KR20190087602A - 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법 그리고 실 및 패브릭에서의 이러한 섬유의 용도 - Google Patents

나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법 그리고 실 및 패브릭에서의 이러한 섬유의 용도 Download PDF

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Abstract

본 개시내용은 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포된 다이아몬드 입자를 갖는 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유 및 필라멘트의 제조 방법에 관한 것이다. 공정은 열가소성 중합체, 및 약 0.001중량% 내지 약 0.25중량%의, 나노크기의 다이아몬드 입자를 포함하는 재료를 융융 압출시키는 단계를 포함한다. 본 개시내용은 또한 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유 또는 필라멘트를 포함하는 실 및 패브릭, 및 이러한 실 및/또는 패브릭을 포함하는 의복에 관한 것이다. 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유 및 필라멘트를 포함하는 실 및 패브릭은 향상된 열적 특성, 향상된 기계적 특성, 및/또는 향상된 연성을 갖는 것을 발견하였다.

Description

나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법 그리고 실 및 패브릭에서의 이러한 섬유의 용도
본 개시내용은 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법, 및 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 포함하는 패브릭 및 의복(garment)에 관한 것이다. 특히, 본 개시내용은 나노크기의 다이아몬드 입자가 섬유 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유, 및 용융 압출 공정에 의해서 이러한 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다. 나노크기의 다이아몬드 입자를 섬유 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포시킴으로써, 다이아몬드 입자에 의해서 부여되는 이점이 일관되게 수득된다. 이러한 일관성은 본 명세서에서 섬유가 패브릭 및 의복에서의 사용을 위해서 구성된 텍스타일 섬유일 수 있는 경우에 특히 중요하다.
본 개시내용은 다양한 실시형태에서 섬유 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포된 다이아몬드 입자를 갖는 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법에 관한 것이다. 공정은 열가소성 중합체, 및 약 0.001중량% 내지 약 0.25중량%의, 나노크기의 다이아몬드 입자를 포함하는 재료를 융융 압출시키는 단계를 포함한다. 나노크기의 다이아몬드 입자는 바람직하게는 약 2㎚ 내지 약 500㎚, 대안적으로는 약 2㎚ 내지 약 10㎚의 입자 크기를 갖는다. 일부 실시형태에서, 열가소성 중합체는 1종 이상의 폴리아마이드, 예컨대, 나일론이라고 일반적으로 지칭되는 1종 이상의 폴리아마이드를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 열가소성 중합체는 폴리에스터를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 용융 압출의 공정은 적어도 2개의 단계를 포함할 수 있다. 1 단계는 다이아몬드 농축물 펠릿, 즉, 최종 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유보다 유의미하게 더 높은 농도의 다이아몬드 입자를 갖는 펠릿을 제조하는 것을 포함한다. 예를 들어, 다이아몬드 농축물 펠릿은 약 0.1중량% 내지 약 10중량%의 다이아몬드 입자를 포함할 수 있다. 또 다른 단계는 다이아몬드 입자가, 생성된 열가소성 섬유 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포되도록 열가소성 중합체와 다이아몬드 농축물 펠릿의 혼합물을 용융 압출시키는 것을 포함한다.
본 개시내용은 또한 다양한 실시형태에서, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유, 예컨대, 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포된 다이아몬드 입자를 갖는 것에 관한 것이다. 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 약 99.0중량% 내지 약 99.9중량%의 열가소성 중합체, 약 0.001중량% 내지 약 0.25중량% 나노크기의 다이아몬드 입자, 및 약 0.0025중량% 내지 약 0.02중량%의 분산제를 포함할 수 있다. 나노크기의 다이아몬드 입자는 바람직하게는 약 2㎚ 내지 약 500㎚, 대안적으로는 약 2㎚ 내지 약 10㎚의 입자 크기를 갖는다. 일부 실시형태에서, 열가소성 중합체는 1종 이상의 폴리아마이드, 예컨대, 나일론이라고 일반적으로 지칭되는 1종 이상의 폴리아마이드를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 열가소성 중합체는 폴리에스터를 포함할 수 있다.
본 개시내용은 다양한 실시형태에서, 본 명세서에 기술된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 포함하는 실(yarn) 및 패브릭, 및 이러한 실 및 패브릭을 포함하는 의복에 관한 것이다. 본 명세서에 기술된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 포함하는 실 및 패브릭은 향상된 열적 특성(예를 들어, 시원함(coolness)), 향상된 기계적 특성(예를 들어, 강도, 연신율), 및 향상된 연성을 갖는 것을 발견하였다.
예를 들어, 섬유 전체에 걸친 나노다이아몬드의 분산에 의해서 제공되는 향상된 열적 특성으로 인해서, 패브릭에서 이러한 섬유의 사용은 신체 열을 착용자 외부로 전달하는 개선된 능력, 태양광으로 인한 가열을 감소시키는 개선된 능력, 접촉시 개선된 시원함 등을 갖는 패브릭을 제공할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 섬유를 포함하는 의복은 착용자에게 냉각 이득을 제공할 수 있다. 또한, 본 개시내용에 따른 나노다이아몬드의 혼입은 섬유의 강도를 증가시키는 것을 발견하였기 때문에, 이러한 냉각 효과는 패브릭의 강도 및/또는 내구성을 희생시키지 않으면서 달성될 수 있다. 그리고 본 개시내용에 따른 나노다이아몬드의 혼입은 또한 섬유의 연신율을 유의미하게 감소시키지 않는 것(그리고 일부 예에서는 섬유의 연신율을 실제로 증가시킴)을 발견하였기 때문에, 이러한 냉각 효과는 또한 패브릭의 기계 및/또는 인장 특성에 유의미한 역효과를 갖지 않으면서 달성될 수 있다. 또한 본 명세서에 개시된 섬유의 혼입은 패브릭의 연성을 또한 증가시킬 수 있다는 것을 발견하였다.
본 개시내용은 또한 다양한 실시형태에서, 패브릭의 열 전도도를 증가시키는 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 포함하는 패브릭은 다이아몬드 입자가 없는 비교 패브릭보다 적어도 5% 더 높은 열 전도도를 가질 수 있다는 것을 발견하였다.
본 개시내용은 또한 다양한 실시형태에서, 패브릭의 연신율을 상당히 감소시키지 않으면서 패브릭의 강도를 증가시키는 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 포함하는 패브릭은 다이아몬드 입자가 없는 비교 패브릭보다 적어도 5% 더 높은 강도 및 다이아몬드 입자가 없는 비교 패브릭의 약 3% 이내인 연신율을 가질 수 있다는 것을 또한 놀랍게도 발견하였다. 일부 실시형태에서, 심지어는 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 포함하는 패브릭의 강도 및 연신율 둘 모두는 다이아몬드 입자가 없는 비교 패브릭의 강도 및 연신율보다 더 높을 수 있다는 것을 발견하였다.
추가 특징 및 이점이 하기 상세한 설명에서 언급될 것이고, 이것은 부분적으로 그 설명으로부터 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이고, 하기 상세한 설명을 비롯한, 본 명세서에 기술된 바와 같은 실시형태를 실시함으로써 인지될 것이다. 상기 일반적인 설명 및 하기 상세한 설명 둘 모두는 단지 예시이며, 청구범위의 본성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀을 제공하도록 의도된다는 것을 이해해야 한다.
하나 이상의 실시형태의 이점 및 특징의 명확한 개념은 도면에 도시된 예시적이고 따라서 비제한적인 실시형태를 참고로 보다 용이하게 자명해질 것이다.
도 1은 본 개시내용에 따라서 제조된 샘플 패브릭의 가열 및 냉각 특성에 관한 시험 결과의 그래프 표현.
도 2는 본 개시내용에 따라서 제조된 샘플 패브릭의 가열 및 냉각 특성에 관한 시험 결과의 그래프 표현.
도 3은 표면과 본 개시내용에 따라서 제조된 샘플 패브릭과 표면 간의 열 전달에 관한 시험 결과의 그래프 표현.
도 4는 본 개시내용에 따라서 제조된 샘플 패브릭의 연성에 관한 시험 결과의 그래프 표현.
도 5는 본 개시내용에 따라서 제조된 샘플 패브릭의 가열 및 냉각 특성에 관한 시험 결과의 그래프 표현.
도 6은 본 개시내용에 따라서 제조된 샘플 패브릭의 가열 및 냉각 특성에 관한 시험 결과의 그래프 표현.
도 7은 본 개시내용에 따라서 제조된 샘플 패브릭의 인장 특성에 관한 시험 결과의 그래프 표현.
본 개시내용의 실시형태는 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유 및 이러한 섬유의 제조 방법에 관한 것이다. 용어 "섬유"는 예를 들어, 필라멘트라고 보다 일반적으로 지칭될 수 있는 것을 비롯한, 임의의 길이의 섬유를 지칭하기 위해서 본 출원 전체에 걸쳐 사용된다. 예를 들어, 용어 "섬유"는 텍스타일 산업에서 일반적으로 이해되는 것으로서 스테이플 섬유 및 연속 필라멘트 둘 모두를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 달리 제시되지 않는 한, 용어 "섬유" 및 "필라멘트"는 본 명세서에 전체에 걸쳐 상호 교환 가능하게 사용된다.
나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 실시형태는 약 95.0중량% 내지 약 99.9중량%의 열가소성 중합체, 대안적으로는 약 96.0중량% 내지 약 99.9중량%의 열가소성 중합체, 대안적으로는 약 97.0중량% 내지 약 99.9중량%의 열가소성 중합체, 대안적으로는 약 98.0중량% 내지 약 99.9중량%의 열가소성 중합체, 대안적으로는 약 99.0중량% 내지 약 99.9중량%의 열가소성 중합체, 대안적으로는 약 99.5중량% 내지 약 99.9중량%의 열가소성 중합체, 대안적으로는 약 99.7% 내지 약 99.9중량%의 열가소성 중합체를 포함한다.
