KR20180027871A - 방호복용 고강도 원단 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방호복용 고강도 원단 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 방호복용 고강도 원단은 파라-아라미드(para-aramid) 섬유로 제직된 원단, 및 상기 원단 상의 발수층(water repelling layer)을 포함하며, 상기 발수층은 불소계 발수제 및 가교제를 포함하는 발수층 형성용 조성물로 상기 원단을 처리함으로써 형성된다.
상기 방호복용 고강도 원단은 방호용 파라-아라미드 원단의 발수/방우 성능 향상을 통해 방탄 및 방검 성능이 향상되어, 방탄 및 방검 성능 뿐만 아니라 발수/방우 성능도 우수하다.

Description

방호복용 고강도 원단 및 이의 제조 방법{HIGH STRENGTH FABRIC AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 방호복용 고강도 원단 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방호용 파라-아라미드 원단의 발수/방우 성능 향상을 통해 방탄 및 방검 성능이 향상되어, 방탄 및 방검 성능 뿐만 아니라 발수/방우 성능도 우수한 방호복용 고강도 원단에 관한 것이다.
현대사회는 강력사건의 증가와 사회적 충돌로 인하여 여러 형태의 사고가 빈번히 일어나고 있으며 최근 해외에서도 테러에 의한 인명 살상이 빈번하게 발생하고 있으며 국내에서도 강력사건 증가로 인한 여러 형태의 사건이 일어나게 되면서 외부에서 가해지는 충격 및 위해로부터 인체의 손상을 최소화하기 위해 사용되는 방호복의 중요성이 더욱 더 높아지고 있다.
방호복은 국방 및 치안분야 종사자를 비롯하여 범죄 또는 기타 위험요소로부터 개인의 안전을 도모하기 위한 용도로서 필수적으로 필요하며 안전성과 더불어 쾌적성과 유연성을 동시에 갖추어야 하며 이러한 방호복 소재로는 파라-아라미드 원단 및 고강도 폴리에틸렌 쉬트 소재가 대표적이며 특히 파라-아라미드 섬유의 경우 국내 원사 제조 업체들이 앞 다투어 개발하고 있으며 사업화되고 있는 실정이다.
그러나, 상기 파라-아라미드 섬유로 제직한 생지 원단의 경우 수분 흡수에 의한 방호 성능 저하 현상이 발생하며 일반 발수 가공 처리시에도 기능성이 부족하여 만족할 만한 성능을 확보하기 어렵다.
본 발명의 목적은 방호용 파라-아라미드 원단의 발수/방우 성능 향상을 통해 방탄 및 방검 성능이 향상되어, 방탄 및 방검 성능 뿐만 아니라 발수/방우 성능도 우수한 방호복용 고강도 원단을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방호복용 고강도 원단의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 파라-아라미드(para-aramid) 섬유로 제직된 원단, 및 상기 원단 상의 발수층(water repelling layer)을 포함하며, 상기 발수층은 불소계 발수제 및 가교제를 포함하는 발수층 형성용 조성물로 상기 원단을 처리함으로써 형성된 것인 방호복용 고강도 원단을 제공한다.
상기 불소계 발수제는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 가교제는 이소시아네이트계, 멜라민계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 발수층 형성용 조성물은 폴리아크릴레이트계, 폴리에스터계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 원단 유연성 조절제를 더 포함할 수 있다.
상기 발수층 형성용 조성물은 상기 불소계 발수제 1 내지 7 중량%, 상기 가교제 1 내지 5 중량% 및 나머지 함량의 용매를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 파라-아라미드 섬유로 원단을 제직하는 단계, 불소계 발수제 및 가교제를 포함하는 발수층 형성용 조성물을 준비하는 단계, 및 상기 발수층 형성용 조성물로 상기 원단을 처리하는 단계를 포함하는 방호복용 고강도 원단의 제조 방법을 제공한다.
상기 발수층 형성용 조성물로 상기 원단을 처리하는 단계 전에, 상기 원단을 계면활성제(surfactant)를 포함하는 정련제(scouring agent)로 정련하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 방호복용 고강도 원단은 방호용 파라-아라미드 원단의 발수/방우 성능 향상을 통해 방탄 및 방검 성능이 향상되어, 방탄 및 방검 성능 뿐만 아니라 발수/방우 성능도 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방호복용 고강도 원단의 제조 과정을 모식적으로 나타낸 그림이다.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방호복용 고강도 원단은 파라-아라미드(para-aramid) 섬유로 제직된 원단, 및 상기 원단 상의 발수층(water repelling layer)을 포함하며, 상기 발수층은 불소계 발수제 및 가교제를 포함하는 발수층 형성용 조성물로 상기 원단을 처리함으로써 형성될 수 있다.
상기 파라-아라미드 섬유는 상기 원단의 경사 및 위사로 각각 사용될 수 있다. 또한, 상기 원단의 경사 및 위사 중 어느 하나로 상기 파라-아라미드 섬유를 사용하고 다른 하나로 상기 파라-아라미드 섬유 이외의 섬유를 사용할 수도 있다.
