KR20140023363A - 엘라스토머 섬유 및 이를 제조하고 사용하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 손 및 피부 감촉에 있어 우수하고 또한 우수한 탄력성을 가지면서 습윤 상태에서 불쾌한 느낌을 방지할 수 있는 시원한 접촉 느낌(cool contact feeling)에 있어 우수한 섬유에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 섬유를 사용함으로써 얻어질 수 있는, 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 직물, 의류 및 내의, 뿐만 아니라, 섬유 및 이의 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

엘라스토머 섬유 및 이를 제조하고 사용하는 방법 {ELASTOMER FIBERS AND METHODS OF MAKING AND USING THEREOF}
본 발명은 손 및 피부 감촉에 있어 우수하고 또한 우수한 탄력성(elasticity)을 가지면서 습윤 상태에서 불쾌한 느낌(unpleasant feeling)을 방지할 수 있는, 시원한 접촉 느낌(cool contact feeling)에 있어 우수한 섬유에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 시원한 접촉 느낌에 있어 우수하고 상기 섬유를 사용함으로써 수득될 수 있는 직물, 의류 및 내의, 뿐만 아니라 섬유 및 이의 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
내의 및 스포츠 및/또는 운동-관련 어페럴(apparel)의 분야에서 특히, 보다 편안한 느낌(comfortable feeling)의 물품 및 의복(garment)이 지속적이고 끊임없이 요구되고 있다. 이러한 물품 및 의복의 사용자 및/또는 착용자들은 이러한 것들에서 장시간의 사용 및 불리한 조건에서의 사용 이후(after)를 포함하여, 가능한 한 편안하고 상쾌한 느낌을 받을 것을 원한다. 이러한 품목들을 제조하기 위해 사용되는 섬유들, 상세하게 이들의 조성물은 이러한 분야에서 품목들의 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
또한, 이러한 섬유들이 보다 편안한 것 이외에, 이들의 탄력성을 유지하거나 심지어 증가시키는 것이 요구되고 있다.
본 발명은 22℃ 이하의 Tg를 갖는 탄성 냉각 섬유(elastic cooling fiber), 및 보다 상세하게 (i) 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트 또는 이들의 조합물을 포함하고 22℃ 이하의 Tg를 갖는 하이드록실 말단 중간체; (ii) 디이소시아네이트; 및 (iii) 선형 알킬렌 글리콜 사슬 연장제의 반응 생성물을 포함하는 조성물로부터 제조된 섬유를 제공한다.
본 발명은 일부 구체예에서, 다른 섬유들과 혼합된, 본원에 기술된 섬유들로부터 제조된 직물을 제공한다. 본 발명은 본원에 기술된 직물로부터 제조된 물품을 제공한다.
본 발명은 (1) 본원에 기술된 섬유들을 포함하는 직물을 제조하는 단계; (2) 상기 직물을 포함하는 물품을 제조하는 단계; (3) 상기 물품을 인간 피부와 아주 근접하게, 일부 구체예에서, 심지어 직접 접촉하게 이동시키는 단계를 포함하는, 인간 피부와 아주 근접하게, 일부 구체예에서, 심지어 직접 접촉하게 되는 물품에서 냉각 효과를 제공하는 방법을 제공한다.
본 발명은 (1) 내부 혼합 디바이스에서 엘라스토머 수지를 제조하는 단계로서, 상기 엘라스토머 수지가 (i) 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트 또는 이들의 조합물을 포함하고 22℃ 이하의 Tg를 갖는 하이드록실 말단 중간체; (ii) 디이소시아네이트; 및 (iii) 선형 알킬렌 글리콜 사슬 연장제를 반응시킴으로써 제조되는 단계; 및 (2) 상기 엘라스토머 수지를 단일 필라멘트 또는 다중 필라멘트 섬유로 용융-방사시키는 단계를 포함하는, 섬유를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 (1) 내부 혼합 디바이스에서 엘라스토머 수지를 제조하는 단계로서, 상기 엘라스토머 수지가 (i) 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트 또는 이들의 조합물을 포함하고 22℃ 이하의 Tg를 갖는 하이드록실 말단 중간체; (ii) 디이소시아네이트; 및 (iii) 선형 알킬렌 글리콜 사슬 연장제를 반응시킴으로써 제조되는 단계; (2) 상기 엘라스토머 수지를 섬유로, 일부 구체예에서, 단일 필라멘트 또는 다중 필라멘트 섬유로 용융-방사시키는 단계; 및 (3) 상기 섬유를, 임의적으로 하나 이상의 다른 섬유들과 함께, 직물로 가공하는 단계를 포함하는 직물을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 다양한 특징들 및 구체예들은 하기에서 비-제한적인 예시를 통하여 기술될 것이다.
냉각 효과( cooling effect )
본 발명은 시원한 접촉 느낌에 있어 우수하고, 또한 탄력성에 있어 우수한 섬유를 제공한다. 이러한 냉각 효과가 일반적으로 섬유로부터 제조된 직물 및/또는 물품들에서 관찰되지만, 이러한 냉각 효과가 섬유의 성질들에 기인한 것이고 이에 따라 포함되는 직물 및/또는 물품의 타입 및/또는 구조에 의존적이지 않고, 다만 이러한 파라미터들이 물론 관찰된 냉각 효과에 상대적인 영향을 미칠 수 있을 것으로 여겨진다. 다시 말해서, 냉각 효과가 섬유에 의해, 및 보다 상세하게, 특정 성질들 및/또는 화학적 조성들을 갖는 섬유들에 의해 제공되는 것으로 여겨진다. 본 출원에서, 본 출원인은 종종, 섬유가 피부와 접촉할 때, 또는 심지어 인간 피부에 가까워질 때, 인간 피부와 본 발명의 섬유 사이의 의류의 한 층 또는 심지어 두 층의 상단 상에서 나타나는 냉각 접촉 느낌을 제공할 수 있다는 것에 주목한다. 일부 구체예에서, 섬유는 인간 피부에 직접 접촉한다. 냉각 효과의 평가는 섬유 자체, 이러한 섬유들로부터 제조된 직물, 이러한 섬유들 및/또는 직물들로부터 제조된 임의 물품, 또는 이들의 다양한 조합물에서 수행될 수 있는 것으로 이해된다.
본 발명에 의해 제공된 냉각 효과의 원인으로 여겨지는 중요한 인자들은 하기에, 주로 섬유 섹션에서 기술된다.
섬유
본 발명은 시원한 접촉 느낌에 있어 우수하고 또한 탄력성에 있어 우수한 섬유를 제공한다. 이러한 섬유는 피부에 접촉될 때, 냉각 접촉 느낌을 제공할 수 있다. 이러한 효과는 관능 시험(sensory test)에서 감지되기에 충분히 강력할 수 있다.
섬유는 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer)를 포함할 수 있고, 또한 무기 충전제를 포함할 수 있지만, 특정 구체예에서, 조성물에는 임의 무기 충전제가 존재하지 않는다.
본 발명의 섬유는 22℃ 이하의 Tg를 가질 수 있으며, 이러한 섬유 및 이러한 섬유로부터 제조된 물품은 뛰어난 탄성을 나타내고, 또한 의류용 섬유를 사용할 때, 시원한 접촉 느낌을 제공하는데 있어 우수하다.
본원에서 사용되는 "탄성(elastic)" 및 "탄력성(elasticity)"은, 섬유가 1차 당김(pull) 후 및 100% 변형률(길이의 두배)까지의 4차 당김 후에, 신장된 길이(stretched length)의 적어도 약 50% 회복하는 것을 의미한다. 탄력성은 또한, 섬유의 "영구 변형(permanent set)"에 의해 기술될 수 있다. "영구 변형"은 탄력성의 정반대(converse)이다. 섬유는 특정 포인트로, 일부 구체예에서, 파단시 섬유의 공지된 %-신장율의 50%로 늘어나게 되고, 이후에 늘어나기(stretch) 전의 본래 위치로 놓아지고, 이후에 다시 늘어나게 된다. 섬유가 부하(load)를 당기기 시작하는 포인트는 %-영구 변형(percent permanent set)으로서 명시된다. "탄성 물질(elastic material)"은 또한, 당해 분야에서, "엘라스토머(elastomer)" 및 "엘라스토머성(elastomeric)"으로서 지칭된다.
본 발명의 섬유는 이러한 이점들의 균형을 제공하면서, 또한 땀 등으로 인한 습윤 상태에서 어떠한 끈적임 또는 더욱 나쁜 피부 감촉 느낌을 방지하고, 이에 따라 의복에서 섬유가 사용될 때 착용자에게 종종 불쾌한 느낌을 초래하는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 섬유는 이러한 모든 인자들의 균형을 유지시키고, 이러한 인자들 중 임의 하나 또는 임의 조합에서 우수한 성능을 제공한다.
일부 구체예에서, 본원에 기술된 섬유의 제조에서 사용되는 열가소성 엘라스토머에는 폴리아미드 타입 엘라스토머 및/또는 폴리에스테르 타입 엘라스토머가 실질적으로 존재하지 않거나 심지어 존재하지 않는다. 보다 상세하게, 본 발명에는 폴리에테르 블록 아미드 코폴리머, 폴리에테르 아미드 코폴리머, 및 폴리에스테르 아미드 코폴리머, 또는 이들의 임의 조합물이 존재하지 않을 수 있다. 보다 상세하게, 본 발명에 포함되는 조성물들에는 Pebax(Arkema에 의해 제조됨)가 실질적으로 존재하지 않거나 심지어 전혀 존재하지 않을 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 폴리아미드 엘라스토머, 또는 엘라스토머 내의 폴리아미드 블록은 이의 화학적 의미에서, 폴리우레탄 엘라스토머, 또는 엘라스토머 내의 우레탄 블록과 상이하고 구별되는 것으로 여겨진다. 일부 구체예에서, 폴리아미드 링크(link) 및/또는 블록(block)은 엘라스토머에서 -N(R)-C(O)-R- 단위 및/또는 연결(linkage)을 지칭하지만, 폴리우레탄 링크 및/또는 블록은 엘라스토머에서 -N(R)-C(O)-O-R- 단위 및/또는 연결을 지칭한다.
다른 구체예에서, 본원에 기술된 섬유의 제조에서 사용되는 열가소성 엘라스토머는 폴리에테르 블록 아미드 코폴리머, 폴리에테르 아미드 코폴리머, 폴리에스테르 아미드 코폴리머, 또는 이들의 임의 조합물을 포함할 수 있다.
폴리에스테르 타입 엘라스토머는 특별히 한정되지 않으며, 예에는 폴리에테르 에스테르 코폴리머 및 폴리에스테르 에스테르 코폴리머가 있다. 이러한 것들은 단독으로 사용될 수 있거나, 이러한 것들 중 두 개 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
이러한 것들 중 상업화된 폴리에스테르 타입 엘라스토머에는 Grilux(Dainippon Ink and Chemicals, Inc.에 의해 제조됨), Nouvelan(Teijin Chemicals Ltd.에 의해 제조됨), Pelprene(Toyobo Co., Ltd.에 의해 제조됨), Hytrel(DuPont-Toray Co., Ltd.에 의해 제조됨), 및 Primalloy(Mitsubishi Chemical Corporation에 의해 제조됨)이 있다.
