KR20090111234A - 나노 섬유 멤브레인의 표면 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 텍스타일에 라미네이팅되어 있는 나노 섬유 멤브레인의 표면을 개질하는 표면처리 방법에 관한 것으로, 외부의 물리적 충격 등에 의해 나노 섬유 멤브레인의 손상을 막아 기능성을 유지할 수 있도록 하는 방법이다.

이를 위한 본 발명은 텍스타일과 나노 섬유 멤브레인이 적층되어 있는 구조에서 나노 섬유 멤브레인의 표면을 처리하는 방법에 있어서, 100% 고형분의 열가소성 반응 수지에 열을 간접적으로 가하여 녹인 후 기판에 도포하는 단계; 상기 기판위에 도포된 수지를 나노 섬유 멤브레인 층에 직접 전사 시킨후 구동롤러를 사용하여 압착하여 접착하는 단계; 접착된 후 상기 기판을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법으로, 상기 열가소성 수지는 폴리우레탄 반응형 수지인 것이 바람직하며, 그 도포량은 5 내지 30 g/sm 의 양이 바람직하고, 상기 기판은 실리콘 코팅된 페이퍼인 것이 바람직하며, 상기 구동롤러는 카렌다 롤러와 러버롤러인 것이 바람직하다.

나노 섬유 멤브레인, 텍스타일, 폴리우레탄, 기능성, 표면 처리

Description

나노 섬유 멤브레인의 표면 처리 방법{The surface treating method of nano fiber membrane}

본 발명은 텍스타일에 라미네이팅되어 있는 나노 섬유 멤브레인의 표면을 개질하는 표면처리 방법에 관한 것으로, 외부의 물리적 충격 등에 의해 나노 섬유 멤브레인의 손상을 막아 기능성을 유지할 수 있도록 하는 방법이다.

섬유(텍스타일)는 원료 고분자물질의 개질에서부터 원단의 후가공에 이르기까지 다양한 방법으로 기능성을 부여하는 기술이 사용된다. 부여되는 기능은 물, 열, 빛, 전기, 냄새, 균, 약품 등 일상생활에서 흔히 접할 수 있는 여러 가지 요소에 따라 달라지는데 물을 예로 들면 방수성(내수성, 발수성, 누수성), 투습성, 흡수성, 보수성, 흡습성, 보온성, 속건성 등의 기능이 있다. 이러한 기능은 단독으로 혹은 복합적으로 섬유에 부여되며, 그중에는 방수성-투습성 같은 서로 상반되는 성질의 기능도 있다. 이렇게 텍스타일 제품에 기능성을 부여하기 위해서 텍스타일 소재 자체를 고기능성 섬유로 사용하거나, 다양한 복합화의 방식이 사용되고 있다. 복합화는 부가가치를 부여하기 위한 하나의 방법으로, 섬유 제품에 있어서 특히 주목되고 있는 기술로서, 두 종류 이상의 요소를 조합시키는 것으로 종류가 다른 섬 유의 복합화, 상이한 제법의 복합화, 이종 소재의 복합화 등이 있다.

최근 전기 방사를 통한 나노섬유의 제조에 주목하고 있는데, 이는 고분자 용액 및 용융된 고분자에 고전압(high voltage)을 걸어주어 섬유 및 입자를 받아주는 컬렉터(collector) 와 방사되는 팁(tip)사이에 전자기장(electrostatic force)을 형성시켜 나노 섬유 및 입자를 제조하는 방법이다. 전자기장의 세기가 고분자 용액의 표면 장력과 같을 경우 전하를 띈 고분자 용액은 팁 부분에 맺히게 되며, 고분자가 가지고 있는 표면장력 이상의 전압을 걸어주면 하전 된 고분자 방울은 안정되지 못하고 접지방향으로 분산(jet form)하게 된다. 이때 jet가 공기 중을 지나면서 용매는 증발하게 되고 표면에 전하가 밀집되면서 전하반발력에 의해 더욱 작은 섬유로 만들어지게 된다. 섬유가 가늘어지는 것은 제트(jet)가 집진 판으로 이동하는 과정에서 제트의 신장과 스프레이(spray)현상에 의해 가늘어지기 때문이다. 결국, 분산된 고분자 용액은 섬유 및 입자 형태로 컬렉터(collector)에 집속 되어 웹을 형성할 수 있다.

