KR20150101357A - 투습방수 원단 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투습방수 원단 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 투습방수 원단은 직물 기재; 상기 직물기재에 접착되어 있고, 다수의 기공을 갖는 핫멜트(Hot melt) 웹; 및 상기 핫멜트 웹에 접착되어 있고, 다수의 기공을 구비하는 다공성 기재;를 포함한다.

Description

투습방수 원단 및 그의 제조 방법{Breathable and waterproof fabric and method of manufacturing the same}

본 발명은 투습방수 원단에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 핫멜트 웹을 이용하여 직물기재와 다공성 기재를 접착하여 접착 강도를 향상시킬 수 있는 투습방수 원단 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 건강과 레저 활동에 대한 관심이 증가되고 있어 기능성 소재는 다양한 분야에 적용되고 있다. 특히, 투습방수기능을 갖춘 소재는 고급화 및 웰빙 붐을 타고 투습기능이 더욱 강조되고 있다.

투습방수 원단은 땀을 배출해주고, 비를 막아주는 투습방수성이 우수한 기능성 원단으로, 등산복, 야외 외출복, 침낭 등의 등산 및 일상생활의 아웃도어용으로 적용되고, 그 활용 범위가 넓어지고 있다.

투습방수 원단은 물은 침투하지 못하게 하면서 몸에서 나는 땀은 수증기로 되어 바깥으로 배출시킴으로서 쾌적성을 부여하게 되어, 투습방수 원단으로 만들어진 의류는 착용감이 우수하다.

방수 소재는 PTFE 필름, 폴리에스터 필름, PU 라미네이션 등 3가지 소재로 분류되고, 고어텍스는 PTFE 필름으로 현재 전세계 투습방수 시장을 리드하고 있으나, 현존 투습방수 소재를 대체할 수 있는 새로운 소재 개발이 지속적으로 시도되고 있다.

한국 등록특허공보 제10-1106679호에는 평균직경이 1,000㎚ 이하인 폴리우레탄 나노 섬유들로 구성되고, 폴리우레탄 나노 섬유 중 일부가 습기경화형 폴리우레탄 나노 섬유인 폴리우레탄 나노 섬유 웹을, 액상 접착제가 스프레이(Spray)된 원단과 열압착하여 투습방수 원단을 제조하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 원단은, 상온에서 폴리우레탄 나노 섬유 웹의 수축율을 낮춰 원단과의 접착 공정을 용이하게 할 수 있으나, 액상 접착제를 스프레이함으로써, 원단에서 액상 접착제의 불균일한 도포 분포를 갖게되어 투습 효율이 균일하지 못하고, 액상 접착제가 원단에 스며들게 되어 투습을 방해하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명자들은 접착 강도를 향상시킬 수 있는 투습방수 원단에 대한 연구를 지속적으로 진행하여 핫멜트 웹을 이용하여 직물 기재와 다공성 기재를 접착시켜 원단을 구현함으로써, 박리 현상을 방지하고, 투습 방수 효율을 향상시킬 수 있는 원단의 구조적인 특징을 도출하여 발명함으로써, 투습방수 원단의 특성을 향상시키고, 투습방수 원단을 경량화시킬 수 있으며, 보다 경제적이고, 활용 가능하고 경쟁력있는 본 발명을 완성하였다.

한국 등록특허공보 제10-1106679호

본 발명은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 직물 기재와 다공성 기재 사이에 다수의 기공을 갖는 핫멜트 웹을 개재시켜 열 접착하여 투습방수 원단을 구현함으로써, 직물 기재와 다공성 기재의 접착 강도를 향상시키고, 투습 방수 효율을 증가시킴과 동시에 투습 효율을 균일화시킬 수 있는 투습방수 원단 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 경량화된 나노 섬유 웹을 핫멜트 웹으로 직물 기재에 접착시켜, 원단의 중량을 감소시킬 수 있는 투습방수 원단을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 직물 기재와 다공성 기재를 접착시키는 접착제를 고체 상태의 웹으로 사용하여 친환경적인 공정을 수행할 수 있으며, 투습방수 원단의 황변, 오염, 표백이나 뒤틀림등의 현상을 방지할 수 있는 투습방수 원단 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상술된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예는, 직물 기재; 상기 직물기재에 접착되어 있고, 다수의 기공을 갖는 핫멜트(Hot melt) 웹; 및 상기 핫멜트 웹에 접착되어 있고, 다수의 기공을 구비하는 다공성 기재;를 포함하는 투습방수 원단을 제공한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 핫멜트 웹을 직물 기재와 다공성 기재 사이에 개재시켜 적층 구조를 형성하는 단계; 및 상기 핫멜트 웹을 융해시켜 상기 직물 기재와 상기 다공성 기재를 열접착시키는 단계;를 포함하는 투습방수 원단의 제조 방법을 제공한다.

