KR20240046483A - 면 대체재를 포함하는 난연성 패브릭 - Google Patents

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텐 케이트 프로텍트 비.브이.
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Abstract

본 개시내용은 천연 및/또는 합성 섬유의 혼합물로부터 형성된 원사(yarn)를 포함하는 난연성(FR) 처리된 패브릭에 관한 것으로, 상기 패브릭은 FR 처리된 라이오셀 섬유를 추가로 포함하고, 상기 FR 처리는 비-셀룰로오스-반응성 FR 처리이며, 상기 FR 처리된 라이오셀 섬유는, 예를 들어 히드록실 기의 적어도 일부를 반응성 수지와 가교결합하여, 저-피브릴화된다.

Description

면 대체재를 포함하는 난연성 패브릭
본 발명은 내열성 및 난연성 패브릭(fabric), 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 패브릭은 내열성 및 난연성을 갖는 셀룰로오스-기반 면 대체재를 포함한다.
수많은 직업에서 개인은 과도한 열 및/또는 화염에 노출될 위험이 있다. 대표적인 예로는 산업 근로자, 소방관, 경찰 및 군인이 있다. 그러한 사람들에게는 가능한 경우 적절한 방염복이 제공된다. 이러한 의복은 적어도 부분적으로 난연성 텍스타일(textile)로 제조되기 때문에 일상적으로 착용하는 평상복과는 확연히 다르다.
상기 의복은 난연성 및/또는 내열성, 용융 금속에 대한 저항성, 전기 아크 저항성, 열 마네킹 테스트에서 (추정되는) 낮은 비율의 신체 화상, 제한된 잔염(after-flame) 시간 및 연소에 대한 높은 복원력뿐만 아니라 복사 열에 대한 보호와 같은 최소한의 열 성능 요건을 통과해야 한다.
특수 방염복 외에도, 보다 일반적인 작업복은 종종 높은 난연성이 요구되며, 이는 하나 이상의 표준에 따라 인증될 수 있다. 다른 중요한 성능 요건으로는 인장 및 인열 강도, 파단 신율, 내마모성, 스내깅 저항성(snagging resistance), 및 물 및 액체 화학물질 침투에 대한 저항성이 있다.
또한, 의복은 적절한 편안함, 예를 들어 증기를 신체로부터 멀리 배출하고, 의복이 너무 뻣뻣하지 않도록 보장하는 것을 제공하는 것이 중요하다. 또한, 의복은 상기 논의된 매개변수가, 적어도 의도 또는 인증된 제품의 수명기간 동안 지속되어야 한다는 점에서 내구성이 있어야 한다. 이는 여러 세척 사이클로 정의될 수 있다.
게다가, 의복은 내구성 효과와 더불어, 예를 들어 의복이 염색되어 가시성이 높아지도록 인쇄 또는 염색될 수 있어야 한다. 유연한 소재로 제조된 내열성 및 난연성 의류에 대한 성능 요건에 흔히 사용되는 표준은 ISO 11612이다.
셀룰로오스 섬유 또는 셀룰로오스 섬유를 포함하는 텍스타일 물품을 난연성으로 만들기 위한 공지된 처리는 Proban® 처리이다. 이러한 처리는 우레아와 예비반응되고 pH가 5 내지 8로 조정된 테트라키스히드록시알킬포스포늄(THP) 염을 포함하는 수용액을 텍스타일 물품에 채워 넣는 것을 포함한다.
THP는 셀룰로오스 섬유와 실질적으로 반응하지도 않고, 상기 섬유를 포함하는 텍스타일 물품과도 실질적으로 반응하지 않지만, 대신에 셀룰로오스 섬유의 분자 구조 주변 및/또는 전체를 감싸는 네트워크를 형성한다. 따라서, Proban® 처리는 비-셀룰로오스-반응성 처리이며, 이는 THP와 셀룰로오스 섬유의 화학 반응이 실질적으로 없다는 것을 의미한다. Proban 및 THP에 대한 대안의 비-셀룰로오스-반응성 처리가 동일한 효과를 달성할 수 있다.
대안의 난연성 처리는 N-메틸올 포스포네이트 화합물, 예컨대 N-메틸올 디알킬 포스포노프로피온아마이드를 사용한 처리이다. 상업적으로 그러한 처리제는 상표명 Pyrovatex® CP 및 Aflammit® KWB로 제공된다. 이 경우, 난연성 화합물은 셀룰로오스의 C(6) 히드록실 기 상에서의 반응에 의해 셀룰로오스 상으로 그래프트되어 셀룰로오스 섬유의 바깥쪽에 그래프트된 보호성 포스포노프로피온아마이드 분자가 생성된다. 따라서, 이것은 셀룰로오스와 인-포함 화합물의 반응이 존재하므로, 셀룰로오스-반응성, 인-포함 화합물의 예이다. 따라서, Pyrovatex 처리는 Proban 공정과 기본적으로 상이한 화학 및 메커니즘을 갖는다.
Pyrovatex 및 Proban은 면을 난연성으로 만들기 위해 개발되었고, 생성된 패브릭에 대하여 관련된 문제가 많이 있다. US 3816068 A1에는 셀룰로오스 패브릭에 대한 난연제가 개시되어 있고, Pyrovatex 공정의 단점이 기재되어 있다. Pyrovatex 처리된 패브릭의 단점에는 다른 많은 처리와의 불상용성 및 시간이 지남에 따라 가수분해되는 경향이 포함된다. Pyrovatex 처리된 제품은 가수분해 및 그에 따른 불쾌한 냄새를 방지하기 위해 (사용 여부와 관계없이) 생산 후 적어도 1년에 한 번 세척할 것을 요구한다. 전형적으로, 달성된 내화성 정도는 THP 처리보다 더 제한되고, 상기 공정은 최대 20%의 합성 섬유와 상용될 뿐이다. EP 0709518 A1에는 Proban 처리된 면 패브릭이 개시되어 있다. 이 특허는 Proban 처리된 면의 강성 문제를 해결하는 것에 관한 것이다.