상기 파라-아라미드 섬유는 200 내지 3000 데니어의 섬도를 가질 수 있다.
또한, 상기 파라-아라미드 섬유는 100 내지 600 g/m2의 평량을 가질 수 있다.
상기 파라-아라미드가 상기 섬도 및 평량을 가지는 경우 방탄 및 방검 성능 측면에서 유리하다. 다만, 상기 파라-아라미드의 섬도 및 평량이 본 발명에서 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 원단을 제직하는 공정은 평직(plain weave) 또는 바스켓직(basket weave)을 통해 수행될 수 있다. 경사밀도 및 위사밀도는 각각 5 내지 15 본/cm일 수 있으며, 얻어지는 원단은 5,000 내지 10,000 N/5cm의 인장강도를 가질 수 있다. 다만, 본 발명에서 상기 원단의 경사밀도, 위사밀도 및 인장강도가 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 원단이 완성되면 상기 파라-아라미드 섬유로 제직된 원단에 부착되어 있는 유제 또는 이물질을 제거하기 위한 정련(scouring) 공정이 선택적으로 실시될 수 있다.
일반적으로 상기 파라-아라미드 섬유는 지관에 권취되기 직전에 가해지는 방사 유제(spinning oil)를 그 표면 상에 가질 수 있다. 이와 같은 유제가 표면에 묻어 있는 상태에서 후술하는 발수층 형성용 조성물로 원단을 처리할 경우 발수층 형성용 조성물과 원단 사이의 강한 결합력을 기대할 수 없다. 그 결과, 시간의 경과에 따른 발수 특성의 급격한 저하 및 그로 인한 방탄 및 방검 성능의 저하가 초래될 수 있다. 따라서, 후술하는 발수 처리 전에 원단에 부착되어 있는 유제 또는 이물질을 제거하기 위한 정련 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
상기 정련 공정은 40 내지 100 ℃에서 NaOH 및/또는 Na2CO3와 같은 계면활성제(surfactant)를 포함하는 정련제(scouring agent)를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 정련제로 원단을 처리한 후 수세 공정 및 건조 공정이 순차적으로 수행될 수 있다.
이어서, 불소계 발수제 및 가교제를 포함하는 발수층 형성용 조성물을 준비한 후, 상기 발수층 형성용 조성물로 상기 원단을 처리함으로써 상기 원단 상에 발수층을 형성할 수 있다.
상기 파라-아라미드 섬유로 제직한 원단은 수분 흡수에 의하여 방호 성능이 저하되는 문제가 있으나, 상기 방호복용 고강도 원단은 상기 발수층 형성을 통하여 상기 파라-아라미드 섬유의 발수/방우 성능을 향상시켜 수분 흡수가 차단됨으로써 방탄 및 방검 성능이 향상된다.
상기 불소계 발수제는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1로 표시되는 불소계 발수제는 양 말단이 수소, 메틸기 등의 엔드 캡핑(end-capping)기로 캡핑될 수 있으며, 본 발명에서 상기 엔드 캡핑기는 수소 또는 메틸로 한정되는 않으며, 종래 일반적으로 사용되는 불소계 고분자의 엔드 캡핑기이면 어느 것이나 사용 가능하다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 불소계 발수제는 블록형 또는 랜덤형 고분자일 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 불소계 발수제가 블록형 고분자인 경우 상기 l, n, o, p 반복 단위들이 순차적으로 배열되지 않을 수 있고, 상기 l, n, o, p 반복 단위들 각각이 복수개로 포함될 수도 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 불소계 발수제가 랜덤형 고분자인 경우 상기 l, n, o, p 반복 단위들 각각이 단수개 또는 복수개로 무작위적으로 배열될 수 있다.
상기 가교제는 이소시아네이트계, 멜라민계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
구체적으로, 상기 이소시아네이트계 가교제는 이소시아네이트 작용기(isocianate functional group)를 가질 수 있고, 더욱 구체적으로, 상기 가교제는 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocianate) 또는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocianate)일 수 있다.
상기 발수층 형성용 조성물은 폴리아크릴레이트계, 폴리에스터계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 원단 유연성 조절제를 더 포함할 수 있다. 상기 발수층 형성용 조성물이 상기 원단 유연성 조절제를 더 포함하는 경우 상기 원단의 유연성을 조절함으로써 상기 방호복용 고강도 원단의 방호 성능 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 발수층 형성용 조성물은 상기 불소계 발수제 1 내지 7 중량%, 상기 가교제 1 내지 5 중량% 및 나머지 함량의 용매를 포함할 수 있다.
상기 불소계 발수제는 상기 원단에 발수성을 부여하는 역할을 하는 것으로서, 그 함량이 1 중량% 미만일 경우 원하는 발수성을 기대하기 어렵고, 그 함량이 7 중량%를 초과할 경우 발수성 증가는 크지 않은 반면 원단의 유연성이 오히려 떨어질 수 있다.
