KR100891279B1 - 이중표면구조의 다기능성 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해조추출물 성분을 함유하는 폴리에스테르계 섬유로 구성되어 있는 이면층 및 나일론계 섬유로 구성되어 있는 표면층의 이중표면구조를 이루고, 4방향으로 신축되며, 상기 폴리에스테르계 섬유 및 나일론계 섬유는 해조추출물 및 은나노 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 다기능성 섬유에 관한 것이다.

4방향 신축, 폴리에스테르, 나일론, 항균섬유, 해조섬유

Description

이중표면구조의 다기능성 섬유{A multi-functional textile consisting of two different layers}

본 발명은 폴리에스테르계 섬유로 구성되어 있는 이면층 및 나일론계 섬유로 구성되어 있는 표면층의 이중표면구조를 이루고, 은나노 성분 및 해조추출물 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 다기능성 섬유에 관한 것이다.

탄성섬유는 탄성과 탄성회복력이 우수함으로써 스타킹이나 여성용 속옷류 및 신축성 직물에 많이 이용되고 있으며, 에어로빅복, 수용복 등으로의 용도도 계속 확대되고 있다. 그러나, 종래의 스판덱스사인 경우에는 타 원사 간의 혼합비율이 낮아 스판덱스의 단독물성을 잃게 되어 고유의 물성을 발휘하지 못하게 되고, 폴리에스테르 사가공을 이용하는 방법은 폴리에스테르 소재이므로 염색이나, 다른 고기능성을 요구하는 스포츠용 제품으로는 적용에 한계가 있다.

또한, 탄성 섬유는 몸에서 배출되는 여러 가지 분비물에 의하여 의류에 많은 종류의 세균류 및 곰팡이류가 부착 서식하는 경우가 발생하게 되는데, 이중에는 직물에 부착하여 인체에 해로움을 주지는 않지만 의류를 변질, 착색, 오염시켜 악취 를 발생시키는 것도 있고, 직접적으로 인체에 해를 입히는 경우도 발생하게 된다. 특히, 여성의 거들 및 브레이저 등으로 탄성섬유를 사용하는 경우가 많이 있는데 이러한 경우 땀 등에 의한 분비물로 인하여 세균 또는 곰팡이류가 탄성섬유에 서식하는 경우가 있게 되는 것이다.

항균성을 부여하기 위한 방법으로 미국특허 제4,837,292호에 소프트 세그먼트로 알리파틱디올 중 폴리카보네이트디올 종류인 폴리(펜탄-1,5-카보네이트)디올, 폴리(헥산-1,6-카보네이트)디올 또는 이들의 공중합체를 사용함으로서 항균성을 부여하는 방법이 발표되어 있다. 이는 별도의 항균제를 투입하지 않고 원부재료 자체의 물성을 이용하여 항균성을 부여하는 방법이지만 항균효과가 저조한 문제점이 있다.

현재에는 은(Ag) 입자를 이용하여 항균 효과가 있는 섬유 제품을 제조하고 있다. 이러한 은(Ag)은 단세포균의 신진대사 기능을 하는 효소에 극미작용을 하여 이를 무력화시킴으로써 균을 사멸하는 강력한 살균제로 알려져 있다(T. N. Kim, Q. L. Feng, 등. J. Mater. Sci. Mater. Med., 9, 129 (1998)). 현재 사용 중인 은계 무기항균제는 은-담지 무기분말 형태, 은 콜로이드, 금속 은 분말 형태 등으로 제품화되어 있으며, 그중 은-담지 무기분말 형태가 수요면에서 가장 큰 비중을 차지하고 있으며 일반적으로 무기항균제라 일컫는 것은 이러한 형태를 말한다. 그러나, 이온상태로 존재하는 은은 항균력은 좋으나 높은 반응성 때문에 상태가 불안정하여 주위 분위기에 따라 쉽게 산화되거나 금속으로 환원되어 스스로 변색하거나 타 재료에 착색현상을 유발하게 되어 항균력 지속성이 떨어진다는 단점이 있다. 반면, 금속이나 산화물 형태의 은은 환경에 안정하나 항균력이 낮아 상대적으로 많은 양을 사용해야 하는 단점이 있다.