또한, 그 특성상 본질적으로 난연성이어서, 이러한 난연성을 달성하기 위해 처리를 필요로 하지 않는 섬유가 존재한다. 파라-아라미드 및 메타-아라미드 섬유, PPS, PBO 및 PBI를 포함한 그러한 섬유는 내염성 섬유로 지칭될 수 있다. 본질적으로 난연성인 다른 내염성 섬유에는, 예를 들어 마스터배치로서 방적되기 전에 난연성 첨가제가 첨가된 섬유 방적 도프(fibre spin dope)로부터 압출되는 섬유가 포함된다. 생성된 섬유에는 FR 라이오셀, 모다크릴(Modacrylic), FR 폴리에스테르 및 FR 폴리아마이드 FR이 포함된다. 하기에서, 용어 "난연성(FR)"은 본질적으로 난연성인 특성을 갖는 섬유와 반대로 난연성이 되도록 처리된 섬유를 지칭하기 위해 사용된다.
의류 제조 분야에서 환경 친화적인 옵션을 선택하는 것에 대한 관심이 점점 높아지고 있다. 면과 같은 천연 섬유가 어떤 측면에서는 합성 섬유에 비해 이로울 수 있지만, 면은 생산 요건, 특히 물 사용량 측면에서 상대적으로 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 난연성 의류에서 면 또는 다른 천연 섬유를 적어도 부분적으로 대체하기 위해 면 대체재를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
신뢰가능하게 공급되는 우드칩 셀룰로오스로 제조된 하나의 면 대체재에는 라이오셀이 있다. 이는 레이온과 유사한 재료이지만 비스코스(viscose) 공정의 단점을 갖지 않는다. 이는 또한 면보다 상당히 낮은 물 사용량(water footprint)을 가져서, 최대 95% 더 적은 물을 사용한다. 그러나 아직까지, 내구성 및 다른 작업복 요건과 함께 난연성이 요구되는 면을 라이오셀로 적절하게 대체하는 것은 가능하지 않았다. 특히, 라이오셀이 피브릴화되는 경향은 주요 단점으로 여겨졌다.
그럼에도 불구하고 보호복에 대해 기대되는 최소한의 특정 품질 요건을 충족시키고 환경 영향이 더 적은, 통상적인 FR 면에 대한 대체재를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따라, 천연 및/또는 합성 섬유의 혼합물로부터 형성된 원사(yarn)를 포함하는, 난연성(FR) 처리된 패브릭이 제공되며, 상기 패브릭은 FR 처리된 라이오셀 섬유를 추가로 포함하고, 상기 FR 처리는 비-셀룰로오스-반응성 FR 처리이며, 상기 FR 처리된 라이오셀 섬유는 저-피브릴화된다. 하기에서, 용어 '라이오셀'은 인조, 셀룰로오스-기반 면 대체재를 나타내기 위해 사용된다. 특히, 이는 유기 용매 방적 공정에 의해 수득된 셀룰로오스 섬유를 나타낼 수 있지만, 본 발명은 또한 비스코스 공정에 의해 수득된 일부 셀룰로오스 섬유에 적용될 수도 있다. Lenzing AG로부터 입수가능한 Tencell® 제품과 같은 라이오셀이 잘 알려져 있지만, 다른 유사한 셀룰로오스-기반 면 대체재가 이용가능하며 동일하게 적용될 수 있다. 라이오셀은 짧은 스테이플 섬유, 긴 스테이플 섬유의 형태로 또는 필라멘트 또는 리본으로서 존재할 수 있다. 또한, 이와 관련하여, 천연 및 합성 섬유의 언급은 라이오셀 섬유를 배제하려는 것이며, 즉 이들은 라이오셀에 추가된다. 필요한 특성에 따라, 임의의 양의 라이오셀이 존재할 수 있다. 특히, 1 내지 99 중량%의 라이오셀, 바람직하게는 10 내지 70 중량%, 보다 바람직하게는 15 내지 50 중량%의 라이오셀 또는 20 내지 35 중량%의 라이오셀이 존재할 수 있다.
라이오셀은 피브릴화되기 쉬운 것으로 잘 알려져 있다. 또한, 라이오셀은 물에 흡수될 때, 즉 습윤 패브릭 상태에서 감소된 인장 강도를 갖는 것으로 이해된다. 본 발명과 관련하여 연구한 결과, 피브릴화는 THP 유형 FR 처리를 수행함으로써 더욱 악화되는 것으로 또한 밝혀졌다. 습윤 상태에서, 물은 라이오셀 피브릴 번들로 침투할 수 있으며, 이에 따라 섬유 표면에서 피브릴이 노출된다. 피브릴화 속도는 통상적인 FR 처리 동안 경험한 바와 같이 pH가 증가함에 따라 그리고 온도가 증가함에 따라 증가한다. 면과 달리, 라이오셀은 자연적으로 가교결합되지 않고, 따라서 증가된 피브릴화를 적어도 부분적으로 보상하는 마감재를 제공하는 것이 바람직하다. 라이오셀과 같은 재료의 경우, 피브릴은 이웃하는 피브릴들 간의 수소 결합에 의해 적어도 부분적으로 함께 유지되는 것으로 여겨진다. 수소 결합 정도를, 예를 들어 물의 존재 하에 또는 특정 처리 결과로서 감소시키면 피브릴화가 증가할 수 있다.
