KR102666242B1

KR102666242B1 - 냉감성이 향상된 폴리에틸렌 섬유

Info

Publication number: KR102666242B1
Application number: KR1020220160405A
Authority: KR
Inventors: 김현선; 강병호; 홍성진
Original assignee: 주식회사 휴비스
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2022-11-25
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2042-11-25
Also published as: WO2024111854A1

Abstract

본 발명은 수평균분자량(Mn)이 20,000~30,000이고 Z평균분자량(Mz)이 130,000~300,000인 폴리에틸렌 수지를 포함하는 것을 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유에 관한 것으로 폴리에틸렌 수지의 냉감성을 위해 수평균분자량과 Z평균분자량을 제어하여 냉감성이 향상된 폴리에틸렌 섬유이다.

Description

냉감성이 향상된 폴리에틸렌 섬유{POLYETHYLENE FIBER HAVING ENHANCED COOL FEELING}

본 발명은 냉감성이 향상된 폴리에틸렌 섬유에 관한 것으로 구체적으로는 폴리에틸렌 섬유를 형성하는 폴리에틸렌 수지의 분자량을 제어하여 냉감성을 향상시킨 냉감성이 향상된 폴리에틸렌 섬유에 관한 것이다.

의복은 사계절 기후에 따라 다양한 종류가 있으며, 특히 여름철에서 강한 햇빛과 더운 기온을 피하기 위해 얇고 통풍이 우수한 원단을 사용한다. 여름용 의복은 단순히 청량감을 위해 통기성을 높이거나 가벼운 소재의 개발에는 한계가 있어 수분과 결합하여 흡열하는 기능성 물질을 이용하여 직접적인 냉감성을 갖는 섬유원단이 많이 개발되고 있다.

종래의 냉감기능을 갖는 섬유원단은 섬유 또는 원단에 이산화티탄, 산화 아연 등의 무기물을 함유시켜 태양광의 자외선과 적외선을 반사 및 차단하여 냉감기능을 갖는 기술이 많이 사용되고 있다.

이러한 종래기술로 대한민국 특허공개 제2001-91286호에서는 태양광반사 특성에 의한 냉감 효과를 갖는 섬유, 좀더 상세하게는 태양광을 흡수하지 않고, 외부로 모두 반사하는 특성을 지닌 티탄산아연마그네슘을 함유함으로써 섬유 자신의 온도 상승을 억제하여 냉감효과를 갖는 섬유에 관한것으로, 산화아연-산화마그네슘-이산화티탄 3성분을 고온에서 소결 처리하여 복합산화물인 티탄산 아연마그네슘(ZMT)을 제조하고, 이를 혼입하여 자외선을 효율 좋게 반사함으로써 태양광 에너지의 흡수를 방지하여 냉감효과를 지닌 새로운 섬유 및 그 첨가물이 제안된 바 있다.

그러나 상기와 같이 무기물을 사용하여 자외선을 통한 냉감기능은 태양광이 없는 실내에서는 아무런 기능을 하지 못하며, 열이 복사되는 적외선 차단에 있어서는 미흡한 단점이 있었다. 또한, 외부의 열이 흡수되는 것을 차단하는 기능일 뿐 체내의 열을 외부로 방출시키는 기능은 미흡하고, 격렬한 운동시 발생하는 땀에 의해 젖은 상태에서는 냉감성을 느끼기가 더욱 어렵다.

따라서, 실내외에서 냉감 기능을 갖게하기 위해 기능성 물질이 함유된 냉감성을 갖는 섬유원단이 개발된 것으로 대한민국 특허등록 제10-897866호에서는 유기산 또는 이의 알칼리염, 페퍼민트오일, 호호바오일, 유기 바인더 및 잔량의 정제수를 포함하여 이루어지는 냉감 기능성 조성물을 제조하여 코팅시킨 냉감원단이 제안되었으며, 대한민국 특허공개 제2013-0013477호에는 1,2차 모노머, 잠열물질, 천연오일, 천연당류, 조핵제, 물을 혼합한 1차 조성물에 항균제, 유기 바인더 등을 혼합한 2차 조성물로 냉감 기능성 조성물을 제조하여 코팅한 냉감원단이 제안되었다.