본 발명의 섬유에 함유된 수지 성분은 본 발명의 우수한 시원한 접촉 느낌을 제공하며, 이에 따라, 열가소성 엘라스토머들이 단독으로 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 이점은, 본원에 기술된 섬유들이 수지 성분으로 단지 열가소성 엘라스토머를 함유할 때, 이러한 섬유들이 일반적으로 끈적이는 느낌을 가지지 않고, 이에 따라, 방사(spinning)시키는데 어렵지 않다는 것이다. 추가 수지들이 본원에 기술된 수지와 함께 사용되지만, 이는 달리 더욱 통상적인 섬유들로 수반될 수 있는 임의 끈적임 또는 불쾌한 느낌을 다루기 위해 요구되지 않는다. 일부 구체예에서, 추가 수지가 사용된다. 무기 충전제 수지들이 본원에 기술된 수지와 함께 사용될 수 있지만, 이는 달리 보다 통상적인 섬유들로 수반될 수 있는 임의 끈적임 또는 불쾌한 느낌을 다루기 위해 요구되지 않는다.
일부 구체예에서, 섬유, 및/또는 이로부터 제조되는 수지에는 임의 충전제가 실질적으로 존재하지 않거나 존재하지 않는다. 무기 충전제가 사용될 때, 이는 특별히 한정되지 않으며, 예는 미네랄 타입 안료, 예를 들어 칼슘 카보네이트, 예를 들어, 경(ligh) 칼슘 카보네이트 및 중(heavy) 칼슘 카보네이트, 바륨 카보네이트, 마그네슘 카보네이트, 예를 들어, 염기성 마그네슘 카보네이트, 칼슘 설페이트, 바륨 설페이트, 티탄 디옥사이드, 철 옥사이드, 주석 옥사이드, 티탄 옥사이드, 아연 옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 페라이트 분말, 아연 설파이드, 아연 카보네이트, 알루미늄 니트라이드, 규소 니트라이드, 새틴 화이트(Satin White), 규조토, 예를 들어, 소성된 규조토, 칼슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 실리카, 예를 들어, 비정질 실리카, 비정질 합성 실리카, 및 콜로이드성 실리카, 콜로이드성 알루미나, 유사 베마이트(pseudo boehmite), 알루미늄 하이드록사이드, 마그네슘 하이드록사이드, 알루미나, 수화된 알루미나, 리토폰(litopon), 제올라이트, 수화된 할로이사이트(hydrated halloysite), 클레이(clay), 하이드로탈사이트(hydrotalcite), 알루미노실리케이트, 탈크, 피로필라이트, 스멕타이트(smectite), 예를 들어, 사포나이트, 헥토라이트, 사우코나이트, 스테벤사이트, 몬트모릴로나이트, 베이델라이트 및 논트로마이트, 베르미쿨라이트, 운모, 예를 들어, 금운모(phologopite), 흑운모(biotie), 진발다이트(zinnwaldite), 백운모(muscovite), 파라고나이트(paragonite), 셀라도나이트(celadonite) 및 해록석(glauconite), 사녹니석(clinochlore), 카모사이트(chamosite), 니마이트(nimite), 펜난타이트(pennantite), 수도아이트(sudoite), 돈바사이트(donbasite), 클린토나이트(clintonite), 진주운모(margarite), 툴라이트(thulite), 안티고라이트(antigorite), 리잘다이트(lizardite), 크리소타일(chrysotile), 메사이트(mesite), 크론스테다이트(cronstedite), 베르티에린(berthierine), 그리날라이트(greenalite), 게르니어라이트(garnierite), 카올린, 예를 들어, 카올리나이트(kaolinite), 딕카이트(dickite), 나크라이트(nacrite) 및 할로사이트(hallosite), 박리 카올린(delaminated kaolin), 하소된 카올린(calcined kaolin), 세피올라이트(sepiolite), 팔리고스카이트(palygorskite), 이모골라이트(imogolite), 알로판(allophane), 히신게라이트(hisingerite), 펜위타이트(penwithite), 활성화된 어스(activated earth), 벤토나이트(bentonite), 및 세리사이트(sericite)를 포함할 수 있다. 이러한 것들은 단독으로 사용될 수 있거나, 이들 중 두 개 이상의 종류가 조합되어 사용될 수 있다. 일부 구체예에서, 충전제는 티탄 옥사이드, 아연 옥사이드, 바륨 옥사이드, 실리카, 또는 이들의 일부 조합물이다. 무기 충전제의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 예는 정형 형태(finite form), 예를 들어, 구형, 니들-유사, 및 플레이트 타입 형태 등, 또는 부정형 형태(nonfinite form)이다.
존재하는 경우에, 무기 충전제 함량의 하한치는 1 중량%, 2 중량%, 또는 7 중량%일 수 있으며, 이의 상한치는 30 중량%이다.
본 발명의 섬유는 하나 이상의 추가 첨가제를 추가로 포함할 수 있고, 일부 구체예에서, (본 발명의 열가소성 엘라스토머 및 임의 무기 충전제 이외에) 적어도 하나 이상의 추가 첨가제를 함유하여야 한다. 또한, 섬유는 본 발명의 목적을 제약하지 않는 범위 내에서 피부 촉감(skin touch)과 같은 내의에 대해 요구되는 인자들을 개선시키기 위해 다른 섬유와 트위스팅(twist)되고/거나 이러한 섬유로 덮혀질 수 있다. 이러한 다른 섬유는 특별히 한정되지 않으며, 예로는 폴리아미드 타입 수지, 예를 들어, 나일론 6 및 나일론 12; 폴리에스테르, 면직물(cotton), 및 레이온(rayon)이 있다.
일부 구체예에서, 본 발명의 섬유는 qmax 수치에 의해 기술될 수 있다. 섬유의 qmax 수치의 하한치는 0.20, 0.21 또는 0.22 J/sec/㎠일 수 있다. qmax 수치가 0.20 J/sec/㎠ 미만인 경우에, 피험자(subject)들은 관능 시험을 수행함에도 불구하고 어떠한 시원한 접촉 느낌을 느끼지 못할 수 있다. 다른 구체예에서, 섬유의 qmax 수치는 0.20 미만, 또는 심지어 0.22 J/sec/㎠ 초과일 수 있다.
이러한 설명에서, qmax 수치는 규정된 열이 특정 표면적 및 특정 중량을 갖는 가열판에 축적되고 가열판이 샘플 표면과 접촉된 직후의 경우에, 보다 낮은 온도의 샘플로 이동되는 축적된 열의 열 흐름 양(heat flow quantity)의 최대 수치로서 규정된다. qmax 수치가 의류를 입을 때 샘플에 의해 신체로부터 제거되는 신체 열을 시뮬레이션하는 것으로 사료되며, qmax 수치가 높을수록, 신체로부터 제거되는 신체 열은 더욱 커지며 의류를 입었을 때 시원한 접촉 느낌이 더욱 우수해지는 것으로 사료된다.
일부 구체예에서, 본 발명의 섬유의 열전도도의 하한치는 1x10-3℃/Wm2일 수 있다. 열전도도는 또한, 시원한 접촉 느낌에 상응하는 중요한 파라미터들 중 하나인 것으로 여겨진다. 열전도도가 1x10-3℃/Wm2 미만인 경우에, 대부분의 피험자들은, 관능 시험을 수행함에도 불구하고 어떠한 시원한 접촉 느낌도 느끼지 못할 수 있다.
본 명세서에서, 열전도도는 샘플 스탠드(sample stand) 상에 놓여진 샘플 상에 가열판을 층을 이루고 가열판의 온도를 규정된 온도에서 안정화시킨 후 열 손실 속도를 측정하고 하기 식 (2)에 의해 계산을 수행함으로써 계산될 수 있다:
열전도도(W/cm/℃)=WD/A/ΔT (2)
상기 식에서,
W: 열 흐름 양(heat flow quantity)(J/sec)
D: 샘플의 두께(cm)
A: 가열판 표면적(㎠)
ΔT: 샘플 스탠드와 가열판 사이의 온도차(℃).
본 발명의 섬유는 열가소성 엘라스토머 및 다른 수지를 포함하는 복합 섬유 형태로 사용될 수 있고, 코어-피복(core-sheath) 구조를 가질 수 있고, 염색 가능한 수지(dyeable resin)를 함유한 코어 부분 및 열가소성 엘라스토머 수지를 함유한 피복 부분(sheath part)을 포함하며, 이러한 피복 부분의 두께는 20 마이크로미터 또는 그 보다 얇다(하기에서, 일부 경우에 코어-피복 타입 복합 얀(composite yarn)으로서 지칭된다). 본 발명의 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유는 양호한 염색 능력을 갖는 코어-피복 구조를 가지고 코어 부분을 위해 이러한 염색 가능한 수지 및 피복 부분을 위해 시원한 접촉 느낌을 가지고 탄력성에 있어 우수한 열가소성 엘라스토머를 사용함으로써 시원한 접촉 느낌과 같은 열가소성 엘라스토머의 우수한 성질을 유지시키는 섬유일 수 있다.
코어-피복 타입 복합 얀의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 섬유가 섬유의 세로 방향에 대해 수직으로 절단되는 경우에 형성되는 단면 형상은 진원형(true round), 및 타원형(elliptical) 등일 수 있다. 또한, 섬유는 코어 부분과 피복 부분이 동심으로 형성되는 동심 코어-피복 타입 구조, 또는 코어 부분과 피복 부분이 이심으로 형성된 이심 코어-피복 타입 구조를 가질 수 있다. 또한, 섬유는 섬유가 섬유의 세로 방향에 대해 수직으로 절단되는 경우에 다수의 코어 부분들이 존재하는 구조를 가질 수 있다.
일부 구체예에서, 본 발명의 섬유는 22℃ 이하의 Tg를 갖는 탄성 냉각 섬유(elastic cooling fiber)이다.
이러한 구체예들 중 일부에서, 섬유의 Tg는 22, 15, 10, 0, -10, -20, -30 또는 심지어 -40℃ 이하일 수 있다. 이러한 Tg 제한은 섬유 자체, 섬유를 제조하는 조성물(조성물이 방사되거나 달리 섬유들로 가공되기 전), 조성물을 제조하는 중간체, 또는 이들의 임의 조합물에 적용할 수 있다.
이러한 구체예들 중 일부에서, 섬유에 의해 달성되는 %-신장율은 200% 내지 300%일 수 있다.
본 발명의 섬유들은 (i) 하이드록실 말단 중간체, (ii) 디이소시아네이트 및 (iii) 선형 알킬렌 글리콜 사슬 연장제의 반응 생성물을 포함하는 조성물로부터 제조된다. 하이드록실 말단 중간체는 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있으며, 여기서, 중간체는 22℃ 이하의 Tg를 갖는다. 일부 구체예에서, 중간체는 폴리에틸렌 글리콜로부터 유도된다. 디이소시아네이트는 디페닐 메탄-4,4'-디이소시아네이트를 포함할 수 있다. 선형 알킬렌 글리콜은 1,6-부탄디올 및 유사한 물질들을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 본 발명에서 사용되는 하이드록실 말단 중간체에는 폴리에테르 블록 아미드 코폴리머, 및/또는 이러한 코폴리머의 단위들이 실질적으로 존재하지 않거나, 심지어 존재하지 않는다.