한편, 이렇게 생산된 나노섬유를 다른 이종 섬유와의 적층복합시키는 것으로 나노섬유의 생산시에 이를 이종의 텍스타일에 코팅을 시키는 방법, 나노섬유를 별도로 생산하여 이를 이종 텍스타일에 접합시키는 방법이 있다. 이렇게 접합시킨 텍스타일은 텍스타일-나노 섬유 멤브레인의 2-레이어의 기능성 텍스타일이라 할 수 있다. 이러한 2-레이어의 제품은 나노 멤브레인 자체의 장점 및 기능성을 최대로 살릴 수 있는 장점은 있고, 가볍고 소프트한 편이다. 그러나, 나노 섬유 자체가 약하기 때문에 스크래치가 발생하거나 세탁등에 대한 강도가 약하여 기능성이 손상당하기 쉬우며, 봉제시 필요한 슬립성이 부족하고, 봉제시 별도의 안감을 사용하여야 하는 단점이 있다.

본 발명은 텍스타일-나노섬유 멤브레인의 2-레이어 텍스타일의 장점을 살리되, 나노 섬유 멤브레인이 손상되어 기능성이 저하되는 것을 막으면서 별도의 안감을 사용하지 않고 사용될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

이를 위한 본 발명은 텍스타일과 나노 섬유 멤브레인이 적층되어 있는 구조에서 나노 섬유 멤브레인의 표면을 처리하는 방법에 있어서, 100% 고형분의 열가소성 반응 수지에 열을 간접적으로 가하여 녹인 후 기판에 도포하는 단계; 상기 기판위에 도포된 수지를 나노 섬유 멤브레인 층에 직접 전사 시킨후 구동롤러를 사용하여 압착하여 접착하는 단계; 접착된 후 상기 기판을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법으로, 상기 열가소성 수지는 폴리우레탄 반응형 수지인 것이 바람직하며, 그 도포량은 5 내지 30 g/sm 의 양이 바람직하고, 상기 기판은 실리콘 코팅된 페이퍼인 것이 바람직하며, 상기 구동롤러는 카렌다 롤러와 러버롤러인 것이 바람직하다.

본 발명에 의해 나노 섬유 멤브레인의 표면 처리를 하는 경우 간접 도포 방식을 사용함으로 공정상의 손실 발생을 줄일 수 있고, 솔벤트에 의한 나노 섬유 멤브레인의 손상을 방지하고, 환경친화적이며 컴팩트한 공정을 이룰 수 있는 장점이 생긴다. 그리고 이러한 처리를 통해서 슬립성이 부여되어 의류 봉제시 작업성 및 생산성을 높일 수 있으며, 별도의 안감을 사용하지 않더라도 피부에 직접 닿는 경우 끈적이거나 찝찝한 느낌을 주지 않아 보다 쾌적한 상태를 유지할 수 있다. 또한 중요한 것은 표면 처리를 통해서도 나노 섬유 멤브레인의 기능이 그다지 떨어지지 않거나 증진되기도 하며, 또한 이의 보호를 통해 기능성의 내구성을 가져온다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술 혹은 공지구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 발명은 텍스타일에 적층되어 있는 나노 섬유 멤브레인의 표면을 개질하는 것으로, 일반적으로는 텍스타일-나노 섬유 멤브레인의 2-레이어에 있어 나노 섬유 멤브레인을 보호하기 위한 조치가 될 것이다. 여기에서 텍스타일은 직물과 편물을 모두 포함하며, 직물의 경우 천연섬유, 합성섬유 등으로 제직된 모든 직물이 가능하며, 편물의 경우 경편 및 위편 모두가 선택가능하다. 그리고 본 발명의 나노섬유 멤브레인 층은 전기방사로 만들어진 초극세 섬유로 구성된 나노섬유 웹 형태의 부직포를 말하는 것이다.

