KR920001641B1 - 3층구조소재(三層構造素材) - Google Patents

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Abstract

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Description

3층구조소재(三層構造素材)
제1도는 본 발명의 보온성 측정에 쓰이는 보온성 측정기의 모식도,
제2도는 본 발명의 3층구조소재의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 가열히이터 2 : 측정시료
3 : 더어모스테트 4 : 팬
5 : 온도조절기 6 : 디지털타이머
7 : 내층 8 : 중간층
9 : 외층
본 발명은 보온성을 필요로하는 의료(衣料)분야에 있어서, 착용시에 뛰어난 보온성을 가지는 동시에 특히 쾌적성이 뛰어난 효과를 가지는 3층구조소재에 관한 것이다.
종래, 보온성이 뛰어난 보온소재로서 천연의 우모가 있으나 이것은 값이 비싸고 부피가 크고 또 우모가 빠지기 쉬운 것 등의 이유에 의해 사용용도가 제한되어 있어서, 이에 대신하여, 근래 합성섬유에 의한 보온소재의 개발이 진행되고 있다.
지금까지의 보온재의 개발은 불향도체인 공기를 여하히 최대한으로 이용하는가에 있었다.
즉, 미세섬유를 교락(交絡)시켜서 3차원 구조로하고, 미세섬유가 서로 얽히는 망상섬유의 구조체가 그 공극에 대량의 공기를 간직하는 것을 이용하는 것이다.
이 공기는 망상섬유의구조체에 지지되어 유동성이 적기 때문에 「데드에어(움직이지 않는 공기)」로서 열을 전하지 않고 열을 차단하는 기능을 가지기 때문이다.
이 때문에 미세섬유를 여하히 하여 구하는가, 미세섬유를 여하히 3차원의 입체구조의 시이트상으로 하는가하는 제포(製布)수단(웨브 형성법)등에 연구개발이 행하여지고 있었다. 또 열의 복사를 방지하기위해 시이트상 물의 표면에 금속을 증착하는 방법도 생각되고 있었다.
그러나 이들의 보온소재는 확실이 뛰어난 보온성을 가지고 인간의 온열 생리학적 특성에 대하여 충분히 고려된 것은 아니고 착용중에 있어서 쾌적성이 결여되어 있는 것이다.
즉 이들 보온소재는 열에 대한 단열효과는 충분하나 인간이 방출하는 땀(불감증설(不感蒸洩) 및 발한) 특히 운동시에 나오는 땀의 처리에 충분한 배려가 되어 있지 않아서 보온소재는 땀을 외기에 방출하는 능력이 없고 땀은 의복내 또는 피부와 의복의 사이에서 결로하였다. 그 결과 착용시에 찌는감, 끈적거리는 감을 느끼며 또한 한냉감을 느끼게 되어 대단히 불쾌하여 의료용 보온재로서는 부적당하였다.
본 발명자들은 상기의 결점을 제거하기 위해 예의 연구한 결과, 보온성과 쾌적성이 뛰어난 3층구조소재를 얻었다.
즉 본 발명은 단(單)섬유 데니어(denier)가 1데니어 이하의 소수성 섬유로 이루어진 부직포를 내층으로 하고 친수성섬유로 이루어진 천을 중간층으로 하며 증간층보다는 데니어가 큰 소수성 섬유로 이루어진 천을 외층으로 하여 구성된 3층구조소재이다.
다음에 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 있어서 소수성섬유란 JIS L-1070 규격에서 표시한 공정수분율이 2%이하의 섬유를 말하고, 친수성 섬유란 수분율에서 1%이상의 차를 가지는 것을 말한다.
예컨대 포리프로필렌섬유, 폴리에스테르 섬유 등이다. 또 친수성섬유란 공정수분율이 2%이상의 섬유를 말하나 바람직하게는 4%이상이 좋다. 예컨대 목면, 레이온, 프로믹스섬유 또는 친수성이 개량된 개질 폴리에스테르 섬유 등이 있다.
본 발명에 있어서는 3층구조소재의 내층(7)이란 인체에 착용한 경우의 인체측의 층의것을 말하고 중간층(8)이란 내층과 외층에 끼인층을 말한다. 또 외층(9)이란 외기측의 층을 말한다. 또 천(포백)이란 편직물 또는 부직포를 말한다.