또한, 해조류는 일반적으로 색(color)으로 분류, 즉 녹조식물(Chlorophycea), 갈조식물(Phaeophyta), 홍조식물(Rhodophyta), 및 남조식물 (Cyanophyta)로 분류되고,이들은 비타민, 미네랄염, 항산화제가 풍부하여 오염물질을 고정하고 제거를 촉진하며, 요오드 함량으로 인해 물질대사를 자극하고 일반적인 신체의 양상을 개선하는데 기여하므로, 기능성 섬유에의 응용에 있어서도 관심을 끌고 있는 물질이다.

그러나, 종래의 방법들에 의하여 제조된 기능성 섬유의 경우, 상기 항균성 및 신축성을 동시에 가지는 섬유는 현재 개발되어 있지 않을뿐더러, 신축성 원사 제조 단계에서 항균제 첨가시 방사간 무기물에 의한 점도 감소에 따른 신축성 저하를 피할 수 없다. 또한, 신축성 원사에 항균후처리 가공을 하는 방법을 모색할 수 있겠으나, 세탁내구성 및 터치감이 저하하는 문제점이 발생하며 은의 높은 반응성에 의한 변색성도 문제가 되었다. 따라서 당해 기술분야에서는 우수한 항균성 및 신축성을 동시에 가지고, 흡수성 및 보온성이 뛰어나며, 안정적 공정을 통해 제조될 수 있는 다기능성 섬유의 출현이 절실하게 요청되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 우수한 4방향 신축성, 항균성, 흡수성 및 보온성을 동시에 가지는 이중표면구조의 다기능성 섬유를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 해조 추출물을 함유하는 폴리에스테르계 섬유로 구성되어 있는 이면층 및 나일론계 섬유로 구성되어 있는 표면층의 이중표면구조를 이루고, 4방향으로 신축되며, 은나노 성분을 5~25% o.w.f (on the weight of fiber or fabric)로 후 가공한 다기능성 섬유를 제공한다.

본 발명에서 사용하는 용어인 "다기능성"이라 함은 건강에 도움을 주는 여러 가지 성질을 총칭하여 일컫는 말로서, 특히 본 명세서에서는 이와 관련하여 섬유가 가질 수 있는 다양한 성질, 예를 들어 신축, 항균, 방취, 흡습, 경량, 보온, 온도 조절, 및 정전기 방지 등의 우수한 특성을 나타낼 수 있는 기능을 포함한다.

본 발명에서 용어 "섬유"는 섬유원료, 섬유원사 및 섬유원단을 모두 포함하는 의미로서, 섬유원료는 섬유원사의 재료이고, 섬유원사(filament, thread, yarn 등)는 섬유원단의 구성 소재이며, 섬유원단은 섬유원사를 만든 제품, 예를 들어 제직물(woven), 편성물, 펠트, 프레이트(plaited), 브레이드(braid), 레이스(lace), 부직포, 접층직물(laminated), 몰드직물 등을 포함한다. 본 발명에서 상기 용어 " 섬유"는 "섬유 제품"과 혼용된다. 이러한 섬유로 제조된 섬유 제품, 예를 들어 의류(예: 내의, 스포츠 웨어, 잠옷, 평상복, 등산복 등); 식물; 침구류; 신발창; 카펫; 타올; 커튼 등도 본 발명의 범위 내에 포함된다.

본 발명에서 사용하는 용어인 "신축성"이라 함은 탄성을 말한다. 즉 탄성을 갖고 있는 물체에 외력을 가하여 당겨 늘인 후 이 외력을 제거했을 때 원상태로 돌아가는 성질을 말하며, 이 탄성체가 사상태(나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄 등)이면 탄성사라고 하고 이것을 사용하여 직물로 제조되면 신축성 직물로 분류된다.

본 발명에서 사용하는 용어 "항균(antimicrobial)"이란 세균(bacteria), 진균(fungi) 등의 병원성 미생물의 성장을 저해하는 것뿐만 아니라 이의 생존을 저해하여 살균하는 것을 포함한다.

본 발명에서 용어 "보온성"은 온도를 보존하는 성질을 의미하는 것으로 온도가 낮은 바깥 부분으로 열이 빠져나가지 않도록 단열시키는 기능에 의한 특성을 나타낸다.

