KR20170123814A - 다층구조에서 투습방수 성능제어를 위한 복합방사형 부직포 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투습방수 다층복합 섬유소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이성분(Side by side) 복합방사형 부직포와 직물이 복합화하여 다층구조를 형성하고 있는 투습방수 다층복합 섬유소재는 일반적인 멜트블로운(Melt-blow) 부직포의 취약점인 기계적 물성을 향상시킬 수 있으며, 유사 목적에 적용되는 필름, 시트, 부직포 제품에 비하여 저가에 생산이 가능하고 공정편이성 향상이 가능하며, 층간결합능력을 보유하며, 개별 섬유의 직경을 제어하여 기공의 크기를 균일하고 작게 해 투습도(통기성) 및 내수성을 증가시킴으로써, 아웃도어 의류 뿐만 아니라, 차량, 인테리어 등의 다양한 산업용소재로 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 투습방수 다층 섬유소재, 이의 제조 방법, 및 상기 섬유소재를 포함하는 제품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이성분(Side by side) 복합방사형 부직포와 직물이 복합화하여 다층구조를 형성하고 있는 투습방수 다층복합 섬유소재, 이의 제조 방법, 및 상기 섬유소재를 포함하는 제품에 관한 것이다.
투습방수 소재개발은 기능성 아웃도어 의류시장뿐만 아니라 차량, 인테리어 등의 다양한 산업용 소재로의 전개가 가능하며 이와 관련한 산업의 파급효과가 매우 클 것으로 예상하고 제품 전개를 다양하게 고려하여 융합기술로 성장하였으며, 새로운 형태의 미래형 기능성 스포츠/아웃도어 제품에 적합한 신축성 소재를 생산함으로써 국가경쟁력을 향상시켰으며, 쾌적성 및 활동성을 극대화한 신규 고부가가치 스포츠, 레저 시장에서의 수요를 창출하고 기술 및 제품화 기득권 확보로 해외시장 선점 및 섬유산업의 활성화를 도모하였다.
또한, 기능성 투습방수 다층복합 섬유소재 제품화를 통한 선진국으로부터 수입되던 기능성 필름 및 코팅약품 등을 사용한 대처로 이와 관련한 제품의 높은 수입대체 효과를 기대할 수 있으며, 신축성 투습방수 제품의 경량성, 신축성, 통기성, 항균성 등의 부여 기술 개발을 통해 국내의 기능성 섬유산업의 고용 창출은 물론 기술 경쟁력에 의한 해외시장 진출을 통한 수출 증대를 기대할 수 있다.
투습방수 소재는 아웃도어의 급격히 변화하는 환경에서 수분과 열 등의 요소로부터 인체의 쾌적성을 유지시켜주는 고기능성 프로텍트 섬유소재로 많이 활용되고 있다.
한편, 투습방수 다층복합 섬유소재란 기존 투습방수 소재로 각광받고 있는 고어텍스(Gore-tex)를 대체할 수 있는 투습/내수압 기능이 최적화된 셸(shell) 소재이며, 구체적으로는 100um 이상의 물은 투과하지 못하고 0.0004um 정도의 수증기만을 선택적으로 투과할 수 있는 1.0um 내외의 기공을 갖는 투습 방수원단 및 그 응용제품으로서 고투습, 다기능(항균성, 소취성 등)을 갖는 것을 특징으로 한다.
투습방수 기능성 섬유소재는 통상 투습방수섬유로 지칭되고 있는데 전반적인 분야의 사용에서 일반분야로 용도가 확대되고 있으며 소득증가와 웰빙을 추구하는 인간의 삶과 맞물려 2000년대 이후 스포츠/아웃도어를 중심으로 사용량이 급격히 증가하고 있는 시장이다.
또한, 투습방수제품의 원천소재인 친수무공형필름, 나노웹(nano-web), 소수다공형 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE) 등을 적용한 제품이 급증하고 있으며 대체소재에 대한 요구도 많아지고 있다.
그러나, 투습방수섬유의 수요증가와 용도확대에도 불구하고 지나치게 고가인 점과 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)의 유해성 논란까지 발생하고 있는 시점에서 경제성, 친환경성, 지속가능성, 기능최적화의 시장트렌드에 적합한 성능을 지닌 대체소재의 개발은 시의적절하다.