내층(7)을 형성하는 섬유는 소수성 섬유로서 보온성을 간직하기 위해서는 구성섬유의 단섬유 데니어가 적을수록 좋고, 1데니어 이하, 바람직하게는 0.01 내지 1.0데니어로 하는 것이 필요하다. 또 구성조직은 열을 충분히 차단하고 수증기를 통과시키도록 하기 위해 편직물이 아닌 부직포가 바람직하다.
중간층(8)을 형성하는 섬유는 친수성 섬유이며, 보온성이 양호함과 동시에 땀을흡수할 것이 필요하다.
특히 내층의 소수성섬유와 중간층의 친수성섬유가 적층되므러써 소수성 섬유냉에 땀을 간직하는 일없이 보온성이 뛰어나므로 0.01 내지 1.0 데니어가 보다 바람직하다. 구성조직은 부직포가 바람직하나 편직물이라도 좋다.
외층(9)을 형성하는 섬유는 소수성을 섬유로서 증간층에 있는 수증기를 외부에 방습하는 편의 역할을 한다.
외층을 구성하는 단섬유의 데니어는 중간층 및 내층보다도 크고 3데니어 내지 30데니어이고 바람직하게는 4데니어 내지 10데니어이다. 구성조직은 부직포가 바람직하나 편직물이라도 좋다.
또 내층, 중간층 및 외층으로 이루어진 본 발명의 3층구조소재의 평량(坪量)은 60g/㎡ 내지 300g/㎡가 바람직하고 특히 바람직하게는 75g/㎡ 내지 250g/㎡이다.
또 내층 : 증간층의 평량의 비는 2 : 1 내지 1 : 2가 바람직하며 내층 : 외층의 평량비는 5 : 1 내지 1 : 1이 바람직하다.
내층, 중간층 및 외층을 포개어 3층구조체를 형성하는 방법으로서는 니이들펀치와 같이 접착제가 없는 본드방식이라도 좋고 또 누비재봉방식과 같이 성기게 미싱질되어 있어도 좋다.
또 접착제에 의한 결합이라도 좋으나 이 경우 섬유간극을 접착제로 완전히 매몰하는 것은 바람직하지 않고 점접착이 좋다. 점접착하는데 사용하는 열부활성(賦活性)점찹제로서는 에틸렌아세테이트 비닐 공중합체, 폴리아미드, 폴리에스테 등이다. 또 이면층, 중간층, 표면층은 각각 1층일 필요는 없고 각 층이 복수층으로 구성되어 었어도 좋다.
중간층에 쓰이는 친수성이 개량된 개질 폴리에스케르 섬유란 예컨대 일본국 특공소 53-8590 및 특개소 52-25894의 제법에 따라서 폴리에스테르섬유에 아크릴산의 그라프트 중합을 시행하여 친수성의 특성을 부여한 개질 폴리에스테르 섬유로서 얻을 수가 있다.
본 발명에 의한 3층구조소재의 내층측 및 외층측에 적의의 편직물을 배치하여 스키이복, 방풍용 상의 등산샤쓰, 골프복, 코우트, 바지, 방한복, 낚시복, 야구유니폼, 쟈켓 등을 구성한다.
상기의 의복을 착용한 경우, 운동시 이외의 안정시(땀을 흘리지 않았을 때)의 보온성이 좋고 운동을 하여 땀을 흘렸을 경우에도 보다 많은 땀을 흡수하고 보다 빨리 외기속으로 방츨하므로 의복내에 남는 땀이 적고 보온력이 저하하지 않으므로 보온성이 뛰어나다.
다음에 실시예에 대하여 설명하나 실시예중에 있어서의 건열시의 보온성, 땀을 흘렸을때의 보온성, 잔류수분량, 쾌적 의복내 온도는 다음에 의해 측정하는 것이다.