하지만, 이와 같은 냉감성을 갖는 섬유원단은 다수의 첨가제를 혼합하여 별도의 냉감제 조성물을 제조해야 함은 물론, 냉감 조성물을 원단 표면에 고착하기 위한 별도의 후가공 공정이 요구됨에 따라 생산에 상당한 시간과 비용이 소모됨은 물론, 마찰이나 세탁시 코팅된 냉감 조성물이 소실됨에 따라 냉감기능이 저하되는 문제가 있다.

최근에는 열전도율이 높은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지를 이용하여 냉감성을 가지는 원사를 사용하는 섬유원단이 개발되었다.

대한민국 등록특허 제2110306호는 접촉냉감이 우수한 폴리에틸렌 원단에 관한 발명으로 폴리에틸렌사를 사용한 폴리에틸렌 원단에 대해 개시되어 있으며, 제2202592호는 냉감성 원단과 이를 위한 폴리에틸렌 원사에 관한 발명으로 고밀도 폴리에틸렌 수지의 높은 열전도율을 통해 냉감성을 가지는 폴리에틸렌 원사에 대해 개시되어 있다.

그러나, 종래의 폴리에틸렌 수지를 이용하는 냉감성 섬유는 단순히 열전도율을 높은 폴리에틸렌 섬유를 이용하는 것으로 기존의 폴리에틸렌 섬유와 큰 차이가 없었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 폴리에틸렌 섬유에 포함되는 폴리에틸렌 수지의 냉감성을 위해 수평균분자량과 Z평균분자량을 제어하여 냉감성이 향상된 폴리에틸렌 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 수평균분자량과 Z평균분자량을 제어하여 공정성이 우수하면서 유연성이 우수하여 의류용으로 적합한 냉감성이 향상된 폴리에틸렌 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 수평균분자량(Mn)이 20,000~30,000이고 Z평균분자량(Mz)이 130,000~300,000인 폴리에틸렌 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유를 제공한다.

또한, 상기 수평균분자량(Mn)에 대한 Z평균분자량(Mz)의 비(Mz/Mn)는 5.5~10인 것을 특징으로 하는 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유를 제공한다.

또한, 상기 수평균분자량(Mn)이 22,000~28,000인 것을 특징으로 하는 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유를 제공한다.

또한, 상기 Z평균분자량(Mz)이 180,000~260,000인 것을 특징으로 하는 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유를 제공한다.

또한, 상기 폴리에틸렌 섬유의 결정화도는 70~90%인 것을 특징으로 하는 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유를 제공한다.

또한, 상기 폴리에틸렌 섬유의 Qmax 값은 0.3W/㎠이상인 것을 특징으로 하는 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유를 제공한다.

또한, 상기의 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 의류를 제공한다.

본 발명에 따른 냉감성이 향상된 폴리에틸렌 섬유는 폴리에틸렌 섬유에 포함되는 폴리에틸렌 수지의 수평균분자량과 Z평균분자량을 제어하여 냉감성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 폴리에틸렌 섬유는 수평균분자량과 Z평균분자량을 제어하여 공정성이 우수하면서 유연성이 우수하여 의류로 적합한 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명은 폴리에틸렌 수지로 형성되어 주요 반복 단위가 에틸렌인 향상되는 폴리에틸렌 섬유에 관한 것이다.

상기 폴리에틸렌 수지는 수평균분자량(Mn)이 20,000~30,000이고 Z평균분자량(Mz)이 130,000~300,000인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴리에틸렌 수지는 용융지수(MI)가 1 내지 25g/10min이고, 0.91 내지 1.01g/㎤인 것이 바람직할 것이다.

상기 수평균분자량(Mn)은 고분자 전체길이를 전체 수로 나눈 값으로 고분자 수지의 고분자 수지의 사슬들의 평균길이를 의미하며, Z평균분자량(Mz)은 부피평균분자량이라고도 하는 고분자 수지 체적의 평균을 의미하는 분자량이다.

본 발명에서는 폴리에틸렌 수지의 수평균분자량(Mn)과 Z평균분자량(Mz)을 제어하여 냉감성을 향상시킨 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유이다.