또 다른 구체예에서, 본 발명의 섬유들은 (i) 폴리에틸렌 글리콜, 또는 하나 이상의 알킬렌 디올 및 아디프산으로부터 유도된 아디페이트를 포함하고/거나 이로부터 유도된 중간체, (ii) 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트를 포함하는 디이소시아네이트, 및 (iii) 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있는 선형 알킬렌 글리콜 사슬 연장제로부터 제조된 조성물 자체로부터 제조된다. 이러한 구체예들 중 일부에서, 사슬 연장제는 1,4-부탄디올을 포함하며, 아디페이트는 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 또는 이들의 조합물로부터 제조된다. 이러한 구체예들 중 일부에서, 아디페이트는 1,4-부탄디올과 1,6-헥산디올의 혼합물로부터 제조된다. 또한, 이러한 구체예들 중 일부에서, 섬유를 제조하기 위해 사용되는 조성물들은 40 내지 80, 40 내지 70, 50 내지 60, 또는 심지어 55 내지 58, 또는 56 내지 57 중량% 중간체; 20 내지 50, 30 내지 40, 30 내지 35, 또는 심지어 31 내지 34, 또는 32 내지 33 중량% 디이소시아네이트; 및 4 내지 25, 5 내지 20, 5 내지 15, 또는 심지어 8 내지 11, 또는 9 내지 10 중량% 사슬 연장제이다. 본 발명의 섬유들은 상술된 물질을 함유하고 또한 하기에 기술되는 임의 추가 첨가제들을 포함하는, 하나 이상의 폴리머 첨가제들을 함유할 수 있는 조성물로부터 제조될 수 있다. 일부 구체예에서, 조성물은 항산화제, 윤활제, 및/또는 가공 보조제를 추가로 포함할 수 있고, 심지어 금속 함유 촉매도 가질 수 있다.
일부 구체예에서, 본 발명의 섬유들은 (i) 폴리에틸렌 글리콜을 포함하고/거나 이로부터 유도된 중간체, (ii) 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트를 포함하는 디이소시아네이트; 및 (iii) 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 또는 이들의 조합물을 포함하는 선형 알킬렌 글리콜 사슬 연장제로부터 제조된 조성물 자체로부터 제조된다. 이러한 구체예들 중 일부에서, 사슬 연장제는 1,4-부탄디올을 포함한다. 또한, 이러한 구체예들 중 일부에서, 섬유를 제조하기 위해 사용되는 조성물들은 40 내지 80, 40 내지 70, 40 내지 60, 또는 심지어 46 내지 49, 또는 47 내지 48 중량% 중간체; 20 내지 50, 30 내지 50, 35 내지 45, 또는 심지어 40 내지 43, 또는 41 내지 42 중량% 디이소시아네이트; 및 4 내지 25, 5 내지 20, 5 내지 15, 또는 심지어 9 내지 12, 또는 10 내지 11 중량% 사슬 연장제이다.
또한, 섬유를 제조하는 조성물은 (a) 폴리머 및/또는 코폴리머 세그먼트를 적어도 하나의 다른 폴리머 및/또는 코폴리머 세그먼트와 반응시킴으로써 제조된 다중상 코폴리머; (b) 폴리머 및/또는 코폴리머를 적어도 하나의 다른 폴리머 및/또는 코폴리머와 혼합하여 제조된 폴리머 블렌드로서, 폴리머 및/또는 코폴리머 각각이 서로 상용 가능하고/거나 혼화 가능한 폴리머 블렌드; 또는 (c) 이들의 조합물을 포함하는 폴리머 얼로이(polymer alloy)일 수 있다. 폴리머 얼로이는 (i)(a) 폴리올; (i)(b) 폴리올 및 디카복실산으로부터 유도된 폴리에스테르 중간체 자체; (ii) 적어도 하나의 디이소시아네이트; 및 (iii) 적어도 하나의 사슬 연장제의 반응으로부터 유도될 수 있다.
일반적으로, 본 발명에서 사용되는 TPU 폴리머 타입은, 이러한 것(섬유 자체, 섬유를 제조하는 조성물, 및/또는 조성물을 제조하기 위해 사용되는 중간체를 의미함)이 상술된 Tg, %-신장율 및/또는 탄력성을 나타내는 한, 당해 분야 및 문헌에 공지된 임의 통상적인 TPU 폴리머일 수 있다. 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 본 출원인은 이러한 요건들을 충족시키는 조성물들이 본 출원에 포함된 특정 예들에 의해 입증되거나, 대안으로, 본원에 기술된 추가 파라미터들 중 적어도 하나 이상이 충족될 때, 동일한 냉각 효과를 제공할 것으로 예상된다.
적합한 TPU 폴리머는 일반적으로, 폴리이소시아네이트를 하나 이상의 사슬 연장제들과 함께, 중간체, 예를 들어 하이드록실 말단 폴리에스테르, 하이드록실 말단 폴리에테르, 하이드록실 말단 폴리카보네이트, 또는 이들의 혼합물과 반응시킴으로써 제조되며, 이들 모두는 당업자에게 널리 공지되어 있다.
하이드록실 말단 폴리에스테르 중간체는 일반적으로 약 500 내지 약 10,000, 약 700 내지 약 5,000, 또는 약 700 내지 약 4,000의 수평균 분자량(Mn), 일반적으로 1.3 미만, 및 바람직하게 0.8 미만의 산가(acid number)를 갖는 선형 폴리에스테르이다. 분자량은 말단 작용기의 검정에 의해 결정되고 수평균 분자량과 관련되어 있다. 폴리머는 하나 이상의 글리콜과 하나 이상의 디카복실산 또는 무수물의 에스테르화 반응에 의해 또는 (2) 에스테르교환 반응, 즉 하나 이상의 글리콜과 디카복실산의 에스테르의 반응에 의해 생성된다. 일반적으로 산에 대한 1 mole 초과의 글리콜 과량의 몰 비는 말단 하이드록실 기의 우세(preponderance)를 갖는 선형 사슬을 수득하기 위하여 바람직하다. 적합한 폴리에스테르 중간체는 또한 다양한 락톤, 예를 들어 통상적으로 ε-카프로락톤과 디에틸렌 글리콜과 같은 이작용성 억제제로부터 제조된 폴리카프로락톤을 포함한다. 요망되는 폴리에스테르의 디카복실산들은 지방족, 지환족, 방향족, 또는 이들의 조합물일 수 있다. 단독으로 또는 혼합물로 사용될 수 있는 적합한 디카복실산들은 일반적으로 총 4 내지 15개의 탄소 원자를 가지고, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세박산, 도데칸디오산, 이소프탈산, 테레프탈산, 및 시클로헥산 디카복실산 등을 포함한다. 상기 디카복실산들의 무수물들, 예를 들어 프탈산 무수물, 및 테트라하이드로프탈산 무수물 등이 또한 사용될 수 있다. 아디프산이 바람직한 산이다. 요망될 수 있는 폴리에스테르 중간체를 형성시키기 위해 반응되는 글리콜들은 지방족, 방향족, 또는 이들의 조합물일 수 있고, 총 2 내지 12개의 탄소 원자를 가질 수 있고, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 데카메틸렌 글리콜, 및 도데카메틸렌 글리콜 등을 포함하며, 1,4-부탄디올이 바람직한 글리콜이다.
하이드록실 말단 폴리에테르 중간체는 총 2 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 디올 또는 폴리올, 일부 구체예에서 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 옥사이드 기, 통상적으로 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 에테르(또는 에폭사이드)와 반응되는 알킬 디올 또는 글리콜로부터 유도된 폴리에테르 폴리올이다. 예를 들어, 하이드록실 작용성 폴리에테르는 먼저 프로필렌 글리콜을 프로필렌 옥사이드와 반응시킨 후에 에틸렌 옥사이드와 후속 반응시킴으로써 형성될 수 있다. 에틸렌 옥사이드로부터 형성된 1차 하이드록실 기들은 2차 하이드록실 기 보다 더욱 반응성이고, 이에 따라 바람직하다. 유용한 상업적 폴리에테르 폴리올은 에틸렌 글리콜과 반응된 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리(에틸렌 글리콜), 프로필렌 글리콜과 반응된 프로필렌 옥사이드를 포함하는 폴리(프로필렌 글리콜), 테트라하이드로푸란과 반응된 물을 포함하는 폴리(테트라메틸렌 글리콜)(PTMEG)을 포함한다. PTMEG는 바람직한 폴리에테르 중간체이다. 폴리에테르 폴리올은 알킬렌 옥사이드의 폴리아미드 부가 생성물을 추가로 포함하고, 예를 들어 에틸렌디아민 및 프로필렌 옥사이드의 반응 생성물을 포함하는 에틸렌디아민 부가 생성물, 디에틸렌트리아민과 프로필렌 옥사이드의 반응 생성물을 포함하는 디에틸렌트리아민 부가 생성물, 및 유사한 폴리아미드 타입 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있다. 코폴리에테르들이 또한 본 발명에서 사용될 수 있다. 통상적인 코폴리에테르는 THF 및 에틸렌 옥사이드의 반응 생성물, 또는 THF 및 프로필렌 옥사이드의 반응 생성물을 포함한다. 이러한 것들은 BASF로부터 Poly THF B, 블록 코폴리머, 및 poly THF R, 랜덤 코폴리머로서 입수 가능하다. 다양한 폴리에테르 중간체들은 일반적으로, 말단 작용기의 검정에 의해 결정하는 경우에, 약 700 초과, 예를 들어 약 700 내지 약 10,000, 약 1,000 내지 약 5,000, 또는 약 1,000 내지 약 2,500의 평균분자량인 수평균 분자량(Mn)을 갖는다. 특별히 요망 가능한 폴리에테르 중간체는 두 개 이상의 상이한 분자량의 폴리에테르들의 블렌드, 예를 들어, 2000 Mn 및 1000 Mn PTMEG의 블렌드이다.
일부 구체예에서, 본 발명의 조성물은 폴리에틸렌글리콜(PEG)로부터 제조된다. 다른 구체예에서, 중간체는 아디프산과, 1,4-부탄디올 및 1,6-헥산디올의 50/50 블렌드의 반응으로부터 제조된 폴리에스테르이다.
본 발명의 폴리카보네이트-기반 폴리우레탄 수지는 디이소시아네이트를 하이드록실 말단 폴리카보네이트 및 사슬 연장제의 블렌드와 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 하이드록실 말단 폴리카보네이트는 글리콜을 카보네이트와 반응시킴으로써 제조될 수 있다.
미국특허번호 제4,131,731호는 본원에서 하이드록실 말단 폴리카보네이트 및 이의 제조에서의 이의 내용에 대해 참고로 포함된다. 이러한 폴리카보네이트들은 선형이고, 말단 하이드록실 기들을 가지고, 다른 말단 기들은 필수적으로 배제된다. 필수적인 반응물들은 글리콜 및 카보네이트이다. 적합한 글리콜들은 4 내지 40개, 및 또는 심지어 4 내지 12개의 탄소 원자를 함유한 지환족 및 지방족 디올들로부터, 및 각각 2 내지 4개의 탄소 원자들을 함유한 알콕시 기를 갖는 분자 당 2 내지 20개의 알콕시 기를 함유한 폴리옥시알킬렌 글리콜들로부터 선택된다. 본 발명에서 사용하기 위해 적합한 디올들은 4 내지 12개의 탄소 원자들을 함유한 지방족 디올, 예를 들어 부탄디올-1,4, 펜탄디올-1,4, 네오펜틸 글리콜, 헥산디올-1,6, 2,2,4-트리메틸헥산디올-1,6, 데칸디올-1,10, 수소화된 디리놀레일글리콜, 수소화된 디올레일글리콜; 및 지환족 디올, 예를 들어 시클로헥산디올-1,3, 디메틸올시클로헥산-1,4, 시클로헥산디올-1,4, 디메틸올시클로헥산-1,3, 1,4-엔도 메틸렌-2-하이드록시-5-하이드록시메틸 시클로헥산, 및 폴리알킬렌 글리콜을 포함한다. 이러한 반응에서 사용되는 디올들은 최종 생성물에서 요망되는 성질들에 따라, 단일 디올 또는 디올들의 혼합물일 수 있다. 하이드록실 말단화된 폴리카보네이트 중간체들은 일반적으로 당해 분야 및 문헌에 공지된 것들이다. 적합한 카보네이트들은 5 내지 7원 고리를 포함하는 알킬렌 카보네이트들로부터 선택된다. 본원에서 사용하기 위한 적합한 카보네이트들은 에틸렌 카보네이트, 트리메틸렌 카보네이트, 테트라메틸렌 카보네이트, 1,2-프로필렌 카보네이트, 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-에틸렌 카보네이트, 1,3-펜틸렌 카보네이트, 1,4-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 및 2,4-펜틸렌 카보네이트를 포함한다.
