KR20180022658A - 내발화성 면 섬유의 물품 - Google Patents

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프란시스 피. 맥컬러프
데이빗 엠. 홀
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칼브텍스 테크놀로지 인코포레이티드
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Abstract

셀룰로오스 코어 및 왁스 외부 쉬쓰를 갖는 이중-영역 섬유가 개시되어 있다. 쉬쓰는 고 용융 온도 왁스를 포함할 수 있다. 섬유는 70℃ 미만의 온도에서 천연 섬유를 가공하여 제조할 수 있다. 섬유는 예를 들어, 섬유 표면 위로 왁스를 분산시키기에 충분한 온도에서 후속적으로 가해진 왁스와 함께 대략 100℃에서의 표백을 포함할 수 있는 키에르 공정과 같은 표준 방식으로 가공할 수 있다. 섬유는 산업 표준 시험에 의해 측정된 바와 같이 내발화성이 있다. 왁스는 섬유의 약 0.4 내지 25 중량% 이상을 구성할 수 있다. 왁스는 천연 왁스, 합성 또는 유화된 왁스 또는 이들의 블렌드일 수 있다. 이중-영역 섬유는 BRCF 섬유를 포함하는 다른 섬유와 블렌딩되어 의류, 담요 및 가정용 자재를 포함하는 내화성 직물을 생성할 수 있다.

Description

내발화성 면 섬유의 물품
본 발명은 내발화성(ignition resistant) 및/또는 난연성 전체 면 섬유, 및 코어(core)에서의 표백된 셀룰로오스 영역 및 왁스 쉬쓰(wax sheath) 또는 표면을 구성하는 외부 영역을 갖는 전체 면 섬유에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 또한 내발화성 전체 면 섬유의 제조방법 및 다수의 전체 면 섬유로 제조된 물품에 관한 것이다.
면 섬유는 천연 섬유이고 재생가능하다. 즉, 새로운 작물은 매년 재배할 수 있다. 대부분의 합성 섬유는 재생가능한 자원이 아닌 석유로부터 제조된다. 면은 수천 년 동안 알려져 왔으며, 이에 따라 면에 대한 물리적 및 화학적 특성은 잘 알려져 있다. 독특한 화학적 특성 때문에, 면은 난연성을 갖고, 워시-웨어 품질(wash-wear quality)을 가지며, 다른 특성 중에서, 링클프리(wrinkle free)가 되도록 제조될 수 있다. 면은 또한 다른 직물 섬유와 블렌딩(blending)되어 블렌딩된 직물의 전체 성능을 증진시킬 수 있다.
코튼 인크.(Cotton Inc.)에 따라서, 미국에서는 2014년에 1,550만 베일(bale)의 짧은 스테이플 면(short staple cotton) 및 583,000 베일의 긴 스테이플 면을 생산하였다. 각각의 베일의 중량은 480 파운드이다. 이는 전세계 면 생산의 단지 작은 부분을 나타낸다. 이는 미국에서 생산된 556만 메트릭 톤(metric ton)의 짧은 스테이플 면 및 140,000 메트릭 톤의 긴 스테이플 면으로 전환된다. 텍사스 주는 이러한 작물의 40%를 구성하는 가장 큰 생산자이며, 조지아 주, 미시시피 주, 노스 캐롤라이나 주, 아칸소 주 및 알라바마 주가 이를 뒤따른다.
원료 면(raw cotton), 즉 모든 식물성 물질과 같이, 식물에서 수득한 가공되지 않은 물질은 셀룰로오스 외에도 미네랄, 수지, 검, 단백질, 탄닌(tannin), 오일 및 왁스 및 탄수화물을 포함한다. 면은 일반적으로 주 셀룰로오스 중합체 기재로부터 이러한 물품을 제거하기 위해 정제하여야 한다. 천연 면은 전형적으로 사(yarn) 형태 또는 직물 형태로 표백된다. 이것은 면을 강한 알칼리성 용액 중에서 30분 이상 동안 비등(boiling)시키는 것을 포함한다. 이러한 공정은 면의 셀룰로오스 부분을 세정하고 면 외부의 천연 왁스를 제거한다.
면 식물 물질 중의 대부분의 원하지 않는 부분은 "키에르(Kier)" 비등 공정에서 제거된다. 이는 가성 소다(NaOH) 및 다른 가공 보조제가 100℃ 이하의 온도에서 사용되어 불순물을 가용화하고 제거하는 표준 처리 공정이 되었다. 오일 및 왁스는 비누화가능하며 이러한 제조 공정에 의해 제거된다. 공정을 가속화시키고 키에르(batch) 방법에 의해 필요한 시간을 줄이기 위한 증기 처리(100℃)를 이용하는 연속식 공정이 개발되어 왔다. 키에르 유사 처리에 대한 원료 면의 조성물의 비교는 표 1에 나타낸다.
면의 조성 %: 원료 대 키에르* 처리
원료 면 키에르
셀룰로오스 80-85 99.1-99.5
왁스 0.4-1.0 0.01-0.15
회(ash) 0.8-1.8 0.05-0.075
펙틴의 것(Pectin's) 0.4-1.1 없음
단백질(질소) 1.2-2.5 0.05-0.10
안료, 수지 3-5 없음
수분 6-8 없음
* (Mathews ' Textile Fibers, 5th ed. Wiley & Sons, NY, 1947 p, 100)
사실상 모든 불순물은 키에르 비등 처리로 제거된다. 색상은 바람직한 정도의 백색도로 색을 제거하는 과산화물 또는 차아염소산염 공정을 통상적으로 사용하는 후속적인 표백 공정에 의해 제거된다. 이러한 처리 후에, 면직물은 다양한 방법 중의 어느 것에 의한 염색, 워시-웨어의 전환, 화염 및/또는 내발화성으로의 전환 및/또는 다른 처리, 상기한 처리 모두의 조합과 같은 수많은 후-처리 공정을 위해 준비된다. 처리된 면직물 또는 면직물 블렌드(blend)의 유용성을 향상시키기 위한 추가의 처리가 공지되어 있다.
면 섬유 내의 왁스는 단일 성분을 갖는 왁스가 아니지만, 복잡한 에스테르, 산 및 알콜의 블렌드인 것으로 생각된다. 왁스는 C24-C34 1급 알콜뿐만 아니라 다른 복합체 혼합물도 포함하고 융점이 약 77℃이고, 밀도가 0.976이고, 산가(acid value)가 29이고, 비누화 값이 57(아세틸 화 후, 137)이고, 아세틸 값이 84이며, 요오드 수가 27이며 비누화되지 않은 물질(아세틸 값이 123인데, 이는 왁스 에스테르의 부재 및 큰 비율의 유리 왁스 알콜의 부재를 나타냄)이 68 %인 조성을 갖는 것으로 고려된다. 키에르 및 유사한 공정에서 개략적으로 설명된 처리 조건에서 생존하는 것은 아마도 유리 왁스 알콜이다. 섬유에 함유된 왁스의 목적은 봄철 심기 전에 적용될 수 있는 가혹한 환경으로부터 면화 종자를 보호하기 위한 것이다. 느슨한 면화는 수 개월 동안 물 위에 부유할 것이며, 이에 따라 면화 종자는 겨울비 손상에 대해서도 보호된다. 아직도, 내발화성 면의 놀라운 이익을 생성하는 가공 처리에서 생존하는 것은 이러한 왁스 성분이다.