1. 건열시의 보온성
보온성은 클로(Clo) 치(値)로 표시하였다. 1클로란 환경조건 21℃. 50% RH, 기류 10cm/초 하에서 안정하게 앉아있는 사람이 기분좋게 느낄 수 있을 정도의 의복이 가지는 열절연성이며, 이때의 대사 에너지는 50Kcal/㎡·hr, 피부온도는 33℃이다. 실제로는 ASTM보온성(항온법) 시험기등에서 열원판의 온도 35℃를 유지하는데 필요한 소비전력량을 계측하고 클로치로 환산하다. 소비전력량은 제1도에 표시한 보온성 측정기에 의해 계측한다. 도면중 1은 35℃로 공기온도를 조절하는 전열히이터로, 2기는 측정시료이며, 3은 더어모스태트, 4는 팬, 5는 온도조절기, 6은 디지털 타이머를 표시한다. 또 외기환경온도 20℃, 습도 65%RH로 공기의 풍속 0.1m/sec로 조정한다. 복스내 온도가 36℃로 일정하게 된후 10×10cm의 시료(2)를 놓고 36℃를 유지하기 위해 1시간에 소비되는 전력량을 계측한다.
클로치는 다음식에 의하여 구하여진다.
Figure kpo00001
단
Figure kpo00002
T1: 외기온도℃ 20℃
T0: 히이터복스내온도℃ 36℃
Q : 투입열량 Kcal/㎡·hr
W : 전력(히이터용량)
주울 열(joule 熱)1W=0.86 Kcal
t : 히이터시간(초)
S : 시료의 표면적(㎡)
2. 땀을 흘린때의 보온성, 잔류수분량
인간이 의복을 착용하여, 환경조건이 -5℃이란 엄한(嚴寒) 상태하에서 땀을 흘린상태를 상정하여 특원소 56-1195686(특개소 58-21164)의 의복내 기후 시뮬레이션 장치를 사용하여 땀을 흘린때의 보온성을 측정하고 동시에 보온성 측정후의 잔류수분량을 다음식으로 산출하였다.
잔류수분량=60분후의 시료의 무게-측정전시료의 무게
시료는 20℃, 65%RH로 1주야 조정한 것이다.
또, 시료의 면적은 70㎠이며 잔류수분량은 mg/70㎠의 값이다. 또 3층구조소재의 두께측정은 0.2g/㎠의 하중하에서의 값이고 단위는 mm이다.
3. 쾌적의복내 온도
의복내 온도란 피부와 의복과 사이의 온도를 의미하며 이 의복내 온도가 32±1℃의 온도를 쾌적의복내 온도라고 한다. 환경조건이 -5℃란 엄한상태하에서 언더샤쓰와 속옷을 착용하고 그위에 본 발명의 보온재로된 의복을 겹쳐입고 런닝 정도의 땀(수증기량 190g/1.6㎡·hr)을 흘린 상태를 가정하여 특원소 56-119586(특새소 58-21164)의 의복내기후 시뮬레이션장치를 사용하여 상기 쾌적의복내 온도에 도달하기까지의 도달시간(분)과 유지시간(분)을 측정한다.
[실시예 1]
단섬유 데니어가 0.7데니어, 컷실이가 35mm로 된 폴리에스케르 스테이플(A)과 단섬유데니어가 1.0데니어, 컷길이가 38mm로 된 폴리노직(polynosic, 상품명) (평형수분율 11.5%)(B) 및 단섬유 데니어가 4.5데니어, 컷실이가 65mm로된 폴리에스케르 스테이플(C)을 따로따로 카아딩(Carding)하여 카아드웨브를 얻었다.
각각의 웨브를 포함하여 적층으로한 후 니이들펀치 가동을 시행하여 엠보스 캘린더에 의해서 두께를 조정하여 제1표의 실험 No.1 내지 7에 표시한 구조소재를 얻었다.
이들 구조소재의 보온성의 평가를 하였다. 그 결과를 제1표에 표시함.
실험 No.1은 폴리에스테르 스테이플(A)의 단층제, 실험 No.2 내지 4는 내층이 폴리에스테르 스테이플(A), 중간층이 폴리노직(B), 외층이 폴리에스테르 스테이플(C)의 3층체, 실험 No.5는 내층이 폴리에스테르 스테이플(A), 외층이 폴리에스테르 스테이플(C)의 3층체, 실험 No.7은 폴리노직(B)의 단층체이다.