또한, 본원에서는 디알킬카보네이트, 지환족 카보네이트, 및 디아릴카보네이트가 적합하다. 디알킬카보네이트는 각 알킬 기에서 2 내지 5개의 탄소 원자들을 함유할 수 있으며, 이의 특정 예에는 디에틸카보네이트 및 디프로필카보네이트가 있다. 지환족 카보네이트, 특히 디지환족 카보네이트는 각 환형 구조에서 4 내지 7개의 탄소 원자들을 함유할 수 있으며, 이러한 구조들 중 하나 또는 두 개가 존재할 수 있다. 하나의 기가 지환족일 때, 다른 하나는 알킬 또는 아릴 중 어느 하나일 수 있다. 다른 한편으로, 하나의 기가 아릴인 경우, 다른 하나는 알킬 또는 지환족일 수 있다. 적합한 디아릴카보네이트의 예는, 각 아릴 기에 6 내지 20개의 탄소 원자들을 함유할 수 있는데, 이는 디페닐카보네이트, 디톨릴카보네이트, 및 디나프틸카보네이트이다.
이러한 반응은 에스테르 교환 촉매의 존재 또는 부재 하에, 글리콜을 카보네이트, 예를 들어 알킬렌 카보네이트와, 10:1 내지 1:10, 그러나, 바람직하게 3:1 내지 1:3의 몰 범위로 100℃ 내지 300℃의 온도에서, 그리고 0.1 내지 300 mm 수은 범위의 압력에서 반응시킴으로써 수행되고, 또한 증류에 의해 저비등점 글리콜들을 제거하면서 수행될 수 있다.
보다 상세하게, 하이드록실 말단 폴리카보네이트는 두 단계로 제조된다. 제 1 단계에서, 글리콜은 저분자량의 하이드록실 말단 폴리카보네이트를 형성시키기 위하여, 알킬렌 카보네이트와 반응된다. 보다 낮은 비등점의 글리콜은 10 내지 30 mmHg, 바람직하게 50 내지 200 mmHg의 감압 하, 100℃ 내지 300℃, 바람직하게 150℃ 내지 250℃에서 증류에 의해 제거된다. 분별 컬럼은 반응 혼합물로부터 부산물 글리콜을 분리시키기 위하여 사용될 수 있다. 부산물 글리콜은 컬럼의 상단에서 제거될 수 있으며, 미반응된 알킬렌 카보네이트 및 글리콜 반응물은 환류로서 반응 용기로 회수될 수 있다. 불활성 가스 또는 불활성 용매의 흐름은 부산물 글리콜이 형성됨에 따라 이의 제거를 촉진시키기 위해 사용될 수 있다. 얻어진 부산물 글리콜의 양이, 하이드록실 말단 폴리카보네이트의 중합도가 2 내지 10의 범위임을 명시할 때, 압력은 0.1 내지 10 mmHg로 점진적으로 감소되며, 미반응된 글리콜 및 알킬렌 카보네이트가 제거된다. 이는 반응의 제 2 단계의 개시를 나타내며, 그 동안에 하이드록실 말단 폴리카보네이트의 요망되는 분자량이 달성될 때까지, 저분자량의 하이드록실 말단 폴리카보네이트는 100℃ 내지 300℃, 바람직하게 150℃ 내지 250℃에서, 그리고 0.1 내지 10 mmHg의 압력에서 형성됨에 따라 글리콜을 증류 제거함으로써 반응된다. 하이드록실 말단 폴리카보네이트들의 분자량(Mn)은 약 500 내지 약 10,000으로 다양할 수 있지만, 바람직한 구체예에서, 이는 500 내지 2,500의 범위일 것이다.
본 발명의 TPU 폴리머를 제조하기 위한 제 2의 필수적인 구성성분은 폴리이소시아네이트이다. 본 발명의 폴리이소시아네이트들은 일반적으로 화학식 R(NCO)n을 가지며, 여기서, n은 일반적으로 2 내지 4이며, 조성물이 열가소성이므로 2가 매우 바람직하다. 이에 따라, 3 또는 4개의 작용성을 갖는 폴리이소시아네이트들은 이러한 것들이 가교를 야기시킴으로, 매우 소량으로, 예를 들어 모든 폴리이소시아네이트들의 총 중량을 기준으로 하여, 5 중량% 미만, 및 요망되게 2 중량% 미만으로 사용된다. R은 일반적으로 총 2 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 방향족, 지환족, 및 지방족, 또는 이들의 조합물일 수 있다. 적합한 방향족 디이소시아네이트의 예는 디페닐 메탄-4,4'-디이소시아네이트(MDI), H12 MDI, m-자일릴렌 디이소시아네이트(XDI), m-테트라메틸 자일릴렌 디이소시아네이트(TMXDI), 페닐렌-1,4-디이소시아네이트(PPDI), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트(NDI), 및 디페닐메탄-3,3'-디메톡시-4,4'-디이소시아네이트(TODI)를 포함한다. 적합한 지방족 디이소시아네이트들의 예는 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 1,4-시클로헥실 디이소시아네이트(CHDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 1,6-디이소시아네이토-2,2,4,4-테트라메틸 헥산(TMDI), 1,10-데칸 디이소시아네이트, 및 트렌스-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트(HMDI)를 포함한다. 매우 바람직한 디이소시아네이트는 약 3 중량% 미만의 오르쏘-파라 (2,4) 이성질체를 함유한 MDI이다.
본 발명의 TPU 폴리머를 제조하기 위한 제 3의 필수적인 구성성분은 사슬 연장제이다. 적합한 사슬 연장제들은 약 2 내지 약 10개의 탄소 원자들을 갖는 저급의 지방족 또는 단쇄 글리콜이고, 예를 들어 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 시클로헥실 디메틸올의 시스-트렌스 이성질체, 네오펜틸 글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 1,3-부탄디올, 및 1,5-펜탄디올을 포함한다. 본 발명은 선형 알킬렌 글리콜 사슬 연장제를 요구하지만, 일부 구체예에서, 추가 사슬 연장제들이 선형 알킬렌 글리콜 사슬 연장제와 함께 사용될 수 있다. 이러한 구체예에서, 방향족 글리콜들은 사슬 연장제로서 사용될 수 있다. 벤젠 글리콜(HQEE) 및 자일릴렌 글리콜들은 본 발명의 TPU를 제조하는데 사용하기 위한 적합한 사슬 연장제이다. 자일릴렌 글리콜은 1,4-디(하이드록시메틸)벤젠 및 1,2-디(하이드록시메틸)벤젠의 혼합물이다. 벤젠 글리콜은 바람직한 방향족 사슬 연장제이고, 상세하게, 하이드로퀴논, 비스(베타-하이드록시에틸)에테르 (또한, 1,4-디(2-하이드록시에톡시)벤젠으로서 공지됨); 레소르시놀, 비스(베타-하이드록시에틸)에테르 (또한, 1,3-디(2-하이드록시에틸)벤젠으로서 공지됨); 카테콜, 즉, 비스(베타-하이드록시에틸)에테르 (또한, 1,2-디(2-하이드록시에톡시)벤젠으로서 공지됨); 및 이들의 조합물을 포함한다. 바람직한 사슬 연장제는 1,4-부탄디올이다.
상기 세 가지 필수 구성성분들(하이드록실 말단 중간체, 폴리이소시아네이트, 및 사슬 연장제)은 촉매의 존재 하에 반응될 수 있다.
일반적으로, 임의 통상적인 촉매는 디이소시아네이트를 하이드록실 말단 중간체 또는 사슬 연장제와 반응시키기 위하여 사용될 수 있으며, 이러한 것들은 당해 분야 및 문헌에 널리 공지되어 있다. 적합한 촉매들의 예는 다양한 유기 화합물들, 예를 들어 비스무트 또는 주석의 카보네이트를 포함하며, 여기서 알킬 부분은 1 내지 약 20개의 탄소 원자를 가지며, 특정 예는 비스무트 옥토에이트, 및 비스무트 라우레이트 등을 포함한다. 바람직한 촉매들은 다양한 주석 촉매, 예를 들어 주석 옥토에이트, 디부틸주석 디옥토에이트, 및 디부틸주석 디라우레이트 등을 포함한다. 이러한 촉매의 양은 일반적으로 폴리우레탄 형성 모노머들의 총 중량을 기준으로 하여 약 20 내지 약 200의 백만분율과 같이 적다.
본 발명의 TPU 폴리머는 당해 분야 및 문헌에 널리 공지된 임의 통상적인 중합 방법들에 의해 제조될 수 있다.
일부 구체예에서, 본 발명의 폴리우레탄은 "원 샷(one shot)" 공정에 의해 제조되며, 여기서 모든 성분들은 가열된 압출기에 함께 동시에 또는 실질적으로 동시에 첨가되고, 폴리우레탄을 형성시키기 위해 반응된다. 하이드록실 말단 중간체 및 디올 사슬 연장제의 전체 당량에 대한 디이소시아네이트의 당량 비율은 일반적으로 약 0.95 내지 약 1.10, 요망되게 약 0.97 내지 약 1.03, 및 바람직하게 약 0.97 내지 약 1.00이다. 일부 구체예에서, 형성된 TPU의 쇼어 A 경도(Shore A hardness)는 통상적으로 80A, 85A 또는 심지어 95A 미만일 것이다. 우레탄 촉매를 사용하는 반응 온도는 약 175℃ 내지 약 245℃, 또는 심지어 약 180℃ 내지 약 220℃일 수 있다. 열가소성 폴리우레탄의 분자량(Mw)은 폴리스티렌 표준물에 대해 GPC로 측정하는 경우에, 약 100,000 내지 약 800,000 달톤, 또는 약 150,000 내지 약 400,000 또는 심지어 약 150,000 내지 약 350,000일 수 있다.
유용한 첨가제들은 본원에 기술된 TPU에 적합한 양으로 사용될 수 있으며, 여기서, 이러한 첨가제들은 TPU의 제조 전, 동안, 또는 후 중 어느 하나에서 첨가될 수 있다. 이러한 추가 첨가제들은 불투명화 안료, 착색제, 미네랄 충전제, 안정화제, 윤활제, UV 흡수제, 가공 보조제, 및 요망되는 경우에 다른 첨가제들을 포함한다. 유용한 불투명화 안료는 티탄 디옥사이드, 아연 옥사이드, 및 티타네이트 옐로우(titanate yellow)를 포함하며, 유용한 착색 안료(tinting pigment)는 카본 블랙, 옐로우 옥사이드(yellow oxide), 브라운 옥사이드(brown oxide), 생(raw) 및 구운(burnt) 시에나(sienna) 또는 엄버(umber), 크롬 옥사이드 그린, 카드뮴 안료, 크롬 안료, 및 다른 혼합된 금속 옥사이드 및 유기 안료들을 포함한다. 유용한 충전제는 규조토(수퍼플로스(superfloss)) 클레이, 실리카, 탈크, 운모, 월라스토나이트(wallastonite), 바륨 설페이트, 및 칼슘 카보네이트를 포함한다. 요망되는 경우에, 유용한 안정화제, 예를 들어 항산화제가 사용될 수 있고, 페놀성 항산화제를 포함할 수 있으며, 유용한 광안정화제는 유기 포스페이트, 및 오가노주석 티올레이트(메르캅타이드)를 포함한다. 유용한 항산화제는 또한 입체적으로 방해된 페놀성 항산화제를 포함한다. 유용한 윤활제는 금속 스테아레이트, 파라핀 오일 및 아미드 왁스, 예를 들어 알킬렌 비스스테아라미드, 예를 들어 N,N'-에틸렌 비스스테아라미드, 및 노난산 에스테르(nonanic ester)의 에스테르를 포함한다. 유용한 UV 흡수제는 2-(2'-하이드록시페놀)벤조트리아졸 및 2-하이드록시벤조페논을 포함한다. 통상적인 TPU 난연제가 또한 첨가될 수 있다.
