KR101869656B1 - 흡한속건성 및 내마모성이 우수한 애슬레저 의류용 폴리에스테르 이형단면사 및 그 제조방법 - Google Patents
흡한속건성 및 내마모성이 우수한 애슬레저 의류용 폴리에스테르 이형단면사 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 PTFE 나노입자가 함유된 폴리에스테르 이형단면사를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PTFE 나노입자가 혼합된 폴리에스테르 조성물을 이형단면 방사구금에서 용융하여 방사하여 방사가공성이 우수하며, 흡한속건성과 내마모성이 우수한 애슬레저 의류용 폴리에스테르 이형단면사에 관한 것이다.
Description
본 발명은 흡한속건성 및 내마모성이 우수한 PTFE 나노입자가 함유된 애슬레저 의류용 폴리에스테르 이형단면사 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 원사의 마찰계수를 낮출 수 있는 PTFE 나노입자를 함유하는 폴리에스테르 이형단면사 및 그 제조방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 원사의 이형단면구조에 의해 흡한속건성이 부여되며, 또한 원사에 포함된 PTFE 나노입자에 의해 낮은 마찰계수를 발현하는 특징을 갖는 애슬레저 의류용 폴리에스테르 이형단면사 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 섬유업계에서는 고부가가치를 갖는 차별화 소재의 개발의 일환으로 중합물의 개선 및 원사단면의 차별화 등을 중점적으로 연구하고 있으며, 그 중에서도 원사단면의 차별화는 투자비용 및 투자시간에 비해 섬유의 물성 개량의 측면에서 큰 효과를 거둘 수 있다는 점에서 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
그런데 최근 스포츠 의류시장은 주로 건강한 자기관리와 웰빙, 스포츠 참여 등이 활발한 기존 중장년층 남성 위주였으나, 최근 20 ~ 30대 운동을 즐기는 젊은 여성이 스포츠 인구로 대거 이동, 확대되면서 기능적이며 편안하면서 활동적이고 실용적이며 세련된 감각의 애슬레저 스타일의 스포츠 웨어들이 요구되고 있다.
상기 애슬레저란 운동을 뜻하는 애슬레틱(athletic)과 일상의 편안함과 일상의 휴식의 즐거움을 강조한 레저(leisure)의 합성어로서, 상기 에슬레저 스타일의 스포츠 웨어는 운동복의 기능성과 일상에서 착용이 가능한 스타일로 스타일리시하면서 다른 아이템들과도 연출이 가능한 스타일의 스포츠 웨어를 의미한다.
따라서 도심 속에서 스포츠와 레저 활동을 즐기는 최근 트렌드를 반영해 스포티즘룩의 심플하고 활동적인 느낌의 디자인을 접목하고, 아웃도어 원단의 경량성과 통기성 같은 기능성을 결합해 가벼운 트레킹부터 액티브한 스포츠 활동까지 폭넓게 활용할 수 있는 차별화된 애슬레저 스타일의 스포츠 웨어의 개발이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.
최근 기능성 소재 중에서 활동시 쾌적함과 청량감을 부여하는 흡한속건성 소재가 크게 각광받고 있는데, 예를 들면 일본공개특허공보 제2004-218092호 및 한국공개특허공보 제2003-0047192호에서는 원사단면의 이형화를 통해 원사의 공극을 극대화하여 땀의 흡수와 발산을 빠르게 하는 소재들이 개시되어 있다.
그런데 체온유지 등의 의복내 쾌적성 발현을 위한 기존의 적용원사는 대부분 이형단면소재를 이용한 흡한속건성만을 중요시 하였으나, 최근 연구에 의하면 직물에 남아있는 수분은 인체의 활동시 직물과 피부와의 마찰 계수를 증가시켜 피부에서 마찰력에 의해 열을 발생하는 것으로 알려져 있다. 이 때 발생된 열은 인체로부터 땀을 발생시켜 의복내 쾌적성을 저하하게 된다. 따라서 인체의 활동시 발생하는 땀을 빨리 흡수하여 발산할 수 있는 흡한속건성을 가지며, 또한 피부와의 마찰시 열의 발생을 줄여 의복내 쾌적성을 증대시킬 수 있는 소재의 개발이 절실하게 요구되고 있다.
본 발명은 차별화된 애슬레저 스타일의 스포츠 웨어의 제품화를 위하여 PTFE 나노입자를 포함하는 폴리에스테르 이형단면사를 개발하고, 이를 이용하여 내마모성 및 흡한속건성이 우수하고, 마찰계수를 낮추어 의복내 쾌적성을 갖는 스포츠 의류 및 그 제조방법을 제공하는데 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 흡한속건성 및 내마모성이 우수한 애슬레저 의류용 폴리에스테르 이형단면사의 제조방법은 PTFE 나노입자가 분산된 수분산액을 동결건조하여 PTFE 나노입자 파우더를 제조하는 제 1 단계; 폴리에스테르 중합체와 PTFE 나노입자 파우더를 용융혼합하여 마스터배치를 제조하는 제 2 단계; 상기 마스터배치를 이형단면 방사구금을 통해 방사하는 미연신사를 제조하는 제 3 단계; 상기 미연신사를 연신하여 연신사를 제조하는 제 4 단계; 상기 연신사를 권취하는 제 5 단계;를 포함한다.
