KR20130029908A - 편광섬유 및 이를 이용한 보안용지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 편광섬유 및 이를 이용한 보안용지에 관한 것이다.
본 발명의 편광섬유는 섬유직경 500nm 이하의 도성분이 30 개 이상 분포된 해도형 나노섬유에 착색물질이 함유됨으로써, 상기 해도형 나노섬유가 가지는 복굴절성 계면에 의한 우수한 편광특성으로 가시광에서 색상이 발현되고 고강도 물성이 부여된다. 따라서, 본 발명의 편광섬유를 보안용지에 적용함으로써, 종래 UV 또는 IR 영역에서 판별되는 보안사 특성과 더불어, 상기 해도형 나노섬유의 복굴절성 계면에 의한 우수한 편광특성으로 인해, 편광방향에 따라 섬유의 투명도가 달라져 가시광에서도 판별이 가능하므로 복제가능성을 더욱 낮출 수 있어, 은행권, 여권, 수표 및 유가증권 등의 위조방지용도 또는 고가명품 모방방지용도로 유용하다.

Description

편광섬유 및 이를 이용한 보안용지{POLARIZING FIBER AND SECURITY PAPER USING THE SAME}
본 발명은 복굴절성의 계면을 가지는 해도형 나노섬유에 착색물질이 함유되어 가시광에서 색상이 발현되는 편광섬유 및 이를 이용한 보안용지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 섬유직경 500nm 이하의 도성분이 30 개 이상 분포된 해도형 나노섬유에 착색물질이 함유됨으로써, 상기 해도형 나노섬유의 복굴절성 계면으로 인한 우수한 편광특성으로 가시광에서 색상이 발현되는 편광섬유 및 이를 이용한 보안용지에 관한 것이다.
일반적으로 보안성이 요구되는 은행권, 수표, 여권, 채권, 기타 유가증권 등의 용지로 사용되는 종이는 위조방지 효과와 시각적 효과 및 진위식별 효과를 위한 수단으로 은사(security fiber, security thread)를 혼입하여 사용한다.
일반적으로, 3～10㎜ 정도의 단섬유를 부분적으로 색깔 또는 형광색이 나타나도록 하여 지료의 초지 공정 중에 상기 단섬유를 일부 첨가하여 시각적으로 이색성을 띠게 하거나, 자외선 하에서 형광색이 나타나도록 하여 일반 용지와 차별화시키고 있다.
이와 같이 최근의 보안 요소들의 목표는 육안 식별성은 물론이고 식별기에 의한 진위 감정을 가능하게 하는 것이다. 즉, 유가증권의 자동화 기기에 의한 입출금은 물론, 자동판매기에서의 이용 및 다양한 보안 제품의 유통으로 인해 빠르고 명확한 진위감정을 위한 기계 판독은 필수가 되고 있다.
대한민국특허 제346056호에 의해 제조되는 형광색사의 경우에는 합성수지 원료에 형광안료를 혼합하여 용융방사시킴으로써 제조되는 단색의 형광색사가 개시되어 있으며, 대한민국특허 제374293호의 보안필름에 사용되는 형광색사의 경우에는 적색, 청색, 녹색의 형광물질을 나일론사에 색상별로 염착시켜 형광색사의 각 가닥에 따라 각각 적색, 청색 또는 녹색과 같은 단색을 띄는 형광색사를 제조한 다음 각기 다른 색상의 형광색사를 섞어서 사용한다. 그러나, 종래의 형광색사의 경우, 색상이나 구조가 단조로우며, 염색시 색상의 균일도가 많이 떨어지는 결점이 있어, 위조 방지 기능이 저하된다.
이러한 문제점을 해소하고, 형광색사의 시각적 효과를 적용시킨 다양화한 기술로서, 섬유를 일정간격으로 남겨놓고 나머지를 차단한 채 일차 염색을 하고 건조시킨 다음, 차단한 부분을 개방하고 이미 염색된 부분은 이를 차단하여 여기에 다른 색상을 염색함으로써 섬유에 두 가지 이상의 색상이 염색된 이색섬유 또는 색동섬유를 제조하는 방법이 대한민국 등록특허 제1996-13836호에 기재되어 있고, 대한민국특허 제259825호에는 여러 가닥의 섬유를 꼰(twisting) 상태에서 염색을 하여 노출된 부분을 염색한 후에 이 섬유를 절단하여 꼰 상태를 푼 다음에 비노출 되었던 부분에 다른 색으로 재염색한 색동섬유의 제조방법이 기재되어 있다. 그러나, 상기 종래기술은 염색공정이 복잡하고 대량제조가 곤란하며, 염색부분의 경계면이 불균일하고 섬유 표면에 염색하여 내구성이 떨어지는 문제가 지적되고 있다.