텍스타일-나노 섬유 멤브레인의 2-레이어의 형성은 다양한 방법이 가능하다. 전기 방사과정에서 텍스타일에 직접 방사하여 코팅하는 다양한 방법을 통해서도 가능하다. 대한민국 특허출원 제2005-0104704호, 대한민국 등록특허 제0658499호 등의 방법을 통해 텍스타일에 나노 섬유를 직접적으로 코팅하여 이를 형성하는 방법 이 공개되어 있고 그 외에도 유사한 방법들이 많이 알려져 있으므로 이에 대한 내용은 생략한다. 그리고, 전기 방사에 의하여 나노섬유를 별도로 생산하여 이를 필름 형태로 하여 이를 텍스타일에 접착제를 사용하여 결합시키는 방법도 있으며, 예시적으로 이러한 방식을 간략히 언급하겠다. 텍스타일과 나노 섬유 멤브레인을 폴리 우레탄계 접착제 또는 폴리 아크릴계 접착제 등을 사용하여 접착한다. 가장 많이 사용되고 있는 형태로는 폴리우레탄 수지로서 가교제, 가교촉진제 및 희석용제 등과 함께 사용된다. 예를 들면, 폴리우레탄 수지를 그라비아 롤러를 사용하여 텍스타일 상에 도포하고 용제를 증발시키는 과정을 거친 후, 다른 권취롤에 감겨 있는 나노 섬유 멤브레인이 적층되면서 압착되어 결합하게 되는 형태이다.

이렇게 텍스타일에 나노 섬유 멤브레인이 적층되어 있는 형태를 그대로 사용하는 경우 앞서 언급한 바와 같은 문제점이 발생한다. 따라서 본 발명에서는 나노 섬유 멤브레인을 보호하기 위한 막을 생성시켜 이를 보호함과 아울러 2-레이어의 장점을 최대한 살릴 수 있도록 하는 것을 목표로 한다. 우선 100% 고형분으로 이루어진 폴리우레탄 반응형 수지를 80 내지 200도의 열을 가하여 녹인다. 그리고 이를 기판(실리콘 코팅된 페이퍼)에 5 내지 30g/sm의 양으로 도포한다. 여기에서 중요한 점은 상기 수지성분을 나노 섬유 멤브레인에 직접 도포하는 방식을 사용하지 않고 기판에 도포한다는 것이다. 기판으로는 실리콘 코팅된 페이퍼가 바람직하다. 이는 기판위에 도포된 수지를 직접전사하고 추후 이를 제거하는 공정에 있어 변형과 손상에 있어 장점이 있어 매우 적합한 소재이기 때문이다. 그리고 도포된 수지를 나 노 섬유 멤브레인층에 전사시킬 것이기 때문에, 도포하는 양이 너무 적으면 멤브레인의 보호에 충분한 정도의 막을 형성하기 어렵고 너무 많은 양이 도포되면 단순 2-레이어 형태가 가지는 나노 멤브레인 자체의 장점 및 기능성을 제대로 살리기가 어렵다. 일반적으로 도포되는 수지의 성분 및 도포량은 최종 제품의 사용 용도 및 목적, 텍스타일의 후도, 중량, 조직 등의 특징, 목표하는 기능성 수준에 따라 달리 조정될 수는 있을 것이다. 한편, 상기한 바와 같이 열가소성 폴리우레탄이 바람직하지만 기타 열가소성수지를 사용할 수도 있을 것이며, 이러한 내용도 본 발명의 권리 범위내에 속하는 것이다.

다음으로는 실리콘 코팅된 페이퍼에 도포된 수지를 나노 섬유 멤브레인 층에 직접 전사시킨다. 전사 후 구동롤러를 통과시켜 압착시킨다. 구동롤러는 카렌다롤러와 고무롤러 형태가 바람직하다. 접착이 된 후에는 실리콘 페이퍼는 분리시킨다. 이 때, 도포 수지의 성분에 따라 실리콘 페이퍼를 즉시 박리시키거나 또는 수 시간이상을 경화시킨 후에 박리시킨다. 별도의 건조 공정 없이 나노 섬유 멤브레인의 표면처리가 완료된다. 이러한 전사 공정은 당업자의 수준에서 충분히 이해될 수 있는 것이어서 자세한 설명은 생략한다.

본 발명의 경우 나노 섬유 멤브레인 이에 직접 도포하는 방식을 사용하면 멤브레인의 손상을 일으킬 수 있기 때문에 간접 도포 방식을 사용하면서 케미컬과 열로 인한 나노 섬유 멤브레인의 손상(외관이 투명하게 변하거나 나노 섬유 멤브레인의 층분리, 기능성 저하 등)을 최소화할 수 있다.　간접 도포 방식을 사용하는 경우 공정상의 손실 발생을 줄일 수 있고, 솔벤트가 사용되지 않는 수지 형태를 사용 함으로써 환경친화적이며 컴팩트한 공정을 이룰 수 있는 장점이 생긴다. 한편, 이러한 처리를 통해서 슬립성이 부여되어 의류 봉제시 작업성 및 생산성을 높일 수 있으며, 별도의 안감을 사용하지 않더라도 피부에 직접 닿는 경우 끈적이거나 찝찝한 느낌을 주지 않아 보다 쾌적한 상태를 유지할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 설명하지만 실시예에 의해 본 발명에 한정되는 것이 아니라 당업자의 입장에서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화가 부가 및 변경이 가능함은 물론 균등한 타 실시예가 가능할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 사상내의 것이다.