면 직물의 고유한 가연성을 줄이기 위하여, 면 섬유는 합성 섬유와 같은 화염 및/또는 내발화성 섬유와 결합될 수 있다. 의류 용도로는, 특히 모다크릴 섬유 및 비닐/비니온(vinyon)의 매트릭스 섬유가 사용되어 왔다. 수득되는 직물은 종종 순수한 면 직물의 성능 특성 및 소비자 호소력이 부족하다. 예를 들어, 50% 비날(vinal)과 50% 비니온으로 구성된 섬유는 이의 자체 직물을 형성할 정도로 충분히 강하지 않으며 쉽게 염색되지 않는다. 내화성 직물을 제조하는 이 방법의 또 다른 단점은 사(yarn)가 불균일한 단면적을 갖는 직물을 생성하는 경향이 있는 상이한 가연성 특성을 갖고, 이에 따라 불균일한 내화성 특성을 갖는 2개 이상의 섬유를 함유한다는 점이다.
대안적으로, 면 직물은 열분해로 알려진 연소 공정을 변화시키거나 방해하는 내발화성을 촉진시키는 화학물질 및/또는 난연성 화학물질로 처리할 수 있다, 그러나, 이러한 화학물질로 처리된 면 직물은 순수한 면 직물의 성능 특성 및 소비자 호소력이 부족하다. 대부분의 이들 처리는 환경에 매우 비우호적인 가혹한 화학물질을 포함한다. 몇몇은 또한 유아와 신생아에서의 건강 문제와 관련이 있다. 이러한 이유로 인하여, 대부분의 신생아 및 유아용 침구류와 잠옷류는 100% 폴리에스테르로 전환되어 왔다.
열분해 동안에, 대부분의 직물 재료는 먼저 분해되어 이들이 연소되기 전에 휘발성 연소물질을 형성해야 한다. 직물 재료가 충분한 열 공급원에 노출되는 경우 분해가 발생한다. 직물 재료를 위한 분해 온도는 당해 재료의 조성에 좌우되며 다른 섬유에 따라 다르다. 섬유 재료가 분해하는 경우, 휘발성 물질이 형성된다. 휘발성 물질은 산소의 존재하에서 발화되어 열을 생성한다. 열분해 동안에 생성된 열은 섬유 재료의 추가의 분해를 유발하여 이의 완전한 파괴를 야기할 수 있다.
내발화성을 제공하는 화학물질 또는 난연성 화학물질의 적용은 열분해를 방해한다. 예를 들면, 난연성 또는 내발화성은 휘발성 연소물질의 형성을 위해 요구되는 것보다 저온에서 직물의 분해를 촉매하는 산 및 염기로 가열 시 전환될 수 있다. 인을 함유하는 화합물은 중합체의 열 분해를 촉매하는 산성 물질로 전환된다. 또한, 난연성 또는 내발화성 화학물질은 가열 시 분해되거나 승화되어 화염으로부터 산소를 배제시키는 다량의 비가연성 증기를 방출할 수 있다.
가혹한 화학물질의 적용없이, 또는 처리되지 않은 면 섬유로부터 제조된 직물과 비교하여 감소된 양의 이러한 화학물질의 적용으로, 면 섬유로부터 제조된 직물이 인화성 및 안전 규제에 부합되도록 본질적으로 내화염성 및/또는 내발화성인 면 섬유에 대한 요구가 존재한다.
난연성 화학물질의 적용없이, 또는 처리되지 않은 면 섬유로부터 제조된 직물과 비교하여 감소된 양의 이러한 화학물질의 적용으로, 면 섬유로부터 제조된 직물이 내발화성 왁스 쉬쓰를 가짐으로써 가연성 안전 규제에 부합되도록 본질적으로 내화염성 및/또는 내발화성으로 제조된 면 섬유에 대한 요구가 또한 존재한다.
본 발명은 왁스 쉬쓰를 갖는 이중-영역 면 섬유(bi-regional cotton fiber)가 저온 및 알칼리성 조건하에서 염색된 후에도 기대하지 않게 난연성 및/또는 내발화성을 가짐을 발견함으로써 당해 분야의 기존 상태와는 크게 구별되는 것을 포함한다.
본 발명의 하나의 구현예는 셀룰로오스 중심, 및 왁스를 포함하는 외부 표면을 포함하는 이중-영역 면 섬유에 관한 것이다. 바람직하게는, 이중-영역 섬유는 표백되며 바람직하게는 염소, 오존, 과산화물, 차아염소산염 또는 이들의 조합로 표백된다. 바람직하게는, 왁스는 섬유의 적어도 0.4 중량%를 구성하며, 보다 바람직하게는, 왁스는 섬유의 약 0.4 중량% 내지 약 25 중량%, 및 보다 바람직하게는, 약 14 중량% 내지 약 16 중량%를 구성한다. 바람직하게는, 왁스는 천연 왁스, 합성 왁스, 유화된 왁스 또는 이의 혼합물이며, 여기서, 천연 왁스는 바람직하게는 면 왁스, 호호바 왁스(jojoba wax), 대두 왁스, 카나우바 왁스(carnauba wax), 또는 이의 조합이고, 또한 바람직하게는 왁스는 융점 온도가 약 70℃ 이상 또는 약 90℃ 이상이다. 바람직하게는, 섬유는 천연 면 섬유와 비교하여 적어도 10 퍼센트 이상의 인장 강도, 보다 바람직하게는 적어도 20 퍼센트 이상의 인장 강도를 갖는다. 또한 바람직하게는, 이중-영역 섬유는 섬유의 외부 표면에 비누화된 산 또는 이의 유도체를 추가로 포함한다. 바람직하게는 비누화된 산 또는 이의 유도체는 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산 또는 이의 조합을 포함한다. 바람직하게는, 이중-영역 섬유는 난연성 및/또는 내발화성이고/이거나 FAR 25.853(b)에 따라 수행된 수직 연소 시험(vertical burn test)을 충족시키거나 이를 능가한다. 바람직하게는, 난연성 및/또는 내발화성 이중-영역 섬유는 유기할로겐과 같은 유해 화학물질을 함유하지 않는다. 또한 바람직하게는, 이중-영역 섬유는 천연 면 섬유와 비교하여 물 흡수성이 감소되어 있다.
본 발명의 다른 구현예는 복수의 본 발명의 이중-영역 섬유를 포함하는 물질에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 물질은 난연성 및/또는 내발화성이고, 또한 바람직하게는, 상기 물질은 천연 면 섬유와 비교하여 감소된 물 흡수성을 갖는다. 바람직하게는 상기 물질은 통상의 면보다 더 높은 방추성(wrinkle resistance) 갖는다.
본 발명의 다른 구현예는 예를 들면, 천연 섬유, 합성 섬유, 탄소질 섬유, 및 이의 조합과 같은 추가의 섬유를 더 포함하는 본 발명의 섬유 및/또는 물질을 포함한다. 바람직하게는 합성 섬유는 폴리에스테르를 포함하고 탄소질 섬유는 가요성 이중-영역 탄소질 섬유를 포함한다. 또한 바람직하게는, 합성 섬유는 약 50 내지 약 90%의 폴리에스테르 및 약 10 내지 약 50%의 이중-영역 섬유를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예는 신생아, 유아, 어린이 및 성인용과 같이 본 발명의 물질 및/또는 섬유를 포함하는 의류를 포함한다. 바람직하게는 의류는 셔츠, 양말, 바지, 스웨터(sweater), 모자, 속옷, 운동복, 치마, 스웨트(sweat), 스카프, 게이터(gator), 그레스, 상의(top), 담요, 및 디자인 및 이의 조합을 포함한다. 또한 바람직하게는, 의류는 조건이 예를 들면, 설원 스포츠, 산, 밀림 및 사막에서의 하이킹, 러닝, 및 암벽 및 산악 등반과 같은 스포츠 활동용을 포함하는, 체온보다 높고/높거나 체온 미만인 환경에서 착용하기에 적합하다. 적어도 부분적으로 물질을 통한 물 및 수중기의 즉각적인 전달로 인하여, 본 발명의 의류는 주위 및 극도의 온도 환경 둘 다에서 착용하기에 적합하다.