이에, 본 발명자들은 종래의 형광색사의 문제점을 해소하고자 노력한 결과, 섬유직경 500nm 이하의 도성분이 30 개 이상 분포된 해도형 나노섬유에 착색물질을 함유시킨 편광섬유를 보안용지에 적용함으로써, 종래 UV 또는 IR 영역에서 판별되는 보안사 특성과 더불어, 상기 해도형 나노섬유의 복굴절성 계면에 의한 우수한 편광특성으로 인해, 편광방향에 따라 섬유의 투명도가 달라져 가시광에서도 판별이 가능하므로 복제가능성을 더욱 낮출 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 복굴절성의 계면을 가지는 해도형 나노섬유에 착색물질이 함유되어 가시광에서 색상이 발현되는 편광섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 편광섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 편광섬유를 함유하는 위조방지용 은행권, 여권, 수표 및 유가증권 제조용 보안용지를 제공하는 것이다.
본 발명은 섬유직경 500nm 이하의 도성분이 30 개 이상 분포된 해도형 나노섬유에, 이색성 색소, 염료, 안료 또는 형광물질로부터 선택되는 어느 하나 이상의 착색물질이 함유되어, 상기 해도형 나노섬유의 복굴절성 계면에 의해 가시광에서 색상이 발현되는 편광섬유를 제공한다.
본 발명의 해도형 나노섬유에 도성분이 5 내지 95중량% 포함되는 것이다.
상기에서 해도형 나노섬유는 원형단면; 또는 삼각형, 사각형, 다각형, 타원형, -형, Y형, +형, #형 및 *형으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 이형단면;을 가진다.
본 발명의 편광섬유에서 색상을 구현하는 착색물질로는 이색성 색소, 염료, 안료 또는 형광물질에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으며, 다만, 착색물질의 함량을 해도형 나노섬유에 대하여, 0.001 내지 50중량%로 함유한다.
이때, 상기 해도형 나노섬유 중 도성분 또는 해성분에 함유될 수 있으며, 해도형 나노섬유 중 도성분 및 해성분의 양 성분에 함유되도록 한다.
또한, 본 발명은 상기 편광섬유를 제공하기 위하여, 바람직한 제1실시형태의 제조방법을 제공한다. 구체적으로는,
1) 친수성 고분자 수지로 이루어진 해성분 제조용 마스터 배치를 준비하고,
2) 열가소성 고분자 수지에서 선택되는 1종 이상으로 이루어진 도성분 제조용 마스터 배치를 준비하되, 상기 해성분 또는 도성분의 마스터배치 준비 시 적어도 어느 하나의 성분 또는 양 성분에, 착색물질 0.001 내지 50중량%를 첨가하고,
3) 해성분 및 도성분의 마스터배치를 용융복합방사기에 각각 투입하고, 500 내지 3,000m/min 미만의 방사속도로 복합방사하여, 해도형 나노섬유의 미연신사 또는 부분연신사로 수득하고,
4) 상기 미연신사 또는 부분연신사를 인라인 또는 오프라인 연신 후 열처리하여 해도형 나노섬유의 완전연신사로 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 편광섬유를 제공하기 위하여, 바람직한 제2실시형태의 제조방법으로서,
1) 친수성 고분자 수지로 이루어진 해성분 제조용 마스터 배치를 준비하고,
2) 열가소성 고분자 수지에서 선택되는 1종 이상으로 이루어진 도성분 제조용 마스터 배치를 준비하되, 상기 해성분 또는 도성분의 마스터배치 준비 시 적어도 어느 하나의 성분 또는 양 성분에, 착색물질 0.001 내지 50중량%를 첨가하고,
3) 상기 해성분 및 도성분의 마스터배치를 용융복합방사기에 투입하고, 변형유도결정화가 일어나는 3,000 내지 8,000m/min의 방사속도로 복합방사하여, 해도형 나노섬유의 고배향사로 제공하는 것이다.
이에, 본 발명의 제1실시형태 및 제2실시형태의 제조방법에 있어서, 해도형 나노섬유를 구성하는 도성분의 함량을 5 내지 95중량% 이내로 함유하도록 한다.
나아가, 본 발명은 상기 편광섬유를 초지 공정에 혼입하여 위조방지용 은행권, 여권, 수표 및 유가증권 제조용도의 보안용지를 제공한다.
더욱 구체적으로는, 본 발명의 보안용지는 상기 편광섬유가 초지 공정에 혼입될 때, 섬유장(L/D) 20 이상으로 절단된 단섬유 형태로 혼입된 것이다.