이에, 본 발명에서는 극세화가 가능한 방사형 부직포를 활용하여 멤브레인(membrane) 성능이 부여된 다층복합부직포를 개발하고자 한다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 고려하여, 이성분 고분자로 제조된 이형단면의 구조를 가진 복합방사형 부직포를 다층구조로 복합화함으로써 종래의 일반적인 멜트블로운(Melt-blow) 부직포의 취약점인 기계적 물성을 향상시키고, 복합화 처리 조건에 따라 투습방수 성능제어가 가능하며, 또한 저가에 생산이 가능하고, 동시에 공정 편이성 향상이 가능한 내수압, 투습성능이 개선된 투습방수 다층복합 섬유소재, 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 본 발명에 따른 투습방수 다층복합 섬유소재를 이용하여 기능성 아웃도어 의류뿐만 아니라, 차량, 인테리어 등의 다양한 산업용소재로의 용도를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
겉(shell) 직물;
방사형 멜트블로운(Melt-Blown) 부직포; 및
속(inner) 직물;을 포함하고,
상기 방사형 멜트블로운 부직포는 겉 직물과 속 직물 사이에 접합되어 3레이어(layer)로 구성된, 투습방수 다층복합 섬유소재를 제공한다.
또한, 본 발명은
고분자를 이용하여 멜트블로운(Melt-Blown) 공정을 통해 방사형 멜트블로운 부직포를 제조하는 제 1단계;
겉 직물, 방사형 멜트블로운 부직포, 및 속 직물을 캘린더링(Calendering) 또는 라미네이팅(Laminating) 공정을 통해 열접합하여 3레이어(layer) 다층구조로 복합화하는 제 2단계;를 포함하는,
투습방수용 다층복합 섬유소재의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 투습방수 다층복합 섬유소재를 제공한다.
또한, 본 발명은
상기 투습방수용 다층복합 섬유소재 또는 상기 제조방법으로 제조된 투습방수 다층복합 섬유소재를 포함하는 아웃도어 제품을 제공한다.
아울러, 본 발명은
상기 투습방수용 다층복합 섬유소재 또는 상기 제조방법으로 제조된 투습방수 다층복합 섬유소재를 포함하는 산업용 섬유를 제공한다.
본 발명의 섬유소재는 투습방수 성능을 부여하는 다른 소재 제조방법과 비교하여 광범위한 고분자 소재에 적용이 가능하고 직경이 가는 섬유를 제조할 수 있다는 이점을 가지고 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합방사형 부직포는 멜트블로운(Melt-blow) 공정을 적용하여 이성분 고분자로 제조된 이형단면의 구조를 가진 부직포를 이용함으로써, 일반적인 멜트블로운(Melt-blow) 부직포의 취약점인 기계적 물성을 향상시킬 수 있으며, 유사 목적에 적용되는 필름, 시트, 부직포 제품에 비하여 저가에 생산이 가능하고 공정 편이성 향상이 가능하다. 특히, 이형단면 조성비율 및 열처리 조건에 따라 500 ~ 2,000 mmH2O 수준 내수압 제어. 및 투습성능 1,000 ~ 5,000 g/m2/24h 정도로 제어가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 복합방사형 부직포는 캘린더링(Calendering) 및 라미네이팅(Laminating) 공정으로 복합화하여 층간결합능력을 보유하며, 개별 섬유의 직경을 제어하여 기공의 크기를 균일하고 작게 해 투습도(통기성) 및 내수성을 증가시킬 수 있다.
도 1은 투습방수 다층복합 섬유소재의 구조를 나타낸 그림이다.
도 2는 이성분 고분자 부직포의 단면을 나타낸 그림이다.
도 3은 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 서모플라스틱 폴리우레탄(Thermoplastic Poly Urethanem, TPU) 및 방사형 부직포의 투습도, 내수압, 생산성, 및 신축성 비교 사진이다.
도 4는 투습방수 다층복합 섬유소재의 제조 전체 공정을 나타낸 사진이다.
도 5는 방사형 멜트블로운 부직포의 제조 공정을 나타낸 사진이다.
도 6은 랩 스케일 캘린더링 공정을 나타낸 사진이다.
도 7은 파일롯 스케일 캘린더링 공정을 나타낸 사진이다.
도 8은 벨트 라미네이팅 공정을 나타낸 사진이다.
도 9는 다층복합 섬유의 캘린더링 전, 후를 나타낸 사진이다.
도 10은 압력 및 공정속도 변화에 따른 통기성 변화 분석 결과의 사진이다.
도 11은 압력 및 공정속도 변화에 따른 평균 기공 크기 변화 분석 결과의 사진이다.
도 12는 3 layer 다층복합 섬유의 복합화 전, 후의 결과 사진이다.
도 13은 각 샘플(No treatment SPR-A10, SPR-A09, SPR-A10, SPR-A11)별 벨트 라미네이트 공정을 이용하여 복합화 한 사진이다.
