KR20100024119A - 나노섬유를 이용한 방수원단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노섬유를 이용한 방수원단에 관한 것으로서, 특히 안감원단층과; 상기 안감원단층의 상면에 적층되고, 전기방사에 의하여 제조되며, 그 평균직경이 100~2000nm임과 아울러 공극 평균직경이 0.5~5μm인 복수의 나노섬유사가 부직포 형태로 제조된 나노섬유 방수층과; 상기 나노섬유 방수층의 상면에 적층되는 표면원단층;으로 구성되어, 건조시에는 통기가 원활히 이루어지다가 젖었을 때는 흡수 팽윤에 의하여 나노섬유 사이의 미세공극이 폐쇄되어 기후변화에 능동적으로 대응할 수 있는 효과가 있다.

전기방사, 나노섬유, 방수층, 부직포

Description

나노섬유를 이용한 방수원단{Watertight fabric using Nano fiber}

본 발명은 방수원단에 관한 것으로서, 특히 주변 환경 여건에 상관없이 고유의 성능만을 발휘하는 기존의 원단과는 달리 주변 환경에 능동적으로 대응하여 그 통기성능과 방수성능을 변화시킬 수 있는 나노섬유를 이용한 방수원단 및 그 제조방법에 관한 것이다.

생활 수준의 향상과 야외 스포츠, 레저 활동의 증가로 인하여 고기능성 의류제품에 대한 수요는 계속 증가하고 있다. 이러한 종류의 의류에 필요한 기능으로는 방수성, 투습성, 보온성, 속건성 등이 있으며 이러한 기능은 단독으로 혹은 복합적으로 사용되어 의류 착용자로 하여금 좀 더 쾌적한 느낌을 갖도록 하고 있다. 특히, 최근의 변덕스러운 기상여건 때문에 야외활동을 위한 고기능성 의류제품에는 방수성능의 부여가 거의 필수적으로 되어가고 있다.

일반적으로, 방수성능을 나타내는 원단은 완전방수원단, 투습방수원단, 발수원단의 세 가지 종류로 분류할 수 있다.

완전방수원단은 외부로부터 액체의 침투를 완전히 막아주는 반면 통기도 완전히 차단하여 주로 고방수성능이 필요한 특수의복에 사용한다.

투습방수원단은 최근 일상생활 및 스포츠용으로 가장 널리 사용되고 있으며, 일정 수준 이상의 방수성능을 나타내면서 다소 통기가 가능하여 완전방수원단을 사용한 의복에 비해 쾌적성을 가지며 사용범위가 넓다.

발수원단은 별도의 방수처리 없이 발수성능이 있는 고밀도 직물을 구성하여 의복 내부로 액체가 침투하는 것을 당분간 막아주는 소극적인 수준의 방수원단이다.

그러나, 상기한 여러 가지 종류의 방수원단들은 그 성능이 기상환경의 변화에 능동적으로 대응할 수 없기 때문에 장시간의 야외활동시 주변 환경 및 기후변화에 대비하여 방수 또는 투습방수가 되는 여벌의 옷이나 장비를 갖추어야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 급변하는 기상환경에 능동적으로 대응하여 통기성능과 방수성능을 변화시킴으로써 의류착용자로 하여금 최적의 착용감을 부여할 수 있는 나노섬유를 이용한 방수원단을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 나노섬유를 이용한 방수원단은 안감원단층과; 상기 안감원단층의 상면에 적층되고, 전기방사에 의하여 제조되며, 그 평균직경이 100~2000nm임과 아울러 공극 평균직경이 0.5~5μm인 복수의 나노섬유사가 부직포 형태로 제조된 나노섬유 방수층과; 상기 나노섬유 방수층의 상면에 적층되는 표면원단층;으로 구성된다.

여기서, 상기 나노섬유 방수층은 그 두께가 5~50μm이고, 나노섬유 방수층을 구성하는 나노섬유사는 아크릴계 고분자, 폴리비닐알코올계 고분자, 젤라틴계 고분자, 셀룰로오스계 고분자 중에서 선택된 고흡수성 고분자 수지로 이루어진다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 나노섬유를 이용한 방수원단은 건조시에는 미세공극이 존재하는 일반적인 나노섬유 부직포 형태이므로 통기가 원활히 이루어 지다가, 젖었을 때에는 나노섬유 방수층의 신속한 흡수 팽윤에 의하여 미세공극이 폐쇄되므로 기후변화에 능동적으로 대응할 수 있는 이점이 있다.