본 발명에서 용어 "흡습성"은 수분율이라고도 하며, 이는 습한 공기 중에서 수분을 흡수하고 건조한 공기 중에서 수분을 발산하는 성질을 의미한다. 섬유 제품은 대기 중에서 어느 정도 수분을 흡수하는데, 이렇게 흡수하는 수분의 양은 구성 섬유의 종류, 섬유 제품의 형태(섬유, 실, 직물 등) 등에 따라 차이가 있고 같은 포라고 하더라도 조직, 두께, 밀도, 가공 등에 따라 다르다. 대체로 흡습성이 큰 섬유로 만든 포는 흡수성, 염색성 등이 좋다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 4방향 신축직물의 기능성을 발휘하기 위해 기능성 이중 표면층을 이루는 구조사로 제직함으로써 표면층의 강한 마모저항성과 방풍성, 및 이면층의 통기성과 흡습성, 보온성에 의해 우수한 기능을 골고루 발현할 수 있는 다기능성 섬유를 제공한다.

현재 생산되고 있는 신축성 직물로서는 스판덱스사를 이용하는 방법과 폴리에스테르사의 사가공을 이용하는 방법이 있다.

그러나, 스판덱스사인 경우에는 실제 사용에 있어 단독사용이 불가능하기 때문에 스판덱스사에 타 원사를 커버링하여 사용하게 된다. 이 때 타 원사 간의 혼합비율이 낮아 스판덱스의 단독물성을 잃게 되어 고유의 물성을 발휘하지 못하게 된다. 일반적으로 스판덱스의 탄성은 400∼800%의 절단신도를 지니고 있으나, 직물에 있어서 10∼30%정도의 신축성으로 이는 타원사의 크림프를 스판덱스가 단독으로 형성시켜야만 되는데, 이 수축강도가 혼합비율 문제로 낮아 고유의 신축성이 배제되는 것이다. 특히 폴리에스테르사와 혼합의 경우 감량가공이 불가능할 뿐 아니라 내열성이 낮아(120℃ 이하 처리)염색이나 가공이 어렵다.

폴리에스테르 사가공을 이용하는 방법은 섬유 자체에 횡단면상에 수축성과 이완성이 공존하는 바이메탈 구조를 강화시킨 잠재 권축사를 이용하는 방법과 필라멘트사를 가연조건 중 히터온도를 융점에 근접하는 온도인 235℃에서 고장력으로 처리함으로써 고분자 배향도를 높여, 크림프를 최대한 살린 고벌키 가연사를 제조하여 사용하는 방법이 있다. 그러나 이제품은 폴리에스테르 소재이므로 교직물로 응용할 때, 염색조건에 따라 적용을 하지 못하는 경우도 있고, 부드럽고 가벼우며 고기능성을 요구하는 스포츠용 제품으로는 적용에 한계가 있다. 폴리에스테르계 신축성 섬유에 대하여 일본국 특개평 제10-72732호에서는 극한 점도차를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 2종을 사용하는 방법이 게시되고 있다. 또한, 일본국 특개 제2000-328378호 및 일본국 특개평 제9-41234호에서는 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 고수축성의 공중합 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 폴리에스테르계 잠재권축 발현성 섬유의 제조방법을 공지하고 있다. 이외에도 미합중국 특허 제3,671,379호 및 일본국 특개평 제11-189923호에서는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)에 스트레치성을 가지는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)를 사용하는 방법도 제시하고 있다. 이와 같이 종래의 신축성 복합섬유의 제조방법들은 대부분 서로 다른 폴리에스테르계 고분자에 의한 복합방사에 대해서만 제안이 되어 있을 뿐이었다.

그러나, 본 발명은 폴리에스테르계 섬유로 구성되어 있는 이면층 및 나일론계 섬유로 구성되어 있는 표면층의 이중표면구조를 이루는, 즉, 상이한 종류의 복합섬유에 관한 것으로 상기와 같은 문제점을 발생시키지 않는다.

본 발명의 이중구조는 두꺼운 직물 단면을 가지면서도 표면층에만 신축사를 사용하여 이면층까지 동시에 신축성을 주므로 고가의 스판사 함량을 줄일 수 있으며, 피부에 닫는 부분이 부드럽게 밀착되면서 신축성 있게 움직여 원단 전체에 스판사를 사용한 두꺼운 직물에 비해 착용감을 향상시켜 특히 몸을 보호하면서도 충 분한 활동성을 요구하는 스포츠 레져웨어로 활용도가 높다.