또한, 상기 편광섬유가 지류 또는 열가소성 고분자 수지로 이루어진 투명필름 상에, 한쪽 방향(UD)으로 직조된 형태로 혼입되는 것을 특징으로 하는 보안용지를 제공할 수 있다.
본 발명은 섬유직경 500nm 이하의 도성분이 30 개 이상 분포된 해도형 나노섬유에 착색물질이 함유된 편광섬유를 제공함으로써, 상기 해도형 나노섬유의 복굴절성 계면에 의한 우수한 편광특성으로 가시광에서 색상을 발현하고, 종래 용융복합방사에 얻어진 마이크로 섬유크기의 해도형 섬유대비 고배향성 및 고강도를 구현한다.
이에, 본 발명은 가시광에서 색상이 발현되는 편광섬유를 초지 공정에 혼입하거나, 직조하여 보안용지로 적용함으로써, 종래 UV 또는 IR 영역에서 판별되는 보안사 특성과 더불어, 상기 해도형 나노섬유의 복굴절성 계면에 의한 우수한 편광특성으로 인해, 편광방향에 따라 섬유의 투명도가 달라져 가시광에서도 판별이 가능하므로 복제가능성을 더욱 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 보안용지는 육안식별이 가능하므로 진위감정을 위한 식별기 사용없이 현장에서 신속하게 적용할 수 있는 편리성을 제공한다.
이에, 본 발명의 보안용지는 위조방지용 은행권, 여권, 수표 및 유가증권 제조용도에 유용하며, 특히 500nm 이하의 도성분이 30 개 이상 분포된 해도형 나노섬유 고유의 고강도 특성으로 인하여 이를 포함하는 보안용지의 내구성을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 해도형 나노섬유의 단면사진이고,
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 해도형 나노섬유의 단면사진이고,
도 3은 본 발명의 실시예 1의 해도형 나노섬유를 이용한 보안용지에 대하여, 편광방향에 따른 광투과율의 변화를 도시한 것이고,
도 4는 도 3의 해도형 나노섬유로 이루어진 경우, 548nm의 편광광선에 대한 편광방향에 따른 광투과율을 나타낸 것이고,
도 5는 종래 해도형 마이크로섬유를 이용한 보안용지에 대하여, 편광방향에 따른 광투과율의 변화를 도시한 것이고,
도 6은 도 5의 해도형 마이크로섬유로 이루어진 경우, 548nm의 편광광선에 대한 편광방향에 따른 광투과율을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 섬유직경 500nm 이하의 도성분이 30 개 이상 분포된 해도형 나노섬유에, 이색성 색소, 염료, 안료 또는 형광물질로부터 선택되는 어느 하나 이상의 착색물질이 함유되어, 상기 해도형 나노섬유의 복굴절성 계면에 의해 가시광에서 색상이 발현되는 편광섬유를 제공한다.
본 발명의 편광섬유는 상기 해도형 나노섬유가 섬유직경 500nm 이하의 도성분이 30 개 이상 분포된 구조로부터 복굴절성 계면을 가지므로 그로 인해 구현되는 편성특성에 기인한다. 또한, 상기의 우수한 편광특성에 의해 가시광에서 육안식별이 가능하다.
따라서, 본 발명의 해도형 나노섬유는 도성분의 섬유직경이 500nm 이하, 더욱 바람직하게는 300nm 이하이며, 상기 도성분이 30개 이상, 더욱 바람직하게는 1,000개, 가장 바람직하게는 최대 4,000개가 포함된 구조이다. 본 발명의 해도형 나노섬유는 해도형 나노섬유에 도성분이 5 내지 95중량% 포함되는 것이 바람직하고, 상기 성분 조절에 의해, 해도형 나노섬유의 비중을 적어도 1 이상이 되도록 설계할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 해도형 나노섬유에서 도성분으로 사용되는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 등의 비중이 1 미만인 경우, 해성분의 친수성 고분자 수지의 중량비율에 의해, 해도형 나노섬유의 전체 비중을 1 이상이 될 수 있도록 조절한다. 또한, 어느 하나의 성분이 상기 범위를 벗어나면, 해도형 나노섬유 단면의 형태가 불균일하게 되어 수분산성 향상에 대한 효과가 저하되거나, 이색성의 색상발현이 미흡한 문제가 있다.
본 발명의 해도형 나노섬유를 구성하는 해성분 및 도성분은 상기 요건을 충족하는 나노섬유라면, 그 구성성분에는 제한되지 않고 공지의 소재로부터 제조될 수 있다.