더불어, 본 발명의 일 실시예는, 방사용액을 캐리어 부재로 전기방사하여 나노 섬유로 이루어진 나노 섬유 웹을 형성하는 단계; 상기 나노 섬유 웹에 핫멜트 웹 및 직물 기재를 적층하는 단계; 및 상기 핫멜트 웹으로 상기 나노 섬유 웹과 상기 직물 기재를 열접착시키는 단계;를 포함하는 투습방수 원단의 제조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 투습방수 원단의 제조 방법은, 직물 기재, 고상 핫멜트 웹 및 다공성 기재의 적층 구조를 열이 인가되는 캘린더 롤로 피딩시키는 단계; 상기 캘린더 롤에서 인가된 열에 의하여 상기 고상 핫멜트 웹을 융해시켜 상기 직물 기재와 상기 다공성 기재에 접착시키는 단계; 및 냉각팬에서 인가되는 냉풍에 의해 상기 직물 기재와 상기 다공성 기재에 접착된 상기 고상 핫멜트 웹을 냉각시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 투습방수 원단의 제조 방법은, 입구에서 출구까지 히터, 압착롤 및 쿨러가 순차적으로 배치되어 있는 히팅 및 쿨링 터널이 설치된 히팅 및 쿨링 장치를 준비하는 단계; 직물 기재, 고상 핫멜트 웹 및 다공성 기재의 적층 구조를 상기 히팅 및 쿨링 터널의 입구로 피딩시키는 단계; 상기 히터의 열로 상기 고상 핫멜트 웹을 용융시키는 단계; 상기 압착롤로 상기 적층 구조를 라미네이팅하는 단계; 및 상기 쿨러로 상기 적층 구조를 냉각시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 핫멜트 웹을 직물 기재와 다공성 기재 사이에 개재시킨 후, 직물 기재와 다공성 기재를 핫멜트 웹으로 열 접착하여 투습방수 원단을 구현함으로써, 핫멜트 웹 및 다공성 기재의 기공에 의해, 투습 효율 및 방수 효율을 향상시킬 수 있고, 투습 효율을 균일화시킬 수 있는 잇점이 있다.

본 발명에서는 경량화된 나노 섬유 웹을 핫멜트 웹으로 직물 기재에 접착시킴으로써, 투습방수 원단의 중량 및 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 투습방수 원단은 핫멜트 웹의 기공 및 다공성 기재의 기공을 구비하고 있으므로, 투습 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 시트화된 핫멜트 웹으로 직물 기재 및 다공성 기재와의 접착 면적을 증가시켜, 웹이 직물 기재 및 다공성 기재와의 접착 강도를 향상시킴으로써, 직물 기재로부터 다공성 기재가 박리되는 현상을 방지할 수 있다.

게다가, 본 발명에서는 무색, 무미, 무취의 열가소성의 핫멜트 웹을 적용하여, 인체에 무해하며 통기성을 우수하게 하고, 무공해, 무독성, 솔벤트 성분이 없는 친환경적인 공정을 수행할 수 있다.

더불어, 본 발명에서는 시트화된 핫멜트 웹으로 직물 기재와 나노 섬유 웹을 접착시킴으로써, 황변, 오염, 표백이나 뒤틀림등의 현상이 발생하지 않는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투습방수 원단의 개념적인 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 투습방수 원단에 적용된 핫멜트 웹을 설명하기 위한 모식적인 일부 도면이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 투습방수 원단을 제조하는 방법의 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 적층 구조를 캘린더링하는 공정을 설명하기 위한 개념적인 도면이고,
도 5는 본 발명에 따라 나노 섬유 웹을 제조하기 위한 전기방사장치의 개략적인 구성도이고,
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 투습방수 원단의 제조 방법의 변형례를 설명하기 위한 개념적인 단면도이고,
도 7은 본 발명에 따라 직물 기재 및 다공성 기재를 고상 핫멜트 웹으로 접착시키기 위한 캘린더 롤 타입의 장치 구성도이고,
도 8은 본 발명에 따라 직물 기재 및 다공성 기재를 고상 핫멜트 웹으로 접착시키기 위한 평판 라미네이팅 타입의 장치 구성도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투습방수 원단의 개념적인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 투습방수 원단에 적용된 핫멜트 웹을 설명하기 위한 모식적인 일부 도면이다.

도 1를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투습방수 원단은 페브릭(fabric)과 같은 직물 기재(100); 상기 직물 기재(100)에 접착되어 있고, 다수의 기공을 갖는 핫멜트(Hot melt) 웹(110); 및 상기 핫멜트 웹(110)에 접착되어 있고, 다수의 기공을 구비하는 다공성 기재(120);를 포함한다.

여기서, 핫멜트 웹(110)은 도 2에 도시된 바와 같이, 핫멜트 물질로 이루어진 섬유(111)가 축적되어진 다수의 기공(112)을 갖는 웹 형태이며, 고체 상태의 시트 형상을 갖는다.

이와 같이, 본 발명에서는 핫멜트 웹(110)을 직물 기재(100)와 다공성 기재(120) 사이에 개재시킨 후, 직물 기재(100)와 다공성 기재(120)를 핫멜트 웹(110)으로 열 접착하여 투습방수 원단을 구현하는 것이다.

