KR20100027338A - 전기방사를 이용한 라미네이팅 방법 - Google Patents

전기방사를 이용한 라미네이팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기방사를 이용한 라미네이팅 방법에 관한 것이다. 구체적으로 원단의 일면에 전기방사를 이용하여 접착층을 형성하고, 접착층 위에 투습방수 성질을 가지는 나노섬유층을 결합시킨다. 본 발명의 라미네이팅 방법에 의하여 투습방수 원단을 제조하면, 원단 위에 접착제가 매우 균일하게 도포되므로 원단과 나노섬유층의 결합력을 강하게 유지할 수 있고, 접착제 도포로 인한 투습방수 원단의 투습도와 내수압 저하를 최소화할 수 있다. 또한 의류로 제작 시 촉감을 부드럽게 유지할 수 있다.
전기방사, 나노섬유, 투습방수 원단, 라미네이팅

Description

전기방사를 이용한 라미네이팅 방법{laminating method using electrospinning}
본 발명은 전기방사를 이용한 라미네이팅 방법에 관한 것으로, 구체적으로 원단의 일면에 전기방사로 접착층을 형성하고, 그 위에 투습방수 성질을 가지는 나노섬유층을 결합시키는 라미네이팅 방법에 관한 것이다.
일반적으로 투습방수 원단이란, 수증기 형태의 물은 통과시키고 액체 상태의 물은 투과시키지 않는 성질을 가진 원단을 말한다. 이러한 투습방수 원단은 주로 등산복이나 스키복과 같은 아웃도어 의류에 사용된다. 투습방수 원단을 사용한 의류는 신체활동으로 발생된 수증기 형태의 땀은 외부로 배출시키고 빗물과 같은 물방울 형태의 물은 의류 내부로 침투하지 못하도록 하는 역할을 한다.
투습방수 원단의 이러한 특성은 다음의 원리로 설명될 수 있다. 물은 기체 상태에서 분자 간 수소결합을 통하여 수증기를 형성하고, 수증기의 직경은 일반적으로 수십에서 수백 나노미터이다. 반면 액체상태의 물은 기체상태보다 많은 양의 분자가 수소결합으로 결합되어 있으므로 직경이 수백 미크론에 이르는 물방울 형태로 존재한다. 따라서 원단의 표면에 형성된 층이, 수증기는 통과시키고 물방울을 통과시키지 못할 정도의 기공을 가지고 있으면 투습방수 성질을 가지는 것이다.
투습방수 원단을 제조하는 종래의 기술은 접착제를 사용하여 투습방수 성질을 가지는 필름을 원단에 라미네이팅하는 방법이다. 도 1a는 종래 기술에 따른 투습방수 원단의 단면을 나타낸 것이다. 도면을 참조하면, 원단(103)의 일면에 접착층(102)이 형성되고, 접착층(102)에 투습방수층(101)이 결합된다. 이때 접착층(102)은 원단(103)과 투습방수층(101)을 결합시키는 수단으로서 그 자체는 투습방수 성질을 가지지 아니한다.
도 1b는 종래 기술에 따른 투습방수 원단의 접착층 형성 패턴을 개념적으로 도시한 것이다. 접착층(102)은 원단(103)의 일면에 점상으로 형성된다. 점상으로 형성되어야 하는 이유는 접착층(102)으로 인하여 투습방수층의 기능이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다. 원단과 투습방수층의 결합력 측면에서는 접착층 패턴의 면적이 넓은 것이 유리하지만, 면적이 넓어질수록 접착층으로 인한 투습도 감소와 같은 문제점이 발생할 수 있으므로 적절한 정도에서 접착층의 면적이 결정되어야 한다. 또한 원단에 접착층이 형성된 부분과 형성되지 않은 부분의 간격이 넓으면 의복으로 제작 시 촉감이 나빠지는 문제점을 가진다.
한국공개특허 제2003-0085279호는 라미네이팅 장치를 이용하여 코팅원단에 핫멜트 접착제를 점상으로 도포하고, 그 위에 섬유기재를 합포하여 제조된 라미네이팅형 투습방수포에 관한 발명을 개시하고 있다. 다만, 상기 문헌에 따르면 일정한 무늬가 음각되어 있는 그리비아롤을 사용하여 코팅원단에 점상으로 핫멜트(hot melt)를 도포하므로 점상으로 도포되는 핫멜트의 균일도에 한계를 가지고, 핫멜트 가 도포된 부분과 도포되지 않은 부분의 간격을 좁히는 것에 한계를 가지게 되며, 핫멜트의 양을 정밀하게 조절하는 데도 어려움이 있다.