본 발명의 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유에 함유되는 폴리에틸렌 수지는 수평균분자량(Mn)이 20,000~30,000인 것이 바람직한 것으로 수평균분자량(Mn)이 20,000 미만이면 폴리에틸렌 섬유의 물성이 저하될 수 있으며, 30,000을 초과하면 폴리에틸렌 섬유의 제조공정성이 저하될 수 있다. 상기 수평균분자량(Mn)은 22,000~28,000인 것이 더욱 바람직할 것이다.

본 발명의 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유에 함유되는 폴리에틸렌 수지는 Z평균분자량(Mz)이 130,000~300,000인 것이 바람직한 것으로 Z평균분자량(Mz)이 130,000 미만이거나, 300,000을 초과하면 섬유제조 공정성이 저하되거나, 섬유의 유연성이 저하될 수 있을 것이다.상기 Z평균분자량(Mz)은 180,000~260,000인 것이 더욱 바람직할 것이다.

본 발명은 상기 수평균분자량(Mn)과 Z평균분자량(Mz)을 제어하여 냉감성을 향상시키는 발명으로 상기 수평균분자량(Mn)에 대한 Z평균분자량(Mz)의 비(Mz/Mn)는 5.5~10인 것이 바람직할 것이다.

상기 Mz/Mn가 5.5미만인 경우 냉감성 향상이 크지 않으며, 섬유제조 공정성이 저하될 수 있고, Mz/Mn가 10을 초과하면 섬유의 물성이 저하되고. 유연성이 저하되어 의류용으로 적합하지 않고 냉감성이 저하될 수 있다.

상기 수평균분자량(Mn)에 대한 Z평균분자량(Mz)의 비(Mz/Mn)는 폴리에틸렌 섬유의 냉감성을 높이고, 섬유 물성을 위해 7.5~9.5인 것이 더욱 바람직할 것이다.

상기와 같은 폴리에틸렌 수지로 형성되는 본 발명에 따른 폴리에틸렌 섬유는결정화도가 70%이상인 것이 바람직한 것으로 결정화도가 70%미만일 경우 냉감성이 저하될 수 있다. 상기 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유의 결정화도는 90%를 초과할 경우 섬유 유연성이 저하될 수 있으므로 결정화도는 70~90%인 것이 바람직할 것이다.

본 발명에 따른 냉감성이 향상된 폴리에틸렌 섬유는 상기의 폴리에틸렌 수지만으로 형성될 수 있으며, 또는 다른 폴리에틸렌 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지 등과 같은 합성수지와 같이 복합섬유로 제조될 수 있을 것이다.

본 발명의 냉감성이 향상된 폴리에틸렌 섬유는 통상적인 폴리에틸렌 섬유와 동일한 제조공정으로 제조될 수 있는 것으로 폴리에틸렌 수지의 수평균분자량(Mn)과 Z평균분자량(Mz)이 상기의 범위 내이며, Mz/Mn가 5.5~10인 경우 고속가공성을 가져 귄취속도 약 2000m/min 이상으로 제조할 수 있을 것이다.

상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 냉감성이 향상된 폴리에틸렌 섬유는 높은 냉감성으로 Qmax 값이 0.3W/㎠ 이상이 바람직할 것이다.

본 발명의 냉감성이 향상된 폴리에틸렌 섬유는 냉감성과 유연성이 우수하여 여름용 의류 용도로 적합하며, 이외에도 다양한 용도로 사용될 수 있는 것으로 용도에 따라 다양한 섬도의 실로 제조될 수 있으며 약 36~220F의 75~400D의 폴리에틸렌사로 제조되는 것이 바람직할 것이다.

이하 본 발명에 따른 실시예로 냉감성이 향상된 폴리에틸렌 섬유를 제조하였다. 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3

폴리에틸렌 수지를 압출기에 투입하여 용융 폴리머를 방사하였으며, 냉각 장치를 이용하여 냉각시킨 다음, 2단 연신으로 전체 연신비(DR) 3.5로 연신하였고, 권취속도 2100m/min로 권취하여 본 발명에 따른 냉감성이 향상된 폴리에틸렌 섬유를 제조하였다.