여기서, 직물 기재(100)는 페브릭(fabric)과 같은 원단으로 캐쥬얼복, 스포츠복 등을 제조하기 위한 모든 소재를 포함한다.

그러므로, 본 발명에 따른 투습방수 원단은 핫멜트 웹(110)의 기공 및 다공성 기재(120)의 기공을 구비하고 있으므로, 통기성을 우수하게 할 수 있고 투습 효율 및 방수 효율을 향상시킬 수 있다.

여기에서, 다공성 기재(120)의 기공은 투습 및 방수 기능을 실질적으로 수행하는 것으로, 투습 및 방수 기능을 수행하기 위한 적절한 크기를 가져야 하고, 핫멜트 웹(110)의 기공은 다공성 기재(120)의 기공을 통하여 빠져나온 습기가 원활하게 통과시킬 정도의 크기를 가져야 한다.

이때, 핫멜트 웹(110)의 기공은 다공성 기재(120)의 기공보다 큰 것이 바람직하다. 여기서, 핫멜트 웹(110)의 기공의 크기는 100 ~ 10000㎛이고, 다공성 기재(120)의 기공의 크기는 0.8㎛ 이하인 것이 바람직하다.

즉, 핫멜트 웹(110)은 융해되어 접착에 참여하게 되는데, 융해된 핫멜트 물질이 기공을 폐쇄시키면 투습기능이 저하될 수 있으므로, 핫멜트 웹(110)의 기공 크기는 융해된 핫멜트 물질이 기공을 폐쇄시키지 않을 정도의 크기를 가져야 하기에, 다공성 기재(120)의 기공보다 크게 설정하는 것이 좋다.

그리고, 핫멜트 웹(110)의 섬유 직경은 10 ~ 100㎛이고, 다공성 기재(120)의 나노 섬유의 직경은 0.5 ~ 1.5㎛인 것이 바람직하며, 핫멜트 웹(110)의 섬유의 축적량은 10 ~ 20gsm이고, 다공성 기재(120)의 축적량은 5gsm 미만인 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명에서는 시트화된 핫멜트 웹을 직물 기재 및 다공성 기재에 접착시켜, 접착 면적을 증가시켜 직물 기재 및 다공성 기재와의 접착 강도를 향상시킴으로써, 직물 기재로부터 다공성 기재가 박리되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 핫멜트 웹(110)은 폴리아마이드(Polyamide) 핫멜트, 폴리에스터(Polyester) 핫멜트, 폴리우레탄(Polyurethane) 핫멜트, 폴리올레핀(Polyolefine) 핫멜트 및 E.V.A(Ethylene Vinyl Acetate) 핫멜트 중 하나의 소재로 이루어질 수 있다.

그리고, 핫멜트 웹(110)의 녹는점(melting point)은 150℃ 이하인 것이 바람직하고, 용융 지수(melt index)는 5 ~ 500㎤/10min인 것이 바람직하다.

즉, 용융 지수가 5㎤/10min 이하인 경우는 핫멜트 웹(110)과 직물 기재(100) 및 다공성 기재(120)의 접착력이 저하되고, 500㎤/10min 이상인 경우는 용융된 핫멜트 웹(110)이 직물 기재(100) 및 다공성 기재(120)에 침투해서 내수압이 저하된다.

한편, 종래 기술에서는 직물 기재에 액상 접착제를 스프레이한 후, 다공성 기재를 접착시키는 경우, 스프레이된 액상 접착제의 분포도가 불균일하고, 국부적인 영역에 집중적으로 액상 접착제가 도포되어, 원단의 특정 영역이 투습 효율이 저하되는 등 투습 효율이 균일하지 못하고, 스프레이된 액상 접착제가 직물 기재 대부분 영역에 스며들어, 투습을 방해하는 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 이의 문제점을 해결하는 기술적 특징이 있는 것이다.

그리고, 다공성 기재(120)는 고분자물질과 용매가 혼합된 방사 용액을 전기방사하여 나노 섬유를 만들고, 이 나노 섬유를 적층시켜 형성된 나노 섬유 웹으로 구현하는 것이 바람직하다.

여기에서, 본 발명에 적용되는 전기 방사 방법은 일반적인 전기방사(electrospinning), 에어 전기방사(AES: Air-Electrospinning), 원심전기방사(centrifugal electrospinning), 플래쉬 전기방사(flash-electrospinning) 중 어느 하나를 사용하는 것도 가능하다.

본 발명에서 사용되는 고분자물질은 전기방사가 가능한 것으로 예를 들면, 친수성 고분자와 소수성 고분자 등을 들 수 있으며, 이러한 고분자들을 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용 가능한 고분자물질로는 전기방사를 위해 유기용매에 용해될 수 있고, 전기방사에 의해 나노 섬유를 형성할 수 있는 수지이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌), 퍼풀루오로폴리머, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드 또는 이들의 공중합체, 폴리에틸렌글리콜 디알킬에테르 및 폴리에틸렌글리콜 디알킬에스터를 포함하는 폴리에틸렌글리콜 유도체, 폴리(옥시메틸렌-올리 고-옥시에틸렌), 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리프로필렌옥사이드를 포함하는 폴리옥사이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리(비닐피롤리돈-비닐아세테이트), 폴리스티렌 및 폴리스티렌 아크릴로니트릴 공중합체, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리아크릴로니트릴 메틸메타크릴레이트 공중합체를 포함하는 폴리아크릴로니트릴 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트 공중합체 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.