본 발명의 다른 구현예는 면 섬유를 표백하는 단계; 및 왁스를 당해 섬유에 적용하는 단계를 포함하는 섬유의 제조 방법을 포함하며, 또한 바람직하게는, 표백 후 및 왁스의 적용 전에 세척 단계가 수행되지 않는다. 바람직하게는 표백은 섬유를 염소, 오존, 과산화물, 차아염소산염 또는 이의 조합로 처리하는 단계를 포함하고, 또한 바람직하게는, 표백은 약 40℃ 이하, 또는 실온 또는 주위 온도에서 약 6 내지 약 8의 pH에서 수행된다. 바람직하게는, 섬유는 유해한 화학물질이 첨가되지 않은 내발화성을 포함하다. 바람직하게는, 제조는 본 발명의 섬유를 폴리에스테르 섬유와 조합하며 또한 바람직하게는, 폴리에스테르 섬유는 트리메톡시 메틸 실란의 가수분해된 부분 축합물의 용액으로 처리한다.
본 발명의 다른 구현예 및 장점은 다음의 설명에서 일부 설정되어 있으며, 부분적으로 당해 설명으로부터 명백할 수 있거나, 본 발명의 실시로부터 학습될 수 있다.
면 직물은 열분해를 변화시키거나 방해하는 특정의 화학물질(예를 들면, 유기할로겐, 브롬 또는 염소를 함유하는 화합물)로 처리함으로써 난연성 또는 내발화성으로 제조할 수 있다. 이들 처리는 전형적으로 환경 친화적이지 않고 건강 문제와 연결되어 있는 가혹한 화학물질을 포함한다. 많은 이들 화합물은 유해한 것으로 알려져 있으며 암성이고/이거나 독성일 수 있다. 또한, 이렇게 처리된 면 직물은 순수한 면의 성능 특성 및 소비자 구매력이 부족하다.
본 발명의 이중-영역 섬유를 생성함으로써 가혹하거나 유해한 화학물질 처리에 대한 필요성없이 면 섬유를 난연성 및/또는 내발화성이 되도록 할 수 있음이 놀랍게도 밝혀졌다. 본 발명의 이들 이중-영역 섬유에는 바람직하게는 가혹하고/하거나 유해한 화학물질이 실질적으로 감소되거나 함유되지 않는다. 본 발명의 이중-영역 면 섬유는 사 형태 또는 직물 형태로서 정규의, 감갈색(즉, 미가공)의 또는 표백되지 않은 면으로부터 제조된다. 수득되는 이중-영역 면은 처리되지 않거나 통상적으로 처리된 면 섬유와 비교하여 적어도 약 10% 이상, 보다 바람직하게는 약 20% 이상, 보다 바람직하게는 약 30% 이상, 보다 바람직하게는 약 50% 이상의 인장 강도를 바람직하게 갖는다. 고온 및 고 알칼리성을 사용하는 정규의 가공 면과 비교하여 증가된 인장 강도를 갖는 본 발명의 섬유는 또한 놀랍게도 전통적인 면과 비교하여 보다 우수한 수분 취급능 및 방추성을 갖는다. 우수한 수분 취급능은, 섬유 또는 섬유 조립체가 물 흡수성이 거의 없음을 의미한다.
본 발명의 이중-영역 면 섬유는 바람직하게는 내발화성 및 난연성이며 미국에서 어린이 잠옷용으로 규정된 것으로서 45도 각도 화염 침해(flame infringement)를 통과한다. 이중-영역 면은 유아 피부와 접촉시 가혹한 화학물질을 지니지 않으며 전통적인 면에 요구되는 것과 같은 추가의 내발화성 또는 난연성 처리를 필요로 하지 않는다. 화학적 처리는 통상적으로 유아 돌연사 증후군 및 낮은 IQ와 연관된 전통적인 면에 일반적으로 사용된 내화염성 및 내발화성에 통상적으로 요구된다. 또한, 이중-영역 면의 제조 비용은 폴리에스테르에 필적하며 당해 물질을 신생아, 유아 및 어린이 의복을 위한 선택 물질로서 복원시켜야 한다.
이중-영역 면의 바람직한 구현예는 천연 왁스 및 원료 면의 오일을 보유하며 추가의 가공제(finish) 또는 윤활제를 필요로 하지 않고 전통적인 면 직물과 비교하여 취급이 우수하다. 이중-영역 면은 키에르 공정(Kier process)과 같은 전통적으로 가공된 면보다 더 균일한 방식으로 염색되며, 훨씬 우수한 쾌적성을 갖는다.
면의 표준 공정인, 키에르 공정의 의도된 결과는, 이것이 면 섬유로부터 모든 왁스를 제거한다는 것이다. 왁스를 제거하지 않는 저 알칼리성 및 저온 공정이 개발되어 왔다. 이러한 처리의 예상치못한 결과는 왁스가 면 섬유의 표면으로 이동하거나 표멱 왁스를 제거하지 않음으로써 최종적인 면 직물의 내발화성의 현저하게 증가시킨다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 또한, 온화한 가열을 사용하는 방법은 왁스를 이중-영역 섬유를 형성하는 표면으로 이동시킨다. 향상된 손 감촉 및 섬유 조립체의 부드러움과 같은 다른 특성이 또한 수득된다. 상기 공정은 모든 처리를 낮은 온도 및 알칼리도(alkalinity)에서 수행하여 가용화시키고 왁스를 제거할 수 있는 의도하지 않은 비누화를 생성하지 않도록 해야한다.
염색능은 어떠한 직물 섬유에 대해서도 중요한 자산이다. 면은 다수의 상이한 염색 부류로 착색될 수 있다는 점에서 양호하다. 불행하게도, 배트(vat), 황 및/또는 나프톨과 같은 이들 중 많은 것은 고 알칼리성 조건을 사용하여 수행된다. 염료 부류의 선택은 최종 염색된 면에 부여할 수 있는 광 견뢰도, 세척 견뢰도, 땀에 대한 견뢰도 등과 같은 견뢰도 특성에 있어서 다양하다. 염색의 균일성을 달성하기 위해, 면을 우선 제조하여 적용된 염료의 균일한 흡수 및 균염화(levelling)가 달성되도록 한다. 일반적인 제조 단계는 키에르형 처리에 이은 천연 색상의 불순물을 제거하기 위한 표백을 포함한다. 잔류 왁스의 생존 가능성을 보증하는 가장 바람직한 염색 조건은 저온/저 알칼리 반응성 염색 조건이다.
따라서, 일반적으로 사용된 키에르/표백 공정을 저온-과산화물/촉매 또는 저 알칼리도 차아염소산염 공정으로 대체할 수 있다. 이들 표백 단계는 면 불순물을 제거하기 위하여 고 열/알칼리성 공정보다는 산화제를 사용한다. 당해 결과는 면 섬유의 왁스성 조성물 모두를 필수적으로 보유하는 공정이다. 또한, 왁스는 예상치않게도 섬유의 표면으로 이동하거나 표면에 남아서 이들 산화 공정에 의해 제거되지 않는 것으로 여겨진다. 당해 공정은 면의 외부 표면에 왁스 층을 생성함으로써, 섬유가 이중-영역이 되도록 한다. 당해 표면 왁스는 직물의 내발화성을 개선시키는데 기여한다.