가소제 첨가제는 또한, 이러한 첨가제가 소량으로 사용되는 경우에, 성질들에 영향을 미치지 않으면서 경도를 감소시키기 위해 유리하게 사용될 수 있다. 일부 구체예에서, 가소제가 사용되지 않는다.
일부 구체예에서, 섬유의 냉각 효과는 유효 냉각력과 관련하여 표현될 수 있다. 본 발명에 의해 제공된 냉각 효과를 측정하는 다양한 수단이 존재하지만, 본 출원은 이러한 효과를 측정하기 위하여 두 가지 방법(approach)에 대한 세부사항을 포함한다. 제 1 방법은 본원에 기술된 섬유들로부터 제조된 직물에 의해 제공된 냉각 효과를 검토하는 것으로서, 직물, 및 직물과 접촉한 "피부"의 구역, 이러한 경우에 사람의 피부를 대신하는 시험 표면 둘 모두이며, 일정한 바람이 직물을 가로질러 불어온다. 수반되는 특정 조건들이 주로 결과를 비교할 목적을 위해 중요한 것으로 여겨지지만, 이러한 타입의 평가들은 물론 다양한 주변 온도, 수분 수준, 풍속, "피부"의 출발 온도, "피부" 열원이 존재하거나 제거되었는 지의 여부, 및 다양한 다른 변수들에서 수행될 수 있다. 또한, 이러한 파라미터는 물론 특정 구역에 대하여 측정된다. 다른 방법은 상술된 기본 시험 방법을 따르지만, 땀의 추가 변수, 시험 과정에 걸쳐 "피부"로부터의 수분 방출의 다양한 속도를 첨가한다. 이러한 타입의 시험들을 이용하여, 다양한 조건들 하에서 "피부"의 온도를 유지시키기 위하여 요구되는 에너지의 양을 측정할 수 있거나, 대안적으로, 열원이 적용되지 않는 경우에, "피부" 온도가 떨어지는 속도를 측정할 수 있으며, 이에 따라, 수반되는 직물의 냉각력의 징후(indication)를 제공한다. 특정 시험 조건들 및 결과들은 본 명세서의 실시예 섹션에 제공된다. 사용되는 시험 방법 및 선택된 특정 조건들과는 무관하게, 지금까지 수행되는 모든 시험이 본원에 기술된 섬유들로부터 제조된 직물들이 또한 시험된 비교 물질들과 비교하여 상당히 높은 냉각력을 나타내고 더욱 빠르고 큰 온도 강하를 허용한다는 것을 나타낸다는 것을 주목하는 것이 중요하다.
일부 구체예에서, 본 발명의 섬유는, 상술된 방법들에 의해 평가될 때, 상세하게, 직물이 피부 표면 온도, 30% 상대 습도, 3 m/s 풍속, 및 15℃의 주변 온도를 유지시키기 위해 작용하는 활성 열원과 함께, 시험 피부 표면 상에 배치되는 경우에, 629 ㎠의 시험 면적에 대해 적어도 31 와트의 냉각력(cooling power), 또는 다르게 기술하면, 제곱미터 당 적어도 49 와트의 냉각력을 제공한다. 즉, 1 제곱 미터 면적 당 적어도 49 와트의 냉각력은 피부 온도를 유지시키기 위해 요구되며, 이는 다른 물질들(예를 들어, 나일론 및 폴리에스테르는 정확하게 동일한 시험 조건들 하에서 31 와트 한계를 깨뜨릴 수 있음)과 비교하여, 이들의 피부에 대해 직물을 작용한 사람에게 직물이 제공하는 냉각 효과의 징후를 제공한다. 이러한 냉각력은 또한, 629 ㎠의 시험 면적에 대해 적어도 34 와트, 제곱 미터 당 적어도 55 와트일 수 있으며, 여기서 섬유는 단일 필라멘트이고 반-무광(semi-dull)이다. 동일한 한계들은 50% 상대 습도 및 3 m/s 풍속, 뿐만 아니라 5 m/s 풍속, 50% 상대 습도에서 수행되는 시험에 적용한다.
유사한 구체예에서, 본 발명의 섬유는, 상술된 방법들에 의해 평가될 때, 상세하게 직물이, 피부 표면 온도, 50% 상대 습도, 0.3 m/s 풍속, 및 15℃의 주변 온도를 유지시키기 위해 작용하는 활성 열원과 함께 시험 피부 표면 상에 배치되는 경우에, 629 ㎠의 시험 면적에 대해 적어도 13 또는 14 와트, 제곱 미터 당 적어도 21 또는 22 와트의 냉각력을 제공한다.
본 발명의 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 열가소성 엘라스토머 및 무기 충전제를 함유한 수지 펠렛(pellet)을 생산하고, 수득된 수지 펠렛을 사용하여 용융 및 방사시킴으로써 이러한 섬유를 제조하는 방법과 같은 통상적으로 공지된 방법들이 이용될 수 있다.
코어-피복 타입 복합 얀(composite yarn)은 또한, 예를 들어 염색 가능한 수지, 열가소성 엘라스토머 및 무기 충전제를 함유한 수지 펠렛을 복합 방사 장치에 로딩하고 이를 용융 및 방사시킴으로써 형성될 수 있다.
본 발명은 (I) 엘라스토머 수지를 내부 혼합 디바이스에서 제조하는 단계를 포함하는 섬유를 제조하는 방법을 제공한다. 엘라스토머 수지는 (i) 하이드록실 말단 중간체, (ii) 디이소시아네이트 및 (iii) 선형 알킬렌 글리콜 사슬 연장제를 반응시킴으로써 제조된다. 중간체는 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트 또는 이들의 조합물일 수 있으며, 여기서 중간체는 22℃ 이하의 Tg를 갖는다. 제 2 단계, (II)는 엘라스토머 수지를 섬유, 예를 들어 단일 필라멘트 또는 다중 필라멘트 섬유로 용융-방사시킨다. 일부 구체예에서, 섬유는 단일 필라멘트 섬유이다. 섬유 및 이를 제조하기 위해 사용되는 조성물에 관해 상기에 논의된 다양한 특징 및 구체예들 모두는 또한 여기서 적용된다.
직물( Fabric )
본 발명의 섬유는 직물, 예를 들어 니트(knit), 텍스타일(textile), 및 접합된 텍스타일(bonded textile)의 형태로 사용될 수 있다. 얻어진 직물은 섬유의 우수한 탄력성을 지니면서, 또한 시원한 접촉 느낌에 있어 우수하다.
본 발명의 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 직물은 오로지 본 발명의 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유를 포함할 수 있고, 다른 구체예에서, 특정 적용을 위해 요구되는 인자들을 개선시키기 위해 상기 섬유 및 함께 트위스팅되는 다른 섬유를 포함할 수 있다. 예를 들어, 피부와 직접 접촉하는 의복에서. 이러한 임의적인 보조-섬유(co-fiber)는 특별히 한정되지 않으며, 이의 예는 폴리아미드 타입 수지, 예를 들어 나일론 6 및 나일론 12, 폴리에스테르, 면직물, 및 레이온을 포함한다.
본 발명은 직조 직물(woven fabric), 부직포(non-woven fabric), 편직물(knitted fabric), 및 이들의 조합물을 포함하는, 본원에 기술된 임의 섬유들로부터 제조된 직물들을 포함한다. 일부 구체예에서, 본 발명의 직물은 직조 직물이다. 다른 구체예에서, 본 발명의 직물은 부직포이다. 또 다른 구체예에서, 본 발명의 직물은 편직물이다. 또한, 본 발명은 본 발명의 섬유 이외의 하나 이상의 추가 섬유들을 추가로 함유하는 직물들을 포함한다. 직물은 10 내지 80 중량%의 이러한 추가 섬유, 또는 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 또는 10% 이하의 이러한 추가 섬유를 함유할 수 있다. 일부 구체예에서, 추가 섬유가 존재하지 않는다. 직물에 하나 이상의 추가 섬유들이 존재하는 구체예에서, 이러한 추가 섬유들은 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 레이온 섬유, 아크릴 섬유, 및 이들의 조합물일 수 있다.
본 발명은 또한, (I) 엘라스토머 수지를 내부 혼합 디바이스에서 제조하는 단계로서, 상기 엘라스토머 수지가 상술된 바와 같이 제조되는 단계를 포함하는 직물을 제조하는 방법을 포함한다. 이러한 공정은 임의적으로, 가교제, 예를 들어 폴리알킬렌 에테르 글리콜 또는 트리올(triol) 및 디이소시아네이트의 반응 생성물의 첨가를 포함할 수 있다. 단계 (II)는 상기 엘라스토머 수지를 섬유, 예를 들어 단일 필라멘트 또는 다중 필라멘트 섬유로 용융-방사시킨다. 일부 구체예에서, 섬유, 또는 오히려 섬유를 구성하는 폴리머는 적어도 700,000의 중량평균 분자량을 갖는다. 단계 (III)은 임의적으로 하나 이상의 다른 섬유들과 함께 상기 섬유를 직물로 가공한다.
본 발명의 추가 이점은 본원에 기술된 섬유들을 함유하는 직물의 개선된 성형능력(mold-ability)이다. 직물 내에서 적합한 수준으로 사용할 때, 본 발명의 직물은 보다 낮은 온도에서 및/또는 보다 짧은 시간에 성공적으로 성형될 수 있으며, 이에 따라, 이러한 것들을 성공적으로 성형하기 위하여 보다 통상적인 직물들에 의해 요구되는 고온 및/또는 짧은 노출 시간에 의해 손상될 수 있는 직물, 직물의 염료 등을 보호하는 능력을 개선시킨다. 일부 구체예에서, 본 발명의 직물은 150 또는 심지어 140℃ 이하의 온도에서 성형될 수 있고/거나, 여기서 성형화(molding)는 20, 15 또는 심지어 10초 미만에 완료된다. 일부 구체예에서, 직물에 이러한 이점들을 제공하기 위하여, 최소 수준의 본 발명의 섬유들이 직물에 존재하여야 한다. 일부 구체예에서, 이러한 하한치는 40%, 50%, 60% 또는 심지어 80%이며, 여기서, 백분율은 본 발명의 섬유이어야 하는 직물 중의 섬유의 중량%를 나타낸다. 그러나, 직물 중에서의 보다 매우 적은 양의 본 발명의 섬유가 직물의 성형능력을 개선시킬 것으로 또한 이해된다. Spandex™ 및 유사한 물질들이 저온에서 성형 가능하지 않으며 Spandex™ 섬유의 과도한 탄력성(over-elasticity)으로 이해 요구되는 고가의 장비인 포지티브-피더(positive-feeder)를 사용하지 않는 한, 이러한 물질들의 섬유가 심지어 직물로 편직 가능하지 않을 수 있다는 것이 주지된다.
물품( Article )
본 발명의 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유, 및 본 발명의 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 직물은 의류를 포함하는 물품들을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 피부와 접촉하는 물품들, 또한 예를 들어 의류의 경우에, 본 발명의 물품들은 우수한 탄력성을 나타내고, 착용자에게 차가운 감각(cooling sensation)을 제공하고, 습윤 시에도 불쾌감 및/또는 끈적거리는 느낌을 갖지 않는다.
