적은, 전술한 문제점들을 보이지 않는 방적사로서, 경질 성분을 함유하는 필라멘트 및/또는 스테이플 섬유를 함유하는 내절단성 방적사를 제공하는 것이다.

놀랍게도, 이 목적은 방적사가, 직경이 25 마이크론 이하인 복수개의 경질 섬유인 경질 성분을 포함하는 경우 달성된다.

놀랍게도, 본 발명에 따른 방적사는 제조하기 용이하다.

본 발명에 따른 방적사는 개선된 내절단성 및 우수한 기계적 성질을 보이고 유연하며 세척하기 용이하다.

입자가 사용되는 경우, 미국 특허 제5,976,998호에서와 같이 보다 큰 입자가 문제점을 일으키지만 필라멘트의 두께보다 몇 배 더 큰 길이를 가질 수도 있는 경질 입자에 의해 매우 우수한 결과가 얻어진다는 것은 매우 놀라운 사실이다.

놀랍게도, 본 발명에 따른 방적사는 예를 들어, 칼 찌름 또는 얼음 조각으로의 찌름에 대한 저항성과 같은 내검성을 요구하는 분야에서도 매우 적합하다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 방적사 내의 경질 섬유의 평균 직경은 20 마이크론 이하, 더 바람직하게는 15 마이크론 이하, 가장 바람직하게는 10 마이크론 이하이다. 상기 방적사 내의 필라멘트 또는 스테이플 섬유의 직경이 보다 작은 경우, 직경이 보다 작은 경질 섬유가 바람직할 것이다.

바람직하게는, 경질 섬유의 적어도 일부의 평균 종횡비는 3 이상, 더 바람직하게는 6 이상, 더욱 더 바람직하게는 10 이상이다.

경질 섬유의 종횡비는 경질 섬유의 길이와 직경 사이의 비이다.

경질 섬유의 직경 및 종횡비는 SEM 사진을 이용하여 용이하게 측정할 수 있다. 직경의 경우, 표면 상에 펼쳐져 있는 경질 섬유 그 자체의 SEM 사진을 찍고 무작위로 선택된 100개 위치에서 직경을 측정한 후 이렇게 수득된 100개 값의 평균을 계산할 수 있다. 종횡비의 경우, 본 발명에 따른 방적사 내의 하나 이상의 필라멘트의 SEM 사진을 찍고 상기 필라멘트의 표면 또는 표면 바로 아래에서 보이는 경질 섬유의 길이를 측정할 수 있다. 바람직하게는, SEM 사진은 경질 섬유와 필라멘트 또는 스테이플 섬유의 표면 사이에서 보다 우수한 조영을 제공하는 후방산란된 전자로 만들어진다.

본 발명에 따른 방적사의 경질 섬유는 경질 물질로 제조된다. 본 발명에 있어서 경질이라 함은 적어도 경질 섬유 없이도 필라멘트 또는 스케이플 섬유 자체보다 더 높은 경도를 나타내는 것을 의미한다. 바람직하게는, 섬유를 제조하는 데 사용되는 물질의 모스 경도(Moh's hardness)는 2.5 이상, 더 바람직하게는 4 이상, 가장 바람직하게는 6 이상이다. 적합한 경질 섬유의 좋은 예로는 유리 섬유, 광물 섬유 또는 금속 섬유가 있다.

경질 섬유는 스펀 섬유이다. 이러한 섬유의 이점은 섬유의 직경이 다소 일정한 값을 갖거나 적어도 일정한 범위 내에 있다는 점이다. 이 때문에 본 발명에 따른 방적사의 성질, 예를 들어, 기계적 성질에서의 차이가 존재하지 않거나 매우 한정되어 있다. 이러한 이점은 비교적 높은 하중의 경질 섬유가 본 발명에 따른 방적사에서 사용되어 우수한 내절단성을 갖는 방적사를 제공하는 경우조차도 관찰된다.

이러한 스펀 경질 섬유의 좋은 예는 당업자에게 잘 공지되어 있는 회전 기법에 의해 직조된 얇은 유리 또는 광물 섬유이다.

추후에 훨씬 더 짧은 길이의 경질 섬유로 분쇄되는 연속 필라멘트로서 경질 섬유를 제조할 수 있다. 별법으로, 경우에 따라 추후에 분쇄되어 본 발명에 따른 필라멘트에서 사용되는 불연속 필라멘트를 제트 스피닝(spinning)으로 제조할 수 있거나, 본 발명에 따른 방적사의 제조를 위해 제조되는 길이로 경질 섬유를 사용할 수 있다.

바람직한 실시양태에서, 탄소 섬유가 경질 섬유로서 사용된다. 가장 바람직하게는, 직경이 3 내지 10 마이크론, 더 바람직하게는 4 내지 6 마이크론인 탄소 섬유가 사용된다.