다만, 더욱 바람직하게는, 본 발명의 해도형 나노섬유의 해성분은 친수성계 고분자 수지를 사용함으로써, 초지 공정시 수분산성을 향상시켜 지료와 혼화율을 높일 수 있다.
이에, 본 발명에서 해성분으로 사용될 수 있는 친수성 고분자 수지는 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌이미드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 술폰화된 폴리술폰, 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리비닐아세테이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용한다.
또한, 친수성과 소수성의 중간 정도 극성을 갖는 폴리에스테르계 수지도 사용가능하며, 바람직한 그 일례로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 및 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 해도형 나노섬유에서 도성분은 방사성이 우수하여야 하고, 물성변화가 작아 착색물질 혼합시 열분해되지 않아야 할 것이다. 이러한 요건을 충족하는 바람직한 일례로는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리스타이렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에테르설폰(PES), 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리에테르케톤(PEEK), 폴리페닐설파이드(PPS) 및 방향족 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용하는 것이다.
본 발명의 실시예에서는 가장 바람직한 일례로서, 해성분 및 도성분이 나일론-폴리프로필렌으로 이루어진 해도형 나노섬유에 한정하여 설명하고 있으나, 상기에서 기술한 바와 같이, 본 발명의 해성분 및 도성분이 갖추어야 할 요건을 충족하는 것이라면, 상기 제시된 소재 군에서 선택되어 적절한 조합에 의해 변경될 수 있을 것이다.
상기의 해도형 나노섬유는 원형단면; 또는 삼각형, 사각형, 다각형, 타원형, -형, Y형, +형, #형 및 *형으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 이형단면; 구조를 포함한다.
본 발명의 편광섬유에서 색상을 구현하는 착색물질로는 이색성 색소, 염료, 안료 또는 형광물질에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 비가시 UV 형광안료, 적외선 반응형 또는 흡수형 안료를 사용하여 자외선 또는 적외선 영역에서도 판별 가능한 보안사 기능을 제공한다.
본 발명에서 사용될 수 있는 착색물질의 일례로는, 아조계, 안트라퀴논계, 페릴렌계, 인단트론계, 이미다졸계, 인디고이드계, 옥사딘계, 나프탈로시아닌계, 프탈로시아닌계, 트리페닐메탄계, 피라졸론계, 스틸벤계, 디페닐메탄계, 나프토퀴논계, 메토시아닌계, 키노프탈론계, 크산텐계, 알리자린계, 아크리딘계, 퀴논이민계, 티아졸계, 디티올계금속착체계, 디이모늄계, 메틴계, 니트로계, 니트로소계와 같은 다양한 종류의 색소, 염료, 안료를 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 원하는 색상에 따라 제품 군에서 선택 사용할 수 있다.
이때, 상기 착색물질의 함량은 해도형 나노섬유에 대하여, 0.001 내지 50중량%로 함유하는 것이 바람직하며, 상기 착색물질의 함량이 0.001 중량% 미만이면, 최종 편광섬유의 색상 발현이 미흡하고, 50중량%를 초과하는 과량이 함유되면, 마스터배치 준비 시 고분자 수지와의 혼용성에 문제가 있어 균일 분산되지 않아 함량대비 효율이 저하된다.
상기의 착색물질은 해도형 나노섬유 중 도성분 또는 해성분에 함유될 수 있다. 또한, 해도형 나노섬유 중 도성분 및 해성분의 양 성분에 다른 색상 또는 성질의 착색물질이 함유되어 이색성이 구현되도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 용융복합방사시 방사속도 1,000 m/min에 의해 제조된 해도형 나노섬유의 단면사진이고, 도 2는 실시예 2에서 용융복합방사시 방사속도 7,000 m/min에 의해 제조된 해도형 나노섬유에서 도성분의 단면사진을 나타낸다. 상기 결과로부터, 300nm의 섬유직경을 가진 도성분이 3808개 분포된 해도형 나노섬유 구조를 확인할 수 있다. 이러한 구조적 특징은 복굴절성 계면에 의한 우수한 편광특성뿐만 아니라, 종래 용융복합방사에 얻어진 마이크로 섬유크기의 해도형 섬유대비 고배향성 및 고강도를 제공한다.