피브릴화 방지 마감은 패브릭 상에서 적합한 첨가제를 적용하여 수행될 수 있다. 바람직하게는, 첨가제는 셀룰로오스의 히드록실 기와 반응하여 피브릴을 안정화시키는 물질이다. 이는 수소 결합의 존재를 증가시키거나, 공유 결합을 형성하여 이루어질 수 있고, 이에 의해 피브릴의 가교결합이 개선된다. 셀룰로오스 재료의 히드록실 기에 공유 결합을 형성하여 가교결합하는 첨가제는 반응성 수지, 열경화성 수지 또는 이지-케어(easy-care) 마감재로 언급될 수 있다. 반응성 수지에는 에틸렌 우레아 포름알데하이드, 프로필렌 우레아 포름알데하이드, 메틸화 우론 포름알데하이드 및 디메틸올 디히드록시에틸렌우레아(DMDHEU) 변형 수지가 포함된다. 후자가 바람직한 선택이다. 당업자는 상기에 대한 대안 및 등가물이 또한 적용될 수 있음을 잘 알고 있을 것이다. 이와 관련하여, 저-피브릴화는 라이오셀의 히드록실 기의 가교결합의 존재에 의해 정성적으로 결정될 수 있다. 대안적으로, 이는 예를 들어 필링(pilling), 마모, 색상 유지 또는 하기 정의된 다른 테스트에 의해 실험적으로 결정될 수 있다.
일 실시형태에서, 천연 섬유는 FR 면을 포함한다. 패브릭은 면 패브릭의 일반적인 느낌을 가질 수 있으며, 따라서 면의 일부가 라이오셀 대체재로 대체될 수 있다. 패브릭의 전체 성능에 상당한 영향을 주지 않으면서 대략 50% 이하의 면이 대체될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 패브릭의 부드러움이 상당히 증가하고, 일반적으로 매우 편안한 사용감을 경험한다. 그러나, 일반적으로, 면이 라이오셀로 대체되는 경우, 라이오셀의 특정한 특성의 손실을 상쇄하거나 또는 달리 보완하기 위해 합성 섬유와 같은 일정량의 더 강한 섬유가 요구될 수 있다. 특히, 라이오셀은 일반적으로 면보다 약간 더 낮은 습윤 강도를 가지지만, THP 가공 후 강도가 상당히 감소된다. 따라서, 이를 보상하기 위해 폴리에스테르가 섬유 혼방에 첨가될 수 있다. 그러나, 리넨 또는 양모와 같은 다른 천연 섬유가 어느 정도의 양으로 존재할 수 있다는 것을 배제하지 않는다.
일 실시형태에서, 합성 섬유는 폴리에스테르를 포함한다. 폴리아마이드 또는 아라미드와 같은 다른 합성 섬유가 또한 고려될 수 있으며, 추가로 소량의 고성능 합성 섬유가 포함될 수 있다는 것을 배제하지 않는다. 일 실시형태에서, 합성 섬유는 재생 폴리에스테르를 포함한다. 재생 폴리에스테르의 바람직한 하나의 공급원은 Unifi Inc의 Repreve ®이며, 이는 기계적으로 재생된 폴리에스테르이다. 화학적으로 재생된 폴리에스테르가 또한 사용될 수 있다. 재생 폴리에스테르는 순수 폴리에스테르에 비해 에너지 소비를 45% 감소시키고; 순수 폴리에스테르에 비해 물 소비량을 거의 20% 감소시키고; 순수 폴리에스테르에 비해 온실가스 배출량을 30% 이상 감소시키는 등 여러 흥미로운 장점을 갖는다. 재생 폴리에스테르는 뛰어난 강도 특성을 가지며, 내구성을 부가하지만, 이는 많은 FR 처리에 대해 반응하지 않는다. 합성 섬유는 짧은 스테이플 섬유, 긴 스테이플 섬유 및 필라멘트를 포함한 다양한 형태로 존재할 수 있다.
직조된 패브릭 및 편직된 패브릭을 포함한 여러 가지의 가능한 패브릭이 예상될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 직조된 패브릭이 바람직하다. 직조된 패브릭은 선택된 직조 또는 패턴의 경사 및 위사로부터 형성되는 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다. 경사 및 위사 둘 모두는 그 조성, 중량 등이 모두 동일하거나 상이할 수 있다. 각각의 원사는 방적사일 수 있다. 방적사는 구성 섬유의 친밀 혼방(intimate blend)을 포함하는 것으로 이해된다. 다수의 원사의 가닥을 함께 꼬아 플라이(ply)를 형성할 수 있다. 또한, 플라이는 하나 이상의 필라멘트를 갖는 방적 섬유를 꼬아서 형성될 수 있다.
일 실시형태에서, 라이오셀 섬유는 오직 경사에만 존재할 수 있다. 이는 라이오셀이 마감 공정에 의해 피브릴화로부터 적절하게 안정화된 경우 가장 적합한 것으로 밝혀졌다. 이 경우, 라이오셀은 경사에 또한 혼방된 합성 섬유의 존재에 의해 보강될 수 있다. 라이오셀이 여전히 피브릴화된 경우, 예를 들어 능직에서, 패브릭 외부로의 노출을 감소시키기 위해 라이오셀을 그 대신에 위사에만 포함시키는 것이 바람직할 수 있다.
특정 실시형태에서, 경사는 라이오셀 섬유, 합성 섬유 및 천연 섬유를 포함한다. 따라서, 혼방은 라이오셀, 면 및 폴리에스테르 스테이플 섬유일 수 있으며, 이들은 함께 경사의 적어도 95%를 구성한다. 일 실시형태에서, 경사의 최대 50%가 라이오셀을 포함할 수 있고, 나머지는 동일한 양의 면 및 폴리에스테르가 차지한다. 일 실시형태에서, 이들은 바람직하게는 각각 대략 50/25/25의 중량% 비율로 경사에 존재할 수 있다.