또한 상기 제 1 단계는 PTFE 나노입자 수분산액을 영하 20 ℃ 이하에서 냉동하는 냉동단계;와, 상기 냉동된 PTFE 나노입자 수분산액을 영하 50 ~ 60 ℃ 및 1 torr 이하의 진공도에서 동결하여 건조하는 동결건조단계;를 포함하는 것이 바람직하며, 본 발명의 애슬레저 의류용 폴리에스테르 이형단면사를 제조하기 위한 상기 PTFE 나노입자 파우더는 그 직경이 1,000 nm 이하인 것이 바람직하다.
그리고 상기 PTFE 나노입자 파우더는 의복내 쾌적성을 부여하기 위하여, 폴리에스테르 중합체 대비 1 내지 3 중량%로 혼합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하여 제조되는 PTFE 나노입자를 포함하는 애슬레저 의류용 폴리에스테르 이형단면사는 원사의 이형단면구조로 인하여 빠른 시간내에 인체에서 발생되는 땀을 흡수하여 발산하는 흡한속건성이 매우 뛰어난 효과를 갖는다. 또한 폴리에스테르 이형단면사 내부에 포함된 PTFE 나노입자에 의하여 원사의 마찰계수가 저감되며, 직물과 피부와의 마찰력에 의한 열 발생을 억제하는 효과를 갖는다. 이로부터 섬유제품의 내마모성이 증진되고, 땀의 발생이 억제되며 또한 흡한속건기능으로 인하여 의복내의 최적의 쾌적성을 발현시키는 차세대 쾌적성 섬유제품의 개발이 가능하다. 그리고 본 발명의 PTFE 나노입자를 포함하는 폴리에스테르 이형단면사는 원사 내부에 PTFE 나노입자를 포함함에도 불구하고, 그 제조과정에서 상기 PTFE 나노입자간의 응집현상이 발생하지 아니하여 사절 현상 등이 발생하지 않으므로 우수한 방사성을 갖는다.
도 1는 본 발명에 따른 PTFE 나노입자를 포함하는 폴리에스테르 이형단면사의 제조방법에 대한 모식도이다.
도 2는 본 발명에서 사용한 PTFE 수분산액을 동결건조하여 얻어진 PTFE 나노입자의 현미경 사진이다.
도 2는 본 발명에서 사용한 PTFE 수분산액을 동결건조하여 얻어진 PTFE 나노입자의 현미경 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실험예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실험예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실험예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
본 발명은 도 2에 도시된 바와 같은 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, 이하 PTFE) 나노입자가 혼입된 폴리에스테르 칩(chip) 즉, 폴리에스테르 중합체를 이형단면 방사구금을 통해 방사하여 흡한속건성 및 내마모성이 우수하고, 낮은 마찰계수를 갖는 폴리에스테르 이형단면사를 제조하는 것을 특징으로 한다.
우선, 본 발명의 흡한속건성 및 내마모성이 우수한 애슬레저 의류용 폴리에스테르 이형단면사의 제조 방법은 직경 1,000 nm 이하의 PTFE 나노입자가 수분산된 PTFE 수분산액을 동결건조하여 PTFE 니노입자 파우더(powder)를 제조하는 단계를 포함한다. 그리고 상기 PTFE 니노입자 파우더(powder)와 폴리에스테르 칩(chip)을 혼합하여 마스터 배치를 제조한 후, 이를 용융방사하여 섬유를 제조하는 단계를 포함한다.
상기 PTFE 나노입자는 소수성 물질로 낮은 마찰계수를 갖는다. 이에 따라 상기 PTFE 나노입자를 방사단계에서 투입하면 상기 PTFE 나노입자의 낮은 마찰계수로 인하여 원사의 내마모성이 향상되고, 착용시 쾌적성이 향상된 차별화 소재를 개발할 수 있다. 특히 원사의 마찰계수를 낮추어 땀 등의 수분이 존재하는 상태에서 피부와 의복의 마찰시 발생하는 열을 감소시켜 의복의 쾌적성을 향상시킬 수 있다.
다만 상기 PTFE 나노입자 파우더는 기존에 시중에 판매되고 있으나, 그 가격이 매우 고가인 관계로 섬유 제조용으로 사용은 매우 부적당하다. 따라서 본 발명에서는 가격이 상대적으로 매우 저렴한 PTFE 수분산액으로부터 PTFE 나노입자 파우더를 제조한 후에, 이를 폴리에스테르 칩과 혼합하여 섬유를 제조함으로써, 원사의 가격경쟁력이 매우 우수하고, 흡한속건성 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 이형단면사를 제조할 수 있게 된다.