또한, 사용 가능한 고분자물질로는 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리{비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]} 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등이 있다.

따라서, 본 발명에서 사용 가능한 고분자는 전기방사가 가능한 열가소성 및 열경화성 고분자로 특별히 제한되지 않는다.

방사용액 제조시에 고분자물질은 5~22.5중량%가 바람직하다.

여기서 고분자 물질의 함량이 5중량% 미만의 경우 섬유상의 형성이 곤란하며, 방사(spinning)가 이루어지지 못하고 분사(spray)가 되어서 섬유가 아닌 파티클(particle)이 형성되거나 방사가 이루어진다 하더라도 비드(bead)가 많이 형성되며, 용매의 휘발이 잘 이루어지지 않아서 웹의 캘린더 공정시 다공성 기재가 녹아서 기공(pore)이 막히는 현상이 발생하게 된다. 또한, 고분자 물질의 함량이 22.5중량% 초과할 경우 점도가 상승하여 용액 표면에서 고화가 일어나 장시간 방사가 곤란하며, 섬유직경이 증가하여 마이크로미터 이하 크기의 섬유상을 만들 수 없다.

방사용액을 준비하기 위하여 고분자 물질과 혼합되는 용매는 단성분계 용매, 예를 들면, 다이메틸포름아마이드(DMF: dimethylformamide)를 사용하는 것도 가능하나, 2성분계 용매를 사용하는 경우는 비등점(BP: boiling point)이 높은 것과 낮은 것을 혼합한 2성분계 용매를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 2성분계 혼합용매는 고비등점 용매와 저비등점 용매를 중량비로 7:3 내지 9:1 범위로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 고비등점 용매가 7 미만이 되는 경우 고분자가 완전 용해되지 못하는 문제가 있고, 9를 초과하는 경우 저비등점 용매가 너무 적어 방사된 섬유로부터 용매의 휘발이 잘 이루어지지 못하여 웹(web)의 형성이 원활하지 못하는 문제가 발생한다.

만약, 비등점이 높은 용매(solvent)만 사용하는 경우 방사(spinning)가 이루어지지 못하고 분사(spray)가 되어서 섬유가 아닌 파티클(particle)이 형성되거나 방사가 이루어진다 하더라도 비드(bead)가 많이 형성되며, 용매의 휘발이 잘 이루어지지 않아서 웹의 라미네이션 공정시에 부분적으로 용융이 일어나 기공(pore)이 막히는 현상이 발생하게 된다.

또한, 비등점이 낮은 용매만 사용시에는 용매의 휘발이 매우 빠르게 일어나기 때문에 방사노즐의 니들(needle)에 잔 섬유(fiber)들이 많이 생성되어 방사 트러블의 원인으로 작용하게 된다.

본 발명에서는 고분자 물질이 각각 PES와 PVdF인 경우 2성분계 혼합용매는 예를 들어, 고비등점 용매로서 DMAc(N,N-Dimethylacetoamide: BP-165℃)와 저비등점 용매로서 아세톤(acetone: BP-56℃)을 중량비로 9:1로 혼합하여 사용할 수 있고, 또한 고분자 물질이 각각 PEI와 PVdF인 경우 NMP(N-methylpyrrolidone: BP-202~204℃)와 THF(Terahydrofuran: BP-67℃)을 중량비로 9:1로 혼합하여 사용할 수 있다.

이 경우, 2성분계 혼합용매와 전체 고분자 물질 사이의 혼합비율은 중량비로 약 8:2로 설정되는 것이 바람직하다.

상기한 고분자 물질과 용매를 혼합한 방사용액을 멀티-홀 방사팩을 이용하여 전기방사한 후, 다층으로 형성된 다공성 기재를 얻고 열 압착 공정 예를 들면, 캘린더링을 수행한다.

여기서, 캘린더링은 고온 고압으로 대략 70~190℃로 수행하여 나노 섬유 웹의 기공사이즈가 0.8㎛ 이하가 되도록 한다.

본 발명에서는 나노 섬유 웹을 형성할 때, 나노 섬유의 축적량을 5gsm 미만으로 설정하여 저중량의 나노 섬유가 축적되어 경량화된 나노 섬유 웹을 형성하고, 경량화된 나노 섬유 웹을 핫멜트 웹으로 직물 기재에 접착시킴으로써, 투습방수 원단의 중량 및 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 투습방수 원단을 제조하는 방법의 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 적층 구조를 캘린더링하는 공정을 설명하기 위한 개념적인 도면이다.

도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 투습방수 원단의 제조 방법은 먼저, 핫멜트 웹을 직물 기재와 다공성 기재 사이에 개재시켜 적층 구조를 구현한다(S100). 그 후, 상기 적층 구조를 캘린더링하여 열접착시킨다(S110).