열가소성 중합체는 폴리에스터(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)), 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리트라이메틸렌 테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌 나프탈레이트(PBN), 폴리트라이메틸렌 나프탈레이트(PTN), 폴리에터 케톤(PEK), 폴리에터 에터 케톤(PEEK), 폴리(p-페닐렌 설파이드)(PPS), 폴리아마이드(나일론), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 열가소성 엘라스토머(TPE) 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 실시형태에서, 예를 들어, 열가소성 중합체는 폴리프로필렌, 폴리에스터, 나일론, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아크릴로니트릴(아크릴), 폴리우레탄 엘라스토머, 예컨대, 스판덱스, 식물계 중합체, 예컨대, 옥수수계 중합체 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서 열가소성 중합체는 폴리에스터, 나일론, 폴리프로필렌 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 열가소성 중합체는 일반적으로 나일론이라고 공지된 폴리아마이드 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서 열가소성 중합체는 나일론 6; 나일론 6,6; 나일론 6,12; 나일론 12; 나일론 4,6; 나일론 6,10; 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 열가소성 중합체는 나일론 6; 나일론 6,6; 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 열가소성 중합체는 폴리에스터를 포함할 수 있다. 나일론, 폴리에스터, 또는 이들의 조합물을 포함하는 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 의복 또는 다른 물품을 제조하는 데 사용하기 위한 실 및 패브릭의 제조에 특히 유용할 수 있다.
나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 실시형태는 약 0.001중량% 내지 약 0.25중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.001중량% 내지 약 0.1중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.001중량% 내지 약 0.05중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.001중량% 내지 약 0.01중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.005중량% 내지 약 0.25중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.005중량% 내지 약 0.1중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.005중량% 내지 약 0.05중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.005중량% 내지 약 0.01중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 0.01중량% 내지 약 0.25중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.01중량% 내지 약 0.1중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.01중량% 내지 약 0.05중량%의 다이아몬드 입자; 대안적으로는 0.025중량% 내지 약 0.25중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.025중량% 내지 약 0.1중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.025중량% 내지 약 0.05중량%의 다이아몬드 입자를 포함한다.
다이아몬드 입자는 바람직하게는 나노크기이고, 즉 나노미터 스케일로 측정될 수 있는 입자 크기를 갖는다. 일부 실시형태에서, 예를 들어, 다이아몬드 입자는 약 1㎚ 내지 약 500㎚, 대안적으로는 약 1㎚ 내지 약 100㎚, 대안적으로는 약 1㎚ 내지 약 50㎚, 대안적으로는 약 1㎚ 내지 약 25㎚, 대안적으로는 약 1㎚ 내지 약 10㎚; 대안적으로는 약 2㎚ 내지 약 500㎚, 대안적으로는 약 2㎚ 내지 약 100㎚, 대안적으로는 약 2㎚ 내지 약 50㎚, 대안적으로는 약 2㎚ 내지 약 25㎚, 대안적으로는 약 2㎚ 내지 약 10㎚의 입자 크기를 갖는다. 열가소성 섬유 내의 나노크기의 다이아몬드 입자의 혼입은 섬유의 가시적 외관, 예를 들어, 색상 또는 광택을 유의미하게 상당히 변경시키지 않으면서 바람직한 특성을 부여하는 것을 발견하였다.
나노크기의 다이아몬드 입자는 임의의 공지된 방법에 의해서 수득될 수 있다. 예를 들어, 나노크기의 다이아몬드 입자는 데토네이션(detonation) 합성, 흑연의 초음파 공동화(ultrasonic cavitation), 흑연의 고 에너지 레이저 조사 또는 다른 공지된 방법에 의해서 수득될 수 있다. 나노크기의 다이아몬드 입자는 분말 형태에서는 유해할 수 있기 때문에, 나노크기의 다이아몬드 입자는 전형적으로 슬러리 형태로 제공된다. 예를 들어, 나노크기의 다이아몬드 입자는 물 또는 또 다른 용매, 예컨대, 에틸렌 글리콜로 슬러리화될 수 있다. 일부 실시형태에서, 나노크기의 다이아몬드 입자는 표면 작용화될 수 있다. 예를 들어, 나노크기의 다이아몬드 입자의 표면은 카복실, 아민, 하이드록실, 실란, 무수물, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아이소사이아네이트, 스테아르산 등의 처리에 의해서 작용화될 수 있다.
나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 실시형태는 또한 약 0.001중량% 내지 약 0.1중량%의 분산제, 대안적으로는 약 0.001중량% 내지 약 0.05중량%의 분산제, 대안적으로는 약 0.001중량% 내지 약 0.03중량%의 분산제, 대안적으로는 약 0.001중량% 내지 약 0.02중량%의 분산제; 대안적으로는 약 0.002중량% 내지 약 0.1중량%의 분산제, 대안적으로는 약 0.002중량% 내지 약 0.05중량%의 분산제, 대안적으로는 약 0.002중량% 내지 약 0.03중량%의 분산제, 대안적으로는 약 0.002중량% 내지 약 0.02중량%의 분산제, 대안적으로는 약 0.005중량% 내지 약 0.1중량%의 분산제, 대안적으로는 약 0.005중량% 내지 약 0.05중량%의 분산제, 대안적으로는 약 0.005중량% 내지 약 0.03중량%의 분산제, 대안적으로는 약 0.005중량% 내지 약 0.02중량%의 분산제를 포함할 수 있다.
분산제는 예컨대, 나노크기의 다이아몬드 입자의 덩어리화를 예방함으로써, 열가소성 중합체 전체에 걸친 나노크기의 다이아몬드 입자의 분산에 도움을 줄 수 있는 임의의 작용제를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서 분산제는 스테아르산아연, 스테아르산칼슘 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
일부 실시형태에서, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 또한 1종 이상의 추가 첨가제를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 이러한 첨가제는 질화붕소, 흑연, 그래핀, 실리카, 1종 이상의 알루미노실리케이트 재료, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 바람직하게는 10마이크론 미만의 입자 크기를 갖는 입자의 형태이다. 예를 들어, 일부 실시형태에서 첨가제 입자는 약 2㎚ 내지 약 5마이크론, 대안적으로는 약 4㎚ 내지 약 2마이크론의 입자 크기를 가질 수 있다. 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 실시형태는 약 0.001중량% 내지 약 1.0중량%의 이러한 첨가제, 대안적으로는 약 0.001중량% 내지 약 0.5중량%의 이러한 첨가제, 대안적으로는 약 0.001중량% 내지 약 0.25중량%의 이러한 첨가제, 대안적으로는 약 0.05중량% 내지 약 1.0중량%의 이러한 첨가제, 대안적으로는 약 0.05중량% 내지 약 0.5중량%의 이러한 첨가제, 대안적으로는 약 0.05중량% 내지 약 0.25중량%의 이러한 첨가제를 포함한다. 다른 실시형태에서, 이러한 첨가제는 사파이어, 루비, 자수정, 아쿠아마린, 터키석, 황옥, 전기석, 에메랄드, 석영, 산호, 진주, 감람석, 몰다바이트, 백금, 금, 호박(amber), 셀레나이트 및 이들의 조합물의 나노크기의 입자를 포함할 수 있다.
열가소성 섬유는 전형적으로 균일한 형상 및 밀도의 열가소성 섬유를 제조하는 데 사용되는 용융 압출과 같은 방법에 의해서 제조된다. 용융 압출에서, 중합체는 용융되어 점성 상(용융물이라고 공지됨)을 형성하고, 이어서 하나 이상의 오리피스(다이라고도 공지됨)를 통해서 배출된다. 용융 압출은 연속식 또는 반연속식 공정이다. 용융 압출은 전형적으로 압출기에서 수행되는데, 이것은 하나 이상의 오리피스로부터 바렐(barrel)을 통해서 중합체를 수송하는 1개(단축 압출기) 또는 2개(이축 압출기) 회전축을 함유하는 바렐을 포함한다. 하나 이상의 오리피스는 바렐을 빠져나올 때 중합체를 정형화한다. 일부 응용에서, 예컨대, 재료가 혼합되는 경우, 이축 압출기의 사용이 단축 압출기의 사용보다 바람직할 수 있다.
일반적으로 용융 압출 공정 동안 용융물 중에 고체 입자를 혼입할 수 있다고 공지되어 있지만, 용융 압출 동안 열가소성 섬유 중에 다이아몬드 입자를 혼입하는 것은 문제를 야기한다. 가장 중요하게는, 다이아몬드의 널리 공지된 경도로 인해서, 압출기에서 다이아몬드의 존재가 장비를 손상시킬 수 있다. 이것은 다이아몬드 입자가 용융물의 특정 면적에 농축되는 경우에 주로 발생할 가능성이 있다. 예를 들어, 다이아몬드 입자의 고농축은 압출기의 바렐 벽을 손상시킬 수 있다. 또한, 섬유(또는 섬유들)를 제조하기 위해서 비교적 좁은 오리피스(또는 오리피스들)를 통해서 다이아몬드 입자를 밀어내는 것은 오리피스(또는 오리피스들)에 대한 손상을 유발할 수 있다. 본 개시내용의 실시형태는 압출기에 손상을 유발하지 않으면서 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유가 용융 압출에 의해서 제조될 수 있는 공정을 제공한다.