즉, 폴리에스테르 이형단면사에 포함된 PTFE 나노입자는 원사의 마찰계수를 낮추어 피부와 의복의 마찰시 열의 발생량을 감소시킨다. 이로부터 인체의 활동시 땀의 발생량을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 활동시 의복의 쾌적성을 증대시킬 수 있고, 또한 마찰계수를 낮추어 섬유의 내마모성을 증대시켜 의복을 장시간 변형없이 착용할 수 있도록 한다.
PTFE 나노입자를 포함하는 폴리에스테르 이형단면사를 제조하기 위하여 폴리에스테르 칩에 PTFE 수분산액을 스프레이하여 PTFE 나노입자가 코팅된 폴리에스테르 칩을 이용하여 PTFE 나노입자를 포함하는 폴리에스테르 이형단면사를 제조할 수 있으나, 이 경우에는 상기 폴리에스테르 칩에 PTFE 수분산액이 스프레이 된 후, 상기 폴리에스테르 칩의 표면에서 PTFE 나노입자들간의 응집현상이 발생하여 상기 PTFE 나노입자의 크기가 커짐으로 인하여 방사성에 악영향을 미치게 된다. 이에 따라 본 발명자들은 PTFE 수분산액으로부터 PTEF 나노 입자 파우더를 얻은 후, 이를 폴리에스테르 칩과 용융혼합하여 마스터배치를 제조함으로서, 용융상태의 폴리에스테르 고분자내에서의 PTFE 나노입자의 응집현상을 방지하여 방사성을 개선할 수 있는 방법을 안출하게 되었다.
그리고 본 발명의 폴리에스테르 원사는 이형단면으로 구성되고, 이에 따라 상기 이형단면으로부터 원사에 공극 또는 모세관이 형성된다. 그리고 이들로부터 기인하는 모세관 현상에 의한 땀과 수분을 흡착하여 발산하는 흡한속건성이 우수한 특성을 갖고, 이로부터 의복의 쾌적성을 증대시키는 효과를 갖는다.
이와 같이, 이형단면을 갖는 섬유는 섬유 사이에 형성된 모세관에 의해 수분이 물리적으로 빨리 흡수하고 또한 빨리 배출한다. 즉, 모세관에 의해 표면의 수분을 빨리 흡수하고, 표면의 수분이 먼저 증발하면서 내부의 수분이 순차적으로 증발하는 메카니즘에 의해 흡한속건 기능을 발휘한다. 흡한속건기능이 우수한 섬유소재는 수분을 잘 흡수하면서도 빨리 건조되므로 의복내 환경을 항상 쾌적한 상태를 유지할 수 있다.
본 발명에서 폴리에스테르 이형단면사의 단면 형태는 삼각 단면, 편평 단면 또는 십자형 단면 등 어떤 형태로도 가능하다.
의복내 쾌적성 발현을 위한 기존의 적용원사는 대부분 이형단면을 이용한 흡한속건성만을 고려하여 제조되었다. 그러나 최근의 연구결과에 의하면 직물에 남아있는 수분은 의류와 피부와의 마찰계수를 증가시켜 피부와 의류와의 마찰에 의해 열을 발생한다. 이렇게 발생된 열은 인체로부터 땀을 발생시켜 의복내 불쾌감을 유발하고, 쾌적성을 떨어뜨리게 된다. 그러므로 의복내 쾌적성을 향상하기 위해서는 원사의 흡한속건성뿐만 아니라 원사의 마찰계수를 낮추어 마찰열의 발생을 억제하고, 이로부터 땀의 발생을 감소시켜야 할 필요가 있다.
따라서 본 발명의 PTFE 나노입자를 포함하는 폴리에스테르 이형단면사는 우선적으로 이형단면으로 인하여 흡한속건성을 발현한다. 그리고 상기 PTFE 나노입자를 포함하는 이형단면사는 상기 PTFE 나노입자에 의해 마찰계수가 낮아지게 되고, 또한 상기 PTFE는 소수성 물질이므로 섬유의 wicking성을 증가시킨다. 또한 인체의 활동시 의복의 피부와의 마찰계수를 낮추어 피부에서의 마찰력에 의한 열발생을 차단하여 땀의 발생을 억제하게 되므로, 기존의 의류 제품 대비 훨씬 뛰어난 쾌적성을 갖는 의류의 생산을 가능하게 한다.