물품, 및 상세하게 의류가 우수한 시원한 접촉 느낌을 제공하기 때문에, 이는 착용 시에 시원한 느낌의 감각을 야기시킬 수 있고 상쾌한 느낌(refreshing feeling)을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은, 유사한 냉각 효과를 갖는 의류에서 사용되는 다른 섬유들이 첨가될 수 있는 바, 습윤 시에 끈적이는 느낌이 존재하지 않는 의류를 제조하기 위하여 무기 충전제의 첨가를 요구하지 않는다. 이에 따라, 본 발명은 내의용으로 매우 적합하다.
본 발명의 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 의류는 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유를 전체적으로 사용하여 생산될 수 있으며, 가역적 구조를 갖는 직물을 포함하여 시원한 느낌에 있어 우수하고 시원한 접촉 느낌에 있어 우수하고 전체 루프 수의 30 내지 70%가 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유를 포함하고 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유를 포함하는 루프들이 피부 접촉 측면에 배열되어 있어 상쾌한 느낌에 있어 우수한 의류(하기에서, 또한 리프레싱 의류(refreshing clothing)로서 지칭됨)인 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 의류로서 가역적 구조를 갖는 직물을 포함하는 의류와 관련하여, 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유를 포함하는 루프의 수의 비율은 규정된 범위 내에서 조절되며, 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유를 포함하는 이러한 루프들은 단지 피부 접촉 측면에 배열되며, 이에 따라, 의류가 너무 많은 발한(sweating)에 의해 야기되는 불쾌한 느낌을 방지하는 효과를 가질 수 있도록 한다.
최근 몇 해에, 여름에 발한의 경우에, 운동 및 스포츠 등의 경우에 착용되는 내의로서의 개선된 기능들을 갖는 다양한 종류의 의류가 개발되고 제안되었으며, 이러한 기능성 의류, 예를 들어, 폴리에스테르와 같은 소수성 섬유들로부터 제조된 의류가 제시되었다. 또한, 면과 함께 친수성 섬유를 사용함으로써 통기성을 증가시키는 방법, 및 옷감용 메시 구조를 형성시키거나 평편직(plain knitting) 및 경편직(warp knitting)의 유도 조직(derivative weave)의 모스 편직(moss knitting)을 형성시킴으로써 통기성을 증가시키는 방법이 조사되었으며, 일본 코카이 공개(Japanese Kokai Publication) 제2003-155669호에는 옷감을 포함하는 소수성 섬유의 표면 상에 친수성 화학 물질을 침적시킴에 의한 개량된 옷감이 기술되어 있다. 그러나, 이러한 소수성 섬유들을 포함하는 의류의 경우에, 발생된 열이 효율적으로 방출될 수 있지만, 이는 피부 또는 의류가 발한으로 인해 습윤화되는 경우에 습한 느낌(wet feeling)으로 인해 불쾌한 느낌을 야기시킴과 동시에, 직물은 피부에 대해 끈적이는 경향을 나타내어 의류가 움직임(movement)을 저지하는 문제점을 야기시킨다.
다른 한편으로, 가역적 구조를 갖는 직물을 포함하는 상쾌한 의류와 관련하여, 이는 착용 시에 시원한 느낌의 감각을 야기시킬 수 있고 상쾌한 느낌을 제공함과 동시에, 발한 시에 습한 느낌으로 인한 불쾌한 느낌을 방지할 수 있고 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유를 포함하는 루프의 수의 비율을 규정된 범위 내에 있도록 조절함으로써 피부로부터 분리의 저하로 인한 피부에 대한 직물의 끈적임을 방지할 수 있다. 또한, 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유를 포함하는 루프는 단지 피부 측면에 배열되어, 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유가 피부와 직접 접촉될 수 있게 하고 추가의 개선된 상쾌한 느낌 및 시원한 접촉 느낌을 갖는 의류가 생산될 수 있게 한다.
본 발명의 상쾌한 물품 및 의류에서, 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유의 루프의 비율의 하한치는 루프의 총 수의 30%일 수 있으며, 상한치는 70% 또는 심지어 보다 높을 수 있고, 예를 들어 루프 총 수의 75%, 80%, 90% 또는 심지어 100%일 수 있다. 30% 미만인 경우에, 상쾌한 느낌 및 시원한 접촉 느낌을 야기시키는 효과는 일부 경우에서, 불충분하게 될 수 있다. 높은 수준은, 피부 또는 의류가 발한으로 인해 습윤화되는 경우 습한 느낌으로 인해 어떠한 불쾌한 느낌도 야기시키지 않는 본 발명에서 얻어질 수 있다.
상기에서 주지된 바와 같이, 섬유 및 직물에 대하여, 상쾌한 물품, 예를 들어 의류는 열가소성 엘라스토머 및 무기 충전제를 함유할 수 있지만, 다른 구체예에서, 어떠한 무기 충전제도 실질적으로 존재하지 않고, 심지어 존재하지 않는다.
본 발명의 물품, 예를 들어 의류에서, 직물의 두께는 가능한 한 얇게 제조되어야 하며, 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유는 다른 섬유와 함께 사용될 수 있다. 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유 중 열가소성 엘라스토머 함량의 하한치는 50 중량%일 수 있다. 50 중량% 미만인 경우에, 일부 경우에서 충분히 시원한 접촉 느낌이 야기되지 못할 수 있다. 다른 구체예에서, 본 발명의 섬유의 함량이 직물 및 물품에 적어도 15 중량%, 25 중량%, 35 중량%, 45 중량%, 55 중량%, 65 중량%, 75 중량%, 85 중량%, 또는 심지어 95 중량%로 존재한다. 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 고려되는 직물 및/또는 물품 중의 일부 최소 섬유 함량이 본 발명의 섬유에 냉각 효과를 분명하게 나타낼 것으로 여겨진다. 이러한 요구되는 최소 함량은 본 발명에 포함되는 다양한 포뮬레이션(formulation)에 따라 달라질 수 있지만, 일부 구체예에서, 다양한 포뮬레이션에 따라 상당히 일관될 수 있다. 이러한 최소 함량은 상술된 임의 백분율일 수 있다.
일부 구체예에서, 본 발명의 물품 및/또는 의류에서, 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유를 포함하는 루프는 단지 피부 측면에 배열되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로의 배열은 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유를 포함하는 루프를 주로 피부와 접촉하게 하고 시원한 접촉 느낌 및 상쾌한 느낌을 야기시키게 만들고, 하기에 기술되는 바와 같이, 외측에 소수성 섬유를 포함하는 루프의 배열은 피부로부터 방출되는 열 및 물의 확산 및 증발 성질을 개선시킨다.
본 발명의 물품 및/또는 의류에서, 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유를 포함하는 루프 이외의 루프는 바람직하게 소수성 섬유를 포함하는 루프이다. 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유를 포함하는 루프가 단지 피부 측면에 배열되기 때문에, 소수성 섬유를 포함하는 루프는 주로 외측에 배열된다.
이러한 설명에서, 소수성 섬유는 5.0% 또는 그 미만의 공식적인 물 백분율(official water percentage)을 갖는 화학 섬유를 의미한다. 실제로, 폴리프로필렌(공식적인 물 백분율: 0%), 폴리에스테르(0.4%), 아크릴 수지(2.0%), 나일론(4.5%), 및 비닐론(5.0%)을 포함하는 섬유들이 예시될 수 있다. 이러한 것들은 단독으로 사용될 수 있거나, 이러한 것들 중 두 개 이상의 부류가 조합하여 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 공식적인 물 백분율은 20℃, 및 65% RH에서 물 백분율을 의미한다.
본 발명의 물품 및/또는 의류는 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유 및 소수성 섬유 이외에 필요에 따라, 천연 섬유, 예를 들어 면 및 아마(flax), 및 반-합성 섬유, 예를 들어 레이온 및 아세테이트를 함유할 수 있다.
일부 구체예에서, 본 발명의 물품 및/또는 의류는 200 ㎤/㎠/sec 내지 최대 500 ㎤/㎠/sec의 리프레싱 의류(refreshing clothing)의 통기성을 갖는다. 200 ㎤/㎠/sec 미만인 경우에, 통기성은 저하되며, 피부로부터 방출된 열의 확산 및 땀의 증발이 아마도 억제될 수 있으며, 500 ㎤/㎠/sec를 초과하는 경우에, 의류를 통한 열 및 물의 전달이 충분하게 수행되지 않을 수 있고 이에 반하여, 외부 공기를 관통시킬 수 있다. 통기성은 JIS L 1096 A 방법에 따라 통기성 시험기를 이용하여 측정될 수 있다.
본 발명의 직물, 물품 및/또는 의류에서, 제곱 미터 당 중량의 상한치는 120, 100 또는 심지어 90 g/㎡일 수 있다. 이러한 차가운 감각을 제공하는 다른 수단과는 달리, 제곱 미터 당 중량이 120, 100 또는 심지어 90 g/㎡를 초과하는 경우에, 작용하는 메카니즘이 억눌려질 수 있으며, 이에 따라, 냉각 느낌이 아마도 저하될 수 있다.
본 발명의 물품 및/또는 의류를 제조하는 방법은 특별한 한정되지 않으며, 예를 들어, 통상적으로 공지된 방법들, 예를 들어 본 발명의 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 섬유를 직조함으로써 의류를 제조하는 방법이 이용될 수 있다. 이러한 물질들은 또한, 상술된 방식에 의해 얻어진 가역적 구조를 갖는 직물들을 사용하여, 바느질(sewing) 및 절단 등의 통상적으로 공지된 방법들에 의해 생산될 수 있다.
시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 내의는 본 발명의 섬유 또는 본 발명의 직물을 사용함으로써 생산될 수 있다. 또한, 본 발명의 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 의류는 내의로서 사용될 수 있다. 이러한 구체예에서, 본 발명은 섬유, 직물, 물품 및/또는 의류에 대한 상술된 이점들 중 임의 하나 이상을 제공할 수 있다.
내의 이외에, 본 발명은 본 발명의 시원한 접촉 느낌에 있어 우수한 직물 또는 본 발명의 섬유를 사용함으로써 생산될 수 있는 스타킹(stocking), 장갑, 안면 마스크(face mask), 및 머플러(muffler) 등을 포함한다. 이러한 것들은 피부와 직접 접촉되며, 이에 따라, 이러한 것들은 특별히 우수한 효과를 야기시킬 수 있다.