또한, 텍스타일 산업에서, 패브릭이 일관된 특성을 갖도록 제조될 수 있는 것이 가장 중요하다. 따라서, 실, 및 따라서 실을 제조하는 데 사용되는 섬유가 일관된 특성을 갖는 것이 중요하다. 따라서, 섬유가 텍스타일 응용에서 사용되려는 경우, 용융 압출 공정은, 섬유가 일관된 특성을 갖도록 다이아몬드 입자가 섬유 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포된 열가소성 섬유를 제조할 수 있어야 한다. 본 개시내용의 실시형태는 섬유 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포된 다이아몬드 입자를 갖는 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 제조하는 용융 압출 공정을 제공한다.
본 개시내용의 실시형태는 용융 압출 공정을 사용한 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법에 관한 것이다. 상기에 기술된 이득을 달성하기 위해서, 방법의 실시형태는 적어도 2개의 단계로 수행되는 용융 압출 공정을 포함할 수 있다. 1 단계에서, 다이아몬드 농축물 재료, 예컨대, 펠릿이 제조될 수 있다. 후속 단계에서, 다이아몬드 농축물 재료는 열가소성 중합체와 혼합될 수 있고, 혼합물은 용융 압출되어 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 제조할 수 있다. 각각의 단계를 하기에 보다 상세하게 개별적으로 기술한다.
상기에 기술된 바와 같이, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법은 농축된 다이아몬드 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 방법은 복수의 다이아몬드 농축물 펠릿을 제조하는 단계를 포함한다.
다이아몬드 농축물 펠릿은 최종 섬유 내에서의 농도보다 더 높은 농도로 존재하는 나노크기의 다이아몬드 입자를 갖는 제1 열가소성 중합체를 포함한다. 일부 실시형태에서, 예를 들어, 다이아몬드 농축물 펠릿은 약 0.1중량% 내지 약 10.0중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.1중량% 내지 약 5.0중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.1중량% 내지 약 2.0중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.1중량% 내지 약 1.0중량%의 다이아몬드 입자, 대안적으로는 약 0.1중량% 내지 약 0.5중량%의 다이아몬드 입자를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 제1 열가소성 중합체는 폴리에스터(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)), 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리트라이메틸렌 테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌 나프탈레이트(PBN), 폴리트라이메틸렌 나프탈레이트(PTN), 폴리에터 케톤(PEK), 폴리에터 에터 케톤(PEEK), 폴리(p-페닐렌 설파이드)(PPS), 폴리아마이드(나일론), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 열가소성 엘라스토머(TPE) 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 열가소성 중합체는 폴리프로필렌, 폴리에스터, 나일론, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아크릴로니트릴(아크릴), 폴리우레탄 엘라스토머 예컨대, 스판덱스, 식물계 중합체, 예컨대, 옥수수계 중합체 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서 제1 열가소성 중합체는 폴리에스터, 나일론, 폴리프로필렌 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 제1 열가소성 중합체는 일반적으로 나일론이라고 공지된 폴리아마이드 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서 제1 열가소성 중합체는 나일론 6; 나일론 6,6; 나일론 6,12; 나일론 12; 나일론 4,6; 나일론 6,10; 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 열가소성 중합체는 나일론 6; 나일론 6,6; 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 열가소성 중합체는 나일론 6인 것이 바람직할 수 있다. 나일론 6은 제조하기가 비교적 용이하고, 다이아몬드 농축물 펠릿 및 최종 섬유의 제조 둘 모두와 연관된 열 처리를 견딜 수 있다.
일부 실시형태에서, 다이아몬드 농축물 펠릿은 약 90.0중량% 내지 약 99.9중량%의 제1 열가소성 중합체, 대안적으로는 약 95.0중량% 내지 약 99.75중량%의 제1 열가소성 중합체를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 분산제가 다이아몬드 농축물 펠릿 내에 혼입될 수 있다. 분산제는 예컨대, 나노크기의 다이아몬드 입자의 덩어리화를 예방함으로써, 열가소성 중합체 전체에 걸친 나노크기의 다이아몬드 입자의 분산에 도움을 줄 수 있는 임의의 작용제를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서 분산제는 스테아르산아연, 스테아르산칼슘 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 실시형태에서, 다이아몬드 농축물 펠릿은 약 0.1중량% 내지 약 1.0중량%의 분산제, 대안적으로는 약 0.1중량% 내지 약 0.8중량%의 분산제, 대안적으로는 약 0.2중량% 내지 약 0.8중량%의 분산제를 포함할 수 있다.
다이아몬드 농축물 펠릿은 나노크기의 다이아몬드 입자 및 선택적으로 분산제를 제1 열가소성 중합체와 혼합하고, 생성된 혼합물을 압출시킴으로써 제조될 수 있다. 예를 들어 다이아몬드 농축물 펠릿을 제조하는 단계는 제1 열가소성 중합체를 가열시켜 점성 상을 형성하는 단계, 나노다이아몬드 입자 및 분산제를 제1 열가소성 중합체의 점성 상 중에서 블렌딩하는 단계, 및 생성된 혼합물을 압출시키는 단계를 포함할 수 있다. 나노다이아몬드 입자는 슬러리 형태로 제1 열가소성 중합체에 첨가될 수 있다. 제1 열가소성 중합체와 나노크기의 다이아몬드 입자의 혼합물은 밀리미터 범위 이내의 직경(또는 직경들)을 갖는 오리피스(또는 오리피스들)를 통해서 압출될 수 있다. 밀리미터 범위 이내의 직경은 이 단계에서 혼합물 중의 나노다이아몬드의 비교적 고농축이 압출 장비를 손상시키지 않도록 충분히 크다.
이어서, 압출된 다이아몬드 농축물 재료는 분할 또는 절단되어 다수의 다이아몬드 농축물 펠릿을 생성시킨다. 다이아몬드 농축물 펠릿의 크기는 하류 가공 단계에서 이것이 제2 열가소성 중합체와 혼합되는 방식에 따라서 선택될 수 있다. 일부 실시형태에서, 예를 들어, 다이아몬드 농축물 펠릿은 약 0.5㎜ 내지 약 5㎜, 대안적으로는 약 1㎜ 내지 약 4㎜, 대안적으로는 약 2㎜ 내지 약 3㎜의 직경을 가질 수 있다. 유사하게, 일부 실시형태에서 다이아몬드 농축물 펠릿은 약 1㎜ 내지 약 10㎜, 대안적으로는 약 1㎜ 내지 약 7㎜, 대안적으로는 약 1㎜ 내지 약 5㎜, 대안적으로는 약 1㎜ 내지 약 4㎜, 대안적으로는 약 2㎜ 내지 약 3㎜의 길이를 가질 수 있다. 추가 첨가제가 최종 열가소성 섬유에서 바람직한 경우, 이러한 첨가제가 또한 이 단계 동안 제1 열가소성 중합체에 첨가될 수 있다.
상기에 기술된 바와 같이, 방법은 또한 농축된 다이아몬드 조성물, 예컨대, 다이아몬드 농축물 펠릿을 제2 열가소성 중합체와 혼합하는 단계 및 용융 압출시켜 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 제2 열가소성 중합체는 폴리에스터(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)), 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리트라이메틸렌 테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌 나프탈레이트(PBN), 폴리트라이메틸렌 나프탈레이트(PTN), 폴리에터 케톤(PEK), 폴리에터 에터 케톤(PEEK), 폴리(p-페닐렌 설파이드)(PPS), 폴리아마이드(나일론), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 열가소성 엘라스토머(TPE) 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제2 열가소성 중합체는 폴리프로필렌, 폴리에스터, 나일론, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아크릴로니트릴(아크릴), 폴리우레탄 엘라스토머, 예컨대, 스판덱스, 식물계 중합체, 예컨대, 옥수수계 중합체 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서 제2 열가소성 중합체는 폴리에스터, 나일론, 폴리프로필렌 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 제2 열가소성 중합체는 일반적으로 나일론이라고 공지된 폴리아마이드 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서 제2 열가소성 중합체는 나일론 6; 나일론 6,6; 나일론 6,12; 나일론 12; 나일론 4,6; 나일론 6,10; 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제2 열가소성 중합체는 나일론 6; 나일론 6,6; 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 열가소성 중합체는 나일론 6,6인 것이 바람직할 수 있다.
일부 실시형태에서, 제1 열가소성 중합체 및 제2 열가소성 중합체는 동일할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 제1 열가소성 중합체 및 제2 열가소성 중합체는 나일론 6이다. 다른 실시형태에서, 제1 열가소성 중합체 및 제2 열가소성 중합체는 나일론 6,6이다. 다른 실시형태에서, 제1 열가소성 중합체 및 제2 열가소성 중합체는 폴리에스터이다. 다른 실시형태에서, 제1 열가소성 중합체 및 제2 열가소성 중합체는 상이하다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 제1 열가소성 중합체는 나일론 6이고, 제2 열가소성 중합체는 나일론 6,6이다.
나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 다이아몬드 농축물 펠릿을 제2 열가소성 중합체와 혼합하고, 생성된 혼합물을 압출시킴으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 열가소성 섬유의 제조 단계는 제2 열가소성 중합체를 가열시켜 점성 상을 형성하는 단계, 나노다이아몬드 농축물 펠릿을 제2 열가소성 중합체의 점성 상 중에서 블렌딩하는 단계, 및 생성된 혼합물을 압출시키는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로는, 열가소성 섬유의 제조 단계는 다이아몬드 농축물 펠릿 및 제2 열가소성 중합체의 펠릿을 압출기 내에 공급하는 단계 및 이어서 제1 및 제2 열가소성 중합체가 다이아몬드 입자가 분산된 점성 상을 형성하도록 펠릿의 혼합물을 가열시키는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제2 열가소성 중합체의 펠릿 및 상기 다이아몬드 농축물 펠릿을 주의 깊게 제어되는 양으로 압출기에 별개로 공급하여 미리 결정된 농도의 다이아몬드를 함유하는 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 제조한다.