도 2는 이성분 고분자 부직포의 단면을 나타낸 그림이다.
도 3은 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 서모플라스틱 폴리우레탄(Thermoplastic Poly Urethanem, TPU) 및 방사형 부직포의 투습도, 내수압, 생산성, 및 신축성 비교 사진이다.
도 4는 투습방수 다층복합 섬유소재의 제조 전체 공정을 나타낸 사진이다.
도 5는 방사형 멜트블로운 부직포의 제조 공정을 나타낸 사진이다.
도 6은 랩 스케일 캘린더링 공정을 나타낸 사진이다.
도 7은 파일롯 스케일 캘린더링 공정을 나타낸 사진이다.
도 8은 벨트 라미네이팅 공정을 나타낸 사진이다.
도 9는 다층복합 섬유의 캘린더링 전, 후를 나타낸 사진이다.
도 10은 압력 및 공정속도 변화에 따른 통기성 변화 분석 결과의 사진이다.
도 11은 압력 및 공정속도 변화에 따른 평균 기공 크기 변화 분석 결과의 사진이다.
도 12는 3 layer 다층복합 섬유의 복합화 전, 후의 결과 사진이다.
도 13은 각 샘플(No treatment SPR-A10, SPR-A09, SPR-A10, SPR-A11)별 벨트 라미네이트 공정을 이용하여 복합화 한 사진이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 발명은 이성분 고분자로 제조된 이형단면의 구조를 가진 방사형 부직포를 활용함으로써 일반적인 멜트블로운(Melt-blow) 부직포의 취약점인 기계적 물성이 향상된 투습방수 다층복합 섬유소재를 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 투습방수 다층복합 섬유소재는
겉(shell) 직물;
방사형 멜트블로운 부직포; 및
속(inner) 직물;을 포함하고,
상기 방사형 멜트블로운 부직포는 겉 직물과 속 직물 사이에 접합된 3레이어(layer)의 구성을 가질 수 있다.
상기 방사형 멜트블로운 부직포는 저융점 고분자 또는 엘라스토머 계열의 고분자를 포함하는 이성분(side by side) 고분자 부직포로 구성될 수 있다.
상기 방사형 멜트블로운 부직포는 핫멜트 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 올레핀계 엘라스토머(Elastomer), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 서모플라스틱 폴리우레탄(Thermoplastic polyurethane, TPU) 및 핫멜트 폴리에틸렌(Hot melt Polyethylene)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 2개 이상의 고분자 성분을 복합방사하여 이형단면 구조를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 고분자의 구성비는 7:3 내지 3:7인 것이 바람직하다.
상기 저융점 고분자(올레핀계 엘라스토머(Elastomer), 핫멜트 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 핫멜트 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 및 서모플라스틱 폴리우레탄(Thermoplastic polyurethane, TPU))가 상기 범위의 하한을 미달하는 경우 부직포를 구성하는 개별섬유간 결합형성이 저하되어 기계적물성이 불균일해지며, 층간결합 형성시에 층간의 박리강도가 저하되는 등의 문제가 있고, 상기 범위의 상한을 초과하여 저융점 고분자의 비율이 과도하게 높아지는 경우 부직포를 구성하는 섬유직경이 커지게 되므로 내수압/투습방수 성능이 저하되며, 층간결합 공정에서도 비교적 낮은 온도에서도 부직포의 기공이 감소하여 다층복합직물의 투습성이 저하됨과 같은 문제가 발생하여 바람직하지 못하다.
이런 멜트블로운(Melt-Blown) 부직포는 필터, 위생소재, 토목, 농업, 메디컬 등의 분야에 사용되며 일반적으로 1~5um로 분포하는 극세섬유 집합체로 비교적 기공의 크기 및 분포 제어가 용이하며, 수많은 미세기공 구조를 지닌 다공질체이다. 또한, 섬유의 배향 결정화 정도가 낮아 기계적 물성이 낮으며 균제도가 비교적 우수하다. 또한, 불투명도가 우수하며 가스 및 수증기의 투과도가 양호하고 화학적 가공이 용이하며 표면이 부드럽고 벌키(Bulky) 특성이 우수한 특성을 갖고 있다.
상기 겉 직물은 패브릭(fabric)을 사용하고, 속 직물은 메쉬(mesh)를 사용할 수 있다.
상기 다층복합은 캘린더링(Calendering) 또는 라미네이팅(Laminating)으로 복합화할 수 있다.