또한 원단과 투습방수층을 결합시키기 위한 접착제에 용매가 잔류할 경우 원단이나 투습방수층의 재료가 일부 용매에 녹아 손상될 수 있으며, 이는 원단과 투습방수층의 결합력을 약화시키고 내수압이 낮아지는 원인이 될 수 있다. 접착제는 투습방수 성질을 가지고 있지 않으므로 투습도가 저하되는 문제점과 접착제가 균일하게 도포되어 있지 않아서 의복으로 제작 시 촉감이 나빠지는 문제점도 가지고 있다.
본 발명의 목적은 원단과 투습방수층의 기계적 결합력이 강하고, 투습성과 내수압이 높으며, 의복으로 제작 시 촉감이 좋은 투습방수 원단을 제조할 수 있는 라미네이팅 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 투습방수 원단을 제조하기 위한 라미네이팅 방법은, 원단의 일면에 전기방사로 접착층을 형성하는 단계와, 접착층 위에 나노섬유층을 결합시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시형태에 따르면, 투습방수 원단을 제조하기 위한 라미네이팅 방법은, 접착층이 나노섬유로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 투습방수 원단을 제조하기 위한 라미네이팅 방법은, 접착층이 원단의 일면에 부분적으로 형성된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 투습방수 원단을 제조하기 위한 라미네이팅 방법은, 나노섬유층이 투습방수의 성질을 가진다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 투습방수 원단을 제조하기 위한 라미네이팅 방법은, 접착층의 적어도 일부를 용융시켜 결합시킨다.
본 발명에 따른 투습방수 원단의 라미네이팅 방법은 전기방사에 의하여 접착층을 형성하므로, 원단과 투습방수층의 결합력이 종래 기술에 따른 경우보다 강하 다. 또한 본 발명의 라미네이팅 방법에 의하여 제조된 투습방수 원단은 내수압과 투습도가 높으므로 의복으로 제작 시 투습방수 기능의 효과가 높다. 그리고 접착층이 원단 표면에 균일하게 형성되어 의복의 촉감이 매우 뛰어나다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면을 참조하고 실시 예를 이용하여 상세하게 설명된다. 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
나노섬유란 일반적으로 평균직경이 50 내지 1000㎚ 이하인 섬유를 의미하며, 전기방사장치를 이용하여 제조가 가능하다.
전기방사장치는 전원공급장치, 방사노즐 및 컬렉터 등을 포함한다. 전원공급장치는 노즐과 컬렉터 사이에 고전압의 전계를 형성시킨다. 방사노즐은 방사공간 쪽으로 방사용액을 공급한다. 컬렉터는 전기방사된 나노섬유를 집속한다. 전기방사장치의 방사공간에서 형성된 필라멘트는 방사조건에 따라 다양한 평균직경을 가질 수 있으며, 50 내지 1000㎚의 평균직경을 가지는 나노섬유일 수 있다.
본 명세서에서 투습방수층이란 용어는 투습방수 성질을 가지는 층을 의미한다. 이러한 투습방수층은 나노섬유로 이루어질 수 있으나, 투습방수 성질을 가지기에 적절한 기공을 포함하는 다양한 소재로 이루어질 수도 있다. 원단이라는 용어는 이러한 투습방수층과 결합하여 투습방수 원단을 이루는 편물, 직물 또는 부직포 등을 의미한다.
본 발명의 라미네이팅 방법은 아래의 실시예에서 투습방수 원단을 제조하는 방법의 일부로서 설명되어 있으나, 일반적으로 얇은 두께를 가지는 2개 이상의 시트(sheet)를 압착하여 결합시키는 모든 경우에 적용이 가능하며, 그 용도에 따라 적절한 기술적 효과가 발휘될 수 있다.
본 발명의 라미네이팅 방법은 전기방사를 이용하여 원단의 일면에 접착층을 형성하므로 접착층을 매우 얇은 두께로 균일하게 도포하는 것이 가능한 것을 특징으로 한다. 이하에서 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 2a는 본 발명에 따른 투습방수 원단의 단면을 도시한 것이다. 도면을 참조하면, 원단(203)의 아랫면에 접착층(202)이 형성되어 있고 접착층(202) 아래에 투습방수층(201)이 형성되어 있다. 투습방수층(201)은 투습방수 성질을 가지기에 적절한 기공을 포함하는 층으로 이루어져야 하는데 나노섬유로 이루어질 수 있다. 나노섬유는 50 내지 1000㎚의 평균직경을 가지는 섬유이므로 그 두께를 조절하면 기공의 크기를 제어할 수 있다. 나노섬유층은 폴리우레탄(polyurethane), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 등의 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 또한 나노섬유층은 녹는 온도를 달리하는 2 가지 이상의 고분자로 이루어지고, 그 중 하나 이상의 고분자로 이루어진 나노섬유를 용융시켜 기공의 크기를 조절하는 것도 가능하다.