즉, 상기 'S110'단계는 핫멜트 웹을 융해시켜 직물 기재와 다공성 기재를 열접착시키는 것이다.

여기서, 다공성 기재는 나노 섬유에 의해 집적되어 다수의 기공을 갖는 나노 섬유 웹, 부직포 및 이들의 적층 구조 중 하나를 사용할 수 있다.

그리고, 상기 'S110'단계는 도 4에 도시된 바와 같이, 열이 인가되는 롤러(251,252) 사이를 적층 구조(200)가 통과하면서 캘린더링 공정이 수행된다.

여기서, 롤러(251,252)에서 인가된 열이 적층 구조를 이루는 직물 기재와 다공성 기재에 개재된 핫멜트 웹을 융해시키고, 핫멜트 웹에서 융해된 핫멜트 물질은 직물 기재와 다공성 기재에 각각 접착된다.

이때, 적층 구조(200)가 롤러(251,252)를 통과할 때, 적층 구조(200)는 롤러(251,252)로부터 열을 순간적으로 인가받기 때문에, 적층 구조(200)의 직물 기재 및 다공성 기재 각각에 접해있는 핫멜트 웹 영역이 녹게 되고, 적층 구조(200)가 롤러(251,252)를 통과한 후 냉각되면서 녹은 핫멜트 웹 영역은 직물 기재 및 다공성 기재 각각에 접착된다.

여기에서, 직물 기재 및 다공성 기재 각각과 경계면에 위치된 핫멜트 웹 영역은 녹아 접착 공정에 참여하고, 핫멜트 웹의 내측 영역은 녹지 않은 형태가 되어 접착 공정에 참여하지 않는다.

이와 같이, 융해된 핫멜트는 직물 기재 표면의 소정 영역으로 침투되어, 핫멜트 웹과 직물 기재, 및 핫멜트 웹과 다공성 기재의 접착 강도를 더 증가시켜, 본 발명의 투습방수 원단이 박리되는 것을 방지할 수 있어 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것이다.

전술된 바와 같이, 본 발명에서는 핫멜트 웹으로 직물 기재 및 다공성 기재을 접착시켜 접착 면적을 증가시킬 수 있으므로, 직물 기재 및 다공성 기재의 접착력을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 무색, 무미, 무취의 열가소성의 핫멜트 웹을 적용하여, 인체에 무해하며 통기성을 우수하게 하고, 무공해, 무독성, 솔벤트 성분이 없는 친환경적인 공정을 수행할 수 있다.

더불어, 본 발명에서는 시트화된 핫멜트 웹으로 직물 기재와 다공성 기재를 접착시킴으로써, 황변, 오염, 표백이나 뒤틀림등의 현상이 발생하지 않는 장점이 있다.

도 5는 본 발명에 따라 나노 섬유 웹을 제조하기 위한 전기방사장치의 개략적인 구성도이다.

본 발명의 전기방사 장치는 고분자 물질과 용매가 혼합된 방사 용액이 저장되는 믹싱 탱크(Mixing Tank)(10)와, 고전압 발생기가 연결되고 믹싱 탱크(10)와 연결되어 나노 섬유 웹(70)을 형성하는 다수의 방사노즐(21,22,23)과, 다수의 방사노즐(21,22,23)의 하측에 배치되어 나노 섬유 웹(70)이 순차적으로 적층되는 콜렉터(50)를 포함한다.

믹싱 탱크(10)에는 방사 용액을 균일하게 섞어주고 방사 용액이 일정 점도를 유지하도록 하는 공압을 이용한 믹싱 모터(12)를 구동원으로 사용하는 교반기(11)가 내장된다.

본 발명에서는 다수의 방사노즐(21,22,23) 마다 에어 분사시켜 나노 섬유를 에어가 포집하고 축적시킴으로써, 강성이 높은 나노 섬유 웹을 제조할 수 있고, 나노 섬유가 날아다니면서 발생할 수 있는 방사 트러블을 감소시킨다.

콜렉터(50)와 다수의 방사노즐(21,22,23) 사이에는 90~120Kv의 고전압 정전기력이 인가됨에 따라 나노 섬유(30)가 방사되어 콜렉터에 나노 섬유(30)가 포집되어 나노 섬유 웹(70)을 형성한다. 콜렉터(50)는 트랜스퍼 시트(미도시) 상부에 나노 섬유 웹(70)이 형성되도록 트랜스퍼 시트를 자동으로 이송시키는 컨베이어가 사용될 수 있으며, 콜렉터(50)의 전방에는 종이 트랜스퍼 시트가 감겨진 트랜스퍼 시트 롤(미도시)이 배치되어 콜렉터(50)의 상면으로 트랜스퍼 시트를 공급해준다. 그리고, 콜렉터(50)의 후방에는 나노 섬유 웹(70)을 가압(캘린더링)하여 표면을 평탄화시킬 수 있는 가압롤(미도시)가 구비될 수 있다.