이하에서 본 발명의 PTFE 나노입자를 포함하는 폴리에스테르 이형단면사의 제조방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
우선, 본 발명에서는 PTFE 나노입자를 포함하는 흡한속건성 및 내마모성이 우수한 애슬레저 의류용 폴리에스테르 이형단면사를 제조하기 위하여 직경 1,000 nm 이하의 PTFE 나노입자가 분산된 PTFE 수분산액을 동결건조하여 PTFE 니노입자 파우더(powder)를 제조하는 단계가 포함된다. 즉, 본 발명의 흡한속건성 및 내마모성이 우수한 애슬레저 의류용 폴리에스테르 이형단면사의 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이, PTFE 수분산액을 냉동하는 단계를 포함한다. 본 발명에서 PTFE 수분산액을 냉동하는 단계는 동결건조 전에 이루어지며, 영하 20 ℃에서 냉동단계를 수행하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 냉동단계를 거친 PTFE 수분산액은 동결건조기에 넣어 영하 50 ~ 60 ℃ 및 1 torr 이하의 진공도에서 건조하는 동결건조단계를 거치게 된다. 상술한 동결건조란 수용액이나 다량의 수분을 함유한 재료를 동결시킨 상태에서 감압(減壓)함으로써 얼음을 승화시켜 수분을 제거하여 건조물을 얻는 방법으로 급속냉동된 PTFE 수분산액을 적용하여 상기 PTFE 수분산액으로부터 수분을 제거하여 PTFE 나노입자 파우더를 제조하는 것이다.
이후에 폴리에스테르 섬유의 원료인 레귤러 폴리에스테르 칩과, 상기 동결건조하여 제조된 직경 1,000 ㎚ 이하의 PTFE 나노입자 파우더를 상기 레귤러 폴리에스테르 칩 대비 1~3 중량%를 혼입하여 컴파운딩 공정을 거쳐 폴리에스테르 마스터배치(master batch)를 제조하게 된다.
폴리에스테르 섬유에 내마모성을 제공하기 위하여 폴리에스테르 마스터배치에 함유되는 PTFE 나노입자의 직경이 1,000 ㎚를 초과하면 상기 PTFE 나노분말 입자의 직경이 커서 폴리에스테르 마스터배치의 방사시 사절 등의 원인이 되어 방사성이 저하된다.
또한, 폴리에스테르 조성물에 함유되는 PTFE 나노분말의 함량이 1 중량% 이하이면 폴리에스테르 섬유에 마찰계수의 저감 효과가 충분하지 않고, 이에 따라 내마모성이 충분하게 발현되지 않는다. 그리고 상기 PTFE 나노분말은 가격이 매우 고가이므로, 상기 PTFE 나노분말의 함량이 3 중량%를 초과하면 폴리에스테르 섬유의 제조원가가 상승하게 된다.
상기 PTFE 나노입자는 폴리에스테르 마스터배치와 화학적으로 반응하지 않으므로, 상기 폴리에스테르 마스터배치에서 화학 반응으로 인한 열화 현상이 발생하지 않는다. 또한, 상기와 같이 제조된 폴리에스테르 마스터배치는 방사공정에 적용하여도 PTFE 나노분말로 인한 폴리에스테르 마스터배치의 물성 저하가 발생하지 않는다.
또한, 본 발명의 폴리에스테르 이형단면사의 제조 방법은 상기 폴리에스테르 마스터배치를 이형단면 방사구금에서 용융·방사하여 이형단면을 갖는 미연신사를 제조하는 단계가 포함된다. 상기 원사의 이형단면 형상은 공지된 삼각 단면, 편평 단면 또는 십자형 단면 등 어떤 형태로도 가능하다.
또한, 본 발명의 폴리에스테르 이형단면사의 제조 방법은 상기 이형단면 미연신사를 연신하여 이형단면 연신사를 형성하는 단계가 포함된다. 상기와 같이 방사된 이형단면 폴리에스테르 미연신사를 진행속도가 상이한 복수의 연신로울러(예를 들면, 온도 85 ℃, 진행속도 2,000 m/분의 제 1 연신로울러, 및 온도 125 ℃, 진행속도 4,000 m/분의 제 2 연신로울러), 또는 기타 공지된 연신 방법에 의해 연신하여 이형단면 연신사를 형성하고, 상기 이형단면 연신사를 롤에 권취하여 본 발명의 PTFE 나노입자를 포함하는 폴리에스테르 이형단면사를 제조한다.
이외에도, 본 발명의 폴리에스테르 이형단면사의 제조 방법은 상기 이형단면 연신사의 표면에 유제를 코팅하는 단계가 더 포함될 수 있다. 상기와 같이 연신되어 구성된 이형단면 연신사의 표면을 보호하고 촉감을 향상시키기 위하여, 상기 이형단면 연신사의 표면에 유제를 코팅하는 것이 바람직하다. 즉, 이형단면 연신사의 표면에 계량 급유 방법 또는 로울러 급유 방법 등과 같은 기 공지된 방법에 의해 유제를 코팅하므로써, 품질과 부가가치가 더욱 향상된 PTFE 나노입자를 포함하는 폴리에스테르 이형단면사를 제조할 수 있는 것이다.
상기와 같이, 본 발명의 PTFE 나노입자의 수분산액을 동결건조하여 제조된 PTFE 나노입자 파우더를 이용하여 폴리에스테르 이형단면사를 제조하는 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 다음과 같은 단계를 거쳐 제조된다.