본 발명의 상기 이면층을 구성하는 구조사는 단사섬도 1∼3 데니아를 가지는, 해조 추출물을 방사시 혼합하여 제조한 삼각단면의 폴리에스테르 필라멘트로서, 기모시 파일이 잘 터질수 있도록 강도를 조절한 파일사이다.

상기 이면층의 폴리에스테르는 디올 및 디카르복실산의 축중합에 의해 제조된 중합체로 정의한다. 디카르복실산으로는 테레프탈산, 이소프탈산, 프탈산, 나프탈렌 디카르복실산, 아디프산, 및 세바신산이 있다. 디올로는 에틸렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 테트라메틸렌 글리콜 및 시클로헥산 디메탄올이 있다. 특히, 유용한 폴리에스테르로는 폴리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 이소프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌-p-옥시벤조에이트, 폴리-1,4-시클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트가 있다. 말할 필요도 없이, 이들 폴리에스테르는 단독중합체 또는 공중합체일 수 있고, 공중합 성분은 예를 들면, 디에틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 및 폴리알킬렌 글리콜과 같은 디올 성분, 및 아디프산, 세바신산, 프탈산, 이소프탈산 및 2,6-나프탈렌 디카르복실산과 같은 디카르복실산 성분이 있다. 기계적인 강도, 열 안정성, 내약품성, 및 내구성 측면에서 볼 때, 본 발명에 바람직한 것으로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 이소프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트, 및 이들의 공중합체가 있다.

상기 이면층 소재인 삼각단면의 폴리에스테르 필라멘트는 일반적인 원형단면의 사에 비해 입모성이 커 폴리에스테르 사로 형성된 이면층의 파일을 기모시킬때 기모효과를 더 높일 수 있다. 가는 섬도의 폴리에스테르 파일사는 피부와 부드럽게 밀착되고 섬유 단면 형태상 섬유사이에 모세관을 형성하게 하는 효과가 있어 운동등에 의해 배출되는 땀을 빠르게 흡수하고 표면층으로 신속하게 이동시킨다. 따라서 기모층이 피부와 밀착되어 액체상의 땀을 신속히 흡수/표면층으로 이송시키는 기능을 할 수 있고, 기모층 내에 두꺼운 공기층을 형성하므로 운동 중에 발생되는 액체상의 땀에 의한 인체의 체온저하 방지하고 추운 날씨로 부터 몸을 보호해 주어 기존의 방한 의류에 비해 부피를 줄이면서도 보온효과는 높일 수 있다.

그리고, 상기 폴리에스테르 섬유는 방사 시 해조추출물을 함유시킨다.

본 발명에서 사용하는 해조추출물은 녹조류, 갈조류, 홍조류 중 발명의 목적하는 효과를 내는 물질이라면 제한 없이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 갈조류로부터 추출한 성분을 사용한다.

녹조류는 엽록소를 다량 함유하고 있어 왕성하게 광합성 작용을 하여 녹말을 만든다. 녹조류의 엽상체는 매우 투명한 녹색을 지니고 있는데 색소체로는 엽록체, β-카로틴(β-Caotene), 크산토필(ZanthophyII)계의 루테인(Lutein)이라는 색소를 지니고 있다. 녹조류는 주로 얕은 바닷물 속에서 서식하고 있으므로 잎파래 같은 것은 비교적 깊은 바다 저층에서 대량 번식한다.

갈조류는 일반적으로 녹조류보다는 깊은 물속에서 자라고, 길이가 몇 미터씩이나 되는 대형 조류가 많기 때문에 해중림을 이룬다. 미역에는 해태나 파래의 경 우처럼 비타민 A가 많이 들어 있으며, 다른 종류의 비타민도 적지 않게 골고루 함유되어 있다. 그리고 무기염류로는 칼륨과 칼슘이 많이 들어 있으며, 철분도 상당량 들어 있다. 다시마 역시 알칼리성이 강한 식품이며 영양분도 미역과 대동소이하다. 미역과 다시마에는 무엇보다도 대장의 연동운동에 크게 기여하는 섬유질인 알긴산이 대량 함유되어 있어 동물의 배변을 원활하게 한다. 본 발명에서 사용되는 해조추출물의 성분으로서 상기 알긴산을 사용하는 것이 바람직하다. 갈조류는 광합성 색소로서 클로로필(ChlorophyII) a와 c를 가지고 있으며, 다른 색소체로는 β-카로틴과 푸곡산틴(Fucoxanthin)을 비롯한 여러 가지 색소를 지니고 있다. 광합성 산물로는 녹말의 형태로 저장하지 않고, 라미나린(Laminarin) 또는 만니톨(Mannitol)의 형태로 저장한다.

