KR20120021396A - 온도제어형 코어-시쓰타입 복합섬유를 이용한 기능성 직물 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 투습방수 기능성 직물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도제어형 코어-시쓰타입 복합섬유를 이용한 기능성 직물 제조 방법에 관한 것으로서, 상변화 물질을 폴리올레핀계 폴리머에 흡수시켜 마스터 배치를 제조하는 과정과; 복합 방사하는 과정을 포함하여 이루어진 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 탁월한 열조절 기능을 구현함으로써 내의류 등과 같은 일반 기능성 의류와 텐트, 배낭, 침낭 등과 같은 아웃도어 제품과 산자용 장갑 등에 폭넓게 사용할 수 있는 이점이 있다.

Description

온도제어형 코어-시쓰타입 복합섬유를 이용한 기능성 직물 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 투습방수 기능성 직물{METHOD OF MANUFACTURING FUNCTIONAL FIBER AND FUNCTIONAL FIBER WITH WATERPROOF-BREATHABLE FUNCTION MANUFACTURED THEREOF}

본 발명은 기능성 직물에 관한 것으로서, 특히 상변화 물질(Phase change materials)을 폴리올레핀계 폴리머에 흡수시켜 마스터 배치를 제조하고 이를 복합방사하여 코어-시쓰(Sheath-Core) 타입의 복합섬유를 제조하는 온도제어형 코어-시쓰타입 복합섬유를 이용한 기능성 직물 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 투습방수 기능성 직물에 관한 것이다.

최근 산업의 고도화와 더불어 여가생활과 레저문화에 대한 관심이 증대되고 있어서, 섬유 의류 제품에 있어서도 신체의 보호, 신분의 표현 등의 기본적인 개념을 벗어나 쾌적 기능섬유에 대한 기대가 강렬하게 요구되고 있으며, 또한, 웰빙 트렌드에 맞추어 보다 쾌적하고 편안한 소재를 바라는 소비자들의 요구가 늘어나고 있어 스포츠 의류에서만 사용되어 오던 기능성 소재가 최근에는 일반 여성복은 물론, 남성복, 아동복에 이르기까지 그 사용이 확대되고 있다.

섬유에 기능성을 부여하기 위해서는 원료 고분자물질의 개질에서부터 원단의 후가공에 이르기까지 다양한 기술이 사용되어 왔으며, 이전에는 주로 항균제 등의 가공제를 혼입?방사하여 제조하거나 후가공 방법에 의한 쾌적?건강 소재의 개발이 주를 이루었으나, 1990년대 후반 이후부터는 원사의 표면 형태를 변화시키거나 마이크로화, 또는 이를 중공사화 함으로서 흡습성과 속건성을 부여해 쾌적감을 가미하는 등의 새로운 기술의 적용이 눈에 띄게 증가하고 있다.

한편, 나노과학의 발달로 기존의 가공에서 얻어지는 고기능성을 초월하는 초기능성 소재에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 더 나아가 몇 가지 이상의 초기능을 가지는 복합기능성 소재와 능동적인 기능을 가지는 지능형 소재들이 패션 섬유소재에 적용되고 있다.

쾌적 섬유소재는 첨단과학을 이용하여 통기성과 흡습성, 속건성 및 보온성 등의 쾌적과 관련된 기능성을 부여해 착용자가 느낄 수 있는 각종 불쾌감을 사전에 방지하거나 제거할 수 있는 섬유로서, 착용감, 수분조절, 온도조절, 위생, 건강 등의 성능을 가지는 소재들이다.

온도조절 기능성은 체온을 유지하고 신체를 보온할 목적으로 개발된 기능으로 중공사의 내부 공기층을 활용하여 열전도율을 낮추거나 금속물질을 직물에 코팅하여 복사열을 반사시켜 보온성을 향상시키는 소극적인 기술과 원적외선 세라믹을 이용하여 신체에서 발산되는 열을 흡수하여 다시 원적외선으로 방출하는 소재와 상변화 물질(PCM)의 축열 및 방열특성을 이용하여 적극적으로 보온성을 향상시키는 기술이 활용되고 있는데 향후 상변화 물질 관련 기술이 적극적으로 활용될 것으로 예측된다.

이들 중 PCM(Phase Change Material)은 주변의 온도가 상승하면 녹으면서 열을 흡수하고, 주변의 온도가 낮아지면 결정화하면서 열을 방출하는 축열?방열 특성을 반복적으로 나타내는 물질로서, 외부온도에 따라 흡열과 발열을 일으키는 상변이물질(PCM)을 마이크로 캡슐로 안정화하여 적용한 소재로 언더웨어, 셔츠, 스포츠웨어, 아웃도어웨어 등에 적용되고 있다.