탄소 섬유를 함유하는 필라멘트를 갖는 방적사는 개선된 전기 전도성을 보이므로 정전기의 방전을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 적합한 방적사는 0.1 내지 20 부피%, 바람직하게는 1 내지 10 부피%, 더 바람직하게는 2 내지 7 부피%의 경질 섬유를 함유할 수 있다.

본 발명에 따른 방적사의 필라멘트 및/또는 스페이플 섬유의 역가는 바람직하게는 필라멘트 당 15 dtex 미만, 더 바람직하게는 10 dtex 미만, 가장 바람직하게는 5 dtex 미만이다. 이것은 이러한 방적사로 제조된 의류가 매우 우수한 내절단성을 보일 뿐만 아니라 매우 유연하여 의류를 착용한 사람에게 높은 수준의 착용감을 제공하기 때문이다.

모든 종류의 중합체가 본 발명에 따른 내절단성 방적사의 제조를 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 방적사의 제조에 사용되는 모든 중합체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 나일론 및 열가소성 폴리에스터와 같이 용융물로서 방적사로 가공되는 중합체를 사용할 수 있다. 그러나, 바람직하게는 용액으로서 방적사로 가공되는 중합체가 사용된다. 가장 바람직하게는, 순수한 중합체로부터 제조된 방적사에 대한 높은 수준의 내절단성을 제공하는 중합체가 사용된다. 이러한 중합체의 예로는 아라미드, UHMWPE 및 폴리벤즈옥사졸이 있다.

이 중합체들 중 바람직하게는 UHMWPE가 가장 바람직하게는 겔 스피닝 공정에서 본 발명에 따른 방적사를 제조하는 데 사용된다.

겔-스피닝 공정은 예를 들어, 유럽 특허출원 제0205960 A호 및 제0213208 A1호, 미국 특허 제4,413,110호, 영국 특허출원 제2042414 A호, 유럽 특허 제0200547 B1호 및 제0472114 B1호, 국제특허출원 공개 제WO 01/73173 A1호 및 문헌(Advanced Fiber Spinning Technology, Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 1-855-73182-7) 및 이들에서 인용된 참고문헌에 기재되어 있다. 겔 스피닝은 스핀 용매 중의 UHMWPE 용액으로부터 하나 이상의 필라멘트를 스피닝하는 단계, 수득된 필라멘트를 냉각하여 겔 필라멘트를 형성하는 단계, 겔 필라멘트로부터 스핀 용매를 적어도 부분적으로 제거하는 단계, 및 스핀 용매를 제거하기 전에, 도중에 또는 후에 하나 이상의 연신 단계에서 필라멘트를 연신하는 단계를 적어도 포함하는 것으로 이해된다.

본 발명에 따른 방법에서, UHMWPE의 겔 스피닝에 적합한 공지된 용매들 중 임의의 용매가 사용될 수 있고, 이하 상기 용매를 스핀 용매라 한다. 스핀 용매의 적합한 예로는 지방족 및 지환족 탄화수소, 예를 들어, 옥탄, 노난, 데칸 및 파라핀(이들이 이성질체를 포함함); 석유 분획; 미네랄 오일; 케로센; 방향족 탄화수소, 예컨대, 톨루엔, 크실렌 및 나프탈렌(이들의 수소첨가된 유도체, 예컨대, 데칼린 및 테트랄린을 포함함); 할로겐첨가된 탄화수소, 예컨대, 모노클로로벤젠; 및 사이클로알칸 또는 사이클로알켄, 예컨대, 카린(careen), 불소, 캠펜, 멘탄, 디펜텐, 나프탈렌, 아세나프탈렌, 메틸사이클로펜탄디엔, 트라이사이클로데칸, 1,2,4,5-테트라메틸-1,4-사이클로헥사디엔, 플루오레논, 나프틴단, 테트라메틸-p-벤조디퀴논, 에틸플루오렌, 플루오란텐 및 나프테논이 있다. 전술한 스핀닝 용매들의 조합물도 UHMWPE의 겔 스피닝에 사용될 수 있고, 용매들의 조합물은 간단하게스핀 용매로도 지칭된다. 본 발명의 방법이 비교적 휘발성을 나타내는 용매, 예컨대, 데칼린, 테트랄린 및 몇몇 케로센 등급에 특히 유리함을 발견하였다. 가장 바람직한 실시양태에서, 선택되는 용매는 데칼린이다.