홍조류는 다른 조류보다 비교적 깊은 물에 서식하며, 크기가 비교적 작은 반면 종류가 다양하다. 홍조류는 녹조류, 갈조류보다 서식 범위가 넓어 얕은 수심에서부터 광선이 닿는 깊은 수심에 이르기까지 자생하고 있다. 따라서 다른 조류보다 종의 수효가 많다.

다양한 해조추출물 중에서 본 발명에 가장 바람직한 것은 미역, 다시마로 부터 추출한 알긴산으로 폴리페놀, 엔도톡신, 단백질 등의 불순물을 제거한 높은 순도의 알긴산이다.

알긴산은 갈조류(褐藻類)의 세포막을 구성하는 다당류로 해초산이라고도 하며 2종의 우론산의 중합체로 우론산의 카르복시기로 인해 산의 성질을 나타낸다. 그 구조는 만누론산과 L-글루론산이 β-1, 4결합으로 수백 개가 연결된 것이다.

상기 알긴산은 해조류의 섬유질로 체내 대사과정에서 자연적으로 생기는 유해활성산소와 오염, 공해, 중금속, 농약, 식품첨가물, 합성약품, 방사선 등에 의해 생성되는 유해산소가 세포를 공격하는 것을 방어한다. 유해활성산소를 제거하는 효소의 기능을 촉진하기도 하여 노화를 지연시키고, 피부 잡티, 반점 등이 생기는 것을 방어하는 효과가 있다.

상기 해조추출물은 폴리에스테르 방사시 섬유 원사 중량에 대하여 약 2 ~ 10 중량 %를 호파내에서 혼합한다. 이때 사용되는 해조추출물은 미립자상태로 그 평균입자의 크기가 약 1 내지 100nm인 순도 99% 이상인 나노 스케일의 분말가루이다. 용융된 폴리에스테르 내에 고르게 분포된 해조 추출물은 고분자와 함께 방사되고 일반적인 폴리에스테르섬유 제조공정인 연신, 권취 등의 공정을 거쳐 해조 추출물이 섬유 내에 균일하게 분포된 기능성 섬유를 형성하게 된다. 해조 추출물을 함유한 폴리에스테르 섬유는 합성섬유임에도 불구하고, 섬유 내에 혼합된 해조추출물이 높은 수분 보유력을 지니고 있어 합성섬유의 수분율을 증가시켜 천연섬유와 같은 부드러운 촉감을 부여하며 보습, 피부보호, 노화방지 등의 기능을 부여한다.

또한, 본 발명의 표면층을 구성하는 구조사는 단사섬도 1∼3 데니아인 4채널의 나일론 필라멘트를 공급하여 연신비 2∼3 배 및 꼬임수 600∼800(T/M)으로 40~43 데니아 라이크라(Lycra)를 이중커버링하여 제조한다.

상기 표면층 소재인 4채널의 나일론 필라멘트는 지방족 폴리아미드 중합체로 만들어진 스트랜드를 의미한다. 상기 나일론은 상부면과 하부면은 타원형의 채널을 이루고 있고 좌측면과 우측면에 원형의 채널을 이루는 4개의 채널 구조를 가지고 있다. 이러한 4개 채널에 의한 요철 돌출부를 형성하여 섬유 상호간의 공극부를 크게 하고, 모세관 현상에 의한 수분의 이동통로를 부여하여 땀과 물의 이동속도를 빠르게 하고 넓은 표면적을 가져 이동된 수분을 빠르게 증발시킨다.