도 2b는 본 발명에 따른 투습방수 원단의 접착층 구조를 개념적으로 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 원단(203)의 일면에 접착재료가 섬유(202a)의 형태로 적층되어 있다. 섬유(202a)는 투습방수 기능을 방해하지 않도록 원단 표면에 부분적으로 형성되어야 한다. 이러한 섬유(202a) 형태의 접착재료는 전기방사를 이용하 여 형성될 수 있다. 섬유(202a)의 평균 직경과 길이는 전기방사가 가능한 모든 조건에서 형성될 수 있는 다양한 범위에 있을 수 있으며, 전기방사로 형성된 섬유(202a)는 나노섬유일 수 있다. 접착층의 섬유(202a)들은 불규칙한 형상으로 원단(203) 표면에 적층된다. 접착층으로 기능하기 위하여 중요한 인자는 나노섬유층 위에 접착층이 형성된 부분들 간의 평균거리이다. 이러한 평균거리는 원단의 표면에 접착층이 얼마나 균일하게 도포되어 있는가를 의미하는 인자로서, 평균거리가 짧을수록 원단과 투습방수층의 결합이 균일하게 이루어질 수 있다. 원단과 투습방수층간 결합의 균일도는 제조된 투습방수 원단의 물성과 관계된다. 균일도가 증가하면 원단과 투습방수층의 전체적인 결합력이 증가하고 의복으로 제작 시 촉감이 우수하다. 원단의 단위 면적당 도포되는 접착재료의 평균 면적도 중요하다. 이러한 평균 면적은 앞서 언급한 접착층의 균일도와 섬유의 평균직경에 각각 비례하는 인자로서, 원단과 투습방수층의 결합력 및 투습방수 원단의 투습도와 관련된다. 또한 접착층 두께 또한 중요한데, 이는 접착층 섬유들의 평균직경과 관련될 수 있으며 두께가 얇을수록 의복으로 제작 시 촉감이 우수하다. 이러한 인자들은 방사용액의 선택, 전기방사 공간의 설계, 방사공간에 형성되는 전계의 세기 및 방사 시간 등과 같은 공정변수를 이용하여 조절이 가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 라미네이팅 방법을 이용하여 투습방수 원단을 제조하는 과정을 나타내는 도면이다. 먼저 접착재료를 용매에 용해시켜 접착방사용액을 제조하고, 접착방사용액을 전기방사하여 원단의 일면에 접착층을 형성한다. 접착층이 형성된 원단을 투습방수 성질을 가지는 필름과 라미네이팅하여 투습방수 원단을 제조한다. 이때, 접착층이 형성된 원단을 따로 권취하였다가 투습방수 성질을 가지는 필름과 라미네이팅하는 방법이나, 전기방사장치로 원단에 접착층을 형성한 후 연속적으로 라미네이팅하는 방법을 사용하는 것이 모두 가능하다. 아래에서 이들 방법을 각각 본 발명의 제 1실시예와 제 2실시예로 설명한다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 라미네이팅 방법을 나타내는 도면이다.
도 4a를 참조하여 원단에 전기방사로 접착층을 형성하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 접착제 형성에 사용되는 전기방사장치는 방사 노즐(401), 컬렉터(402), 방사공간(404), 이송장치(403) 및 권취장치(407)를 포함한다. 방사 노즐(401)은 방사용액을 공급한다. 컬렉터(402)는 전기방사된 섬유를 집속한다. 방사공간(404)은 방사노즐(401)과 컬렉터(402) 사이의 공간으로서 전기방사가 이루어지는 공간이다. 이송장치(403)는 컬렉터(402)의 밑면을 따라 원단(405)을 이송시킨다. 권취장치(407)는 접착층(406)이 형성된 원단(405)을 감는다. 컬렉터(402)의 일측면에서 공급되는 원단(405)은 방사공간(404)을 통과하게 되고, 방사공간(404)에서 전기방사가 일어나며 원단(405)의 일면에 접착층(406)이 형성된다. 이때, 접착층(406)을 이루는 섬유의 직경, 길이 및 도포량 등은 방사용액의 선택, 방사용액의 공급속도, 방사공간의 전계 세기, 원단의 이송속도와 같은 다양한 전기방사 공정인자로 조절이 가능하다. 이러한 공정인자의 조절로 투습방수 원단의 물성을 최적화할 수 있는 접착층의 형성이 이루어지고, 접착층이 나노섬유로 이루어지도록 공정인자를 조절하는 것이 가능하다. 방사용액은 접착재료를 용매에 용해시켜 제조하는데, 원단 및 투습방수층의 재료와 전기방사 조건에 따라 적절한 접착재료와 용매가 선택되어야 한다. 접착재료로는 다양한 고분자 수지가 선택될 수 있는데, 원단 및 투습방수층의 재료보다는 낮은 온도에서 용융될 수 있는 열가소성 고분자 수지가 선택되는 것이 바람직하다. 또한 용매는 접착재료와 방사조건에 따라 결정될 것인데, 물, 아세톤(acetone), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide), 디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide) 등과 같은 용매나 이들의 혼합용매가 사용될 수 있다.