패브릭의 여러 특성들 간에, 최적화 결과를 유발하는 특정한 관계가 존재하는 것으로 관찰되었다. 특히, 라이오셀의 사용량의 증가는 (특히 FR 처리된 후) 라이오셀의 강도 손실을 보상하는 데 필요한 더 강한 합성 섬유의 양을 상응하여 증가시킬 것을 요구한다는 점에 주목할 수 있다. 그런 다음 합성 섬유는 증가된 라이오셀에 해당되는 원사 방향에 존재한다. 본질적으로 FR도 아니고 FR 처리가능한 것도 아닌 합성 섬유의 경우, 도입될 수 있는 합성 섬유의 총량은 천연 섬유 및 라이오셀의 FR 처리 정도에 좌우될 것이다. 하기에서 추가로 설명되는 이유로, 과도한 피브릴화를 피하기 위해 제한된 정도의 FR 처리가 바람직할 수 있다. 따라서, 혼방에 존재할 수 있는 비-FR 합성 섬유의 전체 양은 제한될 수 있다. 이러한 이유로, 경사에서 상기 50/25/25 혼방은 어느 정도 적합한 것으로 밝혀졌고, 그의 명백한 변형은 동일한 유리한 효과를 달성할 것이다.
그러나, 합성 섬유가 한 방향으로 도입되는 경우, 패브릭은, 예를 들어 수축에 대해 탈안정화될 수 있다. 이러한 이유로, 다른 직조 방향에서 제한된 양의 합성 섬유가 또한 요구될 수 있으며, 예를 들어 90/10 면/폴리에스테르 혼방이 적절할 수 있다. 대략 50/30/20의 면/라이오셀/폴리에스테르의 전체 혼방이 생길 수 있다. 일반적으로, 적은 양의 합성 섬유가 바람직할 수 있는데, 그 이유는 합성 섬유의 주요 목적이 강도 보상이고, 합성 섬유는 전체 패브릭의 FR 정도에 부정적으로 영향을 끼치기 때문이라는 점에 주목할 것이다. 그럼에도 불구하고, Pyrovatex 유형 처리에 대해 달성될 수 있는 합성 섬유의 양을 초과하는 합성 섬유의 양이 달성될 수 있다.
폴리에스테르의 경우, 50 중량% 이하의 폴리에스테르가 전체 패브릭에 존재할 수 있다. 폴리아마이드와 같은 다른 섬유의 경우에는, 20 중량% 이하로 존재할 수 있다. THP FR 처리와의 상용성을 위해 상한 미만으로 유지되는 대안의 섬유 비율은 최종 용도에 따라 선택될 수 있으며, 이는 또한 본 출원의 범위 내에 속한다. 예를 들어, 원하는 강도나 부드러움이나 색상 유지 비율을 제공하기 위해, 또는 많은 양의 그린(green) 섬유를 함유하기 위해.
일 실시형태에서, 위사는 주로 천연 섬유를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 70 중량% 내지 95 중량%의 천연 섬유, 특히 면을 포함할 수 있다.
임의의 적합한 직조 구성이 고려될 수 있으며, 당업자는 그러한 직조 각각의 장점을 잘 알고 있을 것이다. 일 실시형태에서, 패브릭은 능직으로서, 바람직하게는 2/1 능직으로서 직조될 수 있다. 특별한 드레이프(drape)를 제공하거나, 특정 원사가 한쪽 또는 다른 쪽에만 독점적으로 제공되도록 보장하는 것이 바람직한 경우, 새틴(satin) 직조가 또한 사용될 수 있다. 패브릭은 또한 각각의 앞 뒤 천이 서로 다른 특성을 갖는 이중-천일 수도 있고, 양면 패브릭, 또는 두 개의 동일한 면을 갖는 패브릭일 수 있다.
본 발명의 중요한 양태에 따라, 패브릭은 라이오셀이 피브릴화되는 것을 방지하기 위해 피브릴화 방지 마감재를 포함한다. 상기 언급한 바와 같이, 라이오셀은 자연적으로 가교결합되지 않고, 따라서 증가된 피브릴화를 적어도 부분적으로 보상하는 마감재를 제공하는 것이 바람직하다. 중요하게는, 마감된 라이오셀 섬유를 사용하면 피브릴화가 방지되는 것으로 잘 알려져 있지만, 비-피브릴화 마감은 라이오셀 섬유에 난연성 처리를 적용하는 데 있어서 불리한 것으로 현재 밝혀졌다. 미처리된 라이오셀 섬유, 즉 피브릴화 방지 처리되지 않은 라이오셀 섬유를 사용함으로써, FR 처리의 적용이 개선될 수 있다. 이는 특히 Proban 유형 (THP) 처리의 경우에 그러한 것으로 밝혀졌다. 이론에 구속되는 일 없이, 포름알데하이드와 같은 가교결합된 수지의 존재는 라이오셀 섬유의 분자 구조 주변 및/또는 전체를 감싸는 네트워크의 형성을 필요로 하는 THP 메커니즘의 작동을 방지하는 것으로 여겨진다.