본 발명은 상술된 직물들로부터 제조된 물품을 포함한다. 예를 들어, 다양한 의복들은 본 발명의 직물들로 제조될 수 있다. 일부 구체예에서, 직물은 속옷(undergarment) 또는 밀착 의복(tight fitting garment)을 제조하는데 사용되며, 이에 대하여 본 발명의 직물들은 섬유에 의해 제공된 편안함 및 냉각 효과로 인해 매우 적합하다. 속옷, 예를 들어, 브라(bra) 및 T-셔츠, 뿐만 아니라 달리기, 스키, 사이클링(cycling) 또는 다른 스포츠와 같은 활동을 위해 사용되는 스포츠 의복들은 이러한 섬유들의 성질들로부터 이익을 얻는다. 신체에 직접 착용하는 의복들은 본 발명이 제공하는 탄력성 및 냉각 효과로부터 이익을 얻는다. 임의 의복이 본 발명의 직물 및 섬유로부터 제조될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
다른 구체예에서, 본원에 기술된 섬유들은 바이킹(biking), 하이킹(hiking), 달리기, 압박(compression), 훈련(training), 골프, 야구, 농구, 응원(cheerleading), 댄스, 축구 및/또는 하키 반바지를 포함하는 반바지; 상기 반바지에 대해 기술된 임의 특정 타입을 포함하는 셔츠; 훈련 타이트(training tight) 및 압박 타이트(compression tight)를 포함하는 타이트(tight); 경기 수영복 및 리조트 수영복(resort swimwear)을 포함하는 수영복; 레슬링, 달리기 및 수영 바디 슈트를 포함하는 바디슈트(bodysuit); 및 신발(footwear)과 같은 운동복(sports apparel)을 포함하지만 이로 제한되지 않는 임의 수의 의복들 및 물품들 중 하나 이상을 제조하기 위해 사용된다. 추가 구체예들은 셔츠 및 유니폼과 같은 작업복(work wear)을 포함한다. 추가 구체예들은 브라, 팬티, 남성 내의, 캐미솔(camisole), 바디 셰이퍼(body shaper), 잠옷(nightgown), 팬티 호즈(panty hose), 남성 언더셔츠(men's undershirt), 타이츠(tights), 양말 및 코르셋(corsetry)을 포함하는 속옷(intimates)을 포함한다. 추가 구체예들은 양말류(hosiery), 예를 들어 압박 양말류(compression hosiery), 당뇨 양말(diabetic socks), 정적 양말(static socks) 및 동적 양말(dynamic socks); 치료학적 화상 치료 붕대(therapeutic burn treatment) 및 필름; 상처 관리 드레싱(wound care dressing); 의료용 의복을 포함하는 의료용 의복 및 물품을 포함한다. 추가 적용은 상술된 특정 물품들 중 하나 이상을 반영하는 군사 적용을 포함한다. 추가 구체예들은 시트, 담요, 이불, 매트리스 패드, 매트리스 톱(mattress top), 및 베개 주머니(pillow case)를 포함하는 침구 물품들을 포함한다.
일부 구체예에서, 본 발명의 물품은 의복이며, 의복에서 직물을 구성하는 섬유들은 상기 의복의 착용자의 피부와 직접 접촉되도록 의복에 배열된다. 이는 착용자가 본 발명에 의해 제공된 냉각 효과의 전체 이점을 얻게 할 수 있다.
본 발명은 또한, (I) 청구항 제1항의 섬유를 포함하는 직물을 제조하는 단계; (II) 상기 직물을 포함하는 물품을 제조하는 단계; 및 (II) 상기 물품을 인간 피부와 직접 접촉시키는 단계를 포함하는, 인간 피부와 직접 접촉하는, 의복과 같은 물품에서 냉각 효과를 제공하는 방법을 제공한다.
상술된 물질들 중 일부가 최종 포뮬레이션에서 상호작용할 수 있다는 것이 알려져 있으며, 이에 따라 최종 포뮬레이션의 성분들이 처음에 첨가되는 것과 상이할 수 있다. 예를 들어, 금속 이온들(예를 들어, 세제의 금속 이온들)은 다른 분자들의 다른 산성 또는 음이온성 부위로 이동할 수 있다. 이의 의도되는 용도에서 본 발명의 조성물의 이용시에 형성되는 생성물들을 포함하는, 이에 의해 형성된 생성물들은 쉽게 설명되지 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 모든 변형(modification) 및 반응 생성물들은 본 발명의 범위 내에 포함된다. 본 발명은 상술된 성분들을 혼합함으로써 제조된 조성물을 포함한다.
실시예
본 발명은 하기 실시예에 의해 추가로 예시될 것이며, 이러한 실시예는 특별히 유리한 구체예들을 기술한 것이다. 실시예가 본 발명을 예시하기 위해 제공되지만, 이러한 실시예는 본 발명을 한정하도록 의도되지 않는다.
실시예 세트
본 발명의 이점들을 입증하기 위하여 7개의 물질들을 평가하였다. 이러한 물질들을 하기 표에 요약하였다.
표 1 - 샘플 설명 및 성질
Figure pct00001
1 - 각 직물 샘플은 오픈 양말( open sock )/ 슬리브 ( sleeve ) 형태이다. 직경은 직물이 생성하는 슬리브의 직경을 지칭하며, 길이는 샘플의 실제 길이이 다. 직물 중량에 대하여, 각 샘플을 계량하고, 이후에, 보고된 다른 측정들을 이용하여, 제곱 미터 당 그램에 관한 중량을 각 직물에 대해 계산하였다.
2 - 이러한 섬유는 Invista ™로부터 상업적으로 입수 가능한 것이다.
3 - 섬유 A는 폴리알킬렌 글리콜, 알킬렌 디올 , 및 MDI 로부터 제조된 것이다.
4 - 섬유 B는 알킬렌 디올 아디페이트 , 알킬렌 디올 및 MDI 로부터 제조된 것이다.
5 - 섬유 C는 섬유 B의 다중 필라멘트 버젼(version)으로서 , 섬유 B와 화학적으로 동일하다.
6 - 섬유 D는 섬유 B이지만, 상업적으로 입수 가능한 소광제( dulling agent)가 첨가된 것이다.
비교 실시예 1은 기준선(baseline)으로서, 섬유 및/또는 직물이 존재하지 않는다. 비교 실시예 2 및 3은 본 발명에 제시되지 않은 비교 물질들이다. 실시예 4, 5, 6 및 7은 본 발명의 다양한 구체예들을 나타낸 것이다.
시험된 직물들이 상이한 직경을 가지며 시험을 위해 수득된 직물들이 상이한 중량이라는 것이 주지된다. 이러한 차이를 고려하여, 시험 표면에 대한 유사한 장력 및 직물 밀도를 제공하기 위한 방식으로 직물 샘플을 고정하기 위해 클램프를 사용하면서 하기에 기술된 시험을 수행하였으며, 이에 따라 물질의 유효한 비교를 가능하게 하였다. 이러한 대조군들에 의해 고려되지 않는 임의 차이들은 시험된 파라미터들에 큰 영향을 미치는 것으로 예상되지 않는다.
시험 방법 및 결과
이들의 냉각력을 측정하기 위하여 상술된 실시예들을 시험하였다. 이러한 시험을 기후 챔버(climatic chamber)에서 시험 표면으로서 발한 서멀 마네킹(sweating thermal mannequin)을 이용하여 조절된 온도 및 습도에서 수행하였다. 표면적이 공지된 마네킹의 시험 표면에, 온도를 모니터링하기 위한 열전대 및 시험을 위해 시험 표면을 실재 그대로의 인간 피부 온도로 가열시키기 위한 가열 부재가 장착되었다. 또한, 시험 표면에서 특정 피부 온도를 유지시키기 위해 요구되는 에너지의 양을 알기 위하여 가열 부재의 전력 수요를 또한 모니터링할 수 있다. 시험 표면은 또한, 수분을 방출할 수 있어, 인간 피부의 땀 방출을 시뮬레이션할 수 있다. 고출력 팬을 바람 공급원으로서 사용하였다. 이러한 모든 시험에 대해 사용된 시험 표면의 면적은 629 ㎠이었다.
이러한 시험을 위하여, 발한 서멀 마네킹을 15℃로 설정된 기후 챔버 내측에 배치시켰다. 시험을 0.3 m/s, 3 m/s 및 5 m/s의 풍속과 함께, 30% 및 50% 상대 습도에서 수행하였다. 0.3 m/s의 풍속은 기후 챔버 내측의 정상 조건으로서, 이는 고속 팬이 꺼진 상태임을 명시하는 것이다. 각 물질의 원형 편직된 개방 단부 양말 샘플(또는 슬리브로서 지칭됨)을 발한 서멀 마네킹의 시험 표면, 이러한 경우에 마네킹의 팔뚝 상에 배치시켰다. 샘플들을 시험을 위한 시험 표면 상에 배치시킨 후에, 이를 제거하고, 다음 샘플로 교체하였다. 상기에 주지된 바와 같이, 클램프를 사용하여 발한 서멀 마네킹의 팔뚝에 각 샘플을 고정시키고, 샘플을 유사한 수준의 장력 및 직물 밀도를 갖게 하기 위하여 주의를 기울였다.
각 시험의 초기에, 챔버를 요망되는 조건이 되게 하였다. 시험될 직물의 샘플로 덮혀진 시험 표면을 거의 정확한 인간 피부 온도로 선택된 31 또는 34℃ 중 어느 하나의 요망되는 출발 피부 온도로 가열하고, 시험 조건들에 바람이 포함되는 경우에, 팬을 요망되는 설정으로 작동시켰다. 이러한 모든 조건들을 설정한 직후에, 설정된 시험 표면 온도를 유지시키기 위해 가열 부재에 의해 요구되는 전력의 양을 모니터링함으로써 시험 시간은 시작된다. 이러한 전력의 양은 와트(Watt)로 측정되고, 제공된 시험 조건들 하에서 시험될 직물의 냉각력으로서 지칭된다. 보고된 냉각력은 전력이며, 시스템은 제공된 시험 조건들 하에서 안정화되었다. 각 시험의 마지막에, 샘플을 다른 샘플로 교체하고, 시험을 반복하였으며, 필요한 경우에 조건들을 변경시켰다.
실시예 1 기준선의 경우에, 드러낸(bare), 덮히지 않은 시험 표면에서 시험을 수행하였으며, 이는 드러낸 피부로부터 예상될 수 있는 효과를 제공한다. 이러한 드러낸 피부 기준선은 비교 목적을 위하여 시험에 포함된다.
하기 표는 사용된 시험 조건들 및 각 세트의 조건들 하에서 시험된 실시예를 요약한 것이다:
표 2- 마네킹을 이용한 냉각력 시험 조건들의 요약
Figure pct00002
1 - 이러한 조건 세트들은 시험에서 하기 순서로 수행되었다: IV , I, V, II, VI , III . 조건 세트 IV 및 V는 동일하고, 연속적으로 진행되지 않으며, 이에 따라, 결과의 반복성 및 샘플들 간의 상대적 차이를 나타내는 2 세트( duplicate set) 의 데이타를 제공한다.
2 - 이러한 시험을 위한 타겟 피부 온도는, 바람이 5 m/s인 조건 세트를 제외하고, 항상 34℃이다. 이러한 조건들 하에서, 31℃ 피부 온도는 제한된 가열 능력을 갖는 시스템이 요망되는 온도를 유지시킬 수 있게 하기 위해 사용되었다.
이러한 시험 결과를 하기 표에 요약하였다.
표 3 - 냉각력 시험 결과의 요약 1
Figure pct00003
1 - 이러한 표에서의 모든 보고된 결과들은 와트[W]로 측정된 냉각력이 다. 이는 특정된 조건들 하에서 세트 포인트에서 시험 표면, 즉 시험 직물로 덮혀진 팔뚝 표면의 온도를 유지시키기 위하여 요구되는 발한 서멀 마네킹에서의 가열 부재의 전력량이다. 보고된 냉각력이 높을수록, 온도를 유지하기 위해 요구되는 전력이 더욱 높으며, 이에 따라 보다 큰 냉각 효과를 갖는 직물이 생성된다. 다시 말해서, 보고된 냉각력이 클수록, 시험된 직물로 제조된 의복을 착용할 때 보다 큰 냉각 효과를 경험할 것으로 예상될 것이다. 이러한 결과 모두는 629 ㎠의 표준 시험 표면적에 관한 것이다. 제곱 미터 당 냉각력은 보고된 결과를 0.629로 나눔으로써 계산될 수 있다.
