KR20090128097A - 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단의 제조방법 - Google Patents

나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단의 제조방법에 관한 것으로서, 원단(B) 상에 접착제에 의해 평균직경이 1,000㎚ 이하인 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(C)이 라미네이팅 되어 있는 투습방수원단(A)을 제조할 때 원단(B) 상에 접착제 수지 용액과 나노섬유 고분자 수지 용액을 차례로 전기방사한 후 이를 열압착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 원단(B) 상에 접착제를 별도로 도포하는 공정을 생략할 수 있어서, 제조공정이 간소화되는 효과가 있다.
투습방수원단, 나노섬유 웹, 라미네이팅, 접착제, 투습도, 전기방사

Description

나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단의 제조방법{Method of manufacturing water-proof and moisture-permeable fabric comprising nano fiber web}
본 발명은 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 원단(B) 상에 접착제에 의해 평균직경이 1,000㎚ 이하인 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(C)이 라미네이팅 되어 있는 투습방수원단(A)을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에서는 투습방수성을 구비한 원단을 투습방수원단이라고 한다.
투습방수원단은 최근 등산복, 침낭, 모자, 장갑 등의 등산용품 및 일상생활의 아웃도어 의류, 트레이닝복, 스키복, 골프웨어 등에 널리 사용되고 있는 원단으로 생활 속에서 자주 접할 수 있다.
투습방수원단의 제조기술을 살펴보면 크게 3가지 방식으로 구분할 수 있는데 라미네이팅 방식, 건식 및 습식 코팅 방식으로 구분된다. 투습방수 원단은 공기 및 수증기는 통과시키지만, 액상의 물을 통과시키지 않는 원단을 의미하는 것이다.
첫째로 라미네이팅 방식에 관한 종래 기술로는 일본 특개평 5-124144에서는 폴리에틸렌 다공질 필름과 열접착성 섬유로 구성된 부직포를 열과 압력으로 접합시켜 제조한 투습방수시트가 기재되어 있고, 일본 특개평 3-213581에는 L-라이신과 유기산의 반응물로 된 분말을 0.1% 이상 함유하는 폴리아미노산계 폴리우레탄으로 제조된 투습필름을 원단에 라미네이트 시켜 제조한 내마모성이 우수한 투습방수 원단이 기재되어 있으며, 일본 특개평 2-47058에는 친수화된 폴리아미노산계 우레탄과 폴리우레탄의 혼합비가 10:0에서 2:8이며 이소시아네이트계 화합물, 소수성 유기용제, 친수성 유기용제 및 물로 제조된 수지 조성물을 시트 상에 도포, 건조한 후 폴리우레탄계 접착제로 라미네이트 시켜 제조한 투습방수원단이 기재되어 있다.
또 다른 종래의 라미네이팅 방식으로는 원단 상에 불소계 수지로 구성된 다공성 필름을 접착제로 라미네이팅 하여 투습방수원단을 제조하는 방식도 알려져 있다.
둘째로 건식 코팅 방법에 관한 기술로는 일본 특개평 4-249142에는 제전성 섬유로 만든 원단면에 미세다공질피막을 형성하는 코팅을 하며, 코팅수지의 내층에는 소취성을 지닌 물질이 함유되어 있으며 코팅막의 공극율이 20~70%인 소취 제전성 투습방수 원단이 기재되어 있고, 일본 특개평 4-146275에는 섬유 표면에 불소 변성 폴리우레탄 수지로된 다공질 투습막을 형성시키고 여기에 유화계 폴리우레탄 수지 중합체로 다공질 투습막을 형성시킨 투습방수 원단이 기재되어 있고, 일본 특개평 7-258971에는 폴리에스테르계 섬유를 주성분으로 하는 염색편직물의 코팅 가공에 있어서 코팅수지 조성물에 비환원성 말토올리고당에 환상화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 직편물의 코팅가공법이 기재되어 있다.