본 발명에 따라, 피브릴화 방지 수지 마감이 FR 처리에 후속적으로 적용될 수 있다. 그러나, FR 처리는 그 자체로 피브릴화 방지 마감 공정에 대해 후속적으로 부정적 영향을 미치는 것으로 또한 밝혀졌다. 이는 THP 처리로 인한 히드록실 기의 입체 장애 때문인 것으로 여겨진다. 본 발명의 양태에 따라, FR 처리 정도는 최소로 유지된다. 이와 관련하여, 최종 패브릭 중의 포스포르(phosphor)의 양은 2.5 중량% 미만, 바람직하게는 2.4 중량% 미만, 또는 심지어 2.2 중량% 미만으로 유지될 수 있다. 질소에 대한 값 또한 FR 처리 정도를 반영하며, 이들은 1.7 중량% 미만, 또는 1.6 중량% 미만, 또는 심지어 1.5 중량% 미만으로 유지될 수 있다. 이러한 값은 여전히 적절한 FR 준수를 보장하는 것으로 밝혀졌다. 그럼에도 불구하고, 상기 언급한 바와 같이, 감소된 FR 처리 정도는 혼방(합성 섬유가 비-FR인 경우)에 존재할 수 있는 합성 섬유의 전체 양을 제한한다.
일 실시형태에서, 패브릭은 발수성 및/또는 발유성 마감을 추가로 포함한다. 적합한 마감재에는 통상적인 PFAS(퍼플루오르화 알킬화 물질) 마감재, 예컨대 PTFE, Teflon® 등이 포함된다. 대안적으로, 본 개시내용의 패브릭은 또한 PFAS-부재 마감재에 의해 제조되어, 더욱 환경 친화적일 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 패브릭은 또한 특정 기술 목적을 위해 다른 섬유 또는 원사를 포함할 수 있다. 보호용 작업복을 위해, 대전 방지 섬유가 혼방 섬유로서 또는 개별 대전 방지 원사 또는 필라멘트로서 포함될 수 있다. 일 실시형태에서, 패브릭은 0.2 중량% 내지 3 중량%의 양으로 대전 방지 섬유 또는 필라멘트를 포함할 수 있다. 대전 방지 스테이플 필라멘트가 사용되는 경우, 대전 방지 섬유의 분포 또는 편재 여부에 따라, 최대 5 중량%의 양이 필요할 수 있다.
본 발명에 따른 예시적인 패브릭은 경사에
40 내지 60 중량%, 바람직하게는 대략 50 중량%의 라이오셀,
15 내지 35 중량%, 바람직하게는 대략 25 중량%의 면; 및
15 내지 35 중량%, 바람직하게는 대략 25 중량%의 재생 폴리에스테르
를 포함하고,
위사에
70 내지 99 중량%, 바람직하게는 대략 90 중량%의 면,
1 내지 20 중량%, 바람직하게는 대략 10 중량%의 재생 폴리에스테르
를 포함할 수 있다.
패브릭은 바람직하게는 필요한 특성을 손실하지 않으면서 ISO 15797에 따라 적어도 50x 세탁에 대해 내구성이 있다. 이는 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
· ISO 105-A02의 회색 색표 비교에 따른 2 초과 또는 3 초과의 색상 유지 점수;
· ISO15025(2000)의 테스트 절차에 따른 ISO11612의 표면 점화 요건 초과;
· ISO15025(2000)의 테스트 절차에 따른 ISO11612의 하단 에지 점화 요건 초과;
· ISO13937-2(2000)에 따른 10 N 초과의 인열 강도;
· ISO13934-1(2013)에 따른 300 N 초과의 인장 강도.
· 패브릭은 또한 바람직하게는 12 KPa의 가해진 힘에 대해 ISO 12947-2를 충족하고 Martindale 방법에 따라 15,000회 초과의 사이클, 바람직하게는 20,000회 초과의 사이클에 대해 패브릭 내마모성을 나타내야 한다.
비-셀룰로오스-반응성 처리는 임의의 적합한 그러한 처리, 바람직하게는 Proban® 처리와 같은 THP 염에 기반한 처리일 수 있다.
본 발명은 또한 천연 및/또는 합성 섬유의 혼합물 및 접근가능한 히드록실 기를 갖는 라이오셀 섬유를 포함하는 내열성 및 난연성 패브릭의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 먼저 패브릭을 비-셀룰로오스-반응성 FR 처리하는 단계, 및 이어서 수지를 적용함으로써 패브릭을 마감하여 라이오셀의 피브릴화를 안정화시키는 단계를 포함한다.
이와 관련하여, 용어 '접근가능한 히드록실 기'는 라이오셀 섬유가 가교결합 수지와 같은 피브릴화 방지 첨가제로 처리되지 않는다는 사실을 지칭하려는 것이다. 본 발명에 따라, FR 처리 이전에 그러한 첨가제의 존재는 처리의 효능을 감소시킬 수 있는 것으로 입증되었다. 이러한 이유로, FR 처리는, 원사에 제공된 라이오셀 섬유가 피브릴화에 대하여 히드록실 기를 차지할 수 있는 처리에 의해 아직 안정화되지 않은 패브릭 상에서 수행되는 것이 바람직하다.
FR 처리 이전에, 패브릭은 다음의 군으로부터 선택되는 공정 중 하나 이상으로 전처리될 수 있다: 풀빼기(desizing), 정련(scouring), 표백, 머서리화(mercerising), 반응성 및 비-반응성 염료를 포함한 염색.
패브릭은 직조된 또는 편직된 패브릭을 포함한 임의의 적합한 패브릭일 수 있고, 상기 방법은 FR 처리를 수행하기 전에, 먼저 개개의 원사로부터 패브릭을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 다시 말해서, FR 처리는 원사 그 자체에 적용되기보다는 오히려 패브릭 상에서 수행된다. 패브릭의 제조 단계는 경사 및 위사를 사용하여, 바람직하게는 능직으로, 원사를 직조하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 라이오셀은 오직 경사 방향의 원사에 존재한다.