이렇게 복합화를 함으로써, 부직포의 여과성능 및 균제도가 향상되며 높은 수준의 통기도를 나타내어 적정 수준의 통기성을 갖는 다층복합 섬유소재 개발이 가능하고, 통기성이 우수하면서 내수압 특성을 부여하기 위한 적합한 기공제어가 가능하다. 특히, 이형단면 조성비율 및 열처리 조건에 따라 500 ~ 2,000 mmH2O 수준 내수압 제어. 및 투습성능 1,000 ~ 5,000 g/m2/24h 정도로 제어가 가능하다.
또한, 본 발명은
고분자를 이용하여 멜트블로운(Melt-Blown) 공정을 통해 방사형 멜트블로운 부직포를 제조하는 제 1단계;
겉 직물, 방사형 멜트블로운 부직포, 및 속 직물을 캘린더링(Calendering) 또는 라미네이팅(Laminating) 공정을 통해 열접합하여 3레이어(layer) 다층구조로 복합화하는 제 2단계;를 포함하는
투습방수용 다층복합 섬유소재의 제조방법을 제공한다.
상기 제조 방법에 있어서, 상기 고분자는 저융점 고분자 또는 엘라스토머 계열의 고분자를 포함하는 이성분의 고분자를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제조 방법에 있어서, 상기 방사형 부직포는 핫멜트 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 올레핀계 엘라스토머(Elastomer), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 서모플라스틱 폴리우레탄(Thermoplastic polyurethane, TPU) 및 핫멜트 폴리에틸렌(Hot melt Polyethylene)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 2개 이상의 고분자 성분을 복합방사하여 이형단면 구조를 형성하는 것이 바람직하다.
이렇게 복합방사를 하여 원형 섬유의 단면이 이성분 고분자로 됨으로써 내수압, 투습방수 및 층간결합 특성을 동시에 구현할 수 있다.
상기 제조 방법에 있어서, 상기 고분자의 구성비는 7:3 내지 3:7인 것이 바람직하다.
이런 멜트블로운(Melt Blown) 공정의 온도, 속도 및 고분자의 비율 등의 제조 공정 변화에 따라 부직포를 구성하는 개별 섬유의 직경을 제어할 수 있으며, 개별 섬유 직경 변화에 따라 기공의 크기가 작아지고 이에 따라 통기도가 감소할 수 있다.
상기 제조 방법에 있어서, 상기 겉 또는 속 직물은 패브릭(fabric) 또는 메쉬(mesh)를 사용할 수 있으며, 한면은 패브릭을 사용하고 다른 한면은 메쉬를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제조 방법에 있어서, 상기 캘린더링(Calendering)은 온도 110 내지 130℃, 압력 400 내지 750psi, 속도 1 내지 8m/min의 조건에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 캘린더링의 온도가 상기 범위의 하한을 미달하는 경우 층간결합력이 저하되어 박리가 발생되는 등의 문제가 있고, 상기 범위의 상한을 초과하는 경우 부직포에 존재하는 기공이 감소하여 투습성이 저하됨과 같은 문제가 발생하여 바람직하지 못하다.
상기 캘린더링의 압력이 상기 범위의 하한을 미달하는 경우 층간결합력이 저하되어 박리가 발생됨 등의 문제가 있고, 상기 범위의 상한을 초과하는 경우 부직포에 존재하는 기공이 감소하여 투습성이 저하됨과 같은 문제가 발생하여 바람직하지 못하다.
상기 캘린더링의 속도가 상기 범위의 하한을 미달하는 경우 부직포를 구성하는 저융점 소재가 용융되어 통기성이 상실됨 등의 문제가 있고, 상기 범위의 상한을 초과하는 경우 부직포를 구성하는 섬유의 저융점 고분자가 충분히 열변형되지 않아 층간 박리가 발생됨과 같은 문제가 발생하여 바람직하지 못하다.
상기 제조 방법에 있어서, 상기 라미네이팅(Laminating) 공정은 온도 10 내지 20, 습도 30 내지 50%, 멜팅(Melting) 온도 80 내지 100, 속도 5 내지 20m/min의 조건에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 라미네이팅의 온도가 상기 범위의 하한을 미달하는 경우 층간결합력이 저하되어 박리가 발생되는 등의 문제가 있고, 상기 범위의 상한을 초과하는 경우 부직포에 존재하는 기공이 감소하여 투습성이 저하됨과 같은 문제가 발생하여 바람직하지 못하다.
상기 라미네이팅의 속도가 상기 범위의 하한을 미달하는 경우 부직포를 구성하는 저융점 소재가 용융되어 통기성이 상실됨 등의 문제가 있고, 상기 범위의 상한을 초과하는 경우 부직포를 구성하는 섬유의 저융점 고분자가 충분히 열변형되지 않아 층간 박리가 발생됨과 같은 문제가 발생하여 바람직하지 못하다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 투습방수 다층복합 섬유소재를 제공한다.