이러한 결과는, 본 발명의 섬유, 및 보다 상세하게 이러한 섬유로부터 제조된 직물이 냉각력에 의해 측정된 바와 같이, 통상적인 합성 섬유, 및 보다 상세하게 통상적인 합성 섬유로 제조된 직물의 냉각 효과 보다 큰 냉각 효과를 제공한다는 것을 나타낸다. 또한, 이러한 결과는, 본 발명의 섬유 및 보다 상세하게 이러한 섬유로부터 제조된 직물이 냉각력에 의해 측정된 바와 같이, 기준선의, 드러낸 피부 실시예에서 나타낸 것과 유사한 냉각 효과를 제공한다는 것을 나타낸다. 다시 말해서, 본 발명은 물품과 피부가 접촉하는 착용자에게 피부가 드러날 때의 피부와 직물이 접촉하지 않을 때 느껴지는 것과 유사한 차가운 감각(cooling sensation)을 제공하는 이러한 물품을 제조하는 수단을 포함하는, 섬유, 직물 및 다양한 의복을 제공한다.
시험 동안에 시험 표면으로부터 수분 방출의 추가 변수를 부가하는 시험의 추가 세트가 또한 포함된다. 이러한 시험에서, 발한 서멀 발 모델을 사용하였으며, 여기서 이러한 모델에는 상술된 마네킹과 유사한 제어기(control)가 장착되었다. 사람이 시험 직물로 제조된 의복을 착용할 때 예를 들어, 운동하는 동안에 경험하는 상이한 발한량을 시뮬레이션하고 임의 이러한 것이 직물의 냉각력에 어떠한 영향을 미치는 지를 보기 위해 이러한 시험에서 사용되는 수분 방출을 설계하였다.
표 1에 기술된 동일한 7개의 실시예를 여기서 시험하였다. 이러한 시험에서 사용되는 조건들은 하기 표에 요약되었다. 각 시험 조건에 대하여, 시스템을 어떠한 바람 또는 수분 방출 없이 30분 동안 안정화시켰으며, 그 동안에 직물의 냉각력을 측정하였다. 수분 방출을 이후에 시작하였고, 시스템을 다시 30분에 걸쳐 안정화시켰으며, 그 동안에 냉각력을 측정하였다. 마지막으로, 바람 조건을 부가하였으며, 시스템을 다시 30분에 걸쳐 안정화시켰으며, 그 동안에 냉각력을 측정하였다.
표 4 - 발 모델을 이용한 냉각력 시험 조건들의 요약
Figure pct00004
1 - 이러한 조건 세트들을 시험에서 하기 순서로 수행하였다: VII , VIII , IX, X, XI .
이러한 시험 결과를 하기 표에 요약하였다. 상기에서 주지된 바와 같이, 각 시험 조건이 3회의 별도의 냉각력 측정을 포함하였으며, 한 조건은 바람 또는 수분 방출이 없는 조건이며(A), 한 조건은 수분 방출이 존재하지만 바람 조건이 없으며(B), 한 조건은 타겟 수분 방출 및 바람 둘 모두의 조건을 갖는다(C). 각 조건 세트에 대하여, 측정된 냉각력은 하기에 나타내었다:
표 5A - 냉각력 시험 결과의 요약 1
Figure pct00005
1 - 이러한 표에서의 모든 보고된 결과는 냉각력 , 와트[W]이다. 또한, 표 3의 각주 1 참조.
표 5B - 냉각력 시험 결과의 요약 1
Figure pct00006
1 - 이러한 표에서의 모든 보고된 결과는 냉각력 , 와트[W]이다. 또한, 표 3의 각주 1 참조.
이러한 결과는, 특히, 수분 방출 및 바람 조건 둘 모두가 존재할 때, 본 발명의 섬유, 및 보다 상세하게 이러한 섬유로부터 제조된 직물이 냉각력에 의해 측정되는 바와 같이, 통상적인 합성 섬유, 및 보다 상세하게 통상적인 합성 섬유로부터 제조된 직물의 냉각 효과 보다 큰 냉각 효과를 제공한다는 것을 나타낸다. 이러한 조건들이 일반적이고 실제로 예상되는 바와 같이, 사람이 의복, 특히 운동복 및 유사한 의류를 착용할 때, 이러한 결과들은, 본 발명의 섬유로부터 제조된 물품이 상기 물품을 착용한 사람에게 냉각 효과를 제공하거나, 달리 이들의 피부와 상기 물품이 접촉하는 경우에 냉각 효과를 제공한다는 결과를 보강한다.
실시예 세트 2
본 발명을 추가로 입증할 수 있도록 다양한 물질들을 제조하였다. 이러한 물질들을 하기 표에 요약하였다.
표 6 - 샘플 설명 및 성질
Figure pct00007
1 - 각 직물 샘플은 기술된 섬유로부터 직조된 오픈 양말/ 슬리브 형태이다.
2 - BDO 아디페이트는 1,4- 부탄디올 및 아디프산으로부터 제조된 아디페이트이다 .
3 - HDO 아디페이트는 1,6- 헥산디올 및 아디프산으로부터 제조된 아디페 이트이다.
4 - BDO / HDO 아디페이트는 아디프산 , 및 114- 부탄디올 및 1,6- 헥산디올의 혼합물로부터 제조된 아디페이트이다 .
표 7 - 샘플 설명 및 성질
Figure pct00008
1 - 각 직물 샘플은 기술된 섬유로부터 직조된 오픈 양말/ 슬리브 형태이다.
2 - BDO 아디페이트는 1,4- 부탄디올 및 아디프산으로부터 제조된 아디페이트이다 .
3 - HDO 아디페이트는 1,6- 헥산디올 및 아디프산으로부터 제조된 아디페이트이다 .
4 - BDO / HDO 아디페이트는 아디프산 , 및 114- 부탄디올 및 1,6- 헥산디올의 혼합물로부터 제조된 아디페이트이다 .
상기에 언급된 문헌들 각각은 본원에 참고로 포함된다. 실시예에서, 그리고 달리 명확하게 명시된 것을 제외하고, 물질의 양, 반응 조건, 분자량 및 탄소 원자의 수 등을 특정하는 이러한 기술에서의 모든 수량들은 단어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해될 것이다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 퍼센트 수치, ppm 수치, 및 부(part) 수치는 중량 기준이다. 달리 명시되지 않는 한, 본원에서 언급된 각 화학물질 또는 조성물은 대개 상업적 등급으로 존재하는 것으로 이해되는 이성질체, 부산물, 유도체, 및 다른 이러한 물질들을 함유할 수 있는 상업적 등급의 물질인 것으로서 해석되어야 한다. 그러나, 각 화학 성분의 양은 임의 용매 또는 희석제 오일을 제외하고 제시되는 것으로서, 이는 달리 명시되지 않는 한, 통상적으로 상업적 물질로 존재할 수 있다. 본원에 기술된 상한 및 하한의 양, 범위, 및 비율 한계가 독립적으로 조합될 수 있는 것으로 이해된다. 유사하게, 본 발명의 각 구성요소의 범위 및 양은 임의 다른 구성요소들에 대한 범위 또는 양과 함께 사용될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 표헌 "필수적으로 포함하는(consisting essentially of)"은 고려 중인 조성물의 기본적이고 신규한 특징들에 실질적으로 영향을 미치지 않는 물질의 포함을 허용한다.

Claims (17)

  1. (i) 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트 또는 이들의 조합물을 포함하고 22℃ 이하의 Tg를 갖는, 하이드록실 말단 중간체;
    (ii) 디이소시아네이트; 및
    (iii) 선형 알킬렌 글리콜 사슬 연장제의 반응 생성물을 포함하는 조성물로부터 제조된 섬유.
  2. 제 1항에 있어서, 섬유를 제조하는 조성물의 Tg가 22℃ 이하인 섬유.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, (i) 하이드록실 말단 중간체에 폴리에테르 블록 아미드 코폴리머가 실질적으로 존재하지 않는 섬유.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유가 200% 내지 300%의 %-신장율(percent elongation)을 갖는 섬유.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유가 30% 상대 습도 및 3 m/s 풍속에서 측정하는 경우에, 제곱 미터 당 49 와트(watt) 이상의 유효 냉각력(effective cooling power)을 갖는 섬유.
  6. 제 1항에 있어서, 섬유에 무기 충전제가 실질적으로 존재하지 않는 섬유.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, (i) 하이드록실 말단 중간체가 폴리에틸렌 글리콜을 포함하며, (ii) 디이소시아네이트가 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트를 포함하며, (iii) 선형 알킬렌 글리콜 사슬 연장제가 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 또는 이들의 조합물을 포함하는 섬유.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유를 제조하는 조성물이
    (a) 폴리머 및/또는 코폴리머 세그먼트를 하나 이상의 다른 폴리머 및/또는 코폴리머 세그먼트와 반응시킴으로써 제조된 다중상 코폴리머(multiphase copolymer);
    (b) 폴리머 및/또는 코폴리머를 하나 이상의 다른 폴리머 및/또는 코폴리머와 혼합시킴으로써 제조된 폴리머 블렌드로서, 폴리머 및/또는 코폴리머 각각이 서로 상용 가능하고(compatible)/거나 혼화 가능한(miscible) 폴리머 블렌드(polymer blend); 또는
    (c) 이들의 조합물을 포함하는, 폴리머 얼로이(polymer alloy)인 섬유.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 폴리머 얼로이가 (i)(a) 폴리올; (i)(b) 폴리올 및 디카복실산으로부터 유도된 폴리에스테르 중간체; (ii) 하나 이상의 디이소시아네이트; 및 (iii) 하나 이상의 사슬 연장제의 반응으로부터 유도되는 섬유.
  10. 제 1항의 섬유를 포함하는 직물(fabric).
  11. 제 10항에 있어서, 상기 직물이 제 1항의 섬유 이외에, 하나 이상의 추가 섬유들을 추가로 포함하며, 직물이 10 내지 80 중량%의 이러한 추가 섬유들을 포함하는 직물.
  12. 제 11항에 있어서, 추가 섬유들이 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 레이온 섬유, 아크릴 섬유 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 직물.
  13. 제 10항의 직물을 포함하는 물품(article).
  14. 제 13항에 있어서, 물품이 의복(garment)이며, 직물의 섬유들이 상기 의복에 상기 의복의 착용자 피부와 직접 접촉되도록 배열되는 물품.
  15. 인간 피부와 직접 접촉하게 되는 물품에서 냉각 효과를 제공하는 방법으로서,
    I. 제 1항의 섬유를 포함하는 직물을 제조하는 단계;
    II. 상기 직물을 포함하는 물품을 제조하는 단계;
    III. 상기 물품을 인간 피부와 직접 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.
  16. 섬유를 제조하는 방법으로서,
    I. 내부 혼합 디바이스(internal mixing device)에서 엘라스토머 수지를 제조하는 단계로서, 상기 엘라스토머 수지가
    (i) 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트 또는 이들의 조합물을 포함하고 22℃ 이하의 Tg를 갖는, 하이드록실 말단 중간체,
    (ii) 디이소시아네이트, 및
    (iii) 선형 알킬렌 글리콜 사슬 연장제를 반응시킴으로써 제조되는 단계; 및
    II. 상기 엘라스토머 수지를 단일 필라멘트(monofilament) 또는 다중 필라멘트 섬유(multifilament fiber)로 용융-방사(melt-spinning)시키는 단계를 포함하는 방법.
  17. 직물을 제조하는 방법으로서,
    I. 내부 혼합 디바이스에서 엘라스토머 수지를 제조하는 단계로서, 상기 엘라스토머 수지가
    (i) 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트 또는 이들의 조합물을 포함하고 22℃ 이하의 Tg를 갖는, 하이드록실 말단 중간체,
    (ii) 디이소시아네이트, 및
    (iii) 선형 알킬렌 글리콜 사슬 연장제를 반응시킴으로써 제조되는 단계;
    III. 상기 엘라스토머 수지를 단일 필라멘트 또는 다중 필라멘트 섬유로 용융-방사시키는 단계; 및
    IV. 상기 섬유를, 임의적으로 하나 이상의 다른 섬유들과 함께, 직물로 가공하는 단계를 포함하는 방법.
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