수지를 적용하여 패브릭을 마감하는 단계는 피브릴화를 방지하기 위해 임의의 적절한 화학 물질을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 수지는 셀룰로오스의 히드록실 기와 반응하여 피브릴을 안정화시키는 물질이다. 그러한 수지는 반응성 수지, 열경화성 수지 또는 이지-케어 마감재로 지칭될 수 있다. 반응성 수지에는 에틸렌 우레아 포름알데하이드, 프로필렌 우레아 포름알데하이드, 메틸화 우론 포름알데하이드 및 디메틸올 디히드록시에틸렌우레아(DMDHEU) 변형 수지가 포함된다. 후자가 바람직한 선택이지만, 등가물 및 대안이 동일하게 적용될 수 있다. 마감 단계는 수지의 가교결합에 의해, 예를 들어 열 적용에 의해 완료될 수 있다.
마감은 발수성 및/또는 발유성 처리를 추가로 포함할 수 있으며, 이는 바람직하게는 피브릴화를 방지하기 위한 수지의 적용 후 별도의 단계로 제공된다. 두 가지 처리를 함께 적용할 수 있지만, 존재하는 처리에 대하여, 먼저 피브릴화 방지 마감을 수행한 후 이어서 발수성/발유성 마감을 적용함으로써 보다 우수한 효과가 달성되는 것으로 밝혀졌다. 열 처리가 두 가지 처리에 대해 함께 발생할 수 있지만, 바람직하게는 피브릴화 방지 수지는 발수성/발유성 마감을 시작하기 전에 열 처리에 의해 가교결합된다. 적합한 발유성 및/또는 발수성 마감재에는 PFAS(퍼플루오르화 알킬화 물질) 마감재, 예컨대 PTFE, Teflon® 등이 포함된다. 대안적으로, 본 개시내용의 패브릭은 또한 PFAS-부재 마감재에 의해 제조되어, 더욱 환경 친화적일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 또는 하기 기재되는 방법에 의해 제조된 의복에 관한 것이다.
이러한 재료의 조합에 의해, 통기성, 편안함, 내구성(빠른 피브릴화 방지) 및 FR을 갖는 환경 친화적 패브릭이 생성된다. 면의 유리한 특성은 패브릭에 지속성 및 통기성 둘 모두를 제공한다.
몇몇 재료가 환경 친화적 제품에 특히 흥미로운 것으로 고려된다. 재생 재료, 지속가능한 재료 및 낮은 물 부족성을 갖는 재료는 환경에 미치는 영향이 적다.
따라서, 본 출원에서 난연성(FR)은 필라멘트, 섬유, 원사 또는 패브릭에 대한 처리에 의해 부여되는 난연성 및/또는 내열성을 의미하는 것으로 정의된다. 열 마네킹 테스트에서 (추정되는) 낮은 비율의 신체 화상, 제한된 잔염 시간 및 연소에 대한 높은 복원력뿐만 아니라 복사 열에 대한 보호성, 전기 아크 저항성 및 용융 금속에 대한 저항성을 갖는 패브릭이 제공될 수 있다. 예를 들어, ISO 11612의, 유연한 재료로 제조된 난연성 의류에 대한 성능 요건을 충족한다.
비제한적인 예로서, 공급원으로부터 제품 완성까지 하기의 공정 단계가 설명된다.
예시적인 제조 공정의 단계가 하기에 설명된다.
· 먼저, 스테이플 섬유를 방적하여 원사로 형성한다.
· 이어서, 이러한 원사를 원하는 최적 사양에 따라 그레이지 천(greige cloth)으로 직조한다.
· 그레이지 천을 검사한다.
· 풀빼기, 정련 및 표백을 포함한 전처리가 이루어진다.
· 추가 전처리 단계에서, 면 및 라이오셀을 머서리화한다.
· 이어서, 패브릭을 염색 및 고착을 포함한 연속 염색 공정으로 염색한다.
· 이어서, 마감 공정 라인으로 들어가기 전에 천을 색상 결함에 대하여 검사한다.
· 패브릭 함침 및 암모니아 경화를 비롯하여, 한 가지 또는 두 가지 FR 처리 단계를 수행할 수 있다.
· 패브릭은 에어로-텀블러(aero-tumbler)에서 기계적으로 부드러워져서 더욱 유연하게 된다.
· 제품을 텐터 프레임(tenter frame) 상으로 신장시키고 수지로 처리하여 피브릴화를 방지한다.
· 이어서, 패브릭을 가열 처리하여 적용된 수지를 가교결합한다.
· 발유성 및 발수성을 얻기 위해 추가 마감을 적용한다.
· 제품을 열 처리/어닐링한다.
· 패브릭을 방축 가공(sanforize)하여 수축을 감소시킨다.
· 이어서, 품질 관리가 이루어진다.
· 그 후 이를 포장하여 의류 제조업체로 배송하고, 여기서 이를 특수 작업복과 같은 특정 용도에 맞게 제작한다.
원사로 형성되는 스테이플 섬유에는 면, 라이오셀 및 재생 폴리에스테르가 포함된다. 면은 편안함 및 합성 섬유보다 우수한 수분 관리를 제공하는 천연 섬유이다. 면은 FR-처리된 패브릭에 전통적으로 사용되는 섬유이다.
라이오셀은 합성 셀룰로오스 섬유이다. Birla Cellulose에 의해 제공되는 Livaeco™, Birla Modal™, Birla Excel™, Birla Viscose™ 및 Birla Spunshades™과 같은 다른 대안의 셀룰로오스 기반 면 대체재가 존재한다. 라이오셀은 습윤 상태에서 강도를 손실하는 산업용의 세탁가능한 섬유이다. 실제로 라이오셀은 습윤 상태에서 면과 유사한 강도를 가지며, 면보다 지속가능성이 더 높다. 면과 비교하여, 라이오셀의 물 사용량은 면보다 95% 더 적다. 라이오셀은 면보다 더 편안하며 수분 관리가 보다 우수하고, 일반적으로 피부에 더 부드럽다. 그러나, 이는 피브릴화되는 섬유이고; 예를 들어 습윤 상태에서 물이 피브릴 번들 내부로 침투하여 섬유 표면에서 피브릴 노출을 유발한다. 피브릴화 속도는 pH가 증가하고 온도가 증가함에 따라 증가한다.