(제 1 단계)
본 발명의 폴리에스테르 이형단면사의 제조방법에 있어서, 제 1 단계는 나노 크기의 PTFE 입자가 분산된 수분산액을 동결건조하여 PTFE 나노입자 파우더를 제조하는 단계이다. 상기 동결건조는 건조하고자 하는 재료가 담긴 용기의 온도를 급격하게 낮추어 건조시키고자 하는 재료를 얼린 다음 용기내부의 압력을 진공에 가깝게 하여 재료에 포함된 고체화된 용매를 바로 수증기로 승화시켜 건조하는 방법이다.
상기 동결건조의 공정은 통상적으로 동결(凍結)단계, 승화(昇華)단계 그리고 건조(乾燥)단계로 이루어진다.
상기 동결단계는 용매가 어는 단계를 의미하며, 동결건조기의 종류에 따라 다르지만 일반적으로 액체질소나 냉장고에 원하는 물질을 넣어 원하는 시료를 동결시킨다.
상기 승화단계는 용액에 온도가 떨어지는 냉각과정에서 수분이 증발하는 단계를 의미한다. 상기 냉각과정에서 용매와 용질의 상분리(phase separation)가 일어나면서 수분이 승화된다. 즉, 승화단계는 냉동된 시료의 압력을 낮추게 되면, 얼어붙은 용매가 고체에서 액체로 액화를 겪는 상태를 지나 고체에서 기체로 승화할 수 있는 상태가 된다. 또한 시료의 압력을 낮추다보면 승화점 또한 낮아지고 결국 시료 내의 용매인 수분이 승화하여 기체로 날아가면서 건조가 진행된다. 동결건조장치에 따라 다르지만, 일반적으로 압력을 낮추기 위해 공기를 빼주는 과정에서 승화가 일어나고 결국 빠지는 공기와 함께 기체가 된 수분이 같이 휘발된다. 동결과정에서 이미 고체가 되어버린 용매는 승화점 이상의 온도에서 기화되게 되며 고체에서 기체로의 상변화(phase transformation)는 용질을 젖게 만들지 않기 때문에 처음 시료의 구조를 유지한 상태로 용매만 제거되게 된다.
본 발명에 있어서 상기 제 1 단계에서 냉동단계는 영하 20 ℃ 이하가 바람직하다. 동결건조공정에서는 수분의 승화속도를 높이기 위하여 얼음의 결정을 크게 형성하여야 하므로, 상기 냉동단계에서 PTFE 수분산액은 영하 20 ℃ 이하의 온도에서 얼음의 결정을 크게 형성하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 냉동된 PTFE 수분산액은 이후에 동결건조가 진행되는데, 이때 영하 50 ~ 60 ℃에서 1 torr 이하(미만)의 진공도에서 동결건조가 진행되는 것이 바람직하다. PTFE 수분산액의 동결 후, 증기의 부분압은 승화가 일어날 수 있도록 물의 3중점 이하로 감소되어져야 하므로, 상기와 같은 조건에서 건조속도가 가장 빠르다.
상기와 같은 동결건조공정을 거쳐 PTFE 수분산액에서 수분은 모두 승화되어 PTFE 나노입자 파우더가 얻어진다.
상기 PTFE 나노입자가 수분산된 수분산액은 통상적으로 PTFE 나노입자의 직경 및 함량 등이 공개되어 있으므로, 통상의 기술자가 목적하는 PTFE 나노입자의 직경과 조성비에 따라 이를 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 상기 PTFE 나노입자가 수분산된 분산액에는 비이온 계면활성제와 안정화제가 다소 포함되어 있을 수 있다.
(제 2 단계)
상기 제 1 단계에서 얻어진 PTFE 나노입자 파우더는 제 2 단계에서 폴리에스테르 칩과 용융혼합하는 컴파운딩 공정을 거쳐 폴리에스테르 마스터배치를 제조한다. 상기 컴파운딩 공정 전에 필요에 따라 PTFE 나노입자 파우더로부터 필요에 따라 수분을 추가로 제거하기 위하여 건조를 진행할 수 있다. 상기 제 2 단계에 의해 상기 PTFE 나노입자가 균일하게 혼합된 폴리에스테르 마스터배치가 제조된다. 이 때 마스터배치에 포함되는 PTFE 나노입자의 양을 조절하기 위하여 투입되는 폴리에스테르 칩의 양을 적절하게 조절할 수 있다.
(제 3 단계)
상기 제 2 단계에서 제조된 폴리에스테르 마스터배치는 이형단면 방사구금을 구비하는 방사장치에 투입하여 용융방사하여 미연신사를 제조한다. 상기의 폴리에스테르 마스터배치는 건조한 후 이형단면의 방사구금을 통하여 용융압출시킨다. 이 때 바람직한 용융방사온도는 240 ℃ ∼ 290 ℃이며 더욱 바람직하게는 250 ℃ ∼ 280 ℃이다. 용융방사온도가 240 ℃ 미만인 경우에는 원사강도가 낮아지고 팩압이 과다상승하는 문제가 있으며, 용융방사온도가 290 ℃를 초과하는 경우에는 폴리머의 열분해로 원사 강신도 및 염색성 등에 문제가 생길 수 있다.