과산화물 표백을 사용하는 경우, 표백 온도는 바람직하게는 60℃를 초과하지 않는다. 일반적인 과산화물 공정은 비등 상태에서 수행하거나 연속 작동의 경우 예를 들면, 100℃ 이상의 포화된 증기에 의한 증기처리 단계를 사용한다. 과산화물 욕을 안정화시키기 위해 고 알칼리성을 사용하는 것 대신에, 2 g/l의 가성 용액만이 저 발포성 계면활성제의 복잡한 블렌드와 함께 사용되며, 안정화제(예를 들면, Crosprep HES), 및 저온에서 활성인 촉매(예를 들면, Crosprep CAT)가 사용된다. 어떠한 나머지 과산화물도 비 알칼리성 제제(예를 들면, Croszyme PEK)를 사용하여 중화시킨다. Crosprep 및 Croszyme은 벨기에 조두아뉴(Jodoigne) 소재의 Eurodye-CTC S.A.로부터 상업적으로 구입할 수 있다.
염소 표백이 사용되는 경우, 바람직하게는 1 g/1의 Cl2를 표백 욕에서 사용하여 과표백을 방지하고 pH를 7.5 내지 8.0에서 유지한다. 바람직하게는, 탄산나트륨을 가성 소다 대신에 표백 욕을 완충시키는데 사용한다. 이는 왁스의 잠재적인 비누화를 감소시킨다. 보다 낮은 pH에서, 표백 작용이 증가한다. 천연 색 함량이 높은 면 직물의 경우, 온도가 또한 증가할 수 있지만, 바람직하게는 40℃를 초과하지 않아야 한다. 바람직하게는, 온도는 40℃ 이하, 보다 바람직하게는 30℃ 이하, 보다 바람직하게는 25℃ 이하, 및 보다 바람직하게는 대략 주위 온도 또는 실온이다. 이러한 경우에 보다 낮은 온도에서보다 강력한 표백 용액을 사용하기 보다는 보다 높은 온도에서 보다 약한(1 g/1 Cl2) 표백 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 표백에 관여하는 OCl- 이온의 활성이 온도 의존성이기 때문이다(참고: R. H. Peters, Textile Chemistry Vol. II, Elsevier, New York 1967). 정상적인 염소 표백 공정은 키에르 공정으로부터 직접 직물과 같은 습윤 물품 위에 표백 용액 패드패딩(padding)한다. 본 발명의 공정에서, 표백은 건조된 천에 직접 적용되며 직물에서 표백 균일성과 관련된 문제를 감소시킨다. 표백 용액은 예를 들면, 분무, 발포(foaming), 패딩 등과 같은 응용 공정 중 어느 것에도 적용될 수 있다.
산성 생성물은 존재하는 일반적인 알칼리도를 감소시키는 산화 공정 과실로서 생산된다. 염소를 사용한 통상의 표백은 표백 동안 형성되는 HCl의 중화를 보증하기 위한 추가의 알칼리를 필요로 한다. 이는 아세트 산을 사용한 후 처리에 의해 일반적으로 제거되는 표백 후 존재하는 과도한 알칼리를 생성한다. 당해 이중-영역 면 공정의 다른 장점은 매우 적은 잔류 염기가 당해 표백 공정 후에 존재해야 하므로, 잔류 알칼리를 제거하기 위한 아세트산 세척 단계가 일반적으로 생략될 수 있다는 점이다. 이는 가공 시간 및 또한 비용을 절약한다. 직물의 pH는 후속적인 염색 공정을 방해하지 않도록 하기 위해 세정 후 충분히 낮을 것이다.
연속 공정에서, J 박스는 패딩된 의복을 보관시키는데 사용될 수 있지만 체류 시간(dwell time)은 바람직하게는 20분을 초과하지 않는다. 어떠한 염소 표백 방법을 사용해도, 어떠한 잔류 염소도 바람직하게는 티오황산나트륨 또는 중황산나트륨 염소제거제를 사용하여 중화시킨다.
브롬을 사용한 표백은 염소를 사용하는 것보다 더 빠르지만 일반적으로 당해 방법은 염소를 사용하는 것과 같이 비용 효과적이지는 않다. 염소 표백 용액에 첨가된 소량(예를 들면, 염소 함량의 중량 당 1 내지 2 퍼센트의 브롬)은 또한 표백 효율을 측정가능하게 증진시킨다(참고: R. H. Peters, Textile Chemistry, Vol II, Elsevier, New York, 1967).
본 발명의 이중-영역 면과 유사한 천연 왁스 성분을 가지지 않은 다른 셀룰로오스 섬유는 바람직하게는 국소 왁스로 처리되며 동일하거나 유사한 내발화성을 제공받는다. 제조되지 않은 린넨의 천연 왁스 함량이 0.5 내지 2.0 퍼센트(약 62℃의 융점을 가짐) 및 또한 블렌드를 가진다고 해도, 이들 다른 셀룰로오즈 섬유는 레이온, 린넨을 포함한다. 이들 경우에 셀룰로오스 함유 직물을 다수의 천연 왁스 에멀젼으로 후속 처리하는 것이 가능하다. 건조 온도는 유화된 왁스가 자체적으로 균일하게 분배되고 섬유 표면 위에 고정되어 이중-영역 구조 및 이렇게 처리된 면과 동일한 내발화성을 달성하도록 할 것이다.
당해 기술은 또한 예를 들면 사실상 모든 천연 왁스를 제거하는 키에르 공정에 의한 것과 같은 전통적인 양식으로 가공된 면 직물을 처리하는데 사용될 수 있다. 천연 왁스에 대한 대체물로서 유용성을 또한 갖게 될 다수의 고 용융 석유계 왁스가 또한 알려져 있으며 이용가능하다. 바람직한 왁스는 카나우바, 벌꿀 왁스, 팜, 대두, 칸델릴라, 호호바, 울 왁스(wool wax) 등 및 이의 배합물을 포함하나, 이에 한정되지 않는다(참고: 표 2). 천연 왁스 및 석유계 왁스의 블렌드가 또한 이용될 수 있다. 상이한 가공 이력을 갖는 면을 이들 유형의 왁스 블렌드로 처리할 수 있으며 본 발명의 영역내에 포함된다.
일부 천연 왁스의 융점(℃)
벌꿀 왁스 62-65
팜 58-60
카나우바 81-86
칸델릴라 68-73
대두(고 융점형) ~ 82
호호바 ~ 70
면 ~ 77
또한, 셀룰로오스 섬유의 배합물은 유화된 왁스 또는 왁스의 조합의 후 적용으로부터 유리할 것이다. 예를 들어, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산 및 이의 조합과 같은, 비누화된 산 유도체의 적용은 처리된 직물에내발화성을 제공한다. 이들 생성물은 통상의 세탁 주기에서 제거될 수 있지만, 바람직하게는 세탁할 의도가 없는 직물에 유용하다.
일단 직물이 표백되면, 이를 바람직하게는 염색한다. 선택된 건조 방법은 60℃를 초과하지 않는 온도 및 저 알칼리도에서 염색될 수 있는 반응성 염료를 사용하는 것이다. 염료는 면 섬유 상의 활성 수소와 공유결합 염료를 형성한다. 염료는 바람직하게는 고 농도의 염화나트륨으로 염장(salting)된다. 사용된 양은 필요한 색조를 생산하는데 요구되는 염료 수준에 의존한다. 표 3은 사용할 염의 수준 및 알칼리 농도를 제공한다. 바람직한 알칼리는 소다 회이고 염료의 고착을 달성하는데 사용될 수 있다. 일단 염료가 목적한 평형, 예를 들면, 적절한 색조에 도달하면, 2 gpl의 소다 회를 가하여 섬유내 염료를 고착시킨다. 이러한 알칼리도의 수준은 표면 왁스의 비누화를 초래하지 않는다. 염색은 고착이 보증될 때까지 60℃에서 지속한다.