또한, 본 발명은
상기 투습방수용 다층복합 섬유소재 또는 상기 제조방법으로 제조된 투습방수 다층복합 섬유소재를 포함하는 아웃도어 제품을 제공한다.
아울러, 본 발명은
상기 투습방수용 다층복합 섬유소재 또는 상기 제조방법으로 제조된 투습방수 다층복합 섬유소재를 포함하는 산업용 섬유를 제공하며, 예시적으로 기능성 스포츠/아웃도어, 의류시장뿐만 아니라 차량, 인테리어 등의 다양한 분야의 적용이 가능하다.
이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예 및 실험예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 실험예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.
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실시예
1>
이성분
복합방사형 부직포의 제조
이성분의 고분자를 활용한 멜트블로운 부직포를 제조하였다. 부직포 제조는 한국생산기술연구원의 Bi-component Melt-Blown Spinning System을 활용하였으며 HPI(Hole per inch) S/S(Side by side) 노즐(Nozzle)을 사용하여 35HPI, L/D 20:1, 공기 갭(Air gap) 1.0mm의 공정 하에서 테스트를 진행하였다. 원료수지는 엘라스토머(Elastomer) 계열의 점착특성을 지닌 Vistamaxx 2330을 사용하여 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)와의 복합단면이 형성된 섬유로 구성된 부직포를 제조하였다.
Vistamaxx 2330은 엑손에서 제조되는 프로필렌 계열의 엘라스토머이다. 멜트블로운 부직포 제조에 적합한 2330grade를 선택하여 실험을 진행하였다. 2330grade는 용융지수(Melt index, MI)값이 120 정도로 생산되는 고분자 중 제일 높은 수치를 보여주고 있으며 용융상태에서의 흐름성이 공정을 좌우하는 멜트블로운 공정에 가장 적합한 고분자로 판단하였다. 프로필렌(Propylene) 계열의 고분자로 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)와의 상용성이 우수하고 일반적인 점도제어제를 통하여 MI값을 제어하기 용이하여 본 발명의 목적에 부합되는 고분자 소재이며 소수성을 지니고 있어 내수압 성능제어도 가능하다.
고분자 특성에 적합한 압출기 온도를 통하여 정량적인 용융수지의 공급이 가능하도록 공정을 설정하였다. 안정적인 공정유지와 단면형성에 적합한 비율을 설정하여 공급펌프의 RPM을 설정하였으며, 이외의 냉각온도, 냉각공기유량, Die to collector distance(DCD) 등의 조건은 노즐부의 불량을 최소화하는 방향으로 설정하여 샘플을 생산하였다. 설정된 공정에서 안정적인 부직포 제조가 가능하였으며, 중량변화에 따른 다층복합직물의 특성변화를 관찰하기 위해 20, 40g/m2의 부직포를 각각 생산하였다.
| 번호 | Sample명 | GSM |
| 1 | Vistamaxx2330 70%/PP 30% | 20 |
| 2 | 40 | |
| 3 | Hot melt(EH-700) 70%/PP 30% | 20 |
| 4 | 40 | |
| 5 | Hot melt(EH-700) 70%/Vistamaxx2330 30% | 20 |
| 6 | 40 | |
| 7 | Vistamaxx2330 100% | 50 |
<
실시예
2>
캘린더링(Calendering)을
통한 다층복합화 공정
상기 <실시예 1>에서 제조된 멜트블로운 부직포를 활용하여 3 레이어(layer) (원단 + 방사형부직포 + 메쉬) 다층구조 형성을 위한 열접합 공정을 진행하였다.
<2-1> 랩 스케일 캘린더(Lab scale calendar)를 활용하여 복합화
랩 스케일 캘린더(Lab scale calendar)를 활용하여 복합화 공정을 진행하였다.
하기 표 2에 기재된 바와 같이, 각각 압력 400psi 속도 1m/min, 500psi 속도 2m/min, 600psi 속도 3m/min의 조건으로 윗롤(up roll) 90℃, 아래롤(down roll) 90℃의 온도에서 원단, 방사형 부직포 및 메쉬의 다층구조 형성을 위한 다층접합 공정을 진행하였다.
| 구분 | 단위 | 1 | 2 | 3 |
| 압력 | Psi | 400 | 500 | 600 |
| 속도 | m/min | 1 | 2 | 3 |
| 온도 | ℃ | 90℃(up roll), 90℃(down roll) | ||
| Roll Distance | mm | 0.001mm~gauge | ||
<2-2> 파일럿 스케일 캘린더(Pilot scale calendar)를 활용하여 복합화
파일럿 스케일 캘린더(Pilot scale calendar)를 활용하여 복합화 공정을 진행하였다.