상기 용융방사시 바람직한 방사속도는 로울러 속도 기준으로 500 ∼ 8,000 m/min이다. 방사속도가 500 m/min 미만인 경우에는 생산성이 크게 저하되고 방사속도가 8,000 m/min를 초과하는 경우에는 섬유의 결정영역이 파괴되어 원사의 물성 발현이 제대로 되지 않는 문제가 있다.
(제 4 단계)
상기 제 3 단계에서 제조된 폴리에스테르 미연신사를 제 4 단계에서 연신을 거쳐 연신사를 제조한다. 상기 제 4 단계는 용융방사된 미연신사를 고뎃(godet) 로울러들에서 연신공정을 진행하며, 상기 고뎃로울러들 사이에서의 연신 배율은 3 ~ 6배로 조절하는 것이 바람직하다. 상기 연신 배율이 3배 미만인 경우에는 원사강력이 저하될 수 있고, 6배를 초과하는 경우에는 모우발생으로 원사품질이 저하 될 수 있다.
(제 5 단계)
상기 제 4 단계에서 제조된 폴리에스테르 연신사를 통상의 방법에 의하여 권취함으로서 본 발명의 흡한속건성 및 내마모성이 우수한 애슬레저 의류용 폴리에스테르 이형단면사를 제조완료한다.
상기와 같은 제조방법으로 제조된 본 발명의 PTFE 나노입자를 포함하는 폴리에스테르 이형단면사를 이용하여 제조된 직물의 물성을 측정하기 위해, 아래의 비교예 1 및 실시예 1~12와 같이 상기 PTFE 나노입자의 크기 및 조성비를 변화하면서 폴리에스테르 이형단면사를 제조하고, 이로부터 시험편을 제조하였다.
(비교예 1)
레귤러 폴리에스테르 조성물을 본 발명의 PTFE 나노입자 파우더를 포함하지 않은 상태로 십자형 이형단면 방사구금에서 290 ℃로 용융하고 4,000 m/min 의 속도로 방사하여 십자형 이형단면 미연신사를 제조하였다. 상기 십자형 이형단면 미연신사를 온도 85 ℃, 진행속도 2,000 m/min 의 제 1 연신로울러, 및 온도 125 ℃, 진행속도 4,000 m/min 의 제 2 연신로울러에 의해 연신하여 십자형 이형단면 연신사를 형성하고, 상기 십자형 이형단면 연신사를 롤에 권취하여 75d/72f인 폴리에스테르 이형단면사를 제조하였다. 이후에 경사밀도 120本/inch, 위사밀도 60本/inch의 평직으로 제직한 후 이를 비교예 1의 시험편으로 사용하였다.
(실시예 1-4)
직경 250 nm인 PTFE 나노입자를 60 중량%를 포함하는 수분산액(Algoflon® PTFE Dispersion D 1610 F, Solvay)을 영하 20 ℃에서 냉동한 후, 영하 50 ℃에서 1 torr의 진공도에서 동결건조를 진행하여 수분이 제거된 PTFE 나노입자 파우더를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 직경 250 nm인 PTFE 나노입자 파우더를 컴파운딩 공정을 통해 레귤러 폴리에스테르 칩과 혼합하여, 상기 직경 250 nm인 PTFE 나노입자를 1, 2, 3, 5 중량%로 포함하는 폴리에스테르 마스터배치를 제조하였다. 이후에 직경 250 nm인 PTFE 나노입자를 포함하는 상기 폴리에스테르 마스터배치를 이용하여 비교예 1과 동일한 방법으로 폴리에스테르 이형단면사를 제조한 후, 시험편을 제직하여 실시예 1-4로 사용하였다.
(실시예 5-8)
직경 500 nm인 PTFE 나노입자를 60 중량%를 포함하는 수분산액(Algoflon® PTFE Dispersion D 2512 F, Solvay)을 영하 20 ℃에서 냉동한 후, 영하 60 ℃이며 0.5 torr의 진공도에서 동결건조를 진행하여 수분이 제거된 PTFE 나노입자 파우더를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 직경 500 nm인 PTFE 나노입자 파우더를 컴파운딩 공정을 통해 레귤러 폴리에스테르 칩과 혼합하여, 상기 직경 500 nm인 PTFE 나노입자를 1, 2, 3, 5 중량%로 포함하는 폴리에스테르 마스터배치를 제조하였다. 이후에 직경 500 nm인 PTFE 나노입자를 포함하는 상기 폴리에스테르 마스터배치를 이용하여 비교예 1과 동일한 방법으로 폴리에스테르 이형단면사를 제조한 후, 시험편을 제직하여 실시예 5-8로 사용하였다.