특수한 염료 첨가시 염 및 알칼리 농도
직물에서의 염료 % NaCl(gpl) 소다 회(gpl)
<0.50 20 10
0.50-1.0 35 15
1.0-2.0 50 20
2.0-4.0 60 20
>4.0 80 20
면 직물의 한가지 단점은 당해 물질이 용이하게 발화되어 급속하게 연소된다는 것이다. 직물의 가연성은 이의 조성에 의존한다(참고: Mehta, R. D., Textile Research Journal 44(10): 825-826 (1974)). 화염의 정도 및 직물의 내작열성(glow resistance)은 직물의 카복실 및 금속 함량이 증가함에 따라 증가한다. 일반적으로 가연성 직물이 지닌 위험성 측면에서, 정부는 카펫 및 러그(rug), 매트리스 및 어린이용 잠옷을 포함하는 직물에 대해 소비자 안전성 규제를 발표해왔다. 자동차 및 비행기에서 발견된 덮개를 제작하는데 사용된 직물의 가연성 특성 또한 규제된다.
일 구현예에서, 본 발명은 이중-영역 면 섬유, 섬유 조립체 또는 직물을 포함한다. 면 또는 셀룰로오스(예를 들면, 셀룰로오스성) 코어 섬유는 섬유의 적어도 70 중량%인 섬유 코어를 포함하고 전체 면 섬유의 적어도 2/10 중량% 내지 25 중량%인 왁스 쉬쓰 또는 코팅(또한 외부 코어로서 언급됨)을 갖는다. 왁스 코팅은 바람직하게는 융점이 70℃ 이상인 고온(고 융점) 왁스일 수 있다. 또한, 왁스 코팅은 저온 용융 왁스일 수 있다. 당해 이중-영역 섬유는 셀룰로오스와 왁스의 유일한 블렌드를 함유한다. 왁스는 가공된 면 볼(cotton ball)로부터 천연적으로 발생하는 왁스일 수 있거나 이는 섬유 표면에 첨가된 유화된 왁스일 수 있다. 당해 왁스는 저온 가공 후, 바람직하게는 70℃ 미만에서 섬유에 가해질 수 있다. 다른 구현예에서, 왁스는 예를 들면, 키에르 가공과 같은 표준 공정 후에 섬유에 코팅될 수 있다.
하나의 구현예에서, 왁스는 섬유의 약 0.4 내지 1 중량%를 구성할 수 있다. 다른 구현예에서, 왁스는 섬유의 약 10 내지 25 중량%를 구성할 수 있다. 다른 구현예에서, 왁스는 섬유의 약 14 내지 16 중량%를 구성할 수 있다.
이러한 섬유로부터 제조된 섬유 또는 제직된 직물은 내발화성 섬유가 된다. 이는 외부를 코팅하는 섬유 코팅의 고 왁스 함량에 기여한다(참고: 실시예 4). 섬유 또는 직물은 바람직하게는 왁스 코팅의 결과로서 부드럽고, 비단 같은 텍스쳐(texture) 및 향상된 수분(수 습윤) 내성을 나타낸다. 본 발명의 섬유는 바람직하게는 예를 들면, 보다 낮은 가공 온도와 같이, 사용된 보다 온화한 공정 조건으로 인하여 표준 면 섬유보다 더 강력하다. 본 발명의 면은 바람직하게는 화염 내성(난연성 및/또는 내발화성)을 지님으로써 화학물질 첨가제의 적용없이 또는 감소된 양의 내화염성 화학물질의 적용으로 가연성 안전 규제를 충족한다.
본 발명의 면 섬유의 배합물은 미국 특허 제5,700,573호에 기술된 바와 같이 가요성의 이중-영역 탄소질 섬유(BRCF)로 제조될 수 있음이 또한 놀랍게도 밝혀졌다. 섬유와 균형을 이루는 본 발명의 면 섬유를 바람직하게는 10 내지 90 % 포함하는 배합물은 BRCF이다. 바람직하게는, 처리되지 않은 셀룰로오스 코어 섬유는 섬유의 적어도 70 중량%를 구성하고 왁스 쉬쓰는 면 섬유의 적어도 0.2 중량% 내지 15 중량%를 구성한다. 이들 블렌드는 바람직하게는 평방 야드(square yard)당 3 내지 15 온스(ounce) 범위의 밀도를 갖는 편직된 직물로 제조되며 내발화성이고 본 발명의 면 섬유 및 BRCF 둘 다의 마이크로 증발 냉각 특성으로 인하여 우수한 냉각 특성을 갖는다. BRCF 및/또는 본 발명의 면 섬유를 이용하는, 직물 배합물의 내발화성은 14 C.F.R. § 25.853(b)에 설정된 시험 과정에 따라 측정된다. 샘플은 바람직하게는 2.6 내지 3.6 범위의 보온 열 내성 값(clo thermal resistance value)을 갖는 우수한 열 내성 값을 나타낸다.
세탁 및 표백의 저-에너지 실온 방법은, 전통적인 고 pH 유출물 공정과 비교하여, 유의적인 에너지 절감 및 이산화탄소 방출 감소를 생성하면서 면 주변에 천연 왁스 쉬쓰를 남긴다. 면의 각각의 메트릭 톤에 대해, 본 발명의 공정은 CO2 배출을 560 파운드까지 감소시키고 에너지 소비를 906kWh까지 감소시키는 보다 세련된 면을 생산한다. 당해 공정이 미국에서 광범위하게 채택되는 경우, C02 방출은 4.43 MM 톤 이상 내지 14GWh 이하로 감소될 수 있다. 유의적인 긍정적 영향 외에, 보다 우수하고 보다 세련된 면이 30% 더 강해지며, 고유의 감소된 가연성, 향상된 모이스춰 윅킹(moisture wicking), 오염 및 용이한 보호 특성을 나타낸다. 보다 세련된 면으로부터 제조된 의복 및 물품은 환경적으로 그린(green)이며 합성 물질과 비교하여 지속가능한 물질로부터 제조된다. 예를 들면, 570만 메트릭 톤의 면은 메트릭 톤 당 906 kWh(킬로와트 시간) 및 506 lb를 절약할 것이다. 2가지 형태의 보다 세련된 면이 시장에 방출되고 있다.
프리미엄급의 롱 스테이플 코마 면(premium long staple combed cotton)을 포함하는 본 발명의 더 세련된 면의 한 가지 형태는 본원에서 NuGard로 언급된다. 누가드(NuGard)는 통상적인 형태의 면과 비교하여 상당히 개선된 특성을 갖는 본 발명의 면 섬유의 한 가지 형태이다. NuGard는 난연성 화학물질을 추가하지 않고도 발화성을 감소시키는 것 외에도 착용자의 편안함을 극대화시킨다. NuGard를 포함하는 물품은 따뜻한 날씨에서는 매우 시원하고 자연스럽게 궁극적인 부드럽고 비단 같은 태(silky hand)를 가지고 있으며 통상적으로 처리된 면과 폴리에스테르에 비해 얼룩과 주름이 감소하는 경향을 나타낸다. Nugard가 장착된 스웨트 링(sweat ring)은 미세-증발력(micro-evaporation power)으로 인해 존재하지 않는다. 천연 왁스는 즉각적인 유출을 방지하고, 착용자를 시원하고 피부에 건조하게 유지하면서 안과 밖으로의 증기 수송을 용이하게 한다. 성능을 저하시키는 대신, 지속 가능한 저 에너지 공정은 향상된 편안함, 빠른 드라이 클리닝(dry laundry) 및 용이한 관리 조건과의 상승 효과를 발휘한다. 누가드 면을 포함하는 본 발명의 이중-영역 면 섬유는 예를 들어 셔츠, 양말, 바지, 스웨터, 모자, 스카프, 게이터(gator), 스웨트(sweat), 코트, 속옷, 스포츠웨어, 스커트, 드레스, 상의 및 담요와 같은 유아(infant), 소아(toddler), 어린이 및 어른용의 의류를 포함하는 대부분의 의류로 제조될 수 있다. 본 발명의 다른 구현예는 의복 및 의류의 대부분의 디자인 및 스타일을 생성하는데 있어서, 예를 들어 피혁, 금속, 플라스틱 및 다른 중합체와 같은 추가의 섬유 및 다른 재료와 결합된 본 발명의 섬유를 포함하는 재료를 포함한다. 속옷, 데님 청바지, 시팅(sheeting), 침구류, 아동복 등과 같은 작업용 면 직물 물품은 DuraGard 물품이라고 할 수 있다.