각각의 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 폴리에틸렌 수지의 용융지수(MI), 밀도, 수평균분자량(Mn)과 Z평균분자량(Mz)은 표 1에 나타내었으며, 그 외 방사조건은 동일하게 실시하였다.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 폴리에틸렌 섬유의 결정화도, 용융강도, 공정성, 접촉냉감성(Qmax), Modulus(초기탄성계수)를 측정하여 표 1에 나타내었다.

* 용융지수 : ASTM D1238에 의거하여 측정. 측정온도는 190℃. 추 무게는 2.16kg

* 분자량 : Gel Permeation Chromatography(Tosoh 사의 EcoESC HLC-8421)를 이용하여 160℃에서 측정.

* 결정화도 : XRD 기기 (Bruker사의 D8 Discover)를 이용하여 결정화도 측정

* 용융강도 : Capillary Rheometer에서 일정한 Shear Rate하에 orfice를 통해 나오는 Melt Strand를 두개의 wheel에 끼우고 속도를 증가시켜 wheel에 걸리는 힘 측정

* 공정성: 방속 2000m/min 이상에서의 1등급 생산량/전체 생산량*100= 수율(중량기준)

* 접촉냉감성 : JIS L 1927)에 의거하여 온도 20℃, 습도 65%하에서 Thermofeel, Pf-QMM-01 기기로 순간적인 열흡수량 최대치인 Qmax(w/cm2) 측정. 열온판(접촉냉감 측정 센서)을 실온보다 20℃ 높은 온도로 설정(△T=20℃)

* Modulus(초기탄성계수) : ASTM D2256에 의거하여 온도 20℃, 습도 65%하에서 Instron사의 만능시험기(UTM, Universial Testing Mashiine)을 이용하여 시료길이 20cm, Instron 측정속도 800mm/min에서 측정

구분		실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2	비교예3
용융지수(g/10min)		20	12	7.4	0.8	12	12
밀도(g/㎤)		0.956	0.962	0.958	0.958	0.96	0.956
분자량	Mn	22,194	25,804	27,450	13,215	10,850	25,403
분자량	Mz	185,968	199,890	253,000	169,020	195,845	133,000
Mz/Mn		8.38	7.75	9.22	12.79	18.05	5.24
결정화도(%)		75.4	80.1	81.4	67.3	66	65.3
용융강도(cN)		5.84	5.11	5.4	4.57	3.3	3.01
공정성(%)		97	97	93	61	73	71
Qmax(W/㎠)		0.307	0.328	0.361	0.286	0.18	0.19
Modulus(gf/D)		14.9	16.7	17.8	138.1	149.2	20.9

표 1에서와 같이 Mz/Mn가 5.5~10의 범위 내에 있는 실시예 1 내지 3은 모두 결정화도가 70%이상이며, 용융강도가 5cN이상이고, 공정성도 90%이상으로 비교예 1 내지 3 보다 우수한 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1 내지 3은 Qmax가 0.3 W/㎠이상으로 비교예 1 내지 3보다 크게 향상되는 것을 알 수 있으며, Modulus를 통해 폴리에틸렌 섬유의 유연성을 평가할 수 있는 것으로 Modulus가 20gf/D 이하로 유연성을 가지는 것을 알 수 있다.

Claims

수평균분자량(Mn)이 20,000~30,000이고 Z평균분자량(Mz)이 130,000~300,000인 폴리에틸렌 수지를 포함하되,
상기 수평균분자량(Mn)에 대한 Z평균분자량(Mz)의 비(Mz/Mn)는 5.5~10인 것을 특징으로 하는 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유.
삭제
제1항에 있어서,
상기 수평균분자량(Mn)이 22,000~28,000인 것을 특징으로 하는 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유.
제1항에 있어서,
상기 Z평균분자량(Mz)이 180,000~260,000인 것을 특징으로 하는 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유.
제1항에 있어서,
상기 폴리에틸렌 섬유의 결정화도는 70~90%인 것을 특징으로 하는 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유.
제1항에 있어서,
상기 폴리에틸렌 섬유의 Qmax 값은 0.3W/㎠이상인 것을 특징으로 하는 냉감성이 향상되는 폴리에틸렌 섬유.
제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항의 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 의류.