(실시예 9-12)
직경 1,000 nm인 PTFE 나노입자를 60 중량%를 포함하는 수분산액(Algoflon® PTFE Dispersion D 3511 F, Solvay)을 영하 20 ℃에서 냉동한 후, 영하 50 ℃이며 1 torr의 진공도에서 동결건조를 진행하여 수분이 제거된 PTFE 나노입자 파우더를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 직경 1,000 nm인 PTFE 나노입자 파우더를 컴파운딩 공정을 통해 레귤러 폴리에스테르 칩과 혼합하여, 상기 직경 1,000 nm인 PTFE 나노입자를 1, 2, 3, 5 중량%로 포함하는 폴리에스테르 마스터배치를 제조하였다. 이후에 직경 1,000 nm인 PTFE 나노입자를 포함하는 상기 폴리에스테르 마스터배치를 이용하여 비교예 1과 동일한 방법으로 폴리에스테르 이형단면사를 제조한 후, 시험편을 제직하여 실시예 9-12로 사용하였다.
그리고 이들 폴리에스테르 이형단면사를 이용하여 제직한 시험편의 물성 즉, wicking성, 마찰계수, 내마모성 및 사절성에 대하여 아래와 같은 방법으로 평가하였다.
1) Wicking성
상기 wicking성은 KS K 0815의 B법(바이렉법)에 의하여 측정한다. 즉, 직물을 20 cm × 2.5 cm 의 스트립 형태로 시료를 준비하여 시료의 한쪽 끝단을 27 ± 2 ℃의 증류수가 담겨있는 수조에 침지한 후 10분 후의 wicking된 길이(mm)를 측정하였다.
2) 마찰계수
ASTM D 1894(Standard Test Method for Static and Kinetic Coefficients of Fraction of Plastic Film and Sheeting)에 의거하여 시험편을 준비하고 시험기에서 시험편의 마찰계수를 측정하였다.
3) 내마모성
직물의 내마모성은 KS K 0815에 의거하여 측정한다. 즉, KSK 0815에 규정된 방법으로 시험편을 준비하고, 규정된 하중 조건 하에서 직물 시험편의 회전운동에 의한 시험편 표면과 마모륜의 마찰작용을 통해 시험편에 구멍(hole) 발생되는 시점의 회전싸이클 횟수를 측정한다. 상기와 같은 시험 조건에서 50,000 싸이클의 회전 후에 구멍이 발생하지 않을 때에는 양호로 판정하고, 그 이하의 싸이클에서 구멍이 발생하면 불량으로 평가한다.
4) 사절성
본 발명의 폴리에스테르 이형단면사의 용융방사시 1 시간당 사절발생횟수로 사절성을 평가하였다. 용융방사 1시간 동안 사절이 발생하지 않는 경우에는 양호로, 1∼2 회 발생한 경우에는 보통으로, 사절이 2 회를 초과한 경우에는 불량으로 판단하였다.
상기에서 기술된 실시예 및 비교예에 의거하여 제조된 폴리에스테르 이형단면사에 대한 물성을 측정하고 그 결과를 다음의 표 1에 나타낸다.
| PTFE 직경 | PTFE 조성 (중량%) |
Wicking (mm) |
마찰계수 | 내마모성 | 사절성 | ||
| 동 | 정 | ||||||
| 비교예 1 | - | 0 | 60 | 0.24 | 0.28 | 불량 | 양호 |
| 실시예 1 | 250 nm | 1 | 64 | 0.17 | 0.20 | 양호 | 양호 |
| 실시예 2 | 2 | 66 | 0.14 | 0.17 | 양호 | 양호 | |
| 실시예 3 | 3 | 71 | 0.12 | 0.14 | 양호 | 양호 | |
| 실시예 4 | 5 | 73 | 0.11 | 0.12 | 양호 | 보통 | |
| 실시예 5 | 500 nm | 1 | 62 | 0.18 | 0.21 | 양호 | 양호 |
| 실시예 6 | 2 | 66 | 0.16 | 0.19 | 양호 | 양호 | |
| 실시예 7 | 3 | 66 | 0.15 | 0.17 | 양호 | 양호 | |
| 실시예 8 | 5 | 69 | 0.13 | 0.16 | 양호 | 보통 | |
| 실시예 9 | 1,000 nm | 1 | 64 | 0.19 | 0.24 | 양호 | 양호 |
| 실시예 10 | 2 | 66 | 0.18 | 0.23 | 양호 | 양호 | |
| 실시예 11 | 3 | 66 | 0.17 | 0.21 | 양호 | 양호 | |
| 실시예 12 | 5 | 69 | 0.16 | 0.20 | 양호 | 불량 | |
상기 표 1에 기재된 바와 같이, 실시예 1~4에서 250 nm의 직경을 갖는 PTFE 나노입자를 포함하는 직물의 경우에서 wicking 높이가 비교예 1 대비 크게 증가되는 것을 알 수 있다. 즉, 본 본 발명의 폴리에스테르 이형단면사에서 PTFE 나노입자의 조성비가 증가함에 따라 wicking 높이가 점차로 증가되고, 이는 폴리에스테르 이형단면사에 포함된 PTFE 나노입자 및 폴리에스테르 이형단면사의 이형 형태에 의해 시험편의 wicking 높이가 증가되는 것을 알 수 있다. 이와 같은 wicking성의 평가결과로부터 폴리에스테르 이형단면사에 포함된 PTFE 나노입자에 의해 흡한속건성 또한 증가됨을 확인할 수 있다.