압출은 연속적인 나노다이아몬드-함유 열가소성 필라멘트를 생성하도록 제어될 수 있다. 대안적으로는, 압출된 재료는 분할 또는 절단되어, 제어된 길이를 갖는 섬유, 예컨대, 스테이플 섬유를 생성시킬 수 있다. 자주 다수의 필라멘트 또는 섬유가 동시에 생성되고, 합쳐져서 실을 제조한다.
각각의 섬유는 광범위한 직경을 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 섬유는 마이크론 범위(예를 들어, 1㎛ 내지 100㎛)의 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 섬유는 약 2㎛ 내지 약 50㎛, 대안적으로는 약 3㎛ 내지 약 30㎛, 대안적으로는 약 5㎛ 내지 약 20㎛, 대안적으로는 약 5㎛ 내지 약 15㎛, 대안적으로는 약 7㎛ 내지 약 11㎛, 대안적으로는 약 9㎛ 범위의 직경을 가질 수 있다. 섬유의 길이는 섬유의 목적하는 최종 용도에 따라서 선택될 수 있다. 본 개시내용은 연속적인 필라멘트의 압출을 제공하기 때문에, 본 개시내용으로부터 생성된 섬유의 길이는 사실 제한되지 않는다.
섬유는 또한 (예컨대, 목적하는 단면을 생성시키도록 설계된 하나 이상의 오리피스에 의해서) 목적하는 단면을 갖도록 압출될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 섬유는 원형 단면 또는 실질적으로 원형 단면을 가질 수 있다. 다른 실시형태에서, 섬유는 예를 들어, 삼각형 단면, 타원형 단면, 톱니형 단면, 엽상 단면 등을 비롯한, 상이한 형상의 단면을 가질 수 있다. 또한, 일부 실시형태에서, 섬유는 섬유의 중심이 중공이도록 압출될 수 있다.
섬유는 또한 광범위한 선질량 밀도(linear mass density)(예를 들어, 섬도(fineness))를 갖도록 제조될 수 있는데, 이것은 데니어/필라멘트(dpf)와 관련하여 통상적으로 측정된다. 일부 실시형태에서, 예를 들어, 섬유는 마이크로데니어 범위(1dpf 미만) 이내의 선질량 밀도를 갖는, 매우 미세한 것일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서 섬유는 약 0.4 내지 1.0dpf, 대안적으로는 약 0.5 내지 1.0dpf, 대안적으로는 0.6 내지 1.0dpf, 대안적으로는 0.7 내지 1.0dpf의 선질량 밀도를 가질 수 있다. 다른 실시형태에서, 섬유는 1.0dpf 초과의 선질량 밀도를 가질 수 있다.
본 개시내용의 실시형태의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 종래의 기술을 사용하여 실로 전환될 수 있다. 예를 들어, 나노다이아몬드-함유 필라멘트는 함께 방적되어 실을 제조할 수 있다. 대안적으로는, 나노다이아몬드-함유 스테이플 섬유가 블렌딩되어 실을 제조할 수 있다. 다수의 응용에서, 실은 1종 이상의 다른 일반적인 텍스타일 재료와 조합하여 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 일반적인 텍스타일 재료는 텍스타일 산업에서 사용하기 위해서 일반적으로 공지된 이러한 천연 섬유, 셀룰로스 섬유, 및 합성 섬유를 지칭한다. 예를 들어, 일반적인 텍스타일 재료는 면, 아마, 실크, 울, 모시, 폴리에스터, 나일론, 레이온, 스판덱스, 식물계 섬유, 예컨대, 옥수수계 섬유, 마(hemp), 황마(jute), 폴리프로필렌, 폴리벤즈이미다졸, 아세테이트, 아크릴 및 이들의 조합물을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다.
예를 들어, 나노다이아몬드-함유 필라멘트는 종래의 실 제조 공정을 사용하여 1종 이상의 다른 텍스타일 필라멘트와 방적되어 실질적으로 균일한 실을 제조할 수 있다. 실로 방적되는 필라멘트의 각각의 유형의 수는 목적하는 특성 조합을 갖는 실을 생성시키도록 선택될 수 있다. 방적은 예를 들어, 오픈-엔드 방적(open-end spinning), 링 방적(ring spinning), 또는 에어 제트 방적을 비롯한 임의의 공지된 방법에 의해서 수행될 수 있다.
대안적으로는, 나노다이아몬드-함유 스테이플 섬유 및 1종 이상의 다른 텍스타일 재료의 스테이플 섬유는 예컨대, 친밀한 블렌드로 블렌딩되어 실질적으로 균일한 실을 생성시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 친밀한 블렌드는 실 제조 공정의 "개방" 단계에 각각의 섬유의 목적하는 분율을 도입함으로써 제조된다. 실 제조 공정의 개방 단계는 전형적으로 공기와 기계 작용의 조합을 통해서, 가공을 위한 섬유의 클럼프를 개방 또는 분리시키도록 구성된 공정을 전형적으로 포함한다. 실 제조 공정은 일반적으로 섬유가 실질적으로 평행해져서 로프유사 가닥을 형성하는 "카딩(carding)" 단계로 시작된다. 이어서 이러한 로프유사 가닥은 통상적으로 목적는 양의 연조(drawing) 및/또는 가연(twisting)에 적용되어 목적하는 정도의 조밀성(tightness)을 갖는 실 필라멘트를 제공한다. 공정에서의 최종 단계는 실 필라멘트를 함께 방적하여 실을 형성하는 "방적" 단계이다. 방적은 예를 들어, 오픈-엔드 방적, 링 방적, 또는 에어 제트 방적을 비롯한 임의의 공지된 방법에 의해서 수행될 수 있다.
인지될 바와 같이, 본 개시내용의 실시형태의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 다양한 이유를 위해서 1종 이상의 다른 텍스타일 재료와 블렌딩될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 비용 절약을 위해서 저비용 텍스타일 재료와 조합될 수 있다. 다른 실시형태에서, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 신속한 건조 응용을 위해서 낮은 수분 흡수율/수분율(moisture regain) 실(예를 들어, 폴리에스터)과 조합될 수 있다.
본 개시내용의 목적은 본 개시내용의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 포함하는 실로 제조된 패브릭을 제공하는 것이다. 이러한 패브릭은 의복 및 다른 물품의 제조에서 사용하기 위해서 구성될 수 있다. 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 혼입은 예를 들어, 개선된 냉각 효과(예를 들어, 착용자의 외부로의 열 전달을 개선시킴으로써), 개선된 강도, 개선된 연신율, 개선된 연성 및 이들의 조합을 비롯한, 향상된 특성을 특징으로 하는 패브릭을 제공할 수 있다.
나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 제직물, 편직물, 및 다른 부직포의 제조에 사용될 수 있다. 다양한 부직포의 제조 시에, 예를 들어, 스테이플 섬유는 수력얽힘된 니들 펀칭 기재를 제조하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로는, 중합체에 나노다이아몬드가 함침된 스펀-본드, 멜트-블로운 부직포가 직접 제조될 수 있다. 나노다이아몬드계 재료는 또한 본 명세서에 기술된 열가소성 재료 중 임의의 것으로 제조된 막, 필름 및 시트를 포함할 수 있다. 이러한 막, 필름 및 시트는 의류, 예컨대, 자켓 및 신발에 사용될 수 있다.
다수의 실시형태에서, 패브릭은 종래의 실, 예컨대, 일반적인 텍스타일 재료로부터 제조된 것과 조합하여 본 개시내용의 실시형태의 나노다이아몬드-함유 실을 포함할 수 있다. 제직물에서, 예를 들어, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 경사, 위사 또는 둘 모두에서 사용될 수 있다. 또한, 목적하는 제어된 양의 나노다이아몬드-함유 실이 종래의 교대 픽 기술(alternating pick technique)을 사용하여 경사, 위사 또는 둘 모두에 도입될 수 있다.
일부 실시형태에서, 나노다이아몬드-함유 섬유를 포함하는 실이 패브릭의 후면, 즉, 의복으로 제조되는 경우 착용자와 접촉하도록 구성되는 패브릭의 표면 상에 우세하게 노출되도록 패브릭을 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 착용자 외부로 그리고 패브릭의 외부 표면으로 열을 전달하는 향상된 능력을 갖는 의복을 제공할 수 있다. 제직물에서, 예를 들어, 이것은 위사 또는 경사 중 어느 것이 패브릭의 후면 상에 주로 노출되는지에 따라서, 위사에만 또는 경사에만 나노다이아몬드-함유 섬유를 혼입함으로써 달성될 수 있다.
유사하게, 일부 실시형태에서, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 포함하는 패브릭은 다층 의복의 내층으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 신발 응용에서, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 포함하는 패브릭은 착용자의 발로부터 신발의 외부로 열을 전달하기 위해서 내층으로서 사용될 수 있다.
의복 외에, 본 명세서에 기술된 패브릭은 또한 열 관리가 바람직한 기술적 패브릭으로서, 예를 들어, 액세서리, 예컨대, 백팩, 및 시트, 예컨대, 자동차 시트, 사무용 의자 등에서 사용될 수 있다.