왁스로 코팅된 표면으로 인하여, 처리된 면은 다음과 같은 바람직한 특성을 갖는다: (i) 증가된 내염색성 및 개선된 발오 특성(soil release characteristics); (ii) 자연스러운 부드러움 및 태; (iii) 보다 건조하고 편안한 수면을 제공하는 자연 발수성; (iv) 다이아몬드와 블렌딩된 경우 복사 열 손실의 91%를 차단하여 우수한 열 쾌적성을 제공함; (v) 강화된 직물 심지 능력(fabric wick ability); 및 (vi) 염색과 관련된 문제가 적음. 이렇게 처리된 면을 사용하여 제조된 직물은 일반적으로 사용되는 덜 가혹한 제조 및 공정 처리로 인해 최종 직물에서 더 큰 중합도(DP)를 경험할 것이다. 결과적으로, 본 발명의 한 구현예의 발수성 면의 비교에서, 물 비딩(water beading)을 직물 상에서는 나타내고 직물 내에서는 나타내지 않는 반면, 통상적인 면은 물이 직물에 흡수됨을 나타낸다. 또한 가공 손상이 적기 때문에, 직물의 강도가 증가(약 14%)하고 연신율이 증가(약 14%)한다. 또한, 보다 온화한 처리로 관련 에너지 비용을 줄이고(최소 약 20%) 또한 물 소비 및 폐수 처리 요구 사항도 낮춘다. 또한, 공정이 저온에서 수행되는 것이 바람직하기 때문에 CO2 배출량도 (최소 약 17%) 낮아진다.
본원에 도시되고 기재된 본 발명의 형태는 현재 바람직한 구현예로 간주된다. 본 발명의 영역을 벗어나지 않으면서 상기 방법의 단계에서 이루어진 구성 요소 또는 조절부의 형상, 크기 및 배열에 다양한 변경이 가해질 수 있다. 예를 들어, 본원에 예증되고 기술된 것들이 균등한 요소로 대체될 수 있으며, 본 발명의 특정 특징들은 다른 특징들의 사용과 독립적으로 이용될 수 있으며, 이들 모두는 본 발명의 이러한 설명의 이점을 얻은 후에 당업자에게 명백해질 것이다.
본원에서 사용되는 "내발화성"이란 용어는 (a) FAR 25.853 (b) 항공기 시트 쿠션의 가연성, 또는 (b) 가연성 시험 또는 45도 각도 화염 충돌 시험 (16 CFR1610, 의류 직물의 가연성 기준)을 만족스럽게 통과하는 섬유 또는 섬유 조립체를 나타낸다.
본원에 사용된 용어 "섬유 조립체"는 사, 모와 유사한 보풀, 배트(batt), 매트, 웹(web) 또는 펠트(felt)의 형태인 다수의 섬유에 적용되며, 형성된 시트, 스크린 또는 패널, 편조된(braided), 편직된 또는 제직된 천 또는 직물 등을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "응집" 또는 "응집성"이라는 용어는 특히 사 제조 동안에 섬유를 함께 유지하는 힘에 특히 적용되며, 사용되는 윤활제의 유형 및 양, 섬유의 주름 및 꼬임의 함수이다.
본원에서 사용되는 용어 "키에르 공정"은 1차 셀룰로오스 중합체 기재로부터의 비누화에 의해 오일 및 왁스를 제거하기 위해 면을 비등시킴으로써 원료 면을 처리하는 선행 기술의 표준 공정을 나타낸다.
"고온 고 알칼리도 가공된 면화"라는 용어는 100℃ 근처의 온도에서 수행되는 키에르 공정 또는 이와 유사한 공정으로 처리된 면을 의미한다.
본원에 개시된 모든 백분율은 달리 명시되지 않는 한 "중량%"이다.
하기 실시예는 본 발명의 구현예를 예증하지만, 본 발명의 영역을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
실시예 1
과산화물을 사용한 표백
면 직물에 3 내지 4 gpl, 과산화수소(50 %), 2 gpl 가성 소다 (NaOH) 및 1 gpl의 저 발포성 계면활성제/안정화제(예: Crosprep HES)를 포함하는 용액을 10/1 직물 대 액 비(fabric to liquor ratio)로 가한다. 직물 및 용액을 15분에 걸쳐 60℃로 가열한다. 저온 과산화물 표백(예: Crosprep CAT)에 적합한 촉매 1 gp1을 가하고 직물을 이 혼합물 속에서 60℃의 온도에서 45분 동안 가열한 다음 배수시키고 재충전한다. pH가 6.5 내지 7.0으로 안정화될 때까지 아세트산을 5분에 걸쳐 가한다. 이후에, 직물을 안정화된 액체 카탈라아제(예: Croszyme PEK)로 10분 동안 처리하여 잔류하는 과산화물을 중화시킨다. 직물을 세정하고, 배수시키고 건조시킨다.
면 사(cotton yarn)를 압력 염색기에서 효과적으로 표백할 수 있다. 표백 액의 pH는 소다 회(soda ash)로 pH를 제어하도록 쉽게 조절될 수 있다. 표백 용액은 표백의 균일성을 보장하기 위해 사 패키지의 바깥 쪽과 바깥 쪽을 교대로 제공하도록 자동으로 프로그래밍된다. 아세트산 세정은 천을 중성 근처에 유지하도록 제어될 수 있다. 이어서 카탈라아제로 처리하여 잔류하는 과산화물을 제거하고 최종 세정을 수행한다.
산소를 사용한 표백
새로운 저온, 저 알칼리 표백 시스템에 패키지 염색 설비를 사용하는 장점은 마무리 설비 작업(finishing plant operation)을 통해 염소 표백 시스템에서 언급한 것과 본질적으로 동일하다. 이러한 염색 공정 동안, pH 제어는 표백 시스템에 대해 유지된다. pH는 패키지 염색기의 첨가 시스템을 통해 지속적으로 모니터링된다.
염소를 사용한 표백
직물은 pH 7.5 내지 8.0에서 0.2g/l 습윤제 및 1 gpl 염소 표백제를 함유하는 용액에서 100% 습윤 픽업(wet pick up)으로 패딩(padding)하고 실온에서 20분 동안 J 박스에 보관한다. 심하게 변색된 직물의 경우에는 온도가 상승될 수 있지만 40℃를 초과 할 수 없다. pH 조절을 위하여, 소다 회가 완충 효과 때문에 바람직하기 때문에 천은 6.8 내지 7.2의 최종 pH를 수득하기 위해 아세트산 세정이 필요하지 않을 것이다. 미반응된 염소를 제거하기 위한 중아황산나트륨 또는 티오황산나트륨을 사용한 안티클로르 처리(antichlor treatment)로 표백 공정을 완료시킨다.
원료 면 섬유(ecru)로부터 유도된 섬유는 70℃ 미만, 바람직하게는 주위 온도 또는 실온에서 OX- 시스템(여기서, X는 할로겐이고 pH는 6.5 내지 8이다)를 포함하는 표백 용액으로 표백된다.