도 4b는 접착층(406)이 형성된 원단(405)과 투습방수 성질을 가지는 필름(411)을 라미네이팅하는 과정을 나타내는 도면이다. 도면을 참조하면, 각각 권취되어 공급되는 접착층(406)이 형성된 원단(405)과 투습방수 성질을 가지는 필름(411)이 2개의 압축로울러(412a, 412b)를 포함하는 라미네이팅 장치(412)를 통과한다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 라미네이팅 장치(412)의 압축로울러(412a, 412b) 중 적어도 하나에는 일정 온도로 로울러 표면을 가열할 수 있는 장치(미도시)가 포함되어 있다. 가열되는 일정 온도는 바람직하게 접착층(406)을 용융시키고, 원단(405) 및 투습방수 성질을 가지는 필름(411)은 용융시키지 않는 범위에서 선택되어야 한다. 압축로울러(412)를 통과한 접착층(406)이 형성된 원단(405)과 투습방수 성질의 필름(411)은 용융된 접착층에 의하여 결합되고, 이로써 투습방수 원단의 제조가 완료된다.
이와 같이 전기방사를 이용하여 원단에 접착층을 형성하는 방법은, 앞서 설명한 접착층의 균일한 도포에 기인한 원단과 투습방수층의 결합력 강화와 촉감 향상 측면 외에도 원단 또는 투습방수층의 보호 측면에서 유리하다. 종래 기술과 같 이 용매에 접착재료를 용해시킨 후 패턴이 음각된 로울러를 사용하여 원단에 접착층을 형성하는 경우에는 접착층에 상당량의 용매가 잔류할 수 있다. 이러한 잔류 용매는 원단이나 투습방수층의 재료를 용해시킬 수 있고 손상을 줄 수 있다. 원단이나 투습방수층에 손상이 발생하면 투습방수 원단의 내수압이 감소하고 원단과 투습방수층의 결합력도 약화되어 투습방수 원단의 전체적인 물성이 나빠진다. 반면에 본 발명에 따르면, 전기방사된 섬유들은 방사공간에서 이미 용매의 대부분이 증발되므로 원단에 도포된 섬유들은 용매를 거의 포함하고 있지 않다. 따라서, 본 발명에 따른 라미네이팅 방법은 종래 기술에서 발생하였던 내수압 저하나 원단과 투습방수층의 결합력 약화와 같은 문제점이 발생하지 않는 유리한 효과를 가지게 된다.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 라미네이팅 방법을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 제 1실시예와 동일한 방법으로 원단(505)의 일면에 전기방사장치(500)를 이용하여 접착층(506)을 형성한다. 전기방사장치(500)의 방사공간(504)을 통과한 접착층(506)이 형성된 원단(505)은 연속적으로 라미네이팅 장치(512)에 공급된다. 라미네이팅 장치(512)에서는 접착층(506)이 형성된 원단(505)과 투습방수 성질을 가지는 필름(511)이 라미네이팅된다. 제 2실시예는 제 1실시예에서 2 단계로 분리되었던 원단에의 접착층 형성 공정과 라미네이팅 공정이 연속적으로 진행되는 것이다. 따라서 제 1실시예에 비하여 작업공간을 줄이고 공정 진행시간도 단축시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
위에서 본 발명은 실시 예를 사용하여 상세하게 설명이 되었다. 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 다양한 변형 또는 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 이러한 변형 또는 수정 발명에 의하여 제한되지 않는다.
도 1a는 종래의 투습방수 원단의 단면을 도시한 것이다.
도 1b는 종래의 투습방수 원단의 접착제 형성 패턴을 개념적으로 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명의 라미네이팅 방법으로 제조된 투습방수 원단의 단면을 도시한 것이다.
도 2b는 본 발명의 라미네이팅 방법으로 제조된 투습방수 원단의 접착층을 개념적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 라미네이팅 과정을 도식적으로 설명한 것이다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 제 1실시예에 의한 라미네이팅 방법을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 의한 라미네이팅 방법을 도시한 것이다.

Claims (5)

  1. 원단의 일면에 전기방사로 접착층을 형성하는 단계; 및
    상기 접착층에 나노섬유층을 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이팅 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착층은 나노섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 라미네이팅 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착층은 상기 원단의 일면에 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 라미네이팅 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노섬유층은 투습방수의 성질을 가진 것을 특징으로 하는 라미네이팅 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착층에 나노섬유층을 결합시키는 단계는, 상기 접착층의 적어도 일부를 용융시켜 결합시키는 것을 특징으로 하는 라미네이팅 방법.
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