(재생) 폴리에스테르는 기계적으로 또는 화학적으로 재생될 수 있다. 폴리에스테르는 비교적 강한 재료이기 때문에 FR-처리된 패브릭에 사용되어 내구성을 증가시키지만, 이는 또한 셀룰로오스 기반 패브릭보다 더 무겁다. 폴리에스테르는 Proban 화학에 의해 난연성으로 만들 수 없다. 지속가능성을 개선시키기 위해 기계적 재생 폴리에스테르가 사용될 수 있다. 재생 폴리에스테르의 사용은 순수 폴리에스테르의 사용에 비해 에너지 소비를 45% 감소시키고, 순수 폴리에스테르에 비해 물 소비량을 거의 20% 감소시킨다. 온실 가스 배출량은 순수 폴리에스테르에 비해 30% 이상 감소된다.
예시적인 EG 9600 패브릭의 경우, 하기 스테이플 섬유를 사용하여 원사를 방적하였다:
면(미들링(middling))
ㆍ 카운트 3,8 - 4,4 Micronair
ㆍ 길이 27 mm
ㆍ 인성 26 ~ 30 cN/tex
Tencel 라이오셀 표준
ㆍ 카운트 1,25 dtex
ㆍ 길이 38 mm
ㆍ 인성 38 cN/tex
ㆍ 인성 습윤 31 cN/tex
Repreve 재생 폴리에스테르
ㆍ 카운트 1,3 dtex
ㆍ 길이 38 mm
Figure pct00001
인성 59 cN/tex
Nega-Stat® P190
ㆍ 카운트 39/6 dtex
ㆍ 길이 = 필라멘트
패브릭 원사의 예시적인 배합은 다음과 같다:
경사:
50% 라이오셀;
25% 면; 및
25% 재생 폴리에스테르.
위사:
90% 면; 및
10% 재생 폴리에스테르.
AS 연사:
75% 면;
8% 재생 폴리에스테르;
17% Negastat 필라멘트.
EC9600 패브릭은 상기 위사 및 경사를 사용하여 2/1 능직으로 직조된다. 위사 방향으로 1:20 간격마다 대전 방지 원사가 포함된다. 최종 패브릭에서 각각의 섬유의 전체 중량 백분율은 다음과 같다:
50% 면;
30% 라이오셀;
19% 재생 폴리에스테르;
1% Negastat 필라멘트.
단일 단계 THP 처리 후, 패브릭은 다음의 난연성 특징 값을 갖는 것으로 측정되었다:
THP의 양이 P, N 분석에 의해 측정되었고, 그 결과는 하기와 같다:
EG 9600: P 2.1% N 1.7%
전통적인 면 제품: P 2.9% N 1.9%.
패브릭은 FR-처리 후에도 여전히 피브릴화에 취약하다. 적합한 수지를 사용하여 FR-처리 후 패브릭을 마감하는 단계는 제품에서 라이오셀의 피브릴화를 방지한다. 수지는 풀라드(foulard) 공정으로 적용되며, 적용 공정은 가압 및 가열에 의한 수분 제거 후 수지를 가교결합하기 위한 열 처리를 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 "비-피브릴화"는 실질적으로 비-피브릴화하는 것을 의미하며, 저-피브릴화와 교환 가능한 것으로 이해될 것이다. 비-피브릴화 수지의 적용은 순수 상태의 것과 비교하여 피브릴화가 감소된 패브릭을 제공한다.
ISO 13034를 충족하기 위해 플루오로카본 수지(FC)를 통해 패브릭을 발수성 및/또는 발유성 마감하기 위해서는 제2의 마감이 요구된다. 수지 및 FC는 하나의 욕에서 조합될 수 있거나, 피브릴화를 개선시키고 색상 손실을 방지하기 위해 수지 및 FC 마감재를 2-단계 공정으로 차례로 적용할 수 있다. 이러한 2-단계 공정은 세탁 후 피브릴화를 감소시킨다. 추가 개선은 FC 마감재를 적용하기 전에 수지를 먼저 가교결합하는 것이다.
표준 ISO 15797, 75℃, j 요건에 따른 세탁이 가능하고, 그 결과 감소된 균질한 피브릴화가 생성된다. 패브릭은 ISO 15797, 75℃, j에 따른 강력한 최대 50회의 세탁에도 내구성을 유지한다.
최종 제품은 하기의 장점을 갖는다:
· 50% 그린 재료,
· 내구성 및 지속가능성,
· 전통적인 FR-처리된 패브릭보다 28% 더 낮은 물 사용량,
· 전통적인 FR-처리된 패브릭보다 10% 더 낮은 CO2 배출량,
· 라이오셀로 인한 통기성과 함께 매우 부드러움,
· 낮은 수증기 저항성(통기성) 및 우수한 단시간 증기 흡수성,
· 전통적인 FR-처리된 패브릭보다 더 우수한 성능,
· 전통적인 FR-처리된 면 패브릭은 뻣뻣하고 견고한 느낌이며, EG9600은 피부에 유연하고 부드러운 느낌이다.
· 전통적인 FR-처리된 면 패브릭과 동일한 FR 성능,
· 낮은 필링.