염색
염료 욕(dye bath)은 직물에 대한 적절한 농도의 염료, Croscolor SLR New와 같은 1 gpl의 소포제, 1 gpl의 Croscour HP-JS 및 표 3으로부터의 염 농도로 설정한다. 온도는 60℃로 증가시키고 20분 동안 염색한다. 소다 회(표 3 참조)를 가하고 염색을 추가로 40분 동안 계속한다. 욕을 하강시키고 직물에 1 gpl 아세트산이 함유된 가열(60℃) 세정을 제공한다. 욕을 하강시키고 직물을 60℃에서 10분 동안 1 gpl Croscolor BCSR로 소핑(soaping)한 다음 10분 동안 가열(60℃) 세정하고 10분 동안 냉각 세정(20℃)을 수행한다. 셀룰로오스 함유 직물의 처리는 표준 준비 처리 후에 계속한다.
또 다른 염소 표백 방법은 패키지 염색 장비를 사용하는 것이다. 이 방법은 가공 설비에서의 연속 표백에 비해 상당한 이점을 제공한다. 공정의 pH는 첨가 탱크(add tank)를 통해 지속적으로 모니터링되며 작업 실시 동안에 보정이 이루어질 수 있다. 안티 클로르 처리 후, 사 패키지는 건조될 필요는 없지만 염색 작업은 즉시 시작될 수 있다. 이 표백 방법은, 예를 들어 색상 라인에서 또는 물품 개질을 위하여, 물품 변화를 만들고 시험하기 위하여, 작은 실시에서 사용할 수 있다. 또한, 이 방법은 패키지 표백/염색 공정 동안에 정상적인 수축이 발생할 것이기 때문에 사의 보다 우수한 수축 제어를 제공한다.
실시예 2
발호되고(desized) 표백된 면 프린트 직물(중량이 3.03 osy (oz/yd2)인 시험직물 스타일 400)을 0.75 퍼센트 owf(직물 중량 기준) 유화된 칸델릴라 왁스 및 0.1 퍼센트의 비이온성 습윤제의 용액으로 100% 습윤 픽업에서 처리하였다. 건조 후, 직물은 45℃ 가연성 시험 (16C.R. § 1610, 의류 직물의 가연성 기준)을 통과했으며 4초의 화염 충돌 후에도 발화하지 않았다.
실시예 3
발호되고 표백된 군대용의 카딩된 면 새틴(army carded cotton sateen)(중량이 6.93 osy인 시험직물 스타일 428, 표백되고 머서화되고(mercerized) 카딩된 면 광폭 천(중량이 3.53 osy인 시험직물 스타일 453) 및 면 시팅(cotton sheeting)(중량이 4.45 osy인 시험직물 스타일 493)은 상기한 방식으로 직물에서 처리한 후 동일한 결과(45℃의 가연성 시험을 통과함)를 제공하였다(유화된 0.75% owf(직물 중량 기준) 유화된 칸델릴라 왁스 및 0.1% 비이온성 습윤제의 용액으로 100% 습윤 픽업에서 처리됨).
실시예 4
상기와 같이 처리된 방적된 비스코스 찰리스(spun Viscose challis) (ISO-105/F02, 시험직물 266, 무게 4.07 osy)는 4초의 화염 충돌 후에도 발화되지 않았다.
실시예 5
상기와 같이 처리된 면/리넨 56/44 블렌딩된 직물(시험직물 스타일 L5040, 중량 6.4 osy)은 4초의 화염 충돌 후에도 발화하지 않았다. 칸델릴라 왁스를 밀납으로 대체한 경우에도 동일한 결과가 수득되었다. Jojoba와 Carnauba의 50/50 유화된 블렌드를사용했을 때도 동일한 결과가 수득되었다.
상기 언급된 발호되고 표백된 프린트 천(시험직물 스타일 400)은 75% 습윤 픽업에서 올레산 및 스테아르산의 1.0% 블렌드(50/50 w / w) 혼합물로 처리하였다. 건조 후, 직물은 4초의 화염 충돌 후에도 발화되지 않았다. 내발화성 보호는 직물을 세탁하여 산 블렌드를 제거한 후에 발생하지 않았다.
실시예 6
본 개시내용의 이중-영역 면 섬유의 비-가연성 및 내발화성은 14 C.F.R.§ 25.853(b)에 설정된 시험 과정에 따라 측정된다. 시험은 다음과 같이 수행된다.
최소 3개의 1 인치 x 6 인치 x 6 인치 (2.54cm x 15.24cm x 15.24cm)의 시험편(위에서 제조한 이중-영역 전체 면 섬유의 배팅(batting)으로부터 유도됨.) 시험편은 시험 전에 70℃±3℃ 및 5% 상대 습도의 온도에서 24시간 동안 유지된 컨디셔닝 실(conditioning room)내에 이들을 유지시킴으로써 컨디셔닝한다.
각 시험편은 수직으로 지지되고 높이가 1.5 인치(3.8 cm)인 공칭 I.D. 튜브(nominal I.D. tube)가 있는 Bunsen 또는 Turill 버너에 노출시킨다. 최소 화염 온도는 화염 중앙에 있는 보정된 열전쌍 고온계로 측정되며 1550°F (843℃)이다. 시험편의 하단 가장자리는 버너의 상단 가장자리보다 0.75 인치(1.91cm) 높다. 화염은 시험편의 하단 가장자리의 클러스터 라인(cluster line)에 12초 동안 적용한 후 제거한다.
시험에 따라, 재료는 자체 소화(self-extinguishing)된다. 평균 연소 길이는 8인치 (20.32cm)를 초과하지 않으며 화염 후 평균은 15초를 초과하지 않으며 화염 방울은 연소 시험 캐비닛 바닥에 떨어진 후 5초 이상 연소를 지속하지 않았다.
실시예 7
오존은 인디고(indigo)와 같은 염료의 탈색에 효과적인 것으로 밝혀졌다 (Wasinger/Hall의 미국 특허 제5,313,811호, 제5,366,510호 및 제5,531,796호 참조). 오존은 또한 가공 설비 작업에서 발호되고 준비된 물품의 표백제로서 효과적이다(Wasinger/Hall의 미국 특허 제5,376,143호 참조). 오존은 일반적인 가공 설비 과정에서 왁스를 제거하는 것을 포함하기 때문에 원료 면 물품의 표백제로 사용되지 않았을 수 있다.
원료 면 사는 처리의 시간, 오존 농도 및 수온에 따라 75 내지 85 (AATCC Method 110 "미국 섬유 화학자 및 염색업자 협회(American Association of Textile Chemists and Colorists)")의 범위의 백색도로 면 왁스를 제거하지 않고 오존을 사용하는 포장 염색기에서 표백할 수 있다. 이렇게 표백된 물품은 어떠한 측정 가능한 왁스 제거도 없이 물품의 습윤성이 증가함에 따라 이의 초기 인장 강도의 거의 모두를 유지하는 것으로 밝혀졌다. 처리 후 패키지는 염색 준비가 완료된다.