본 발명에 있어 적당한 나일론은 폴리헥사메틸렌 아디프아미드 (나일론 66), 폴리카프로락탐 (나일론 6), 폴리부티로락탐 (나일론 4), 폴리(9-아미노노난산)(나일론 9), 폴리에난토락탐 (나일론 7), 폴리카프릴락탐 (나일론 8) 및 폴리헥사메틸렌 세박아미드 (나일론 6,10)를 포함한다. 바람직한 나일론은 폴리헥사메틸렌 아디프아미드 (나일론 66) 이다.

상기 표면층 소재인 4채널의 나일론 필라멘트는 흡수속건성이 우수한 단면구조를 가질 뿐 아니라, 마모에 강하면서 방풍성이 강하여 보온 효과가 우수하다.

본 발명의 이중 표면층을 가지는 섬유는 4방향으로 신축하는 특성을 지닌다. 본 발명은 신축성이 뛰어난 나일론계 섬유 및 기모에 의해 보온성을 높인 폴리에스테르의 이중 구조로 되어 있어서 외부의 오염, 바람, 마찰등에 강하면서 피부에 부드러운 감촉과 미용적 기능을 제공하며, 스판텍스에 의한 신축성 부여 외에 가공 조건에서의 수축을 이용하여 4방향 신축을 부여하여 종래의 스판덱스사를 이용하는 방법으로 제직된 섬유에 비해 가볍고, 가격이 저렴하면서 염색, 가공 등의 불량을 줄이면서 우수한 4방향의 신축성을 지닌다.

4방향 신축 원단은 각기 다른 원단층을 접착하는 방식이 아니라 편직공정에 서 연결되어 편직되어 접착공정을 생략할 수 있다. 바닥사로 나일론 커버링(Nylon covering)사가 사용되고 PET사는 스판(span)에 커버링하지 않은채 사용되어 파일을 형성하게 되는데, 2종의 실로 바닥과 파일을 형성한 뒤 상기 파일을 터트려 기모를 형성한다.

이때 커버링 사에 사용되는 스판덱스는 creora H-100, creora H-350, creora C-100, 라이크라 등이 있으나 그중 부드러운 촉감 및 중량감, 후도, 염색가공조건 등을 고려할 때 라이크라가 가장 바람직하다.

보다 많은 신축성을 부여하기 위해 가공단계에서 편성물 자체의 신축 및 수축성을 이용하여 가공함으로써 4방향으로 우수한 신축성을 가지게 한다. 기모가 잘 일어나고 벌키성을 갖게하기 위해 삼각단면의 폴리에스테르사를 사용하였으며, 기모의 길이는 1~5mm이며 필링의 발생을 줄이기 위해 적당한 길이를 선택한다.

종래에도 많은 신축성 원단이 있고 4방 신축성을 가지는 원단도 있었으나 겨울용 겉옷으로 가능한 두꺼운 원단의 경우는 4방향으로 충분한 신축을 가지는 원단이 거의 없었고, 특히 스판덱스 사에만 의존하여 충분한 신축을 내기 위해서는 많은 양의 스판텍스 사가 포함되어 원단이 무거워 질 뿐아니라 염색과 가공 온도에 영향을 주어 좋은 품질의 제품을 생산하기 어려웠다. 예를 들어, 시중에 있는 방한 등산복의 경우 350~600g의 중량을 가지는데, 착용시 더욱 편한 조건을 제공하기 위해서는 중량을 감소시킬 필요가 있다. 즉, 제한된 량의 스판과 원사를 사용하되 가공 공정에서 신축성을 더욱 부여하고 보온성을 높여야할 필요성이 있어온 문제점을 본 발명에서 해결하고 있다.

또한, 본 발명의 섬유는 항균성을 위하여 은나노 성분을 함유한다.