나노섬유 방수층을 이루는 나노섬유사는 아크릴계 고분자, 폴리비닐알코올계 고분자, 젤라틴계 고분자 또는 셀룰로오스계 고분자로 이루어지는데, 이러한 고분자들은 자중의 수십 내지 수백 배에 달하는 수분을 흡수하여 팽윤되는 특성을 갖고 있으므로 흡수에 의해 기능이 변화하는 능동적 방수층을 만들 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명에 의한 나노섬유를 이용한 방수원단의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 나노섬유를 이용한 방수원단의 단면도이다.

본 발명에 의한 나노섬유를 이용한 방수원단은 안감원단층(10)과, 상기 안감원단층의 상면에 적층되는 나노섬유 방수층(20)과, 상기 나노섬유 방수층(20)의 상면에 적층되는 표면원단층(30)으로 구성된다.

상기 안감원단층(10)과 표면원단층(30)은 제조자의 선택에 따라 현재 유통되고 있는 어떠한 섬유원단으로 제조하여도 무방하므로, 여기에서는 안감원단층(10)과 표면원단층(30)에 대한 설명은 피하도록 한다.

상기 나노섬유 방수층(20)은 전기방사법에 의하여 제조되고 복수의 나노섬유사가 부직포 형태로 제조되어 이루어진다. 이렇게 나노섬유 방수층(20)은 전기방사에 의하여 매우 가는 나노섬유의 집합체로 이루어지므로 그 두께와 나노섬유사 사이에 형성되는 공극의 크기를 용이하게 조절할 수 있다.

상기한 것처럼 나노섬유 방수층(20)은 복수개의 나노섬유사가 부직포 형태로 제조되는데, 이때 나노섬유사의 평균 직경은 100~2000nm로 이루어지고, 복수개의 나노섬유사 사이에 형성되는 공극의 평균직경은 0.5~5μm로 형성된다. 이렇게 나노섬유사를 가늘게 형성시키고 미세한 공극을 형성시키는 이유는 그 표면적을 최대한 넓혀 수분의 흡수속도를 극대화하고 물을 흡수하였을 때 공극이 최대한 빨리 폐쇄되도록 하기 위함이다.

그리고, 상기 나노섬유 방수층(20)은 그 두께를 5~50μm가 되도록 형성시킨다. 만약 나노섬유 방수층(20)의 두께가 5μm 미만으로 너무 얇은 경우에는 흡수시 방수성능이 미흡하고, 50μm를 초과하여 너무 두꺼운 경우에는 흡수량이 많아져 의복이 지나치게 무거워짐으로써 작용자가 오랜기간동안 축축한 느낌을 받게 되므로 의복용 방수원단으로의 사용에 적합하지 않게 된다.

한편, 상기 나노섬유 방수층(20)은 그 구성재질이 고흡수성 고분자 수지로 이루어진다. 이러한 고흡수성 고분자 수지 중에서도 아크릴계 고분자, 폴리비닐알코올계 고분자, 젤라틴계 고분자, 셀룰로오스계 고분자 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진다. 만약 아크릴계 고분자를 사용하여 나노섬유 방수층을 제작하고자 할 때는 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산 중에서 선택된 하나 이상의 고분자로 구성한다. 이렇게 하여 제조된 나노섬유 방수층(20)은 KS-K 0591 저수압법으로 측정한 내수압값이 3000mm

~ 7000mm

으로 측정된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 나노섬유를 이용한 방수원단을 여러 가지 조건으로 제조하여 일반적으로 제조된 방수원단의 비교예와 그 성능을 대비하여 보았다. 이때 방수원단을 제조함에 있어서, 그 장치는 통상적인 전기방사장치를 사용하였으며, 전기방사의 공정 조건 즉, 폴리머 용액의 토출량, 인가전압, 전극의 방향, 콜렉터와 노즐간의 거리, 노즐의 형태, 콜렉터의 운동속도, 온도 및 습도 등에 대해서는 특별한 제한을 두지 않고 실시하였다.

실시예 1

고분자량의 폴리아크릴아미드를 메틸렌클로라이드에 18wt% 용해한 용액을 통상의 전기방사 장치를 이용하여 나노섬유 방수층을 제조하였다. 방사 당시의 온도와 습도는 각각 25℃, 45%RH였으며, 인가전압은 15~18KV, 전기방사 노즐은 통상의 바늘형태로 21게이지를 사용하였다. 이러한 조건으로 제조된 방수층의 두께는 15㎛, 미세 기공의 크기 분포는 0.1~3㎛ 사이였다. 이렇게 제조된 나노섬유 방수층을 안감원단층과 표면원단층의 사이에 적층 접합하여 3층으로 구성된 방수원단을 제조하였다.

실시예 2

실시예 1과 같은 방법으로 나노섬유 방수층을 제조하되, 전기방사에 사용된 고분자는 폴리아크릴산이다.