또한, 본 발명의 해도형 나노섬유는 해도사형 용융복합방사시 1 km/min 이상의 고속방사로 제조된 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명의 해도형 나노섬유의 바람직한 제1실시형태의 제조방법은 1) 친수성 고분자 수지로 이루어진 해성분 제조용 마스터 배치를 준비하고,
2) 열가소성 고분자 수지에서 선택되는 1종 이상으로 이루어진 도성분 제조용 마스터 배치를 준비하되, 상기 해성분 또는 도성분의 마스터배치 준비 시 적어도 어느 하나의 성분 또는 양 성분에, 착색물질 0.001 내지 50중량%를 첨가하고,
3) 해성분 및 도성분의 마스터배치를 용융복합방사기에 각각 투입하고, 500 내지 3,000m/min 미만의 방사속도로 복합방사하여, 미연신사(Undrawn Yarn, UDY) 또는 부분연신사(Partial Oriented Yarn)로 수득하고,
4) 상기 미연신사 또는 부분연신사를 인라인 또는 오프라인 연신 후 열처리하여 완전연신사(Fully Drawn Yarn, FDY)로 제공한다.
상기의 제1실시형태의 제조방법에서, 용융복합방사 시 방사속도가 500 m/min 미만이면, 낮은 방사장력으로 도성분의 섬유배향이 충분하지 않아 바람직하지 않으므로, 500 내지 3,000m/min 미만의 방사속도로 복합방사하여 원하는 미연신사 또는 부분연신사를 수득한다.
또한, 본 발명의 해도형 나노섬유의 바람직한 제2실시형태의 제조방법은
1) 친수성 고분자 수지로 이루어진 해성분 제조용 마스터 배치를 준비하고,
2) 열가소성 고분자 수지에서 선택되는 1종 이상으로 이루어진 도성분 제조용 마스터 배치를 준비하되, 상기 해성분 또는 도성분의 마스터배치 준비 시 적어도 어느 하나의 성분 또는 양 성분에, 착색물질 0.001 내지 50중량%를 첨가하고,
3) 상기 해성분 및 도성분의 마스터배치를 용융복합방사기에 투입하고, 변형유도결정화(strain-induced crystallization)가 일어나는 3,000 내지 8,000m/min의 방사속도로 복합방사하여, 고배향사(High Oriented Yarn, HOY)로 제공한다.
상기 제2실시형태의 제조방법에서 역시 용융복합방사시 변형유도결정화(strain-induced crystallization)가 일어나도록 3,000 내지 8,000 m/min의 고속방사속도로 수행하여, 고배향사(High Oriented Yarn, HOY)로 얻을 수 있다. 반면, 상기 최대 8,000 m/min를 초과하면, 고속에서 섬유 내외의 냉각 속도차에 의해 불균일한 섬유구조를 형성하게 되어 바람직하지 않다.
이러한 용융복합방사시 방사조건에 따라, 필라멘트 형태의 장섬유를 제조할 수 있다.
본 발명의 제1실시형태 및 제2실시형태의 제조방법에 있어서, 용융복합방사에 의해 제조되는 해도형 나노섬유는 그 전체비중이 적어도 1 이상이 되도록 제어한다.
섬유의 비중을 올리는 방법으로서, 해도형 나노섬유를 구성하는 해성분 및 도성분의 함량을 조절하여 제어한다. 더욱 구체적으로는, 본 발명의 실시예에서 도성분으로 사용되는 폴리프로필렌(PP)의 경우는 비중이 1 미만이나, 해도형 나노섬유의 전체 비중을 1 이상이 되도록 해성분인 친수성 고분자 수지의 중량비율을 높여 조절할 수 있다.
이에, 더욱 바람직하게는 상기 해도형 나노섬유에 도성분이 5 내지 95중량% 포함되고, 그 함량에 따라 해도형 나노섬유의 전체 비중이 원하는 수준으로 조절되도록 한다.
또한, 섬유의 고체비중을 올리는 다른 방법으로는 섬유의 결정화도를 올리는 방법이 적용될 수 있는데, 이를 위해서는 연신이나 후가공시 섬유 열처리 온도를 올리거나 열처리시간을 연장하는 수단에 의해 달성된다. 또는 고속방사를 통해 섬유 내에서 변형유도결정화(strain-induced crystallization)를 일으키는 방법이 있다. 예를 들어, 동일한 PET 섬유라도 무정형(non-crystalline) 구조의 섬유 비중은 약 1.36정도이나 결정화도가 높은 결정(crystalline) 구조의 섬유 비중이 약 1.45까지 올릴 수 있다.
이때, 본 발명의 제1실시형태 및 제2실시형태의 제조방법으로부터 제조되는 해도형 나노섬유에서 해성분 및 도성분에 대한 각각 소재 및 그 함량은 상기와 동일하여 구체적인 설명을 생략한다. 다만 본 발명의 해도형 나노섬유에서 해성분을 친수성 고분자 수지로 구성함으로써, 초지 공정 시, 수분산성을 향상시킬 수 있도록 하며, 도성분은 방사성이 우수한 열가소성 고분자 수지를 사용한다.