스핀 용매는 증발, 추출 또는 증발과 추출의 조합에 의해 제거될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 방적사의 제조에 사용되는 UHMWPE의 고유 점도(IV)는 2 g/ℓ 용액의 양의 항산화제 DBPC와 함께 용해 시간이 16시간인 135℃의 데칼린 중에서 0 농도까지 외삽된 다양한 농도에서 방법 PTC-179(Hercules Inc. Rev. Apr. 29, 1982)에 따라 측정된 경우 8 dl/g 이상이다.

또한, 본 발명은 a) 중합체 분말 또는 중합체 과립과 복수개의 경질 섬유를 혼합하는 단계, b) 상기 중합체와 상기 복수개의 경질 섬유를 여전히 혼합하면서 상기 중합체를 용융시키거나 용해시키는 단계, c) 단계 b)에서 수득된 혼합물로부터 방적사를 스피닝하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 방적사의 제조 방법에 관한 것이다.

바람직한 방법은 상기 중합체를 용해시키고 상기 섬유를 함유하는 중합체 용액을 스피닝하는 것이다.

또 다른 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 방법은 a) 중합체를 용융시키거나 용해시키는 단계, b) 용융된 중합체 또는 중합체 용액을 복수개의 경질 섬유와 혼합하는 단계, 및 c) 단계 b)에서 수득된 혼합물로부터 방적사를 스피닝하는 단계를 포함한다.

가장 바람직하게는, 내절단성 방적사의 제조 방법은 a) UHMWPE 분말과 복수개의 경질 섬유를 혼합하는 단계, b) UHMWPE를 용매에 용해시켜 UHMWPE 용액 형태의 경질 섬유 슬러리를 수득하는 단계, 및 c) 상기 슬러리를 겔 스피닝 공정에 따라 방적사로 스피닝하는 단계를 포함하는, UHMWPE 방적사의 겔 스피닝 방법이다.

단계 a)에서 혼합은 회전통 내에서 단순하게 수행될 수 있다. 그 다음, 겔 스펀 UHMWPE 방적사의 제조를 위한 표준 장치를 이용할 수 있다.

또 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 겔 스피닝 방법은 a) UHMWPE 분말을 용매에 용해시키는 단계, b) 단계 a)에서 수득된 용액을 복수개의 경질 섬유와 혼합하여 UHMWPE 용액 형태의 경질 섬유 슬러리를 수득하는 단계, 및 c) 상기 슬러리를 겔 스피닝 공정에 따라 방적사로 스피닝하는 단계를 포함한다. 이 방법을 위해 표준 장치, 바람직하게는 트윈 나사 압출기가 사용될 수 있는데, 이때 제1 부분에서 중합체가 용매에 용해되고, 제1 부분의 단부에서 섬유가 별개의 공급 개구를 통해 압출기로 공급된다.

전술한 방법에서 수득된 방적사를 스페이플 섬유로 절단하고 이 스테이플 섬유를 방적사로 가공하는 것도 가능하다.

소위 합성 방적사 및 이러한 합성 방적사를 함유하는 제품도 본 발명의 범위 내에 포함된다. 이러한 합성 방적사는 예를 들어, 복수개의 경질 섬유를 함유하는 필라멘트 및/또는 스테이플 섬유를 함유하는 하나 이상의 단일 방적사 및, 하나 이상의 추가 단일 방적사 또는 유리, 금속, 또는 세라믹 방적사, 와이어 또는 실을 함유한다. 합성 방적사의 예는 금속 와이어로 구성된 코어 주변에서 꼬여져 있는 본 발명에 따른 단일 방적사를 함유하는 방적사이다.

본 발명에 따른 내절단성 방적사를 함유하는 내절단성 직물은 통상의 장치를 이용하여 편조(knitting), 직조(weaving) 또는 다른 방법으로 제조할 수 있다. 부직포를 제조할 수도 있다. 본 발명에 따른 방적사를 포함하는 직물의 내절단성은 애쉴랜드 컷 프로텍션 퍼포먼스 시험(Ashland Cut Protection Performance Test)에 의한 측정 시 경질 섬유를 함유하지 않는 방적사로부터 제조된 동일한 직물보다 20% 더 높을 수 있다. 바람직하게는, 직물의 내절단성은 50% 이상, 더 바람직하게는 100% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 150% 이상 더 높다.

본 발명에 따른 내절단성 방적사는 모든 종류의 제품, 예를 들어, 육류 산업, 금속 산업 및 목재 산업에서 일하는 사람이 절단되지 않도록 보호하기 위한 의류에서 사용되기에 적합하다. 이러한 의류의 예로는 장갑, 에이프론, 바지, 커프스, 소매 등이 있다. 다른 가능한 적용 분야는 트럭용 측면 커튼 및 방수천, 연질 측면 행낭, 상업용 실내 장식품, 비행기 화물 용기 커튼, 소화 호스 덮개 등을 포함한다.