텍스타일 -나노 섬유 멤브레인의 2- 레이어 텍스타일의 제조

나일론 직물의 일면에 고형분 60%의 2액형 폴리우레탄 수지를 10 g/sm 양으로 도포하고 45℃정도의 드라이어로 용제를 휘산시키고, 필름 형태의 나노섬유 멤브레인을 나일론 직물에 적층하고 약 90℃의 히팅실린더를 통과시키면서 가압 압착하여 상기 나일론 직물과 라미네이션시켰다. 라미네이션 후에는 권취 롤러 등에 의해 당기는 공정 장력은 3 kgf 이하로 유지시켰다. 그리고 50℃의 온도에서 12시간을 숙성시켜 반응을 완료시켜 라미네이션된 2-레이어의 텍스타일을 만들었다.

2- 레이어 텍스타일의 나노 섬유 멤브레인의 표면 처리

100% 고형분으로 이루어진 폴리 우레탄 반응형 수지를 120℃의 열을 간접적으로 가하여 녹인 후 이를 실리콘 코팅된 페이퍼상에 15 g/sm의 양으로 골고루 도포시켰다. 실리콘 코팅된 페이퍼에 도포된 수지를 상기 방법에 의해 만들어진 제품의 나노 섬유 멤브레인 층에 직접 전사 시킨 후 카렌다 롤과 러버롤을 통과시켜 압착하였다. 접착이 된 후 실리콘 페이퍼는 분리시키고 표면 가공된 제품을 얻었다.

상기 표면 처리하지 않은 것과 표면 처리한 것의 표면에 대한 외관을 시각검사를 하였고, 표면의 촉감을 측정하였으며 인위적으로 스크래치를 발생시켜 그 정도를 살펴보았다. 또한 ASTM D 1894의 방법을 사용하여 슬립성 검사를 하였으며, KS K 0591규격의 방법으로 내수압을 측정하여 보았으며, KS K 0570규격의 방법으로 공기 투과도를 조사하여 보았다. 이 결과는 다음의 표와 같다.

	내수압 mmH20	공기투과도 ㎤/sec/㎠	스크래치발생	슬립성	외관	촉감
표면처리 전	7,200	0.4	심함	약함	깨끗함	양호
표면처리 후	8,400	0.3	약함	좋음	깨끗함	매우양호

표면 처리전 대비 수준으로 공기투과도는 최소 50%이상을 유지하는 것이 바람직한데 상당히 좋은 결과를 보여 주고 있으며, 내수압은 증가되는 결과를 보여 주고 있어 나노 섬유 멤브레인의 기능성의 유지 내지는 보완이 충분히 이루어지고 있음을 알 수 있다. 또한 스크래치에 강한 면을 보여주며 슬립성과 촉감은 매우 좋아졌다. 한편 세탁과정을 거친 후 상기 각각의 것을 다시 측정하여 보면, 표면 처리 한 경우 그 차이가 심하지 않았으나 표면처리를 하지 않은 경우에는 세탁에 의해 나노 섬유 멤브레인의 손상이 심하게 이루어짐을 확인할 수 있었다. 따라서, 표면처리한 경우 나노 섬유 멤브레인의 보호가 잘 이루어지고 있어 실용성을 증가시켰을을 예측할 수 있다.

Claims (5)

1. 텍스타일과 나노 섬유 멤브레인이 적층되어 있는 구조에서 나노 섬유 멤브레인의 표면을 처리하는 방법에 있어서,

   100% 고형분의 열가소성 반응 수지에 열을 간접적으로 가하여 녹인 후 기판에 도포하는 단계;

   상기 기판위에 도포된 수지를 나노 섬유 멤브레인 층에 직접 전사 시킨후 구동롤러를 사용하여 압착하여 접착하는 단계;

   접착된 후 상기 기판을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 열가소성 수지는 폴리우레탄 반응형 수지인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기폴리우레탄 반응형 수지는 5 내지 30 g/sm 의 양으로 도포하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 기판은 실리콘 코팅된 페이퍼인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 구동롤러는 카렌다 롤러와 러버롤러인 방법.