나아가, 본 발명은 상기 편광섬유가 혼입된 위조방지용 은행권, 여권, 수표 및 유가증권 제조용도의 보안용지를 제공한다.
바람직하게는, 본 발명의 편광섬유는 섬유장(L/D) 20 이상인 단섬유(staple) 형태로 절단되어 초지 공정에 혼입된다.
또한, 본 발명의 보안용지는 지류 또는 열가소성 고분자 수지로 이루어진 투명필름 상에, 상기 편광섬유가 일정한 폭과 한쪽 방향(UD)으로 직조된 형태로 혼입될 수 있다.
도 3은 제조된 200nm 급 도성분이 3808개 포함된 해도형 나노섬유로 이루어진 보안용지에 대하여, 편광방향에 따른 광투과율의 변화를 관찰한 것으로서, 해도형 나노섬유에 대한 편광방향이 0도일 때, 92%의 투과율을 나타내는 반면, 편광방향이 90도일 때, 5%의 투과율을 보임으로써, 현저한 편광효과를 확인할 수 있다. 또한, 548nm의 편광광선에 대한 편광방향에 따른 광투과율을 비교한 결과로서, 도 4는 섬유직조 방향이 편광방향에 수직(nㅗ)이면 밝고, 평행 (n//)이면 어두워지는 뚜렷한 광투과율의 차이(편광특성)으로 인하여, 특히 편광방향과 수직일 경우, 유기 나노 장섬유의 섬유형상이 보이지 않아 광투과율이 높으므로 투과율 향상을 기대할 수 있다.
반면에, 종래 1㎛급 도성분이 74 개 포함된 해도형 마이크로섬유의 경우, 해도형 마이크로섬유에 대한 편광방향이 0도일 때, 10～20%의 투과율을 보이는 반면, 편광방향이 90도일 때, 5%의 투과율로서 낮은 편광효과를 보인다[도 5 및 도 6].
이때, 본 발명의 편광섬유를 구성하는 해도형 나노섬유는 용융복합방사에 의해 해성분이 친수성 고분자 수지로 이루어지고, 상기 해도형 나노섬유의 전체 비중이 1 이상인 요건을 충족함으로써, 초지 공정에 혼입되는 조건을 최적화하여 함유율 및 혼화율을 높일 수 있다.
본 발명의 편광섬유는 해도형 나노섬유 구조 상, 복굴절성 계면으로 인한 우수한 편광특성에 의해, 가시광에서도 색상구현이 가능하므로 상기 편광섬유를 함유하는 보안용지는 UV 또는 IR 영역에서 판별되는 보안사 특성과 더불어, 상기 해도형 나노섬유의 복굴절성 계면에 의한 우수한 편광특성으로 인해, 편광방향에 따라 섬유의 투명도가 달라져 가시광에서도 판별이 가능하므로 복제가능성을 더욱 낮출 수 있다.
이에, 본 발명의 편광섬유는 진위감정을 위한 식별기 사용없이 현장에서 신속하게 적용할 수 있다. 또한, 상기 해도형 나노섬유는 종래 용융복합방사에 얻어진 해도형 마이크로섬유 대비 고배향성 및 고강도를 구현함으로써 이를 함유하는 보안용지는 내구성을 확보할 수 있다.
이에, 본 발명의 보안용지는 지폐, 상품권, 유가증권, 여권 등의 위조방지용도로 적용할 수 있으며, 고가명품 군에 적용하여 모방방지용도로도 활용할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 편광섬유 제조 1
해성분으로 친수성 수지 나일론(Nylon-6) 46중량%과 도성분으로서 폴리프로필렌(PP) 50중량%에 UV형광 황녹색(yellow-green) 안료 4중량%를 혼합하고, 각각 용융하여, 3808개의 도성분이 함유되도록 하는 해도형 노즐을 사용하여 용융복합방사하고 1,000 m/min 속도로 방사를 수행하여, Nylon-PP로 구성된 200nm 급 도성분이 3808개 포함된 해도형 나노섬유로 이루어진 편광섬유를 제조하였다.
방사노즐: 1 홀에 3808 개의 도성분을 방사할 수 있는 해도사형 방사노즐
방사온도: 275℃
방사속도: 1,000 m/min
<실시예 2> 편광섬유 제조 2
상기 실시예 1의 공정 중, 1 홀에 3808 개의 도성분을 방사할 수 있는 해도사형 방사노즐을 사용하되, 방사속도를 7,000 m/min 로 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여, Nylon-PP로 구성된 200nm 급 도성분이 3808개 포함된 해도형 나노섬유로 이루어진 편광섬유를 제조하였다.