그러므로, 본 발명에서는 트랜스퍼 시트를 사용하여 나노 섬유를 방사함으로써, 다공성 나노 섬유 웹에 함유된 잔류 용제(solvent)를 흡수함으로써 나노 섬유가 잔류용제에 의해 다시 녹는 현상을 막아주고 또한 잔류용제의 양을 적절하게 조절할 수 있게 된다.

상기 트랜스퍼 시트는 예를 들어, 종이, 또는 혼합방사용액의 방사시에 이에 포함된 용매에 의해 용해가 이루어지지 않는 고분자 재료로 이루어진 부직포, PE, PP 등의 폴리올레핀계 필름을 사용할 수 있다. 다공성 나노 섬유 웹 자체만으로 이루어진 경우 인장강도가 낮아서 높은 이송속도를 가지고 이송되면서 건조 공정, 캘린더링 공정 및 권선 공정이 이루어지는 것이 어렵다.

더욱이, 다공성 나노 섬유 웹을 제조한 후, 직물 기재와의 열 접합 공정을 높은 이송속도를 가지고 연속적으로 실행되기 어려우나 상기한 트랜스퍼 시트를 이용하는 경우 충분한 인장강도를 제공함에 따라 공정처리 속도를 크게 높일 수 있다.

또한, 다공성 나노 섬유 웹만을 사용하는 경우 정전기로 인하여 타 물체에 들러붙는 현상이 발생하여 작업성이 떨어지게 되나 트랜스퍼 시트를 이용하는 경우 이러한 문제를 해결할 수 있다. 상기 트랜스퍼 시트는 직물 기재와의 열 접합 공정을 거친 후, 박리되어 제거된다.

또한, 본 발명에서는 저중량의 다공성 나노 섬유 웹을 직물 기재와 열 접합시킴으로써, 원단의 투습방수 효과를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 경량화된 원단을 구현할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 도 5에 도시된 나노 섬유 웹을 제조하기 위한 전기방사장치로, 핫멜트 물질과 용매가 혼합된 방사 용액을 전기 방사하여, 핫멜트 섬유가 축적되어진 기공을 갖는 웹 형태의 핫멜트 웹을 제조할 수도 있다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 투습방수 원단의 제조 방법의 변형례를 설명하기 위한 개념적인 단면도이다.

도 6a 내지 도 6c를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투습방수 원단의 제조 방법은 방사노즐(20)에서 방사용액을 캐리어 부재(300)로 전기방사하여 나노 섬유(121a)로 이루어진 나노 섬유 웹(120)을 형성한다(도 6a).

여기에서, 캐리어 부재(300)는 이형지, 부직포, 원단 등으로 적용할 수 있으며, 캐리어 부재(300)는 나노 섬유 웹(120)의 취급성을 위한 베이스 기재로의 기능 또는 외부의 물리적인 힘에 의해 나노 섬유 웹(120)를 보호하는 기능 등 다른 부가적인 기능을 수행하기 위하여 사용된다.

그후, 나노 섬유 웹(120)에 핫멜트 웹(110) 및 직물 기재(100)를 적층하고, 캘린더링하여 핫멜트 웹(110)으로 나노 섬유 웹(120)과 직물 기재(100)를 열접착시킨다(도 6b). 캘린더링은 캐리어 부재(300), 나노 섬유 웹(120), 핫멜트 웹(110) 및 직물 기재(100)가 적층된 구조를 롤러(251,252)에 통과시켜 수행하는 것이다.

이때, 캐리어 부재(300)에 전기방사되어 형성된 나노 섬유 웹(120), 핫멜트 웹(110) 및 직물 기재(100) 각각은 롤러(251,252) 사이로 피딩(feeding)되어 롤러(251,252) 사이에서 적층되어 캘린더링 공정을 수행할 수도 있다.

이어서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 캐리어 부재(300)을 나노 섬유 웹(120)으로부터 이탈시켜, 나노 섬유 웹(120), 핫멜트 웹(110) 및 직물 기재(100)로 이루어진 투습방수 원단의 제조를 완료한다.

이때, 캐리어 부재(300)가 이형지인 경우, 나노 섬유 웹(120)으로부터 이탈시키는 것이 바람직하고, 캐리어 부재(300)가 부직포 또는 원단인 경우, 나노 섬유 웹(120)으로부터 이탈시키는 공정을 수행하지 않을 수도 있다.

도 7은 본 발명에 따라 직물 기재 및 다공성 기재를 고상 핫멜트 웹으로 접착시키기 위한 캘린더 롤 타입의 장치 구성도이고, 도 8은 본 발명에 따라 직물 기재 및 다공성 기재를 고상 핫멜트 웹으로 접착시키기 위한 평판 라미네이팅 타입의 장치 구성도이다.

본 발명에서는, 직물 기재와 다공성 기재 사이에 개재된 핫멜트 웹을 융해시켜 직물 기재와 다공성 기재를 접착시키는 공정을 도 7과 같은 캘린더 롤 타입의 장치 또는 도 8과 같은 평판 라미네이팅 타입의 장치에서 수행할 수 있다.