샘플 실
실 및 패브릭에서 본 명세서에 개시된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 실시형태를 사용함으로써 제공되는 다양한 이점을 입증하기 위해서, 3종의 샘플 부분 연신사(partially oriented yarn: POY)를 제조하였다. 대조군 샘플(대조군 샘플) 실은 다이아몬드를 갖지 않는 나일론 6,6 필라멘트로 제조하였다. 제1 실험 샘플(실험 샘플 1) 실은 0.0125중량%의 나노다이아몬드 입자를 갖는 나일론 6,6 필라멘트로 제조하였다. 제2 실험 샘플(실험 샘플 2) 실은 0.025중량%의 나노다이아몬드 입자를 갖는 나일론 6,6 필라멘트로 제조하였다. 샘플 실 각각은 34개의 필라멘트를 포함하였고, 약 95의 데니어[실의 데니어는 상기에 기술된 필라멘트 데니어와 상이함을 주목하기 바람]를 가졌다.
본 개시내용의 실시형태의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 향상된 강도를 갖는 실을 제공하는 것을 발견하였다. 예를 들어, 상기에 기술된 샘플 실을 STATIMAT ME+ 인장 시험기를 사용하여 시험하였다. 인장 시험기를 하기 시험 파라미터로 프로그래밍하였다: 시험 방법: 표준 인장 시험; 게이지 길이: 200㎜; 시험 속도: 400㎜/분; 사전장력(pretension): 0.5cN/tex; 하중 셀: 10N. 인장 시험기를 사용하여, 샘플 실을 일정한 신장 속도로 실의 실패, 즉, 파괴까지 연장시켰다. 샘플 실 각각이 연장됨에 따라서, 하중 셀은 실 상에 적용된 힘을 측정하였다. 각각의 실의 실패를 유발하는 데 필요한 힘이 실의 강도를 나타낸다. 각각의 샘플 실을 이러한 방식으로 8회 시험하였다.
이 시험의 결과를 표 1에 나타낸다. 특히, 실험 샘플 1의 실에 나노다이아몬드 입자를 포함시키는 것은 대조군 샘플보다 실의 강도를 평균 약 1% 증가시켰다. 실험 샘플 2의 실에 나노다이아몬드 입자를 포함시키는 것은 대조군 샘플보다 실의 강도를 평균 약 3% 증가시켰다. 강도 결과를 또한 실의 크기의 약간의 변동을 고려하여 정규화시켰다. 따라서, 표 1은 또한 데니어당 그램, GPD(각각의 샘플에 대한 평균 강도를 그램으로 변환시키고, 샘플의 평균 데니어로 나눔) 단위의 각각의 샘플의 평균 강도를 표시한다.
본 명세서에 개시된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 실시형태는 나노다이아몬드가 없는 열가소성 중합체로부터 제조된 실의 강도와 비교할 때 강도의 적어도 1% 증가, 대안적으로는 강도의 적어도 2% 증가, 대안적으로는 강도의 적어도 3% 증가, 대안적으로는 강도의 적어도 4% 증가, 대안적으로는 강도의 적어도 5% 증가, 대안적으로는 강도의 적어도 6% 증가, 대안적으로는 강도의 적어도 7% 증가, 대안적으로는 강도의 적어도 8% 증가를 갖는 실을 제공하는 것을 발견하였다. 이러한 강도의 증가는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유 및 실을 열 관리와 강도의 조합이 바람직한 의복 및 다른 물품을 위한 패브릭의 제조에 특히 적합하게 한다.
본 개시내용의 실시형태의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 또한 향상된 연신율을 갖는 실을 제공함을 발견하였다. 예를 들어, 상기에 기술된 샘플 실을 STATIMAT ME+ 인장 시험기를 사용하여 시험하였다. 인장 시험기를 하기 시험 파라미터로 프로그래밍하였다: 시험 방법: 표준 인장 시험; 게이지 길이: 200㎜; 시험 속도: 400㎜/분; 사전장력: 0.5cN/tex; 하중 셀: 10N. 인장 시험기를 사용하여, 샘플 실을 일정한 신장 속도로 실의 실패, 즉, 파괴까지 연장시켰다. 파괴 시 연장 정도를 실의 연신율로서 측정하였다. 각각의 샘플 실을 이러한 방식으로 8회 시험하였다. 이 시험의 결과를 표 1에 나타낸다. 특히, 실험 샘플 1의 실에 나노다이아몬드 입자를 포함시키는 것은 대조군 샘플보다 실의 연신율을 평균 약 4% 증가시켰다. 실험 샘플 2의 실에 나노다이아몬드 입자를 포함시키는 것은 대조군 샘플보다 실의 연신율의 약간의 평균 증가를 유발하였다.
놀랍게도, 본 명세서에 개시된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 실시형태는 연신율을 상응하게 유의미하게 감소시키지 않으면서, 강도의 유의미한 증가를 갖는 실, 예컨대, 상기에 기술된 것을 제공한다는 것을 발견하였다. 일부 실시형태에서, 예를 들어, 본 명세서에 개시된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유로부터 제조된 실의 연신율은 나노다이아몬드가 없는 열가소성 중합체로부터 제조된 실의 연실율의 약 3%의 이내, 대안적으로는 약 2% 이내, 대안적으로는 약 1% 이내일 수 있다. 일부 실시형태에서, 강도의 증가가 놀랍게도 연신율의 증가와 동반될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유로부터 제조된 실의 일부 실시형태는 나노다이아몬드가 없는 열가소성 중합체 섬유로부터 제조된 실의 연신율과 비교할 때 연신률의 적어도 1% 증가, 대안적으로는 연신율의 적어도 2% 증가, 대안적으로는 연신율의 적어도 3% 증가, 대안적으로는 연신율의 적어도 4% 증가, 대안적으로는 연신율의 적어도 5% 증가를 가질 수 있다.
각각의 샘플 실을 또한 필라멘트의 배향을 측정하는 동적 열 분석기(Dynamic Thermal Analyzer)(디나필(Dynafil)) 상에서 연신력 시험(draw-force test)에 의해서 시험하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 나노다이아몬드의 포함은 그 결과에 유의미한 효과를 갖지 않았음을 발견하였다. 각각의 샘플 실을 또한 시험하여 나노다이아몬드의 포함이 실 직경의 균제도(evenness)에 효과를 갖는지의 여부를 결정하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 각각의 샘플 실은 1.0 미만(1.0 미만의 결과는 일반적으로 바람직한 결과인 것으로 간주됨)의 유스터(Uster) 백분율 값을 갖는 것을 발견하였다. 따라서, 나노다이아몬드의 포함은 실의 균제도에 유의미한 효과를 갖지 않는 것을 발견하였다.
Figure pct00001
실 및 패브릭에서 본 명세서에 개시된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 실시형태를 사용함으로써 제공되는 다양한 이점을 추가로 입증하기 위해서, 다수의 샘플 패브릭을 제조하였다.
샘플 편직물
대조군 및 실험 편직물을 제조하고, 다양한 시험에 적용하였다. 다이아몬드 함량을 갖지 않는 나일론 6,6 섬유로 제조된 텍스처사(textured yarn)로부터, 종래의 기술을 사용하여 패브릭을 편직함으로써 대조군 편직물 샘플을 제조하였다. 0.025중량%의 나노다이아몬드 입자를 갖는 나일론 6,6 필라멘트로 제조된 덱스처사로부터, 동일한 종래의 기술을 사용하여, 패브릭을 편직함으로써 실험 편직물 샘플(실험 패브릭 또는 제1 실험 패브릭이라고도 지칭됨)을 제조하였다.
열 전도도
대조군 및 실험 패브릭 둘 모두를 핫 디스크 트랜션트 플레인 소스 기술(Hot Disk Transient Plane Source Technique(TPS 2500 S, 썸테스트(Thermtest))을 사용하여 시험하였다. 이 방법은 0.005W/m·K만큼 낮은 열 전도도의 측정을 위한 절대 방법을 제공한다. 각각의 샘플의 열 전도도를 5회 측정하고, 5회 시험의 결과를 평균내었다. 대조군 샘플의 평균 열 전도도는 0.0862W/m·K였다. 실험 샘플의 평균 열 전도도는 0.0915 W/m·K였다. 따라서, 시험 샘플의 섬유 내에 나노다이아몬드 입자를 포함시키는 것은 패브릭의 열 전도도를 약 6% 증가시켰다.
본 개시내용의 실시형태의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 향상된 열 전도도를 갖는 패브릭을 제공하는 것을 발견하였다. 본 명세서에 개시된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유로 제조된 패브릭의 실시형태는 나노다이아몬드가 결핍된 열가소성 중합체로 제조된 패브릭의 열 전도도와 비교할 때 열 전도도의 적어도 2% 증가, 대안적으로는 열 전도도의 적어도 3% 증가, 대안적으로는 열 전도도의 적어도 4% 증가, 대안적으로는 열 전도도의 적어도 5% 증가, 대안적으로는 열 전도도의 적어도 6% 증가, 대안적으로는 열 전도도의 적어도 7% 증가, 대안적으로는 열 전도도의 적어도 8% 증가, 대안적으로는 열 전도도의 적어도 9% 증가, 대안적으로는 열 전도도의 적어도 10% 증가를 갖는다. 이러한 열 전도도의 증가는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 열 관리가 바람직한 의복 및 다른 물품을 위한 패브릭의 제조에 특히 적합하게 한다.