상기 가교제는 원단에 발수성을 부여하는 성분, 즉 상기 불소계 발수제와 원단 사이의 결합을 강화시킴으로써 가혹한 환경 하에서 및 장기간 사용 후에도 원단의 방탄 및 방검 성능 저하가 최소화되도록 한다. 상기 가교제의 함량이 1 중량% 미만일 경우에는 원하는 만큼의 발수성 유지가 어렵고, 그 함량이 5 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 효과가 나타나지 않고 제조비만 상승하는 문제점이 있다.
상기 발수층 형성용 조성물은 선택적으로 소포제를 더 포함할 수 있다. 상기 소포제의 함량은 0.1 내지 0.5 중량%일 수 있다. 상기 소포제의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 기포 제거 기능이 떨어질 수 있고, 그 함량이 0.5 중량%를 초과하는 경우 상대적으로 발수성 및 유연성 부여를 위한 다른 성분들의 비율이 낮아져 원단의 발수성 및 유연성이 떨어질 수 있다. 상기 소포제로는 디프로필렌글리콜 등을 사용할 수 있다.
상기 발수층 형성용 조성물은 선택적으로 중화제, 침투제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 중화제, 침투제, 소포제 등의 종류 및 함량은 본 발명의 기술 분야에서 종래 일반적으로 사용되는 것이면 어느 것이나 사용 가능하며, 본 발명에서 특별히 한정되지 않는다.
상기 발수층 형성용 조성물을 상기 원단을 처리하는 방법으로는 패딩(padding), 코팅, 침지(dipping), 분무, 브러싱, 또는 필름-코팅 등의 방법에 의해 수행될 수 있다. 도 1은 상기 침지 방법에 따라 상기 방호복용 고강도 원단의 제조 과정을 모식적으로 나타낸 그림이다.
상기 발수층 형성용 조성물을 상기 원단에 처리한 후, 형성된 발수층을 선택적으로 건조 및 경화(cure)시킬 수 있다. 상기 건조 및 경화 공정은 120 내지 200℃의 온도에서 15 내지 150초 동안 이루어질 수 있다. 상기 건조 및 경화 공정의 온도가 120℃ 미만이거나 시간이 15 초 미만이면 발수 처리 효과가 떨어질 수 있고, 온도가 200℃를 초과하거나 시간이 150초를 초과하는 경우 원단의 손상이 야기될 수 있다.
상기 제조된 방호복용 고강도 원단은 Water repellency(ISO 4920)가 Spray test 5급 이상이고, Water repellency(ISO 9865)가 Bundesmann test 4급 이상이고, 10 분 water absorption 15 중량% 이하이다.
또한, 상기 방호복용 고강도 원단은 원단의 유연성(ASTM D4032)이 Circular bend test 25 내지 60 N이다.
또한, 상기 방호복용 고강도 원단은 방탄 성능이 NIJ(National Institute of Justice) Standard 0101.06, Level ⅢA 357Sig.이고, .44Mag. 탄환의 후면변형 개선 가능하며, Stanag 2920 FSP(Fragment Simulation Projectile)의 관통성을 가지며, (V50) 개선이 가능하다.
또한, 상기 방호복용 고강도 원단은 방검 성능이　NIJ(National Institute of Justice) Standard 0115.00, Level 1의 S1 blade(양날칼)의 관통 깊이 개선이 가능하다.
이와 같이 제조된 상기 방호복용 고강도 원단은 10 내지 50 매가 적층된 적층체를 이용하여 방탄복으로 제조될 수 있다. 이와 같이 제조된 방탄복은 우수한 발수성 및 유연성을 가지며, 가혹한 환경 하에서 및 장기간 사용 후에도 방탄 및 방검 성능의 저하가 최소화될 수 있다.

Claims (7)

  1. 파라-아라미드(para-aramid) 섬유로 제직된 원단, 및
    상기 원단 상의 발수층(water repelling layer)을 포함하며,
    상기 발수층은 불소계 발수제 및 가교제를 포함하는 발수층 형성용 조성물로 상기 원단을 처리함으로써 형성된 것인 방호복용 고강도 원단.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불소계 발수제는 하기 화학식 1로 표시되는 것인 방호복용 고강도 원단.
    [화학식 1]
    Figure pat00003
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가교제는 이소시아네이트계, 멜라민계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 방호복용 고강도 원단.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 발수층 형성용 조성물은 폴리아크릴레이트계, 폴리에스터계 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 원단 유연성 조절제를 더 포함하는 것인 방호복용 고강도 원단.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 발수층 형성용 조성물은 상기 불소계 발수제 1 내지 7 중량%, 상기 가교제 1 내지 5 중량% 및 나머지 함량의 용매를 포함하는 것인 방호복용 고강도 원단.
  6. 파라-아라미드 섬유로 원단을 제직하는 단계,
    불소계 발수제 및 가교제를 포함하는 발수층 형성용 조성물을 준비하는 단계, 및
    상기 발수층 형성용 조성물로 상기 원단을 처리하는 단계를 포함하는
    방호복용 고강도 원단의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 발수층 형성용 조성물로 상기 원단을 처리하는 단계 전에, 상기 원단을 계면활성제(surfactant)를 포함하는 정련제(scouring agent)로 정련하는 단계를 더 포함하는 것인 방호복용 고강도 원단의 제조방법.
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