즉, 캘린더 롤 타입의 장치를 이용한 공정은 제1 내지 제3 공급롤(1201,1202,1203)에 권취된 직물 기재(1201a), 고상 핫멜트 웹(1202a) 및 다공성 기재(1203a)를 가이드 바(1211,1222,1223) 및 구동 롤(1231,1232)에 의해 적층하여 열이 인가되는 캘린더 롤(1253a,1253b)로 피딩(feeding)시킨다.

그 후, 캘린더 롤(1253a,1253b)에서 인가된 열에 의하여 고상 핫멜트 웹(1202a)을 융해시킨 다음, 구동 롤(1261,1262,1263)에 롤링되면서 냉각팬(1270)에서 인가되는 냉풍에 의해 융해된 고상 핫멜트 웹(1202a)을 냉각시켜 직물 기재(1201a)와 다공성 기재(1203a)에 접착시킨 후, 권취롤(1280)에서 권취하는 공정을 수행한다.

여기서, 고상 핫멜트 웹(1202a)이 융해되면 직물 기재(1201a)와 다공성 기재(1203a)의 표면에 접촉 및 침투하고, 냉풍이 인가된 고상 핫멜트 웹(1202a)는 융해된 상태로 냉각되어 직물 기재(1201a)와 다공성 기재(1203a)의 표면에 고착됨으로, 직물 기재(1201a)와 다공성 기재(1203a) 사이에 개재된 고상 핫멜트 웹(1202a)은 융해 및 냉각으로 직물 기재(1201a)와 다공성 기재(1203a)를 접착시킬 수 있는 것이다.

그리고, 평판 라미네이팅 타입의 장치에서의 공정은 평판 형상의 히팅 및 쿨링 장치(1295)를 이용하는 것으로, 먼저, 제4 내지 제6 공급롤(1291,1292,1293)에 권취된 직물 기재(1291a), 고상 핫멜트 웹(1292a) 및 다공성 기재(1293a)를 히팅 및 쿨링 장치(1295)의 히팅 및 쿨링 터널(1295a)로 피딩시킨다. 이때, 직물 기재(1291a), 고상 핫멜트 웹(1292a) 및 다공성 기재(1293a)는 적층된 상태로 히팅 및 쿨링 터널(1295a)로 피딩된다.

한편, 히팅 및 쿨링 터널(1295a)에는 입구에서 출구까지 히터(1295b), 압착롤(1295c) 및 쿨러(1295d)가 순차적으로 배치되어 있다.

그러므로, 직물 기재(1291a), 고상 핫멜트 웹(1292a) 및 다공성 기재(1293a)의 적층 구조가 히팅 및 쿨링 터널(1295a)을 통과되면, 용융, 압착 및 냉각 공정이 수행되어 직물 기재(1291a) 및 다공성 기재(1293a)는 고상 핫멜트 웹(1292a)에 의해 접착된다.

즉, 히팅 및 쿨링 터널(1295a)의 입구로, 적층된 직물 기재(1291a), 고상 핫멜트 웹(1292a) 및 다공성 기재(1293a)를 피딩시키면, 컨베이어 벨트(1294)에 의해 적층된 직물 기재(1291a), 고상 핫멜트 웹(1292a) 및 다공성 기재(1293a)가 히팅 및 쿨링 터널(1295a)을 통과하게 된다. 이때, 먼저 히팅 및 쿨링 터널(1295a)의 입구 영역에 위치된 히터(1295b)의 열은 고상 핫멜트 웹(1292a)을 용융시키고, 그 후, 히팅 및 쿨링 터널(1295a)의 중심 영역에 배치된 압착롤(1295c)로 적층 구조를 라미네이팅하고, 히팅 및 쿨링 터널(1295a)의 출구 영역에 설치된 쿨러(1295d)로 적층 구조를 냉각시킴으로써, 고상 핫멜트 웹(1292a)을 직물 기재(1291a) 및 다공성 기재(1293a)에 접착시킨다.

이어서, 히팅 및 쿨링 터널(1295a)에서 직물 기재(1291a) 및 다공성 기재(1293a)는 고상 핫멜트 웹(1292a)로 접착된 본 발명의 투습 방수 원단(1296)은 권취된다.

참고로, 도 7의 캘린더 롤 타입의 장치에서는 좌측 방향에서 우측 방향으로 공정이 진행되고, 도 8의 평판 라미네이팅 타입의 장치에서는 우측 방향에서 좌측 방향으로 공정이 진행된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

본 발명은 핫멜트 웹으로 직물 기재에 다공성 기재를 열 접착하여 박리 현상을 방지할 수 있는 투습방수 원단을 제공한다.