가열 및 냉각 특성
대조군 및 실험 편직물을 또한 각각의 패브릭이 할로겐 램프에 노출되는 경우(이것은 자연 태양광을 모방하도록 설계됨) 가열 및 냉각되는 속도의 연구에 적용하였다. 이러한 연구에서, 대조군 및 실험 편직물 샘플의 각각의 한 면을 50㎝의 거리에서 500W 할로겐 램프에 노출시켰다. 각각의 패브릭 샘플의 온도를 FLIRT620 적외선(IR) 카메라를 사용하여 측정하였다. 구체적으로, IR 카메라를 할로겐 램프에 대한 패브릭 샘플의 반대 면에 배치하였다. 이러한 방식에서, IR 카메라는 할로겐 램프로부터의 광에 직접 노출되지 않은 패브릭의 면의 온도를 측정하였다.
대조군 및 실험 편직물 샘플 각각을 15분 동안 할로겐 램프에 노출시켰다. 노출 15분 후, 할로겐 램프를 제거하고, 샘플을 15분 동안 냉각시켰다. 각각의 샘플 패브릭 상의 3개의 실질적으로 동일한 스팟에서 온도 측정을 수행하였고, 3개의 스팟에서의 온도를 대조군 및 실험 샘플 패브릭 각각에 대해서 평균내었다. 이 시험의 결과를 도 1에 나타낸다. 도 1로부터 인지될 수 있는 바와 같이, 나노다이아몬드-함유 실험 패브릭은 대조군 샘플보다 더 낮은 가열 속도 및 더 높은 냉각 속도를 가졌다. 예를 들어, 실험 샘플은 대조군 샘플보다 0.26℃ 더 낮은, 가열 단계 동안의 평균 온도를 가짐을 발견하였다. 유사하게, 실험 샘플은 대조군 샘플보다 0.23℃ 더 낮은, 냉각 단계 동안의 평균 온도를 가짐을 발견하였다. 따라서, 나노다이아몬드-함유 패브릭은 이의 감소된 가열 속도 및 증가된 냉각 속도로 인해서 의복의 냉각 효과를 개선시킬 수 있다. 또한, 실험 및 샘플 패브릭의 실질적으로 동일한 부분은 가열 단계 동안 1.70℃만큼(즉, 실험 패브릭의 일부는 대조군보다 1.70℃ 더 낮았음) 그리고 냉각 단계 동안 1.78℃만큼(즉, 실험 패브릭의 일부는 대조군보다 1.78℃ 더 낮았음) 상이하였다. 따라서, 패브릭 샘플의 부분에 대한 가열 속도 및 냉각 속도의 차이는 비교적 짧은 15분 시험 단계 내에서도 매우 컸다.
연장된 시간 기간에 걸쳐서 각각의 샘플의 생성된 온도 증가를 연구하기 위해서 대조군 및 실험 편직물 샘플 각각을 또한 12시간 동안 할로겐 램프에 노출시켰다. 이 시험의 결과를 도 2에 나타낸다. 도 2로부터 인지될 수 있는 바와 같이, 약 1시간 이후에, 실험 샘플과 대조군 샘플 사이에 약 1.1℃ 차이가 존재하였다(즉, 실험 패브릭은 대조군 패브릭보다 약 1.1℃ 더 낮았음). 약 3시간 후, 이 차이는 약 1.9℃까지 증가되었다. 약 6시간 이후에 약 2.0℃의 차이에 도달하였다. 따라서, 본 개시내용의 나노다이아몬드-함유 패브릭에 의해서 제공된 냉각 효과는 매우 유의미할 수 있다.
본 개시내용의 실시형태의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 태양광(또는 상기 시험에서 사용된 바와 같은 모방된 태양광)에 적용되는 경우 향상된 시원함을 갖는 패브릭을 제공한다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 태양광(또는 상기 시험에서 사용된 바와 같은 모방된 태양광)에 적용되는 경우, 본 명세서에 개시된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유로 제조된 패브릭의 실시형태는 나노다이아몬드가 결핍된 열가소성 중합체로 제조된 패브릭의 온도 감소와 비교할 때 적어도 1.0℃의 온도 감소, 대안적으로는 적어도 1.5℃의 온도 감소, 대안적으로는 적어도 1.7℃의 온도 감소, 대안적으로는 적어도 1.9℃의 온도 감소, 대안적으로는 적어도 2.0℃의 온도 감소를 제공할 수 있다. 이러한 향상된 시원함은, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 열 관리가 바람직한 의복 및 다른 물품을 위한 패브릭의 제조에 특히 적합하게 한다.
차가운 접촉(cool touch) 특성
추가 시험을 위해서, 0.0125중량%의 나노다이아몬드 입자를 갖는 나일론 6,6 필라멘트로 제조된 덱스처사로부터, 상기에 기술된 동일한 종래의 기술을 사용하여, 패브릭을 편직함으로써 제2 실험 샘플 편직물을 제조하였다. 제1 실험 패브릭(0.025중량%의 나노다이아몬드 입자를 갖는 나일론 6,6 필라멘트로 제조됨), 제2 실험 패브릭, 및 대조군 패브릭 각각을 샘플 패브릭 각각의 열 전달 특성을 측정하는 패브릭 접촉 시험기(Fabric Touch Tester: FTT, SDS ATLAS M293)에서 시험하였다. 구체적으로, 패브릭 접촉 시험기는 압착 동안 전달되는 최대 에너지인 열 최대 플럭스(thermal maximum flux), 또는 Q-최대를 측정하였다. 그것은 일반적으로 인간 피부와 패브릭 사이에 일어나는 열 전달에 관련되기 때문에, Q-최대를 사용하여, 접촉 시 패브릭이 얼마나 차갑게 느껴지는지의 일반적인 지표를 제공할 수 있다. 구체적으로, 패브릭의 Q-최대 값이 클수록, 접촉 시 패브릭이 더 차갑게 느껴질 것이다. 샘플 패브릭의 Q-최대 결과(W/m<2>의 단위)를 도 3에 나타낸다. 도 3으로부터 인지되는 바와 같이, 제1 실험 샘플 패브릭(덱스처 ND2라고 식별)은 대조군 샘플보다 약 14% 더 큰 Q-최대를 가졌고, 제2 실험 샘플 패브릭(덱스처 ND1이라고 식별)은 대조군 샘플보다 약 4% 더 큰 Q-최대를 가졌다.
본 개시내용의 실시형태의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 향상된 차가운 접촉 특성을 갖는 패브릭을 제공하는 것을 발견하였다. 본 명세서에 개시된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유로 제조된 패브릭의 실시형태는 나노다이아몬드가 결핍된 열가소성 중합체로 제조된 패브릭의 Q-최대와 비교할 때 Q-최대의 적어도 4% 증가, 대안적으로는 Q-최대의 적어도 6% 증가 대안적으로는 Q-최대의 적어도 8% 증가, 대안적으로는 Q-최대의 적어도 10% 증가, 대안적으로는 Q-최대의 적어도 12% 증가를 가질 수 있다. 이러한 향상된 시원함은, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 열 관리가 바람직한 의복 및 다른 물품을 위한 패브릭의 제조에 특히 적합하게 한다.
연성
패브릭 촉감 시험기를 또한 사용하여 샘플의 표면 마찰 계수를 측정하였다. 패브릭의 표면 마찰 계수는 접촉 시 재료가 얼마나 부드러운지의 지표를 제공한다. 표면 마찰 계수를 도 4에 나타낸다. 도 4로부터 인지되는 바와 같이, 제1 실험 샘플 패브릭(ND2라고 식별)은 대조군 샘플 패브릭보다 약 13% 더 낮은 표면 마찰 계수를 가졌다. 유사하게, 제2 실험 샘플 패브릭(ND1이라고 식별)은 대조군 샘플 패브릭보다 약 16% 더 낮은 표면 마찰 계수를 가졌다.
본 개시내용의 실시형태의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 향상된 연성을 갖는 패브릭을 제공하는 것을 발견하였다. 나노크기의 다이아몬드 입자는 패브릭의 표면 상에서 롤링 요소(rolling element)로서 작용할 수 있기 때문에, 이것은 패브릭의 표면과 접촉 표면 간의 마찰력을 감소시키는 작용을 한다. 이것은 접촉에 대한 향상된 평활도(smoothness) 및/또는 연성을 갖는 패브릭을 제공할 수 있다. 본 명세서에 개시된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유로 제조된 패브릭의 실시형태는 나노다이아몬드가 결핍된 열가소성 중합체로 제조된 패브릭의 연성과 비교할 때 연성의 적어도 5% 증가(즉, 표면 마찰 계수의 적어도 5% 감소), 대안적으로는 연성의 적어도 7% 증가, 대안적으로는 연성의 적어도 10% 증가, 대안적으로는 연성의 적어도 12% 증가, 대안적으로는 연성의 적어도 15% 증가를 가질 수 있다. 이러한 향상된 연성은, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 향상된 편안함이 바람직한 의복 및 다른 물품을 위한 패브릭의 제조에 특히 적합하게 한다.
소비자 시험
나노다이아몬드-함유 편직물이 잠재적인 소비자에 의해서 나일론 편직된 대조군 패브릭보다 더 차갑게 및/또는 더 부드럽게 인지되는지의 여부를 추가로 시험하기 위해서 소비자 기반 연구를 수행하였다. 구체적으로, 0.025중량%의 나노다이아몬드 입자를 갖는 나일론 6,6 필라멘트로 제조된 제1 실험 샘플 편직물을, 나노다이아몬드 함량이 없는 나일론 6,6 필라멘트로 제조된 대조군 샘플 편직물에 대해서 비교하였다. 16명의 사람을 참여시켜 접촉 및 촉감에 의해서 2종의 패브릭을 맹검 방식으로 평가하였다. 본 연구에서 사람 중 66%가 나노다이아몬드-함유 실험 패브릭을 대조군 패브릭보다 접촉에 대해서 더 차갑게 느끼는 것을 발견하였다. 본 연구에서 사람 중 54%가 나노다이아몬드-함유 실험 패브릭을 대조군 패브릭보다 더 부드럽게 느끼는 것을 발견하였다. 따라서, 소비자-기반 연구는, 시원함 및 연성이 상업적인 관점으로부터 유의미함을 확인해준다.