개선된 FR 패브릭의 3가지 배치(batch)를 테스트하였고, 최종 마감 후 측정된 특성은 하기 세부 사항과 함께 기술적 사양에 따라 반복될 수 있는 것으로 나타났다:
본 발명의 패브릭의 기술적 사양은 특성 측면에서 표준 FR 패브릭, 및 Modal/Tencel™으로 알려진 대안의 본질적으로 난연성인 패브릭과 유사하며 상응한다. 추가로 본 발명의 개선된 FR 패브릭은 개선된 편안함 및 감소된 탄소 배출량을 갖는다. 기술적 사양의 비교는 다음과 같다:

Claims (24)

  1. 천연 및/또는 합성 섬유의 혼합물로부터 형성된 원사(yarn)를 포함하는 난연성(FR) 처리된 패브릭으로서, 상기 패브릭은 FR 처리된 라이오셀 섬유를 추가로 포함하고, 상기 FR 처리는 비-셀룰로오스-반응성 FR 처리이며, 상기 FR 처리된 라이오셀 섬유는 저-피브릴화되는, 패브릭.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패브릭은 경사 및 위사를 포함하는 직조된 패브릭인, 패브릭.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 천연 섬유는 면을 포함하는, 패브릭.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합성 섬유는 폴리에스테르, 폴리아마이드 및/또는 아라미드를 포함하고, 바람직하게는 재생된 것인, 패브릭.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 라이오셀 섬유는 경사에만 존재하는, 패브릭.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 경사는 라이오셀 섬유, 합성 섬유 및 천연 섬유를 바람직하게는 대략 50/25/25의 중량% 비율로 포함하는, 패브릭.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 위사는 주로 천연 섬유를 바람직하게는 70 중량% 내지 95 중량%로 포함하는, 패브릭.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    능직으로서, 바람직하게는 2/1 능직으로 직조되는, 패브릭.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    피브릴화 방지 마감재를 추가로 포함하고, 바람직하게는 피브릴화 방지 첨가제, 선택적으로 FR 라이오셀의 히드록실 기에 가교결합될 수 있는 수지, 바람직하게는 DMDHEU 수지를 포함하는, 패브릭.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    발수성 및/또는 발유성 마감재를 추가로 포함하고, 바람직하게는 플루오로카본을 포함하는, 패브릭.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    대전 방지 섬유를, 바람직하게는 0.2 중량% 내지 5 중량%의 양으로, 추가로 포함하는, 패브릭.
  12. 제2항에 있어서,
    경사에,
    40 내지 60 중량%, 바람직하게는 대략 50 중량%의 라이오셀,
    15 내지 35 중량%, 바람직하게는 대략 25 중량%의 면; 및
    15 내지 35 중량%, 바람직하게는 대략 25 중량%의 재생 폴리에스테르
    를 포함하고;
    위사에,
    70 내지 99 중량%, 바람직하게는 대략 90 중량%의 면,
    1 내지 20 중량%, 바람직하게는 대략 10 중량%의 재생 폴리에스테르
    를 포함하는, 패브릭.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패브릭은 ISO 15797에 따른 적어도 50x의 세탁에 대해 내구성이 있으며,
    - ISO 105-A02의 회색 색표 비교에 따른 2 초과 또는 3 초과의 색상 유지 점수;
    - ISO15025(2000)의 테스트 절차에 따른 ISO11612의 표면 점화 요건 초과;
    - ISO15025(2000)의 테스트 절차에 따른 ISO11612의 하단 에지 점화 요건 초과;
    - ISO13937-2(2000)에 따른 10 N 초과의 인열 강도;
    - ISO13934-1(2013)에 따른 300 N 초과의 인장 강도
    중 적어도 하나 이상의 특성을 유지하는, 패브릭.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    12 KPa의 가해진 힘에 대해 ISO 12947-2를 충족하고 Martindale 방법에 따라 15,000회 초과의 사이클, 바람직하게는 20,000회 초과의 사이클에 대해 내마모성을 갖는, 패브릭.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비-셀룰로오스-반응성 처리는 THP 염을 포함하고, 바람직하게는 상기 최종 패브릭 중 포스포르(phosphor)의 양은 2.5 중량% 미만이고/이거나, 상기 최종 패브릭 중 질소의 양은 2.0 중량% 미만인, 패브릭.
  16. 천연 및/또는 합성 섬유의 혼합물 및 접근가능한 히드록실 기를 갖는 라이오셀 섬유를 포함하는 원사를 포함하는 난연성 패브릭의 제조 방법으로서, 먼저 상기 패브릭을 비-셀룰로오스-반응성 FR 처리하는 단계, 및 이어서 수지를 적용함으로써 상기 패브릭을 마감하여 상기 라이오셀의 피브릴화를 안정화시키는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    경사 및 위사를 사용하여, 바람직하게는 능직으로, 원사를 직조함으로써 상기 패브릭을 제조하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 라이오셀은 경사에만 존재하는, 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 FR 처리는 THP 기반 공정인, 방법.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    수지를 적용함으로써 상기 패브릭을 마감하는 단계는 수지, 바람직하게는 포름알데하이드 수지를 가교결합하는 것을 포함하는, 방법.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    마감은, 발수성 및/또는 발유성 처리를 추가로 포함하고, 이는 바람직하게는 피브릴화를 방지하기 위한 수지의 적용 후 별도의 단계로 제공되는, 방법.
  22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패브릭을 FR 처리하기 전에, 상기 패브릭을 풀빼기(desizing), 정련(scouring), 표백, 머서리화(mercerising), 반응성 및 비-반응성 염료를 포함한 염색으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공정에 의해 전처리하는, 방법.
  23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원사는 스테이플 섬유의 친밀 혼방(intimate mix)을 포함하는 방적사인, 방법.
  24. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 패브릭으로 제조되거나 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 의복.
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