그리고 상기 PTFE 나노입자의 조성비가 5 중량%인 실시예 4의 경우에는 용융방사시 1시간 동안 1회 발생하여 방사성이 다소 감소되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 폴리에스테르 이형단면사의 용융방사시 PTFE 나노입자가 5 중량% 이상으로 포함되는 경우에는 방사성에 악영향을 미치는 것으로 나타났다.
시험편의 마찰계수를 살펴보면, 비교예 1에서 시험편의 동마찰계수는 0.22이고, 정마찰계수는 0.28로 측정되었다. 그런데 실시예 1~4에서 원사에 포함되는 PTFE 나노입자의 조성비가 점차로 증가함에 따라 시험편의 동마찰계수 및 정마찰계수가 점차로 감소하는 것을 알 수 있다.
또한 PTFE 나노입자가 포함되지 않은 비교예 1의 시험편은 내마모성 측정시 직물 시험편의 40,000 cycle 회전시 구멍(hole)이 발생하여 불량으로 판정되었다. 그러나 PTFE 나노입자를 포함하는 실시예 1~4의 시험편의 경우에는 모두 50,000 cycle 회전시까지 구멍이 발생되지 않았으며, 이에 따라 실시예 1~4의 경우 내마모성은 모두 양호로 판정되었다. 즉, 폴리에스테르 이형단면사에 PTFE 나노입자의 함량이 증가함에 따라 마찰계수가 점차로 감소하고, 이에 따라 직물의 내마모성이 개선됨을 알 수 있다.
PTFE 나노입자가 5 중량%가 함유된 실시예 4, 8, 12의 경우에서 PTFE 나노입자가 1~3중량% 함유된 경우보다 wicking성 및 마찰계수는 다소 개선된 것으로 나타났다. 그런데 PTFE 나노입자가 5 중량%가 함유된 실시예 4, 8, 12의 경우에서 사절의 발생빈도가 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 PTFE 나노입자의 가격이 매우 고가이므로, 상기 PTFE 나노입자의 함량이 증가할수록 원사의 가격경쟁력은 떨어진다, 따라서 방사성 등의 물성 및 원사의 가격경쟁력을 고려할 때 원사에 PTFE 나노입자가 1 내지 3 중량%가 포함될 때 가장 효율적인 것을 알 수 있다.
그리고 500 nm의 크기를 갖는 PTFE 나노입자를 포함하는 실시예 5~8 및 1,000 nm 의 크기를 갖는 PTFE 나노입자를 포함하는 실시예 9~12의 경우에도 이와 동일 또는 유사한 결과를 확인 할 수 있다.
본 발명의 폴리에스테르 이형단면사는 위에서 살핀 바와 같이, 흡한속건성 및 내마모성이 우수하므로, 이를 이용하여 쾌적성을 갖는 애슬레저 의류용 섬유제품의 제조가 가능하다. 즉, 편안하면서 활동적이며 세련된 감각의 애슬레저 스타일의 스포츠 웨어의 제조가 가능하고, 상기 애슬레저 스타일의 스포츠 웨어는 일상에서 착용이 가능하며 스포츠 활동까지 활용이 가능한 특징을 갖는다.
본 발명은 도면에 도시된 실험예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실험예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (5)
- PTFE 나노입자가 분산된 수분산액을 동결건조하여 PTFE 나노입자 파우더를 제조하는 제 1 단계;
폴리에스테르 중합체와 PTFE 나노입자 파우더를 용융혼합하여 마스터배치를 제조하는 제 2 단계;
상기 마스터배치를 이형단면 방사구금을 통해 방사하는 미연신사를 제조하는 제 3 단계;
상기 미연신사를 연신하여 연신사를 제조하는 제 4 단계;
상기 연신사를 권취하는 제 5 단계;를 포함하는
흡한속건성 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 이형단면사의 제조방법
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 단계는 PTFE 나노입자 수분산액을 영하 20 ℃ 이하에서 냉동하는 냉동단계;와
상기 냉동된 PTFE 나노입자 수분산액을 영하 50 ~ 60 ℃ 및 1 torr이하의 진공도에서 동결하여 건조하는 동결건조단계;를 포함하는 흡한속건성 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 이형단면사의 제조방법
- 청구항 1에 있어서,
상기 PTFE 나노입자 파우더는 그 직경이 1,000 nm 이하인 것을 특징으로 하는 흡한속건성 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 이형단면사의 제조방법
- 청구항 1에 있어서,
상기 PTFE 나노입자 파우더는 폴리에스테르 중합체 대비 1 내지 3 중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 흡한속건성 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 이형단면사의 제조방법
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2017
- 2017-07-19 KR KR1020170091779A patent/KR101869656B1/ko active Active
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