유리 전이 및 용융 온도
열가소성 중합체 섬유 내에 나노다이아몬드를 도입하는 것이 패브릭- 및/또는 의복-제조 산업에 관련될 수 있는 섬유의 특정 특성에 영향을 미치는지의 여부를 결정하기 위해서 실험 편직물을 또한 시험하였다. 구체적으로, 유리 전이 온도 및 용융 온도를 결정하기 위해서 0.025중량%의 나노다이아몬드 입자를 갖는 나일론 6,6 필라멘트로 제조된 제1 실험 샘플 편직물 및 나노다이아몬드 함량이 없는 나일론 6,6 필라멘트로 제조된 대조군 샘플 편직물을 시험하였다. 시차 주사 열량계(DSC 6000, 퍼킨 엘머 프리사이슬리(Perkin Elmer Precisely))를 사용하여 시험을 수행하였다. 실험 패브릭 및 대조군 패브릭의 유리 전이 온도 및 용융 온도가 유사한 것을 발견하였다. 따라서, 나노다이아몬드-함유 섬유는 실, 패브릭 및 의복을 제조하기에 적합한 것으로 간주된다.
샘플 제직물
대조군 및 실험 제직물을 또한 제조하고, 다양한 시험에 적용하였다. 다이아몬드 함량을 갖지 않는 나일론 6,6 섬유로 제조된 텍스처사를 사용하여, 종래의 기술을 사용하여 패브릭을 제직함으로써 대조군 패브릭 샘플을 제조하였다. 0.025중량%의 나노다이아몬드 입자를 갖는 나일론 6,6 필라멘트로 제조된 덱스처사를 사용하여, 동일한 종래의 기술을 사용하여, 패브릭을 제직함으로써 실험 패브릭 샘플을 제조하였다. 구체적으로, 대조군 및 실험 패브릭을 60*44의 경사*위사 밀도(즉, 인치당 경사*인치당 위사)를 갖는 3/1 우능직(right hand twill)으로서 제조하였다. 각각의 패브릭의 경사를 종래의 면사로 제조하였다. 각각의 패브릭의 위사를 2/70/34 텍스처 나일론사로 제조하였다. 구체적으로, 대조군 패브릭의 위사를 텍스처 나일론 6,6 실로 제조하였고, 그 실은 다이아몬드를 갖지 않는 나일론 6,6 필라멘트로 제조하였다. 실험 패브릭의 위사를 텍스처 나노다이아몬드-함유 나일론 6,6 실로 제조하였고, 그 실은 약 0.025중량%의 나노다이아몬드를 함유하는 나일론 6,6 필라멘트로 제조하였다. 따라서, 패브릭 각각은 (a) 약 72%의 면 및 (b) 약 28%의 나일론(대조군) 또는 나노다이아몬드-함유 나일론(실험)으로 제조되었다.
가열 및 냉각 특성
대조군 및 실험 제직물을 각각의 패브릭이 할로겐 램프에 노출되는 경우(이것은 자연 태양광을 모방하도록 설계됨) 가열 및 냉각되는 속도의 연구에 적용하였다. 이러한 연구에서, 대조군 및 실험 제직물 샘플의 각각의 한 면을 50㎝의 거리에서 500W 할로겐 램프에 노출시켰다. 각각의 패브릭 샘플의 온도를 FLIRT620 적외선(IR) 카메라를 사용하여 측정하였다. 구체적으로, IR 카메라를 할로겐 램프에 대한 패브릭 샘플의 반대 면에 배치하였다. 이러한 방식에서, IR 카메라는 할로겐 램프로부터의 광에 직접 노출되지 않은 패브릭의 면의 온도를 측정하였다.
대조군 및 실험 제직물 샘플 각각을 15분 동안 할로겐 램프에 노출시켰다. 노출 15분 후, 할로겐 램프를 제거하고, 샘플을 15분 동안 냉각시켰다. 각각의 샘플 패브릭 상의 3개의 실질적으로 동일한 스팟에서 온도 측정을 수행하였고, 3개의 스팟에서의 온도를 대조군 및 실험 샘플 패브릭 각각에 대해서 평균내었다. 이 시험의 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5로부터 인지될 수 있는 바와 같이, 나노다이아몬드-함유 실험 패브릭은 대조군 샘플보다 더 낮은 가열 속도 및 더 높은 냉각 속도를 가졌다. 예를 들어, 실험 샘플은 대조군 샘플보다 0.37℃ 더 낮은, 가열 단계 동안의 평균 온도를 가짐을 발견하였다. 유사하게, 실험 샘플은 대조군 샘플보다 0.14℃ 더 낮은, 냉각 단계 동안의 평균 온도를 가짐을 발견하였다. 따라서, 나노다이아몬드-함유 패브릭은 이의 감소된 가열 속도 및 증가된 냉각 속도로 인해서 의복의 냉각 효과를 개선시킬 수 있다. 또한, 실험 및 샘플 패브릭의 실질적으로 동일한 부분은 가열 단계 동안 0.90℃만큼(즉, 실험 패브릭의 일부는 대조군보다 0.90℃ 더 낮았음) 상이하였다. 따라서, 패브릭 샘플의 부분에 대한 가열 속도의 차이는 비교적 짧은 15분 단계 내에서도 컸다.
연장된 시간 기간에 걸쳐서 각각의 샘플의 생성된 온도 증가를 연구하기 위해서 대조군 및 실험 제직물 샘플 각각을 또한 12시간 동안 할로겐 램프에 노출시켰다. 이 시험의 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6으로부터 인지될 수 있는 바와 같이, 약 1시간 이후에, 실험 샘플과 대조군 샘플 사이에 약 1.0℃ 차이가 존재하였다(즉, 실험 패브릭은 대조군 패브릭보다 약 1.0℃ 더 낮았음). 약 3시간 후, 이 차이는 약 1.9℃까지 증가되었다. 약 6시간 이후에 약 2.0℃의 차이에 도달하였다. 따라서, 본 개시내용의 나노다이아몬드-함유 패브릭에 의해서 제공된 냉각 효과는 매우 유의미할 수 있다.
본 개시내용의 실시형태의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 태양광(또는 상기 시험에서 사용된 바와 같은 모방된 태양광)에 적용되는 경우 향상된 시원함을 갖는 패브릭을 제공한다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 태양광(또는 상기 시험에서 사용된 바와 같은 모방된 태양광)에 적용되는 경우, 본 명세서에 개시된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유로 제조된 패브릭의 실시형태는 나노다이아몬드가 결핍된 열가소성 중합체로 제조된 패브릭의 온도 감소와 비교할 때 적어도 1.0℃의 온도 감소, 대안적으로는 적어도 1.5℃의 온도 감소, 대안적으로는 적어도 1.7℃의 온도 감소, 대안적으로는 적어도 1.9℃의 온도 감소, 대안적으로는 적어도 2.0℃의 온도 감소를 제공할 수 있다. 이러한 향상된 시원함은, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 열 관리가 바람직한 의복 및 다른 물품을 위한 패브릭의 제조에 특히 적합하게 한다.
소비자 시험
나노다이아몬드-함유 제직물이 잠재적인 소비자에 의해서 제직된 대조군 패브릭보다 더 차갑게 및/또는 더 부드럽게 인지되는지의 여부를 시험하기 위해서 소비자 기반 연구를 수행하였다. 구체적으로, 실험 제직물을 대조군 제직물에 대해서 비교하였다. 16명의 사람을 참여시켜 접촉 및 촉감에 의해서 2종의 패브릭을 맹검 방식으로 평가하였다. 본 연구에서 사람 중 67%가 나노다이아몬드-함유 실험 패브릭을 대조군 패브릭보다 접촉에 대해서 더 차갑게 느끼는 것을 발견하였다. 본 연구에서 사람 중 73%가 나노다이아몬드-함유 실험 패브릭을 대조군 패브릭보다 더 부드럽게 느끼는 것을 발견하였다. 따라서, 소비자 기반 연구는, 본 개시내용의 실시형태의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유가 시원함 및 연성에서 상업적으로 유의미한 증가를 갖는 제직물을 제공함을 입증한다.
인장 강도
나노다이아몬드의 혼입이 패브릭의 인장 특성에 효과를 갖는지의 여부를 결정하기 위해서 대조군 및 실험 제직물을 연구에 적용하였다. 인스트론(Instron) 3384 기계를 사용하여 ASTM 5035 시험 방법을 사용하여 대조군 및 실험 제직물 둘 모두를 시험하였다. 시험 속도를 12인치/분으로, 게이지 길이를 3인치로, 하중 셀을 5kN으로, 섬유 방향을 위사로 설정하였다. 시험 결과를 표 2에 그리고 도 6에 그래프로 나타낸다. 입증된 바와 같이, 실험 샘플(나노다이아몬드 함유)은 대조군 샘플과 비교할 때 더 높은 하중 및 변형률을 나타내었다.
Figure pct00002
표 2로부터 인지될 수 있는 바와 같이, 본 개시내용의 실시형태의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 향상된 인장 강도(약 16%) 및 연신율(약 3%)을 갖는 패브릭을 제공하는 것을 발견하였다.