놀랍게도, 본 발명에 따른 방적사는 예를 들어, 칼 또는 얼음 조각에 의한 찔림으로 인한 상해로부터 보호하기 위해 사용되는 제품에서 사용되기에도 매우 적합하다. 이러한 제품의 일례는 경찰관에 의해 사용되는 생명 보호용 조끼이다.

바람직하게는, 이러한 구조에서 본 발명에 따른 방적사는 찌름에 사용되는 날카로운 물체와 가장 먼저 접할 구조체의 측면에 위치된다.

비교예 A

IV가 27.0 dl/g인 UHMWPE를 9 중량%의 농도로 데칼린에 용해시켰다. 이렇게 수득된 용액을, 기어 펌프가 장착되어 있으며 나사 직경이 25 mm인 쌍둥이 나사 압출기에 공급하였다. 상기 용액을 이 방식으로 180℃의 온도까지 가열하였다. 상기 용액을, 직경이 1 mm인 64개의 홀을 갖는 방적돌기를 통해 펌핑하였다. 이렇게 수득된 필라멘트를 총 80배로 연신하고 고온 공기 오븐 내에서 건조하였다. 건조 후, 필라멘트를 방적사로 묶어 보빈(bobbin) 상에서 감았다.

이어서, 방적사를 ㎡ 당 260 g의 직물로 편조하였다. 상기 직물의 내절단성을 ASTM 1790에 따라 시험하였다. 필요한 절단력을 측정하였다. 결과는 하기 표 1에 기재되어 있다.

실시예 1

상표명 RB215-Roxul™1000 하에 시판되는 광물 섬유 5 중량% 및 비교예 A에서 사용된 UHMWPE 95 중량%로 구성된 무수 블렌드를 회전통 내에서 제조하였다. 상기 광물 섬유의 평균 직경은 5.5 마이크론이었다. 비교예 A에서 방적사를 제조한 방식과 동일한 방식으로 상기 무수 블렌드를 사용하여 본 발명에 따른 방적사를 제조하였다.

실시예 2

실시예 1을 반복하되, 무수 블렌드는 광물 섬유 7 중량% 및 UHMWPE 93 중량%로 구성되었다.

실시예 3

실시예 1을 반복하되, 무수 블렌드는 광물 섬유 9 중량% 및 UHMWPE 91 중량%로 구성되었다.

실시예 4

실시예 1을 반복하되, 무수 블렌드는 광물 섬유 11 중량% 및 UHMWPE 89 중량%로 구성되었다.

실시예 5

상표명 RB215-Roxul™1000 하에 시판되는 광물 섬유 7 중량% 및 비교예 A에서 사용된 UHMWPE 93 중량%로 구성된 무수 블렌드를 회전통 내에서 제조하였다. 비교예 A에서 방적사를 제조한 방식과 동일한 방식으로 상기 무수 블렌드를 사용하여 본 발명에 따른 방적사를 제조하였다.

이어서, 방적사를 승온에서 2.5배로 연신하고 다시 보빈 상에서 감았다.

비교예/실시예	인성[g/데니어]	ASTM 1790 절단력[N]
A	18.9	5.2
1	17.9	7.9
2	14.9	8.2
3	14.0	8.6
4	13.8	10.8
5	28.0	8.0

Claims

방적사의 내절단성을 개선하기 위해 경질 성분을 함유하는 필라멘트 및/또는 스테이플 섬유를 함유하는 내절단성 방적사로서, 상기 경질 성분이, 평균 직경이 25 마이크론 이하인 복수개의 경질 섬유임을 특징으로 하는 내절단성 방적사.
제1항에 있어서,

경질 섬유의 평균 직경이 20 마이크론 이하임을 특징으로 하는 내절단성 방적사.
제1항 또는 제2항에 있어서,

0.1 내지 20 부피%의 경질 섬유를 포함함을 특징으로 하는 내절단성 방적사.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

경질 섬유의 적어도 일부의 종횡비가 3 이상임을 특징으로 하는 내절단성 방적사.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

경질 섬유가 유리, 광물 또는 금속으로 제조된 것임을 특징으로 하는 내절단성 방적사.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

경질 섬유가 스펀(spun) 섬유임을 특징으로 하는 내절단성 방적사.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 중합체로서 사용함으로써 제조됨을 특징으로 하는 내절단성 방적사.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 내절단성 방적사를 함유하는 제품.
제8항에 있어서,

사람이 절단되지 않도록 보호하기 위한 의류임을 특징으로 하는 제품.
제9항에 있어서,

찌름(stabbing)에 의한 상해로부터 보호하기 위해 사용되는 제품임을 특징으로 하는 제품.