실시예 3

실시예 1과 같은 방법으로 나노섬유 방수층을 제조하되, 폴리메타크릴산 고분자 물질을 사용하여 전기방사하였다.

실시예 4

실시예 1과 같은 방법으로 나노섬유 방수층을 제조하되, 전기방사에 사용된 고분자는 아크릴산과 메타크릴산의 공중합체이다.

실시예 5

실시예 1과 같은 방법으로 나노섬유 방수층을 제조하되, 전기방사에 사용된 고분자는 아크릴산과 아크릴아미드의 공중합체이다.

비교예 1

실시예 1 내지 5에서는 나노섬유 방수층을 제조하여 안감원단층과 표면원단층 사이에 나노섬유 방수층을 위치시켰으나, 비교예 1에서는 나노섬유 방수층을 제외하고 안감원단층과 표면원단층만을 2단으로 적층하여 구성하였다.

비교예 2

비교예 1과는 다르게 3단으로 적층하여 방수원단을 구성하였으나, 안감원단층과 표면원단층 사이에 위치되는 방수층을 통상적인 습식 코팅방법을 사용하여 폴리우레탄 수지로 제조하였다.

실시예 1 내지 5와 비교예 1,2를 통하여 제조된 방수원단의 특성을 평가한 결과는 다음 표와 같다.

[표]

구분	건조시 공기투과도 (㎤/㎠/s)	흡수시 내수압 (mmH2O)
실시예1	1.2	7,000
실시예2	1.2	7,000
실시예3	1.2	7,000
실시예4	1.2	7,000
실시예5	1.2	7,000
비교예1	2.0	800
비교예2	0.01	3,000

공기투과도 측정 방법은 ASTM D 737 프라지어법을 사용하였고, 내수압 평가 방법은 KS-K 0591 저수압법을 사용하였다. 한편, 부직포의 섬유 평균 직경 및 공극 평균 크기는 다음과 같은 방법으로 측정할 수 있다.

부직포를 구성하는 나노섬유의 평균 직경은 부직포의 임의의 5곳에 대하여 주사전자현미경을 사용하여 5,000배로 확대, 섬유의 직경을 직접 측정하고, 한 곳의 현미경 관찰에 대해 각 20개소의 직경을 측정하고 평균하여 얻을 수 있다.

그리고, 부직포의 공극의 평균 크기는 ASTM F316-03(Standard Test Methods for Pore Size Characteristics of Membrane Filters by Bubble Point and Mean Flow Pore Test)에 의거하여 측정한다.

그리고, 부직포의 두께는 부직포를 잘라 절단면을 만들고 그 절단면에 대해 백금 코팅을 실시한 다음 주사전자현미경을 사용하여 1,500배로 확대하여 측정하는데, 절단면 중 최소 5곳 이상의 곳을 측정하여 그 평균값을 구한다.

상기한 [표]에서 보면 알 수 있듯이 실시예 1 내지 5는 건조시 공기투과도가 1.2㎤/㎠/s로 비교에2의 공기투과도 0.01㎤/㎠/s보다 높음을 알 수 있다. 다만 비교예 2는 공기투과도가 2.0㎤/㎠/s로 실시예들보다 높으나 내수압이 800mmH₂O로 지나치게 낮다는 것을 알 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 나노섬유를 이용한 방수원단의 단면도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10: 표면원단층 20: 나노섬유 방수층

30: 안감원단층

Claims (7)

1. 안감원단층과;

   상기 안감원단층의 상면에 적층되고, 전기방사에 의하여 제조되며, 그 평균직경이 100~2000nm인 복수의 나노섬유사가 부직포 형태로 제조된 나노섬유 방수층과;

   상기 나노섬유 방수층의 상면에 적층되는 표면원단층;으로 구성된 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 방수원단.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 나노섬유 방수층을 이루는 복수의 나노섬유사는 그 섬유사 사이에 형성되는 공극의 평균직경이 0.5~5μm인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 방수원단.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 나노섬유 방수층은 그 두께가 5~50μm인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 방수원단.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 나노섬유 방수층을 구성하는 나노섬유사는 고흡수성 고분자 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 방수원단.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 고흡수성 고분자 수지는 아크릴계 고분자, 폴리비닐알코올계 고분자, 젤라틴계 고분자, 셀룰로오스계 고분자 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 방수원단.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 아크릴계 고분자는 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산 중에서 선택된 하나 이상의 고분자로 구성된 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 방수원단.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 나노섬유 방수층은 KS-K 0591 저수압법으로 측정한 내수압값이 3000mm

   

   이상인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 방수원단.

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