셋째로 습식 코팅 방법에 관한 기술로는 일본 특개평 5-78984에는 평균 입자의 직경이 0.1㎛ 이하의 미세분말을 1% 이상 함유한 폴리우레탄 수지 용액을 원단에 습식 코팅하는 방법으로 제조되어 7,000g/m2/day 이상의 투습도와 600g/cm2 이상의 내수압을 가지는 투습방수 원단이 기재되어 있고, 일본 특개평 8-13352에는 폴리우레탄 수지를 원단에 코팅하여 공극율이 40% 이상인 다공수지층이 있고, 그 수지층 내에는 1.5㎛ 이하의 소취성을 가진 미세 분말이 1~40 중량% 함유된 투습방수 원단이 기재되어 있다.
이상에서 살펴본 종래기술들은 제조방법이 복잡하고 투습방수 기능을 발휘하는 필름 또는 멤브레인의 기공이 불균일하여 투습도가 낮은, 다시말해 수분이 원활하게 통과하지 못하는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 제조과정에서 유기용매를 사용하는 경우, 원단의 염료가 유기용매에 의해 빠져나와 오염을 유발하는 경우가 발생하기도 한다.
또한, 불소계 수지로 구성된 다공성 멤브레인을 사용하는 경우에는 환경오염의 문제가 있었다.
이러한 단점을 극복하기 위한 방법으로 대한민국 공개특허 2006-0022406등에서는 전기방사 방식으로 평균직경이 1,000㎚ 이하인 섬유(이하 "나노섬유" 라고 한다)들로 구성된 나노섬유 웹을 제조한 다음, 이를 기재인 원단 상에 접착제를 사용하여 라미네이팅하는 방법을 게재하고 있다.
그러나, 상기 종래방법은 나노섬유 웹을 원단 상에 라미네이팅 하기 위해 원단 상에 접착제를 도포하는 별개의 공정을 거쳐야 하므로 제조공정이 복잡한 문제가 있었다.
본 발명은 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단을 제조할 때 원단 상에 나노섬유 웹을 라미네이팅 하기 위해서 원단 상에 미리 접착제를 도포하는 별도 공정을 생략할 수 있어서 제조공정이 간단하고, 제조원가가 저렴한 투습방수원단의 제조방법을 제공한다.
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단은 원단(B) 상에 접착제에 의해 평균직경이 1,000㎚ 이하인 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(C)이 라미네이팅 되어 있는 투습방수원단(A)을 제조할 때 전기방사장치의 컬렉터(4) 위를 통과하는 원단(B) 상에 접착제 수지 용액을 전기방사하여 상기 원단(B)상에 섬유상 접착제 수지를 도포한 다음, 계속해서 섬유상 접착제 수지가 도포된 상기 원단(B) 상에 나노섬유 제조용 고분자 수지 용액을 전기방사하여 나노섬유 웹(C)을 적층시킨 다음, 계속해서 섬유상 접착제 수지와 나노섬유 웹(C)이 차례로 적층된 상기 원단(B)을 가압, 가열하여 접착하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명은 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 투습방수원단(A)은 도 1에 도시된 바와 같이 원단(B) 상에 평균직경이 1,000㎚ 이하인 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(C)이 접착제에 의해 라미네이팅된 구조를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 투습방수원단(A)의 단면 모식도이다.
본 발명은 먼저 도 2에 도시된 것과 같은 전기방사장치의 컬렉터(4) 위를 통과하는 원단(B) 상에 접착제 수지 용액을 전기방사하여 상기 원단(B)상에 섬유상 접착제 수지를 도포한 다음, 계속해서 섬유상 접착제 수지가 도포된 상기 원단(B) 상에 나노섬유 제조용 고분자 수지 용액을 전기방사하여 나노섬유 웹(C)을 적층시킨다.
도 2는 접착제 수지 용액과 나노섬유 제조용 고분자 수지 용액을 전기방사 하여 섬유상 접착제 수지 및 나노섬유 웹을 구성하는 나노섬유를 형성하는 전기방사장치의 개략도이다.
상기 접착제 수지 용액의 점도 및/또는 접착제 수지 용액내 접착제 수지의 분자량은 수지종류에 따라 상이하나, 접착제 수지 용액이 전기방사에 의해 섬유 형태를 형성할 수 있는 수준을 유지하도록 한다.