<실시예 3> 편광섬유 제조 3
해성분으로 친수성 수지 나일론(Nylon-6) 48중량%에 황녹색(yellow-green) 안료 2중량%를 혼합하고, 도성분으로서 폴리프로필렌(PP) 48중량%에 적색(red) 안료 2중량%를 혼합하여 각각 용융하여, 3808개의 도성분이 함유되도록 하는 해도형 노즐을 사용하여 용융복합방사하고 1,000 m/min 속도로 방사를 수행하여, Nylon-PP로 구성된 200nm 급 도성분이 3808개 포함된 해도형 나노섬유로 이루어진 편광섬유를 제조하였다.
<실시예 4> 보안용지 제조 1
실시예 1에서 제조된 해도형 나노섬유로 이루어진 편광섬유를 한 방향 (UD)으로 나란히 직조한 후 지료에 올리고, 200℃에서 고압 프레스로 압축 및 용융시켜 필름상으로 가압성형 후 냉각시켜 편광섬유가 직조된 보안용지를 제조하였다.
<실시예 5> 보안용지 제조 2
실시예 1에서 제조된 해도형 나노섬유로 이루어진 편광섬유를 섬유장(L/D) 20으로 절단하여 준비하고, 초기 공정에 해도형 나노섬유를 혼입하여 초지하였다.
<비교예 1> 편광섬유 제조
상기 실시예 1의 공정에서, 1 홀에 1㎛급 도성분을 74 개 방사할 수 있는 종래의 해도사형 방사노즐을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 해도형 마이크로섬유를 제조하였다.
<비교예 2> 보안용지 제조
상기 비교예 1에서 제조된 해도형 마이크로섬유를 한 방향 (UD)으로 나란히 직조한 후 지료에 올리고, 200℃에서 고압 프레스로 압축 및 용융시켜 필름상으로 가압성형 후 냉각시켜 보안용지를 제조하였다.
<실험예 1> 광학적 특성평가
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 해도형 섬유를 이용한 각각의 실시예 4 및 비교예 2의 보안용지에 대하여, 편광 광학 현미경으로 편광방향에 따른 광투과율 및 편광특성을 측정하였다.
그 결과, 도 3은 실시예 1에서 제조된 200nm 급 도성분이 3808개 포함된 해도형 나노섬유로 이루어진 경우, 편광방향에 따른 광투과율의 변화를 도시한 결과이다. 상기 결과로부터, 해도형 나노섬유에 대한 편광방향이 평행 (n//) 또는 0도일 때, 92%의 투과율을 나타내는 반면, 편광방향이 수직(nㅗ) 또는 90도일 때, 5%의 투과율을 보임으로써, 현저한 편광효과를 확인하였다.
이에, 도 4는 상기 해도형 나노섬유로 이루어진 경우, 548nm의 편광광선에 대한 편광방향에 따른 광투과율을 비교한 것으로서, 섬유직조 방향이 편광방향에 수직(nㅗ)이면 밝고, 평행 (n//)이면 어두워지는 뚜렷한 광투과율의 차이(편광특성)를 보였다. 또한, 편광방향과 수직일 경우, 유기 나노 장섬유의 섬유형상이 보이지 않아 광투과율이 높으므로 투과율 향상 가능성을 확인하였다.
반면에, 도 5는 비교예 1에서 제조된 1㎛급 도성분이 74 개 포함된 해도형 마이크로섬유로 이루어진 경우, 해도형 마이크로섬유에 대한 편광방향이 평행 (n//) 또는 0도일 때, 10～20%의 투과율을 보이는 반면, 편광방향이 수직(nㅗ) 또는 90도일 때, 5%의 투과율로서, 편광효과 적은 결과를 확인하였다. 상기 결과로부터, 모든 방향에서 투명도가 떨어져 실제 편광섬유 적용에 한계가 있다.
도 6은 비교예 1에서 제조된 1㎛급 도성분이 74 개 포함된 해도형 마이크로섬유로 이루어진 경우, 548nm의 편광광선에 대한 편광방향에 따른 광투과율을 비교한 것으로서, 섬유직조 방향이 편광방향에 수직 (nㅗ) 이면 밝고, 평행 (n//)이면, 어두워지는 뚜렷한 광투과율의 차이(편광특성)를 보였으나, 1㎛급 섬유형태가 보이고 투과율이 낮아진다.
상기에서 살펴본 바와 같이,
첫째, 본 발명은 복굴절성의 계면을 가지는 해도형 나노섬유에 착색물질이 함유되어 상기 해도형 나노섬유의 우수한 편광특성에 의해 가시광에서 색상이 발현되는 편광섬유를 제공하였다.