PCM 물질의 특성을 이용하는 시스템은 이미 오래 전부터 건축물에서의 에너지 절감차원에서 연구되어 왔으나, 의류용으로 개발되어 인체의 온도 조절을 가능하게 하는 시스템은 "Barbara Pause"에 의해 처음 고안되었고, 미국 NASA에서 이를 이용해 우주복 소재로 개발하였는데, 인체의 쾌적 온도범위 내에 융점 및 응고점을 갖는 상전이물질을 이용하여 외부환경이 덥거나 추울 때에 상관없이 인체의 피부온도 조절에 응용하고자 개발되었다.

즉, PCM을 함유하는 의복은 외부환경이 고온에서 저온으로 변화할 때 액체에서 고체로 상변화를 일으켜 열을 방출하므로 Heating 효과를 보이고, 반대로 저온에서 고온으로 변화할 때 고체에서 액체로 상변화가 일어나며 이때 인체로부터의 열을 흡수하여 Cooling 효과를 제공한다.

섬유패션소재의 차별화는 화섬, 합섬의 보급 및 발전에 따라서 매우 광범위하게 용도가 개발되고 있을 뿐만 아니라 부가가치율도 차별화정도에 따라서 큰 차이를 보이고 있으며, 특히 최종제품의 품질 및 가치에 가장 큰 영향을 주는 인자는 소재기능 특성이므로 축열?방열 섬유소재를 비롯한 차별화 소재의 개발 보급이 시급하다고 할 수 있다.

쾌적, 위생, 안정 기능성은 인간의 생활과 직결되는 것이기 때문에 과학기술의 발전 및 생활수준의 향상에 따라서 시장은 급성장할 것이며, 이러한 기능성을 발휘하기 위한 제품개발에는 첨단기술이 구사되고 있고 특정 업체에서만 개발된 기술들을 가지고 있는 관계로 가격이 비쌀 뿐만 아니라 독과점적으로 시장을 확보할 수 있는 마케팅 선점에 의해 대외 경쟁력이 강화될 수 있으므로 관련 산업의 육성이 매우 절실하다.

기술개발, 상품기획뿐만 아니라 브랜드, Management까지를 포함하는 광의의 제품차별화도 중요한 요소로 인식되고 있는데 이탈리아, 프랑스 등과 같은 고부가가치의 패션소재를 개발하기 위해서는 이와 관련된 분야의 발전이 필수적이다.

한편, 종래 기능성 직물을 제조하는 기술로서, 상변화 물질로 유기물질인 아크릴 또는 멜라민수지 등을 사용하여 마이크로캡슐 형태로 만들고 이를 우레탄이나 아크릴과 같은 바인더를 사용하여 섬유 또는 직물 표면에 코팅하는 방법이 알려져 있다.

그렇지만, 종래 마이크로 캡슐 타입의 경우, 혼입 후 마찰(활동, 세탁)에 의한 탈착이 자유롭고, 탈착으로 인한 온도 조절 효율 저하가 크며, 탈착 혹은 정량화된 SPEC 조절 불가 등과 같이 요구 성능을 조절하기 어려운 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반영구적인 성능을 나타낼 수 있고, 상변화 물질의 유출이 없으며, 성능 조절이 가능하도록 된 온도제어형 코어-시쓰타입 복합섬유를 이용한 기능성 직물 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 투습방수 기능성 직물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 온도제어형 코어-시쓰타입 복합섬유를 이용한 기능성 직물 제조 방법은, 상변화 물질을 폴리올레핀계 폴리머에 흡수시켜 마스터 배치를 제조하는 과정과; 복합 방사하는 과정을 포함하여 이루어진 특징으로 한다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 투습방수 기능성 직물은, 원사 Core 부분에 상변화 물질이 혼입되어 있으며, 상기 상변화 물질은 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자 물질과 혼합된 Composite으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 탁월한 열조절 기능을 구현함으로써 내의류 등과 같은 일반 기능성 의류와 텐트, 배낭, 침낭 등과 같은 아웃도어 제품과 산자용 장갑 등에 폭넓게 사용할 수 있는 이점이 있다.

도 1 은 본 발명을 설명하기 위한 방적사 제조 공정도.
도 2 는 본 발명에 있어서 온도조절 효율을 극대화 시키기 위한 Cover factor 제직 설계 디자인.
도 3 은 본 발명을 설명하기 위한 무장력 Jigger 염색기.
도 4 는 본 발명에 따라 제조된 투습방수 기능성 직물 개념도.

본 발명은 탄소수에 따라 상전이 온도가 다른 몇 가지 PCM을 열가소성 폴리올레핀 고분자에 멜팅방법과 흡수방법을 이용하여 direct 컴파운딩한 형태 안정성 상전이 물질(Shape Stabilized Phase Change Materials Polymer, SSPCM)을 제조하고, 이 상전이 compounding 물질 중 가장 양호한 물질을 사용하여 방사 sheath/core Type의 영구 온도조절 기능성을 가진 섬유제조 기술을 개발하고 이러한 사로 제조된 제품을 제조하고 염색 및 가공을 통하여 실제 제품으로 적용하고자 한다.