본 발명에서 사용하는 전기방사 장치에는 특별히 제한하지 않는다. 도 2에서 보는 바와 같은 다중 노즐을 사용하는 전기방사 장치를 사용할 수 있으며 이 외의 다른 형태의 전기방사 장치 또한 사용할 수 있다. 전기방사 장치는 상기 접착제 수지 용액 또는 고분자 수지 용액을 공급하는 계량 펌프(2)와 다수의 노즐(3)로 구 성되는 방사부, 고전압발생장치(6)에 의한 고전압발생부와 방사되어 휘산되는 나노섬유를 고착시키는 컬렉터(4)로 구성된다. 전기방사시 발생전압은 수천 내지 수십만 볼트로 고분자 용액의 농도, 계량 펌프를 통해 공급되는 고분자 용액의 양, 얻고자 하는 나노섬유의 굵기 등을 고려하여 다양하게 적용할 수 있다.
상기 나노섬유는 폴리우레탄 수지, 폴리아미드 수지, 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF) 또는 이들의 혼합수지로 구성된다.
또한, 상기 나노섬유는 전체중량대비 0.5~5.0중량%의 실리콘계 발수제를 함유하는 것이 바람직하다.
실리콘계 발수제의 상기 함량이 0.5중량% 미만이면 투습방수원단의 발수성이 저하되고, 5.0중량%를 초과하면 방사성 등이 저하될 수 있다.
상기 접착제는 에틸렌 비닐 아세테이트, 열경화성 핫-멜트 폴리우레탄 수지 또는 수분 반응형 폴리우레탄 수지 등이다.
상기 원단(B)은 합성섬유 원단인 것이 바람직하며, 구체적인 예로는 폴리아미드 직물, 폴리에스테르 직물 또는 이들의 교직물 등이다.
그러나, 본 발명에서는 상기 원단(B)의 종류를 특별하게 한정하는 것은 아니다.
상기 나노섬유 웹(C)의 단위면적당 중량은 5~25g/㎡인 이고, 두께는 10~50㎛인 것이 원하는 내수압, 투습도 및 경량감을 고르게 만족시키는데 바람직하다.
상기 나노섬유 웹(C)은 예를 들면 두께가 10㎛일 때 단위면적당 중량이 5~6g/㎡ 수준인 것이 더욱 바람직하다.
그러나, 본 발명에서는 나노섬유 웹(C)의 단위면적당 중량과 두께를 특별하게 한정하는 것은 아니다.
다음으로는, 상기와 같이 섬유상 접착제 수지와 나노섬유 웹(C)이 차례로 적층된 원단(B)(이하 "적층체" 라고 한다)을 가압, 가열 접착하여 본 발명에 따른 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단을 제조한다.
상기 열접착은 캘런더 로울러 또는 열판(Hot-plate)를 사용하여 상기 적층체를 80~150℃에서 3~20초간 열압착 시키는 방법으로 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명에 다른 투습방수원단(A)은 ISO 811 방법으로 측정한 내수압이 5,000~15,000mm H2O이고, KS K 0594 방법으로 측정한 투습도가 5,000~15,000g/㎡·24시간이고, ASTM D 2724 방법으로 측정한 박리강도가 200~1,000g/㎝ 인 것이 바람직하나, 본 발명에서는 투습방수원단의 내수압, 투습도 및 박리강도를 특별하게 한정하는 것은 아니다.
본 발명은 원단 상에 접착제를 도포하는 공정을 생략할 수 있어서 제조공정이 간소화되고, 제조비용이 저렴하게 된다.
또한, 본 발명은 다공성 멤브레인으로 나노섬유 웹을 포함하여, 투습도와 내수압이 동시에 특히 우수하다.
또한, 본 발명은 불소계 수지인 다공성 멤브레인을 포함하지 않아 친환경적 이다.