본 개시내용의 실시형태의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 향상된 인장 강도를 갖는 패브릭을 제공하는 것을 발견하였다. 본 명세서에 개시된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유로 제조된 패브릭의 실시형태는 나노다이아몬드가 결핍된 열가소성 중합체로 제조된 패브릭과 비교할 때 인장 강도의 적어도 5% 증가, 대안적으로는 인장 강도의 적어도 7% 증가, 대안적으로는 인장 강도의 적어도 10% 증가, 대안적으로는 인장 강도의 적어도 12% 증가, 대안적으로는 인장 강도의 적어도 15% 증가를 가질 수 있다. 이러한 향상된 인장 강도는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 향상된 강도가 바람직한 의복 및 다른 물품을 위한 패브릭의 제조에 특히 적합하게 한다.
패브릭의 강도의 증가에도 불구하고, 본 개시내용의 실시형태의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 패브릭의 연신율 특성에 유의미한 영향을 미치지는 않는다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유로 제조된 패브릭의 실시형태의 연신율 특성은 나노다이아몬드가 결핍된 열가소성 섬유로 제조된 패브릭의 연신율 특성의 약 ±4% 이내, 대안적으로는 약 ±3% 이내, 대안적으로는 약 ±2.5% 이내, 대안적으로는 약 ±2% 이내, 대안적으로는 약 ±1.5% 이내, 대안적으로는 약 ±1% 이내일 수 있다. 놀랍게도, 일부 실시형태에서, 나노다이아몬드의 혼입은 심지어는 향상된 연신율 특성을 갖는 패브릭을 생성할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유로 제조된 패브릭의 실시형태는 나노다이아몬드가 결핍된 열가소성 섬유로 제조된 패브릭의 연신율과 비교할 때 연신율의 적어도 0.5% 증가, 대안적으로는 연신율의 적어도 1% 증가, 대안적으로는 연신율의 적어도 1.5% 증가, 대안적으로는 연신율의 적어도 2% 증가, 대안적으로는 연신율의 적어도 2.5% 증가를 가질 수 있다.
기술된 실시형태는 관련 기술 분야의 것보다 다수의 이점을 갖는 고유하고 신규한 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법, 및 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 포함하는 패브릭을 제공한다는 것이 인지될 수 있다. 본 명세서에는 본 발명을 구체화하는 특정 구체적인 구조가 도시 및 기술되어 있지만, 근본적인 본 발명의 개념의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 부분의 다양한 변형 및 재배열이 수행될 수 있고, 근본적인 본 발명의 개념은 첨부된 청구범위의 범주에 의해 지시되는 것을 제외하고는 도시 및 기술된 특정 형태에 제한되지 않음은 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다.

Claims (29)

  1. 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법으로서,
    재료로서,
    적어도 98.0중량%의 열가소성 중합체 및
    약 0.001중량% 내지 약 0.25중량%의, 약 2 내지 약 500㎚의 입자 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 포함하는, 상기 재료를 융융 압출시켜;
    상기 섬유 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포된 다이아몬드 입자를 갖는 섬유를 제조하는 단계를 포함하는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 약 0.005중량% 내지 약 0.100중량%의 다이아몬드 입자를 함유하는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 중합체는 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리트라이메틸렌 테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌 나프탈레이트(PBN), 폴리트라이메틸렌 나프탈레이트(PTN), 폴리에터 케톤(PEK), 폴리에터 에터 케톤(PEEK), 폴리(p-페닐렌 설파이드)(PPS), 폴리아마이드(나일론), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 열가소성 엘라스토머(TPE) 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 중합체는 1종 이상의 폴리아마이드를 포함하는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열가소성 중합체는 나일론 6,6; 나일론 6; 또는 이들의 조합물을 포함하는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자는 약 2㎚ 내지 약 10㎚의 입자 크기를 갖는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 용융 압출은 적어도 하기의 2개의 단계:
    a. 다이아몬드 농축물 펠릿을 제조하는 단계로서, 상기 다이아몬드 농축물 펠릿은,
    제1 열가소성 중합체,
    약 0.1중량% 내지 약 10중량%의 다이아몬드 입자 및
    약 0.1중량% 내지 약 1중량%의 분산제를 포함하는, 상기 다이아몬드 농축물 펠릿을 제조하는 단계; 및
    b. 제2 열가소성 중합체와 단계 (a)에서 제조된 상기 다이아몬드 농축물 펠릿의 혼합물을 용융 압출시킴으로써 상기 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 제조하는 단계를 포함하는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 열가소성 중합체는 폴리아마이드인, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 열가소성 중합체는 폴리아마이드인, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 열가소성 섬유는 나일론 6이고, 그리고 상기 제2 열가소성 중합체는 나일론 6,6인, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제1 열가소성 중합체 및 상기 제2 열가소성 중합체는 서로 상이한, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 제1 열가소성 중합체 및 상기 제2 열가소성 중합체는 동일한, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 분산제는 스테아르산아연, 스테아르산칼슘 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  14. 제7항에 있어서, 단계 (a)는 상기 제1 열가소성 중합체를 가열시켜 점성 상을 형성하는 단계, 상기 나노다이아몬드 입자 및 분산제를 상기 제1 열가소성 중합체 중에서 블렌딩하는 단계, 및 상기 생성된 혼합물을 압출시키는 단계를 포함하는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  15. 제7항에 있어서, 단계 (b)는 상기 제2 열가소성 중합체의 펠릿 및 상기 다이아몬드 농축물 펠릿을 제어되는 양으로 압출기에 공급하여 미리 결정된 농도의 나노다이아몬드를 함유하는 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 제조하는 단계를 포함하는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자의 혼입은 상기 다이아몬드 입자가 없는 상기 섬유와 대조적으로 상기 섬유의 열 전도도를 적어도 5% 증가시키는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자의 혼입은, 연신율(elongation)을 상당히 감소시키지 않으면서, 상기 다이아몬드 입자가 없는 상기 섬유보다 상기 섬유의 강도를 실질적으로 증가시키는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유의 제조 방법.
  18. 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유로서,
    약 99.0중량% 내지 약 99.9중량%의 열가소성 중합체;
    약 0.001중량% 내지 약 0.25중량%의 다이아몬드 입자로서, 약 2 내지 약 500㎚의 입자 크기를 갖는, 상기 다이아몬드 입자;
    약 0.002중량% 내지 약 0.02중량%의 분산제를 포함하는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유.
  19. 제18항에 있어서, 상기 열가소성 중합체는 나일론인, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유.
  20. 제18항에 있어서, 상기 분산제는 스테아르산아연, 스테아르산칼슘 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유.
  21. 제18항에 있어서, 상기 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 약 0.005중량% 내지 약 0.100중량%의 다이아몬드 입자를 포함하는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유.
  22. 제21항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자는 약 2㎚ 내지 약 10㎚의 입자 크기를 갖는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유.
  23. 제18항에 있어서, 상기 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 상기 열가소성 중합체 만을 함유하는 섬유보다 적어도 5% 더 높은 열 전도도를 갖는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유.
  24. 제18항에 있어서, 상기 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유는 상기 열가소성 중합체 만을 함유하는 섬유의 강도보다 적어도 4% 더 높은 강도 및 상기 열가소성 중합체 만을 함유하는 섬유의 연신율의 약 2% 이내인 연신율을 갖는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유.
  25. 제18항에 있어서, 약 0.001중량% 내지 약 0.25중량%의, 질화붕소, 흑연, 그래핀, 실리카, 1종 이상의 알루미노실리케이트 또는 이들의 조합물의 마이크론 미만의 입자를 더 포함하는, 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유.
  26. 제18항의 나노다이아몬드-함유 열가소성 섬유를 포함하는, 패브릭.
  27. 제26항의 패브릭을 포함하는 의복(garment)으로서, 상기 의복은 착용자의 신체 외부로 열을 전달하도록 구성된, 의복.
  28. 패브릭의 열 전도도를 증가시키는 방법으로서,
    섬유를 제조하는 단계로서, 상기 섬유는,
    적어도 98.0중량%의 열가소성 중합체, 및
    약 0.005중량% 내지 약 0.100중량%의, 약 2 내지 약 500㎚의 입자 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 갖되, 상기 다이아몬드 입자는 상기 섬유 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포된, 상기 섬유를 제조하는 단계;
    상기 섬유를 실(yarn) 내에 혼입시키는 단계; 및
    상기 실을 포함하는 패브릭을 제조하는 단계를 포함하되;
    상기 패브릭 내의 상기 다이아몬드 입자의 혼입은 상기 다이아몬드 입자가 없는 상기 패브릭과 대조적으로 상기 패브릭의 열 전도도를 적어도 5% 증가시키는, 패브릭의 열 전도도를 증가시키는 방법.
  29. 패브릭의 연신율을 유의미하게 손실시키지 않으면서 패브릭의 강도를 증가시키는 방법으로서,
    섬유를 제조하는 단계로서, 상기 섬유는,
    적어도 98.0중량%의 열가소성 중합체, 및
    약 0.005중량% 내지 약 0.100중량%의, 약 2 내지 약 500㎚의 입자 크기를 갖는 다이아몬드 입자를 갖되, 상기 다이아몬드 입자는 상기 섬유 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포된, 상기 섬유를 제조하는 단계;
    상기 섬유를 실 내에 혼입시키는 단계; 및
    상기 실을 포함하는 패브릭을 제조하는 단계를 포함하되;
    상기 패브릭 내의 상기 다이아몬드 입자의 혼입은 상기 패브릭의 연신율을 상당히 감소시키지 않으면서, 상기 다이아몬드 입자가 없는 상기 패브릭과 대조적으로 상기 패브릭의 강도를 상당히 증가시키는, 패브릭의 열 전도도를 증가시키는 방법.
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