본 발명에 따른 온도제어형 코어-시쓰타입 복합섬유를 이용한 기능성 직물 제조 방법은, 상변화 물질을 폴리올레핀계 폴리머에 흡수시켜 마스터 배치를 제조하는 과정과; 복합 방사하는 과정을 포함하여 이루어진 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 투습방수 기능성 직물은, 원사 Core 부분에 상변화 물질이 혼입되어 있으며, 상기 상변화 물질은 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자 물질과 혼합된 Composite으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 종래의 상변화 물질을 마이크로 캡슐을 이용하여 원사 내지 원단에 직접 도포(혼입)하는 방식에서 벗어나 원사 Core 부분의 전반적으로 혼입되어 있고 Polyolefin계열의 고분자 물질과 혼합된 Composite으로 구성되어 외기의 영향에도 형태 안정성(Shape Stabilization)이 유지 가능한 원사로 구성된 것이다.

본 발명에 따른 투습방수 기능성 직물은 다음과 같은 장점이 있다.

1. 반영구적인 성능을 나타낼 수 있다. (원사 심부에 Composite으로 존재하기 때문)

2. 형태안정성을 갖고 있어 PCM의 유출이 없다.

3. 함유율에 따른 성능 조절이 가능하다.

본 발명에 따르면, 상변화 물질의 성능을 극대화하기 위해 이중직(Double weave), 능직(Twill) 등의 제직을 설계하여 위사 위입시 부상하는 부분을 피부와 접촉되는 부분으로 설계하여 상변화 물질의 온도조절 효율을 극대화 하는 방향과 이를 이용하여 일반 기능성 의류(특히 내의류)와 Outdoor 제품(텐트,배낭,침낭 등)과 산자용 장갑 등에 사용함으로써 탁월한 열조절 기능 구현이 가능하다.

도 1 은 본 발명을 설명하기 위한 방적사 제조 공정도, 도 2 는 본 발명에 있어서 온도조절 효율을 극대화 시키기 위한 Cover factor 제직 설계 디자인, 도 3 은 본 발명을 설명하기 위한 무장력 Jigger 염색기, 도 4 는 본 발명에 따라 제조된 투습방수 기능성 직물 개념도이다.

도면을 참조하여, 본 발명에 따른 온도제어형 코어-시쓰타입 복합섬유를 이용한 기능성 직물 제조 방법을 설명하기로 한다.

○ 표면 원단 조직 변화 및 결정

1) 이중직(Double weave)의 경우 1:1배열과 경사 70D 원사를 사용하여 약 75%정도의 위사 이면 돌출 효과를 나타내었으며 이는 피부에 직접 접촉하는 부분에 PCM이 함유된 소재의 분포를 최대화 하여 냉온감을 극대화 시킴.

2) 능직(Twill weave)의 경우 위사 돌출이 이중직에 비해 덜하나 위사 부상 Twill조직으로 인해 약 67%정도의 이면 돌출효과 부여.

3) 주자직(Dobby weave)의 경우 Ottoman 조직으로 위사 돌출효과를 극대화 하였으며, 실제 타 2종에 비해 부상되는 높이가 가장 크며, 돌출위사사이의 공간이 극대화되어 50%의 이면 돌출효과에도 불구하고 보온효과가 최대화 되도록 설계.

○ 염가공 공정 기술 개발

무장력 Jigger 염색기를 이용한 PSF 염색은 가공중 장력을 최소화하여 Inner wear용 garment로 제작 시 인체피부에 PCM 소재가 최대한 접촉되게 디자인 함으로써 PCM 고유의 온도조절 기능성을 극대화 시킬 수 있다.

- Core(Polypropylene)의 경화 방지 위한 염색 온도 및 시간 조절

Core와 Sheath 분율에 따라 염색시 Polypropylene/PCM compounding의 내열성은 상당한 차이를 나타낸다. PCM material은 hydrocarbon 수의 따라 melting 온도의 변화를 보이는데 본 과제에 적용된 PCM의 melting에 맞는 염색 온도와 시간을 조절하였다.

한편, 본 발명에 따른 온도제어형 코어-시쓰타입 복합섬유를 이용한 기능성 직물 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 투습방수 기능성 직물을 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (2)

1. 기능석 직물 제조 방법으로서,
   상변화 물질을 폴리올레핀계 폴리머에 흡수시켜 마스터 배치를 제조하는 과정과;
   복합 방사하는 과정을 포함하여 이루어진 특징으로 하는 온도제어형 코어-시쓰타입 복합섬유를 이용한 기능성 직물 제조 방법.
2. 기능성 직물로서,
   원사 Core 부분에 상변화 물질이 혼입되어 있으며, 상기 상변화 물질은 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자 물질과 혼합된 Composite으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 투습방수 기능성 직물.

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