둘째, 본 발명은 상기 편광섬유를 구성하는 해도형 나노섬유의 비중을 1이상으로 조절하기 위하여 최적화된 편광섬유의 제조방법을 제공하였다.
셋째, 본 발명은 가시광에서 색상이 발현되는 편광섬유를 초지 공정에 혼입하거나, 직조하여 위조방지용 은행권, 여권, 수표 및 유가증권 제조용 보안용지를 제공하였다. 상기 보안용지는 UV 또는 IR 영역에서 판별되는 보안사 특성과 더불어, 상기 해도형 나노섬유의 복굴절성 계면에 의한 우수한 편광특성으로 인해, 편광방향에 따라 섬유의 투명도가 달라져 가시광에서도 판별이 가능하므로 복제가능성을 더욱 낮출 수 있고, 육안식별이 가능하므로 진위감정을 위한 식별기 사용없이 현장에서 신속하게 적용할 수 있는 편리성을 제공한다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (11)

  1. 섬유직경 500nm 이하의 도성분이 30 개 이상 분포된 해도형 나노섬유에, 이색성 색소, 염료, 안료 또는 형광물질로부터 선택되는 어느 하나 이상의 착색물질이 함유되어, 상기 해도형 나노섬유의 복굴절성 계면에 의해 가시광에서 색상이 발현되는 편광섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 해도형 나노섬유에 도성분이 5 내지 95중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 상기 편광섬유.
  3. 제1항에 있어서, 상기 해도형 나노섬유가 원형단면; 또는 삼각형, 사각형, 다각형, 타원형, -형, Y형, +형, #형 및 *형으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 이형단면;을 가지는 것을 특징으로 하는 상기 편광섬유.
  4. 제1항에 있어서, 상기 착색물질이 해도형 나노섬유 중 도성분 또는 해성분에 0.001 내지 50중량%로 함유되는 것을 특징으로 하는 상기 편광섬유.
  5. 제1항에 있어서, 상기 착색물질이 해도형 나노섬유 중 도성분 및 해성분에 0.001 내지 50중량%로 함유되어 이색성이 구현되는 것을 특징으로 하는 상기 편광섬유.
  6. 1) 친수성 고분자 수지로 이루어진 해성분 제조용 마스터 배치를 준비하고,
    2) 열가소성 고분자 수지에서 선택되는 1종 이상으로 이루어진 도성분 제조용 마스터 배치를 준비하되, 상기 해성분 또는 도성분의 마스터배치 준비 시 적어도 어느 하나의 성분 또는 양 성분에, 착색물질 0.001 내지 50중량%를 첨가하고,
    3) 해성분 및 도성분의 마스터배치를 용융복합방사기에 각각 투입하고, 500 내지 3,000m/min 미만의 방사속도로 복합방사하여, 해도형 나노섬유의 미연신사 또는 부분연신사로 수득하고,
    4) 상기 미연신사 또는 부분연신사를 인라인 또는 오프라인 연신 후 열처리하여 해도형 나노섬유의 완전연신사로 제공하는 것을 특징으로 하는 편광섬유의 제조방법.
  7. 1) 친수성 고분자 수지로 이루어진 해성분 제조용 마스터 배치를 준비하고,
    2) 열가소성 고분자 수지에서 선택되는 1종 이상으로 이루어진 도성분 제조용 마스터 배치를 준비하되, 상기 해성분 또는 도성분의 마스터배치 준비 시 적어도 어느 하나의 성분 또는 양 성분에, 착색물질 0.001 내지 50중량%를 첨가하고,
    3) 상기 해성분 및 도성분의 마스터배치를 각각 용융복합방사기에 투입하고, 변형유도결정화가 일어나는 3,000 내지 8,000m/min의 방사속도로 복합방사하여, 해도형 나노섬유의 고배향사로 제공하는 것을 특징으로 하는 편광섬유의 제조방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 해도형 나노섬유에 도성분 함량이 5 내지 95중량%로 함유되는 것을 특징으로 하는 상기 편광섬유의 제조방법.
  9. 제1항의 편광섬유가 혼입된 위조방지용 은행권, 여권, 수표 및 유가증권 제조용 보안용지.
  10. 제9항에 있어서, 상기 편광섬유가 섬유장(L/D) 20 이상으로 절단되어 초지 공정에 혼입된 것을 특징으로 하는 상기 보안용지.
  11. 제9항에 있어서, 상기 편광섬유가 지류 또는 열가소성 고분자 수지로 이루어진 투명필름 상에, 한쪽 방향으로 직조된 형태로 혼입된 것을 특징으로 하는 상기 보안용지.
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