100:직물 기재 110:핫멜트 웹
111:섬유 112:기공
120:다공성 기재 121:나노 섬유 웹
121a:나노 섬유 200:적층 구조
251,252:롤러 300:캐리어 부재

Claims (20)

1. 직물 기재;
   상기 직물기재에 접착되어 있고, 다수의 기공을 갖는 핫멜트(Hot melt) 웹; 및
   상기 핫멜트 웹에 접착되어 있고, 다수의 기공을 구비하는 다공성 기재;를 포함하는 투습방수 원단.
2. 제1항에 있어서, 상기 핫멜트 웹은 폴리아마이드(Polyamide) 핫멜트, 폴리에스터(Polyester) 핫멜트, 폴리우레탄(Polyurethane) 핫멜트, 폴리올레핀(Polyolefine) 핫멜트 및 E.V.A(Ethylene Vinyl Acetate) 핫멜트 중 하나의 소재로 이루어진 투습방수 원단.
3. 제1항에 있어서, 상기 핫멜트 웹의 녹는점(melting point)은 150℃ 이하인 투습방수 원단.
4. 제1항에 있어서, 상기 핫멜트 웹의 용융 지수(melt index)는 5 ~ 500㎤/10min인 투습방수 원단.
5. 제1항에 있어서, 상기 핫멜트 웹은 핫멜트 물질로 이루어진 섬유가 축적되어진 다수의 기공을 갖는 웹인 투습방수 원단.
6. 제5항에 있어서, 상기 핫멜트 웹의 섬유의 직경은 10 ~ 100㎛인 투습방수 원단.
7. 제5항에 있어서, 상기 핫멜트 웹의 섬유의 축적량은 10 ~ 20gsm인 투습방수 원단.
8. 제1항에 있어서, 상기 핫멜트 웹의 기공은 상기 다공성 기재의 기공보다 큰 투습방수 원단.
9. 제1항에 있어서, 상기 핫멜트 웹의 기공의 크기는 100 ~ 10000㎛인 투습방수 원단.
10. 제1항에 있어서, 상기 나노 섬유 웹의 기공의 크기는 0.8㎛ 이하인 투습방수 원단.
11. 제1항에 있어서, 상기 다공성 기재는 나노 섬유에 의해 집적되어 다수의 기공을 갖는 나노 섬유 웹, 부직포 및 이들의 적층 구조 중 하나인 투습방수 원단.
12. 제11항에 있어서, 상기 나노 섬유의 축적량은 5gsm 미만인 투습방수 원단.
13. 제1항에 있어서, 상기 직물 기재에 접한 핫멜트 웹 영역은, 상기 직물 기재의 내측에 침투되어 있는 투습방수 원단.
14. 핫멜트 웹을 직물 기재와 다공성 기재 사이에 개재시켜 적층 구조를 형성하는 단계; 및
    상기 핫멜트 웹을 융해시켜 상기 직물 기재와 상기 다공성 기재를 열접착시키는 단계;를 포함하는 투습방수 원단의 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 핫멜트 웹을 융해시켜 상기 직물 기재와 상기 다공성 기재를 열접착시키는 단계는,
    상기 적층 구조가 열이 인가되는 롤러 사이를 통과시키는 캘린더링 공정으로 상기 직물 기재와 상기 다공성 기재를 열접착시키는 투습방수 원단의 제조 방법.
16. 방사용액을 캐리어 부재로 전기방사하여 나노 섬유로 이루어진 나노 섬유 웹을 형성하는 단계;
    상기 나노 섬유 웹에 핫멜트 웹 및 직물 기재를 적층하는 단계; 및
    상기 핫멜트 웹으로 상기 나노 섬유 웹과 상기 직물 기재를 열접착시키는 단계;를 포함하는 투습방수 원단의 제조 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 열접착시키는 단계 후에,
    상기 캐리어 부재를 상기 나노 섬유 웹으로부터 이탈시켜, 상기 나노 섬유 웹, 상기 핫멜트 웹 및 상기 직물 기재로 이루어진 투습방수 원단의 제조하는 단계를 더 포함하는 투습방수 원단의 제조 방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 캐리어 부재는 이형지, 부직포, 원단 중 하나인 투습방수 원단의 제조 방법.
19. 직물 기재, 고상 핫멜트 웹 및 다공성 기재의 적층 구조를 열이 인가되는 캘린더 롤로 피딩시키는 단계;
    상기 캘린더 롤에서 인가된 열에 의하여 상기 고상 핫멜트 웹을 융해시켜 상기 직물 기재와 상기 다공성 기재에 접착시키는 단계; 및
    냉각팬에서 인가되는 냉풍에 의해 상기 직물 기재와 상기 다공성 기재에 접착된 상기 고상 핫멜트 웹을 냉각시키는 단계;를 포함하는 투습방수 원단의 제조 방법.
20. 입구에서 출구까지 히터, 압착롤 및 쿨러가 순차적으로 배치되어 있는 히팅 및 쿨링 터널이 설치된 히팅 및 쿨링 장치를 준비하는 단계;
    직물 기재, 고상 핫멜트 웹 및 다공성 기재의 적층 구조를 상기 히팅 및 쿨링 터널의 입구로 피딩시키는 단계;
    상기 히터의 열로 상기 고상 핫멜트 웹을 용융시키는 단계;
    상기 압착롤로 상기 적층 구조를 라미네이팅하는 단계; 및
    상기 쿨러로 상기 적층 구조를 냉각시키는 단계;를 포함하는 투습방수 원단의 제조 방법.

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