하기 표 3에 기재된 바와 같이, 사용 장비는 파일럿 캘린더 롤(Pilot calendar roll)이며 윗롤(up roll) 110℃. 아래롤(down roll) 110℃, 왼쪽 갭(gap) 4.0, 오른쪽 갭(gap) 4.0, 라인 속도(line speed) 3.00, 캘린더 압력 타입(press type) (정) S-S의 조건에서 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 원단, 폴리리프로필렌(Polypropylene, PP) 부직포 및 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 메쉬(mesh)의 다층접합 공정을 진행하였다.
| 제품 Spec. | 3 layer 섬유(PET 원단/PP 부직포/PET Mesh) | ||||||||
| 사용장비 | Pilot calendar roll | ||||||||
| Calendering | Temp(上) | 110℃ | Temp(下) | 110℃ | Gap | 左 | 4.0 | 右 | 4.0 |
| Line Speed | Master | 3.00 | 캘린더 Press Type: (정) S-S | ||||||
<
실시예
3>
라미네이팅(Laminating)을
통한 다층복합화 공정
상기 <실시예 1>에서 제조된 멜트블로운 부직포를 활용하여 3 레이어(layer) (원단 + 방사형부직포 + 메쉬) 다층구조 형성을 위한 열접합 공정을 진행하였다.
벨트 라미네이터(Belt laminater)를 활용하여 다층복합화 공정을 진행하였다.
- 접착제 : 친환경 특수 Hot melt 수지
- 온/습도 : 14 / 40%
- Melting 온도 : 90
- 속도 : 10m/min
- Gravure roller : Dot, Net roller
<
실시예
4> 다층복합직물의 박리강도 평가
페이스(Face) 직물, 멜트블로운 부직포 및 이너(Inner) 소재인 3 레이어(Layer) 직물소재에 대한 박리강도를 분석하였다. 박리강도는 직물간 부직포 간의 결합력을 측정하였으며, 인장시험기에서 파지 간격 5cm 장착 후 인장속도 10cm/min으로 박리하였다(관련 규격: KS K 0531:2011).
분석 결과, 경사 및 위사 모두 비슷하게 5.2N(5.8/9.8x1,000), 약 530gf/5cm의 결과값을 확인할 수 있었다.
<
실험예
1> 다층복합직물의 공기투과도 평가
프레지어형 공기투과도 시험기를 활용하여 분석을 진행하였다. ISO 9237 규격을 준용하여 프레지어형 공기투과도 시험기(FX3300, TEXTEST사)를 사용하여 시료의 변부를 제외한 좌, 우, 중간부분에서 각각 샘플을 채취하여 5회 측정한 뒤 평균값을 계산하였다. 분석 진행시 사용된 공기압력은 125Pa이며 측정단위는 cm3/cm2/s이다.
분석 결과, 도 10에 나타난 바와 같이, 다층복합화에 사용된 원단에 따라 통기성의 변화가 관찰되며, 동일 부직포 적용 시 원단의 중량에 따라 열전달 효과가 변화하여 통기성이 상이하게 분석되었다.
또한, 공정 조건 중 압력 증가에 따라 통기성이 감소하고, 공정속도가 증가할수록 통기성이 증가하였다. 동일 온도 및 속도에서는 압력이 높을수록 통기성이 감소하는 경향을 나타내었다. 비교샘플로 분석한 필름(film)이 적용된 다층복합직물보다는 높은 수준의 통기도를 나타내었다(도 10).
또한, 벨트 라미네이터를 활용한 다층복합직물의 통기성을 살펴보면 하기 표 4와 같이 측정되었다.
| Sample | Belt speed(m/min) | 평균 값 |
| SPR-A09 | 0.7 | 2.750 |
| 1 | 2.832 | |
| 1.3 | 3.072 | |
| No treatment | 4.210 | |
| SPR-A10 | 0.7 | 2.522 |
| 1 | 2.846 | |
| 1.3 | 2.746 | |
| No treatment | 4.034 | |
| SPR-A11 | 0.7 | 2.266 |
| 1 | 1.900 | |
| 1.3 | 1.794 | |
| No treatment | 1.356 |
따라서, 기공분석결과와 교차하여 적정수준의 통기성을 갖는 다층복합직물 개발이 가능함을 알 수 있었다.