1 파운드의 모튼(Morton) 샘플 패키지 염색기에 탈이온수 (pH 6.9 내지 7.2 및 15 내지 18℃), 사 패키지를 통해 5분 동안 안과 밖으로 순환하는 0.10 gpl Tergitol 습윤제 owb를 가한다. 건조 공기 유동으로 및 10 psi의 압력에서 ClearWater Tech (모델 CD2000P) 발생기로부터의 오존을 바람직한 백색도 수준에 따라 30 내지 60 분에 걸쳐 연속적으로 가하였다. 공기 사이클은 외부에서 내부로 5분 및 내부에서 외부로 5분이었다. 탈이온수로 2회 세정(2회의 내부-외부 사이클)한 후에, 패키지를 통상적인 방법으로 건조시켰다. 염색이 발생하면, 패키지는 이미 준비되어 있고 염색 전에 미리 건조시킬 필요가 없다. 패키지가 느슨한 상태로 권취되기 때문에, 정상적인 수축이 발생하고 이에 따라서 최종 의복의 수축이 완화된다. 또 다른 장점은 전체 가공 기계 시험을 위한 충분한 직물을 생산하기 위해 장시간 실시를 수행할 필요없이 작은 로트(lot)가 색상 및 기타 특성을 평가할 수 있다는 것이다.
오존은 하이드록실(OH-) 라디칼을 생성하는데, 이 라디칼은 승온에서 짧게 지속되지만 냉수 속에서 충분히 안정하여 오존 자체와 함께 표백을 효과적으로 촉진한다.
이러한 표백 시스템의 추가의 이점은 유출물 내의 BOD(생화학적 산소 요구량)가 부재한다는 점; 면물품 내의 어떠한 박테리아나 곰팡이도 파괴된다는 점을 포함한다.
포장기의 사용은 또한 직물 표백에 대해 기술된 것과 본질적으로 동일한 저온 공정을 사용하는 표백에도 유용하다. 이러한 공정의 장점은 사가 이제는 직물 표백과 함께 사용되는 예비-건조 단계없이 염색 준비가 된다는 점이다.
본 발명의 다른 구현예 및 용도는 본원에 개시된 본 발명의 명세서 및 실시의 고려 사항으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 모든 간행물 및 모든 미국 및 외국 특허 및 특허원을 포함하여, 본원에 인용된 모든 참고문헌은 구체적으로 및 전체적으로 참조로 포함된다. 용어 '함유하는'은 용어 '구성되는' 및 '본질적으로 구성되는'을 포함하는 것으로 의도된다. 또한, 용어 '함유하는', '포함하는' 및 '포함한'은 제한하려는 의도가 아니다. 본 명세서 및 실시예는 다음의 청구범위에 의해 나타내어지는 본 발명의 진정한 영역 및 사상만을 갖는 예시적인 것으로 고려되는 것으로 의도된다.

Claims (40)

  1. 이중-영역 면 섬유(bi-regional cotton fiber)로서,
    셀룰로오스 중심, 및 왁스를 포함하는 외부 표면을 포함하는, 이중-영역 면 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬유가 표백되는, 이중-영역 면 섬유.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 섬유가 염소, 오존, 과산화물, 차아염소산 염 또는 이들의 조합으로 표백되는, 이중-영역 면 섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 왁스가 상기 섬유의 0.4 중량% 이상으로 포함되는, 이중-영역 면 섬유.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 왁스가 상기 섬유의 약 0.4 중량% 내지 약 25 중량%으로 포함되는, 이중-영역 면 섬유.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 왁스가 상기 섬유의 약 14 중량% 내지 약 16 중량%으로 포함되는, 이중-영역 면 섬유.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 왁스가 천연 왁스, 합성 왁스, 유화된 왁스 또는 이들의 혼합물인, 이중-영역 면 섬유.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 천연 왁스가 면 왁스, 호호바 왁스(jojoba wax), 콩 왁스, 카나우바 왁스(carnauba wax) 또는 이들의 조합인, 이중-영역 면 섬유.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 왁스가 약 70℃ 이상의 융점 온도를 갖는, 이중-영역 면 섬유.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 왁스가 약 90℃ 이상의 융점 온도를 갖는, 이중-영역 면 섬유.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 이중-영역 면 섬유는 천연 면 섬유와 비교하여 적어도 10% 더 큰 인장 강도를 갖는, 이중-영역 면 섬유.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 이중-영역 면 섬유는 천연 면 섬유와 비교하여 적어도 20% 더 큰 인장 강도를 갖는, 이중-영역 면 섬유.
  13. 제1항에 있어서,
    비누화된 산 또는 이의 유도체를 상기 섬유의 상기 외부 표면에 적용하는 것을 추가로 포함하는, 이중-영역 면 섬유.
  14. 제13항에 있어서,
    비누화된 산 또는 이의 유도체가 라우르산, 미리스트산, 팔 미트산, 스테아르산, 올레산 또는 이들의 조합을 포함하는, 이중-영역 면 섬유.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 이중-영역 면 섬유는 난연성 및/또는 내발화성인, 이중-영역 면 섬유.
  16. 제15항에 있어서,
    FAR 25.853(b)에 따라 수행된 수직 연소 시험을 충족하거나 초과하는, 이중-영역 면 섬유.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 이중-영역 면 섬유는 유해 화학 물질을 함유하지 않는, 이중-영역 면 섬유.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 유해 화학 물질이 유기 할로겐을 포함하는, 이중-영역 면 섬유.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 이중-영역 면 섬유는 천연 면 섬유와 비교하여 물 흡수성이 감소된, 이중-영역 면 섬유.
  20. 복수의 제1항에 따른 이중-영역 섬유를 포함하는, 물질.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 물질은 난연성 및/또는 내발화성인, 물질.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 물질은 천연 면 섬유와 비교하여 물 흡수성이 감소된, 물질.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 물질은 통상적인 면보다 큰 방추성(wrinkle resistance) 갖는, 물질.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 물질은 추가의 섬유를 추가로 포함하는, 물질.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 추가의 섬유가 천연 섬유, 합성 섬유, 탄소질 섬유 및 이들의 조합을 포함하는, 물질.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 합성 섬유가 폴리에스테르를 포함하는, 물질.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 합성 섬유가 약 50 내지 약 90%의 폴리에스테르 및 약 10 내지 약 50%의 이중-영역 섬유를 포함하는, 물질.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 탄소질 섬유가 가요성 이중-영역 탄소질 섬유인, 물질.
  29. 제20항에 있어서,
    상기 물질은 유아(infant), 소아(toddler), 어린이 또는 성인을 위한 의류를 포함하는, 물질.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 의류가 셔츠, 양말, 바지, 스웨터(sweater), 스웨트(sweat), 게이터(gator), 모자, 스카프, 코트, 속옷, 스포츠웨어, 스커트, 드레스, 상의(top), 담요, 및 이들의 디자인 및 조합을 포함하는, 물질.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 의류가, 상태가 체온보다 높고/높거나 체온보다 낮은 환경에서 착용하기에 적합한, 물질.
  32. 면 섬유를 표백하는 단계; 및
    상기 섬유에 왁스를 적용하는 단계를 포함하는, 섬유의 제조방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 표백하는 단계가 섬유를 염소, 오존, 과산화물, 차아염소산염 또는 이들의 조합로 처리하는 단계를 포함하는, 섬유의 제조방법.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 표백하는 단계가 약 40℃ 이하에서 수행되는, 섬유의 제조방법.
  35. 제32항에있어서,
    상기 표백하는 단계가 실온 또는 주위 온도에서 수행되는, 섬유의 제조방법.
  36. 제32항에 있어서,
    상기 표백하는 단계가 약 6 내지 약 8의 pH에서 수행되는, 섬유의 제조방법.
  37. 제32항에 있어서,
    상기 섬유가 첨가된 유해한 화학물질 없이 내발화성을 포함하는, 섬유의 제조방법.
  38. 제32항에 있어서,
    표백 후 및 왁스의 도포 전에 세척 단계가 수행되지 않는, 섬유의 제조방법.
  39. 제32항에 있어서,
    폴리에스테르 섬유를 가하는 단계를 추가로 포함하는, 섬유의 제조방법.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 섬유가 트리메톡시 메틸 실란의 가수 분해된 부분 축합의 용액으로 처리된, 섬유의 제조방법.
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