그로인해, 본 발명은 캐쥬얼복, 스포츠복 등을 제조하는 소재로 유용하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
그러나, 하기 실시예는 본 발명의 일례를 나타내는 것으로서, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
중량평균 분자량이 100,000인 수분 반응형 저융점 폴리우레탄을 디메틸포름아미드에 30%(w/w)의 농도로 용해시켜 접착제 수지 용액을 제조하였다.
한편, 상대점도가 2.5인 폴리아미드 수지를 개미산 수용액에 20%(w/w)의 농도로 용해시킨 용액에 실리콘계 발수제(폴리디메틸실록산)를 상기 용액 전체중량대비 7중량% 첨가하여 나노섬유 제조용 수지 용액을 제조하였다.
다음으로 상기 접착제 수지 용액을 도 2에 도시된 전기방사 장치의 계량펌프를 통해 28,000볼트(V)의 전압이 걸려 있는 노즐(3)을 통해 28,000볼트(V)의 전압이 걸려 있는 컬렉터(4) 상을 통과하는 나일론 원단(B) 상에 전기방사하여 평균직경이 400㎚인 섬유상 접착제 수지를 상기 나일론 원단(B) 상에 도포하였다.
계속해서, 상기 나노섬유 제조용 고분자 수지 용액을 도 2에 도시된 전기방사장치의 계량펌프(2)를 통해 28,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 노즐(3)을 통해 28,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 컬렉터(4) 상을 통과하며 섬유상 접착제 수지가 도포되어 있는 나일론 원단(B) 상에 전기방사하여 평균직경이 500㎚인 나노섬유들이 15㎛의 두께로 적층되어 단위면적당 무게가 7g/㎡인 나노섬유 웹(C)을 적층시켜 섬유상 접착제 수지와 나노섬유 웹(C)이 차례로 적층된 나일론 원단(적층체)를 제조하였다.
계속해서, 상기 적층체를 130℃의 가열로울러들 사이를 10초동안 통과시키면서 가열, 압착하여 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단(A)을 제조하였다.
제조된 상기 투습방수원단(A)의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.
실시예 2
중량평균 분자량이 200,000인 반응형 저융점 폴리우레탄을 디메틸포름아미드에 25%(w/w)의 농도로 용해시켜 접착제 수지 용액을 제조하였다.
한편, 중량 평균분자량이 520,000인 폴리비닐리덴 디플루오라이드를 디메틸아세트 아미드에 15%(w/w)의 농도로 용해시킨 용액에 실리콘계 발수제(폴리디메틸실록산)를 상기 용액 전체중량대비 7중량% 첨가하여 나노섬유 제조용 수지 용액을 제조하였다.
다음으로 상기 접착제 수지 용액을 도 2에 도시된 전기방사 장치의 계량펌프를 통해 28,000볼트(V)의 전압이 걸려 있는 노즐(3)을 통해 28,000볼트(V)의 전압이 걸려 있는 컬렉터(4) 상을 통과하는 폴리에스테르 원단(B) 상에 전기방사하여 평균직경이 400㎚인 섬유상 접착제 수지를 상기 폴리에스테르 원단(B) 상에 도포하 였다.
계속해서, 상기 나노섬유 제조용 고분자 수지 용액을 도 2에 도시된 전기방사장치의 계량펌프(2)를 통해 20,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 노즐(3)을 통해 20,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 컬렉터(4) 상을 통과하며 섬유상 접착제 수지가 도포되어 있는 폴리에스테르 원단(B) 상에 전기방사하여 평균직경이 700㎚인 나노섬유들이 20㎛의 두께로 적층되어 단위면적당 무게가 9g/㎡인 폴리비닐리덴 디플루오라이드 웹(C)을 적층시켜 섬유상 접착제 수지와 나노섬유 웹(C)이 차례로 적층된 폴리에스테르 원단(적층체)를 제조하였다.
계속해서, 상기 적층체를 110℃의 가열로울러들 사이를 12초동안 통과시키면서 가열, 압착하여 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단(A)을 제조하였다.
제조된 상기 투습방수원단(A)의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.