<
실험예
2> 다층복합직물의 기공특성 평가
부직포 제조 후 생성된 기공(open pore)의 크기와 분포를 알아보고자 Automater Capillary flow porometer(CFP-1200-AEL, PMI, 미국)(ASTM-F316 규격 준용)를 이용하여 분석을 진행하였으며 porewick용액(표면장력:16dyne/cm)을 사용하여 젖은(wet) 상태와 건조한(dry) 상태로 측정하여 기공의 크기와 분포를 분석하였다.
기공의 크기와 분포는 필터에 있어서 집진효율, 압력손실, 유량, 포집효율 등 필터의 성능을 결정하는 중요한 인자이다. 표면장력을 알고 있는 용액을 사용하여 시료를 완전히 적신 후 압력변화에 따라 시료를 통과하는 유량을 분석하여 기공의 크기 및 분포를 분석하였다. ASTM F316규격을 준용하여 분석을 진행하였으며, porewick용액(표면장력:16dyne/cm)을 사용하여 wet상태와 dry상태로 측정하여 기공의 크기와 분포를 분석하였다.
측정기기: PMI (ASTM-F316 규격)
측정조건: Surface Tension (16Dynes/cm)
측정단위: Pore pressure (psi), Diameter (㎛)
측정샘플 수: 21ea (1회씩 측정)
분석 결과, 도 11에 나타난 바와 같이, 열적 처리를 통하여 층간 결합 및 기공제어공정이 적용된 샘플의 기공분포는 비교적 좁은 범위에서 균일하게 분포하는 모습을 확인할 수 있었다. 기존 필름(film) 소재가 적용된 다층복합직물의 기공은 0.17um 수준에서 분석되었으며, 방사형 부직포가 적용된 샘플은 캘린더(calendar 공정 조건(온도, 압력, 속도)에 따라 2~10um 수준으로 제어가 가능한 부분을 확인하였다. 기공 크기의 변화가 통기성에 직접적인 영향을 미치며, 통기성이 우수하면서 내수압 특성을 부여하기 위해서 기공 크기는 1um 전후가 적정수준이며, 이를 위해서는 방사형 부직포의 세섬화를 위한 공정설정이 필요하다. 또한, 통기성과 평균 기공 크기는 비례하여 변화하며, 기공 크기가 작아지면 물성 제어의 폭이 작다. 표피층에 사용된 직물원단의 기공이 복합화 이후 상당 부분 감소하는 모습이 관찰되었으며, 다층 복합화를 통하여 요구 수준에 적합한 기공제어가 가능함을 확인하였다(도 11).
<
실험예
3> 다층복합직물의 구조 분석
3 레이어 다층복합직물의 구조를 분석하기 위해, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)을 이용하여 이미지를 분석하였다.
분석 결과, 도 에 나타난 바와 같이, 벨트 라미네이트(Belt laminate)를 통한 열적 결합 부여를 통하여 용융결합이 진행되는 것을 확인하였으며, 섬유상으로 존재하던 부직포 층의 LM소재가 층간 결합력을 부여하는 것을 확인하였다(도 12).
본 발명에 의한 섬유소재는 멜트블로운(Melt-blow) 공법에 의해 제조되어 박막, 경량이며 기존 섬유에 비해 부피 대비 표면적 비가 높다.
또한, 높은 기공도(porosity)를 가지는데 구조적으로 내부의 땀 등을 배출할 수 있는 호흡성(breathable)이 있으면서 막의 외부에서 액체가 들어오지 못하는 특성이 있다.
또한, 의류와 라미네이팅(laminating)되거나 복잡한 3차원 구조 표면에 코팅되어 투습발수 쾌적성 섬유의 원천소재로 사용이 가능하다.
Claims (16)
- 겉(shell) 직물;
방사형 멜트블로운(Melt-Blown) 부직포; 및
속(inner) 직물;을 포함하고,
상기 방사형 멜트블로운 부직포는 겉 직물과 속 직물 사이에 접합되어 3레이어(layer)로 구성된, 투습방수 다층복합 섬유소재.
- 제 1항에 있어서,
상기 방사형 멜트블로운 부직포는 저융점 고분자 또는 엘라스토머 계열의 고분자를 포함하는 이성분(side by side) 고분자 부직포인 것을 특징으로 하는 투습방수 다층복합 섬유소재.
- 제 1항에 있어서,
상기 방사형 멜트블로운 부직포는 핫멜트 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 올레핀계 엘라스토머(Elastomer), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 서모플라스틱 폴리우레탄(Thermoplastic polyurethane, TPU) 및 핫멜트 폴리에틸렌(Hot melt Polyethylene)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 2개 이상의 고분자 성분을 복합방사하여 이형단면 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 투습방수 다층복합 섬유소재.