[제1표]
Figure kpo00003
제1표에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 3층구조소재인 실험 No.2 내지 4는, 내층에 소수성섬유, 중간층에 친수성섬유를 배치하고 외층에 중간층의 친수성섬유보다도 데니어가 큰 소수성섬유를 배치한 3층구조소재이고 이것은 쾌적한 의복내 온도(32±1℃) 역(域)으로 빨리 도달하고 그 유지시간이 길고, 잔류수분량도 적고 땀을 흘린때의 보온성이 뛰어난 것을 알았다.
실험 No.6은 친수성섬유, 중간층에 소수성섬유를 배치한 3층구조소재이다.
쾌적한 의복내 온도영역으로 쉽사리 도달하지 않고 도달후 또다시 의복내 온도가 저하하고 그 유지시간이 짧고 땀을 흘린때의 보온성이 낮다. 또 잔류수분량도 많고 특히 중간층의 소수성 섬유에 물방울이 느껴지고 땀을 흘린때의 보온성은 낮다.
실험 No.5는 소수성섬유와 친수성섬유의 2층구조로 이루어지는 것이다. 이것은 습열시의 보온성이 낮고 보온성소재로서는 불충분하다.
실험 No.1은 소수성섬유 만으로된 단층체이다.
구성데니어가 0.7데니어이기 때문에 건열시 보온성은 뛰어나고 습열시 보온성의 쾌적한 의복내 온도영역으로 빨리 도달하나 그 유지시간이 짧고 또 잔류수분량도 많고 보온소재내에 물방울이 느껴져서 보온성소재로서 부적당하다.
실험 No.7은 친수성섬유 만으로된 단층세이다.
실험 No.1의 소수성섬유보다 구성 데니어가 좀 크기 때문에 건열시 보온성은 낮고, 잔류수분량도 많고 소수성섬유만으로 이루어지는 단층체에서 볼 수 있는 물방울은 인정되지 않으나 전체가 습윤한 상태였다.
[실험예 2]
폴리에스테르 장섬유로 이루어진 웨브를 스펀본드 방식에 의해 작성하였다. 웨브의 구성데니어는 0.2데니어였다.
웨브 평량은 83g/㎡였다. 이 웨브에 다음과 같은 친수가공을 시행하였다. 실예중의 부는 중량부를 의미한다. 벤조일퍼어옥사이드 1부, 모노플로로벤젠 8부, 노이겐 ET-160(비이온 계면활성제, 제1공업제약사제)2부, 탄산나트륨의 소정량 및 물 1000부로 이루어진 유화계에 아크릴산과 메타크릴산의 2 : 3의 혼합모노머 8부를 가하여 그라프트 중합욕을 조정하고 여기에 폴리에스테르 장섬유로 이루어진 웨브 20부를 침비하여 질소가스 분위기하 100℃에서 1시간 그라프트 중합을 행하였다.
다음에 소오다회 2부, 트리폴리인산 0.3부, 노이겐 HC 18부 및 물 1000부로 이루어진 알칼리처리액을 조정하고 여기에 먼저 그라프트 중합한 폴릴에스테르 장섬유로 이루어진 웨브 20부를 침지하여 80℃에서 20분 처리를 행햐여, 수세후 건조하여 폴리에스테르 장섬유로 이루어진 친수성을 가지는 웨브를 얻었다.
이 친수성 가공 웨브의 구성데니어는 0.22데니어이고 평량은 95g/㎡이며 평형수분율은 13.5%이었다.
미가공 폴리에스테르 웨브를 내층, 친수성가공을 시행한 폴리에스테르웨브를 중간층, 외층에 4.5α-65mm의 폴리에스테르 스테이플의 카아드 웨브(평량 40g/㎡)를 적층하여 니이들 펀치가공을 시행하고 다시 엠보스켈린더로 두께 조정을 하여 3층구조소재 얻었다.