실시예 3
중량평균 분자량이 200,000인 반응형 저융점 폴리우레탄을 디메틸포름아미드에 15%(w/w)의 농도로 용해시켜 접착제 수지 용액을 제조하였다.
한편, 중량평균분자량이 200,000인 열가소성 폴리우레탄 수지를 20%(w/w)의 농도로 용해시킨 용액에 실리콘계 발수제(폴리디메틸실록산)를 상기 용액 전체중량대비 7중량% 첨가하여 나노섬유 제조용 수지 용액을 제조하였다.
다음으로 상기 접착제 수지 용액을 도 2에 도시된 전기방사 장치의 계량펌프를 통해 28,000볼트(V)의 전압이 걸려 있는 노즐(3)을 통해 28,000볼트(V)의 전압 이 걸려 있는 컬렉터(4) 상을 통과하는 나일론 원단(B) 상에 전기방사하여 평균직경이 400㎚인 섬유상 접착제 수지를 상기 나일론 원단(B) 상에 도포하였다.
계속해서, 상기 나노섬유 제조용 고분자 수지 용액을 도 2에 도시된 전기방사장치의 계량펌프(2)를 통해 40,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 노즐(3)을 통해 40,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 컬렉터(4) 상을 통과하며 섬유상 접착제 수지가 도포되어 있는 나일론 원단(B) 상에 전기방사하여 평균직경이 400㎚인 나노섬유들이 12㎛의 두께로 적층되어 단위면적당 무게가 7g/㎡인 나노섬유 웹(C)을 적층시켜 섬유상 접착제 수지와 나노섬유 웹(C)이 차례로 적층된 나일론 원단(적층체)를 제조하였다.
계속해서, 상기 적층체를 110℃의 가열로울러들 사이를 20초동안 통과시키면서 가열, 압착하여 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단(A)을 제조하였다.
제조된 상기 투습방수원단(A)의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.
투습방수원단의 물성평가 결과
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3
내수압 (㎜ H2O) 12,500 12,000 13,200
투습도 (g/㎡·24시간) 8,500 7,600 7,100
박리강도 (g/㎠) 490 520 540
도 1은 본 발명에 따른 투습방수원단 일례의 단면 모식도.
도 2는 본 발명에서 접착제 수지 용액과 나노섬유 제조용 고분자 수지 용액을 전기방사 하는 전기방사장치의 개략도.
도 3은 본 발명에 포함된 나노섬유 웹(C) 표면의 전자현미경 사진.
* 도면 중 주요부분에 대한 부호설명
A : 투습방수원단 B : 원단
C : 나노섬유 웹 D : 접착부분
1 : 방사액 주탱크 2 : 계량펌프
3 : 노즐 4 : 컬렉터
5 : 전압전달로드 6 : 전압발생장치

Claims (5)

  1. 원단(B) 상에 접착제에 의해 평균직경이 1,000㎚ 이하인 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(C)이 라미네이팅 되어 있는 투습방수원단(A)을 제조함에 있어서, 전기방사장치의 컬렉터(4) 위를 통과하는 원단(B) 상에 접착제 수지 용액을 전기방사하여 상기 원단(B)상에 섬유상 접착제 수지를 도포한 다음, 계속해서 섬유상 접착제 수지가 도포된 상기 원단(B) 상에 나노섬유 제조용 고분자 수지 용액을 전기방사하여 나노섬유 웹(C)을 적층시킨 다음, 계속해서 섬유상 접착제 수지와 나노섬유 웹(C)이 차례로 적층된 상기 원단(B)을 가압, 가열하여 접착하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 접착제 수지는 에틸렌 비닐 아세테이트, 열경화성 핫-멜트 폴리우레탄 수지 및 수분 반응형 폴리우레탄 수지 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유는 폴리우레탄 수지, 폴리아미드 수지 및 폴리비닐리덴 디플루오라이드 수지 중에서 선택된 1종 이상의 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열압착은 80~150℃의 온도에서 10~300초간 실시하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수포의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열압착은 캘런더 로울러 및 열판(Hot-plate) 중에서 선택된 하나를 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원단의 제조방법.
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