- 제 3항에 있어서,
상기 고분자의 구성비는 7:3 내지 3:7인 것을 특징으로 하는 투습방수 다층복합 섬유소재.
- 제 1항에 있어서,
상기 속 직물은 메쉬(mesh)인 것을 특징으로 하는 투습방수용 다층복합 섬유소재.
- 제 1항에 있어서,
상기 다층복합은 캘린더링(Calendering) 또는 라미네이팅(Laminating)으로 복합화된 것을 특징으로 하는 투습방수용 다층복합 섬유소재.
- 고분자를 이용하여 멜트블로운(Melt-Blown) 공정을 통해 방사형 멜트블로운 부직포를 제조하는 제 1단계;
겉 직물, 방사형 멜트블로운 부직포, 및 속 직물을 캘린더링(Calendering) 또는 라미네이팅(Laminating) 공정을 통해 열접합하여 3레이어(layer) 다층구조로 복합화하는 제 2단계;를 포함하는,
투습방수용 다층복합 섬유소재의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 고분자는 저융점 고분자 또는 엘라스토머 계열의 고분자를 포함하는 이성분의 고분자를 사용하는 것을 특징으로 하는 투습방수 다층복합 섬유소재의 제조방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 방사형 멜트블로운 부직포는 핫멜트 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 올레핀계 엘라스토머(Elastomer), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 서모플라스틱 폴리우레탄(Thermoplastic polyurethane, TPU) 및 핫멜트 폴리에틸렌(Hot melt Polyethylene)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 2개 이상의 고분자 성분을 복합방사하여 이형단면 구조를 형성시킨 것을 특징으로 하는 투습방수 다층복합 섬유소재의 제조방법.
- 제 9항에 있어서,
상기 고분자의 구성비는 7:3 내지 3:7인 것을 특징으로 하는 투습방수 다층복합 섬유소재의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 속 직물은 메쉬(mesh)를 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 투습방수 다층복합 섬유소재의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 캘린더링(Calendering)은 온도 110 내지 130℃, 압력 400 내지 750psi, 속도 1 내지 8m/min의 조건에서 이루어진 것을 특징으로 하는 투습방수 다층복합 섬유소재의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 라미네이팅(Laminating) 공정은 온도 10 내지 20℃, 습도 30 내지 50%, 멜팅(Melting) 온도 80 내지 100℃, 속도 5 내지 20m/min의 조건에서 이루어진 것을 특징으로 하는 투습방수 다층복합 섬유소재의 제조방법.
- 제 7항의 제조방법으로 제조된 투습방수 다층복합 섬유소재.
- 제 1항 또는 제 14항의 투습방수용 다층복합 섬유소재를 포함하는 아웃도어 제품.
- 제 1항 또는 제 14항의 투습방수용 다층복합 섬유소재를 포함하는 산업용 섬유.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160052852A KR20170123814A (ko) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | 다층구조에서 투습방수 성능제어를 위한 복합방사형 부직포 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160052852A KR20170123814A (ko) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | 다층구조에서 투습방수 성능제어를 위한 복합방사형 부직포 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170123814A true KR20170123814A (ko) | 2017-11-09 |
Family
ID=60385895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160052852A KR20170123814A (ko) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | 다층구조에서 투습방수 성능제어를 위한 복합방사형 부직포 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20170123814A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170140749A (ko) * | 2016-06-13 | 2017-12-21 | 신풍섬유(주) | 복합방사형 부직포를 이용한 다층복합 섬유 소재의 제조 방법 |
| KR20230085997A (ko) | 2021-12-07 | 2023-06-15 | 주식회사 플라논코리아 | 투습방수성 복합부직포의 제조방법 |
| KR20240002461A (ko) | 2022-06-29 | 2024-01-05 | 주식회사 대방 | 통기 방우 신발 제조 방법 및 통기 방우 신발 |
-
2016
- 2016-04-29 KR KR1020160052852A patent/KR20170123814A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170140749A (ko) * | 2016-06-13 | 2017-12-21 | 신풍섬유(주) | 복합방사형 부직포를 이용한 다층복합 섬유 소재의 제조 방법 |
| KR20230085997A (ko) | 2021-12-07 | 2023-06-15 | 주식회사 플라논코리아 | 투습방수성 복합부직포의 제조방법 |
| KR20240002461A (ko) | 2022-06-29 | 2024-01-05 | 주식회사 대방 | 통기 방우 신발 제조 방법 및 통기 방우 신발 |
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