이 3층구조소재의 평량은 223g/㎡이며 두께 0.2g/㎡의 하중하에서 2.7mm였다. 이 3층구조소재의 보온성을 평가한 결과, 건열시의 보온서은 0.69CLO, 의복내 기후 시뮬레이션 장치에 의한 쾌적한 의복내온도 영역으로의 도달시간은 13분, 유지시간은 60분 이상이며 다시 잔류수분량은 70mg/70㎠이고 소재내에 물방울은 나타니지 않으며 보온성이 뛰어난 3층구조소재였다.
[실시예 3]
폴리에스테르 장섬유로 이루어진 웨브를 스펀본드 방식으로 작성하였다. 이 웨브를 실시예 2에 딸라서 친수가공을 시행하였다.
친수가공을 시행하지 않은 미가공 폴리에스테르 웨브를 내층으로 하여 중간층에 상기 친수성 가공을 시행한 폴리에스테르 웨브를 배치하고 3층구조소재를 작성하였다.
이때 제2표의 웨브구성에 표시한 바와 같이 단섬유 데니어를 여러 가지로 변경하여 작성하였다.
이들 소재의 보온성의 평가를 행한 결과를 제2표에 표시하였다.
[제2표]
Figure kpo00004
제2표에서 알 수 있듯이 실험 No.8,10,11은 본 발명의 3층구조소재이다. 내층에 구성단섬유 데니어가 1.0데니어 이하의 소수성섬유를 배치하고 또한 외층의 소수성섬유의 구성데니어가 중간층의 구성데니어 보다도 크므로써 쾌적한 의복내온도 영역에 빨리 도달하고 그 유지시간이 길고 잔류수분량도 적고 땀을 흘린때에도 보온성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
실험 No.9는 내층의 소수성섬유의 구성단 섬유데니어가 1데니어 이하이지만 외층의 구성 데니어가 중간층의 구성데니어 보다도 적기 때문에 쾌적한 의복내온도의 유지시간이 짧고 잔류수분량도 많고 보온소재로서 적합하지 않다. 또 실험 No.12,13은 내층의 소수성섬유의 구성데니어가 1데니어 이상이며 건열시의 보온성이 낮고 의복내온도의 쾌적온도영역(32±1℃)에 도달하지 않고 보온소재로서 부적당하다.
[실시예 4]
내층으로서 실시예2로 표시한 폴리에스테르 장섬유로 이루어진 웨브를 사용하여 중간층에는 단섬유 데니어가 1.9데니어인 이집트면(평형수분율 8.0%)으로 이루어진 30번수의 방적사로 편성도니 평량 90g/㎡의 편지(編地)를 사용하였다.
외층에는 단섬유데니어가 4.5데니어, 커트 길이가 65mm의 폴리에스테르 카아드 웨브(평량 40g/㎡)를 적층하여 니이들펀치가공을 시행하고 다시 엠보스 캘린더로 두께를 조정하여 평량 210g/㎡, 두께 2.5mm의 3층구조소재를 얻었다.
이 3층구조소재의 보온성을 평가한 결과, 건열시 보온성은 0.64CLO로 의복내기후 시뮬레이션 장치에 의한 쾌적한 의복내 온도영역으로의 도달시간은 16분, 유지시간은 60분 이상이며 또한 잔류수분량은 65mg/70㎠였고 보온성이 뛰어난 것이었다.

Claims (5)

  1. 단(單)섬유 데니어(denier)가 1데니어 이하인 소수성 섬유로 이루어진 부직포를 내층으로 하고, 친수성섬유로 이루어진 천을 중간층으로 하며,중간층보다도 데니어가 큰 소수성 섬유로 이루어진 천을 외층으로 하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한 3층구조소재.
  2. 제1항에 있어서, 중간층을 형성하는 천은 부직포인 것을 특징으로 하는 3층구조소재.
  3. 제1항에 있어서, 외층을 형성하는 천은 부직포인 것을 특징으로한 3층구조소재.
  4. 제1항, 제2항 또는 3항에 있어서, 중간층을 구성하는 친수성 섬유의 단섬유 데니어가 0.01데니어 내지 1.0데니어 인 것을 특징으로한 3층구조소재.
  5. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 외층을 구성하는 소수성 섬유의 단섬유 데니어가 3데니어 내지 30데니어 인 것을 특징으로 한 3층구조소재.
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