종래의 폴리에스테르계 항균성 섬유에 관해서는, 일본 특개소 59-134418, 61-17567 등에 개시된 바와 같이 범용 폴리에스테르 섬유에 금속화합물이나 지르코니아 함유 액상제를 스프레이법으로 도포하는 방법이 제시되었으나 세탁내구성이 문제시 되었다. 한편, 한국특허출원 제1992-0008832호에서는 무기계 항균제를 액상 폴리에스터형 분산제에 혼합하여 방사공정에 투입하는 방법을 도모하였고 일본특개소 61-234390, 62-101643 및 한국특허출원 제1991-0014960, 1990-0022031, 1990- 0022031등에서는 무기계 제올라이트계, 산화물계 세라믹, 다공성 알루미나 실리케이트 및 고온 소성 처리한 실리카/알루미나 등을 이용하여 마스터 배치 칩을 제조한 후 혼합방사를 통해 항균성이 우수한 폴리에스터 섬유의 제조방법을 개시하고 있으나 무기항균제의 강력한 수분 흡수 특징으로 용융방사시 방사성 확보가 어렵고 점도저하에 따른 섬유의 물성저하 및 무기물 미립자에 의한 압력상승, 기타 색상불량 및 분산성 조절 곤란성 등이 여전히 문제로 남아있다. 그리고, 나일론계 항균성 섬유에 관해서는, 예를 들면 4급 암모늄 염을 사용한 항균 방취가공 기술인 일본공고특허 87-184126호 및 아연 화합물로 처리한 항균 나일론 섬유의 제조방법인 미국 특허 4,701,518호 등이 있다. 이러한 방법들에 의한 항균방취 섬유는 항균성의 발현을 위하여 첨가되는 4급 암모늄염의 인체유해성과 후가공법의 절대 약점인 내세탁성 저하의 문제점이 있음을 발견하였다.

이에 본 발명자들은 섬유의 항균성을 높이기 위하여 은나노 성분을 함유시켰 다. 바람직하게는, 은나노 성분을 5~25% o.w.f 처리한다.

은나노란, 일반적으로 나노미터(Nanometer:1nm = 10억분의 1미터) 수준에서 물질과 소자를 다루는 기술인 나노기술(Nanotechnology)과 은(Ag)을 합친 합성어로서, 상기 나노기술에, 은 성분을 극 미세입자 크기로 형성하여 접목한 것으로, 상기 극미세 사이즈의 은성분을 증류수와 같은 용매에 분산시킨 용액을 뜻한다.

이러한 은(Ag)은 나노기술의 출현으로 인해 보다 향상된 효과를 가져 왔는데, 특히 은이 나노 상태에서는 살균능력이 질적으로 우수하게 변화되며, 극히 적은 크기의 나노 은(Ag)은 매우 강력한 살균작용을 하게 된다. 또한 상기 은이 물을 만나면 살균 및 항균 효과가 더욱 강해져, 세균과 독성의 번식과 증식을 차단하는 것이다. 이러한 은의 성분은 살균력과 항균력이 강할 뿐아니라, 냄새제거, 전자파 및 자외선차단, 원적외선과 음이온 방출 등의 효과를 지니고 있다.

본 발명에서 상기 은 나노 성분을 섬유에 함유시키는 방법 중 하나로 이하와 같은 방법을 사용할 수 있다. 물론 당업계에 공지된 통상적인 방법에 의할 수도 있다. 대한민국 공개특허공보 2002-0050902호에는 금속 나노 입자를 합성섬유에 적용한 예가 기재되어 있다.

상기 은 나노는 입자평균 5내지 50나노의 분포를 가지는 것으로 염색을 마친 2중 구조의 원단 무게에 대해 1:10의 욕비로 5~25% o.w.f만큼 희석한 패딩욕액에 침지 시키고 약 2~5분 후 맹글에 통과시켜 120~150℃로 열처리 하여 본 발명의 섬유에 함유시킨다.

본 발명의 상기 은나노 성분은 무전극 순은이고, 나노입자의 크기는 입자평 균 5 내지 50 나노미터인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 무전극 나노 순은은 산화되지 않아 색상을 그대로 유지하는 효과를 발휘한다.

은 나노가 함유된 섬유는 사용시 몸에 좋은 은이온과 원적외선이 발생하여 혈액순환과 내분비 활동을 왕성하게 되고 최근 문제가 되고 있는 환경 호르몬인 포름 알 데이트를 90% 이상 차단하여주고 항바이러스와 항알레르기 비타민 B6 에 의한 피부보호와 탈취 효과와 장시간에 걸쳐 살균효과가 지속하는 많은 장점이 있다.

주변환경의 오염도에 따라 민감하게 변화되는 반응을 보이며 세균의 세포막을 파괴 혹은 세포의 기능을 교란하여 지속적인 항 살균 작용을 나타낸다. 최근 연구 결과에 의하면 은 나노는 650종의 세균과 바이러스를 멸균할 수 있으며 유해 균과 미생물의 번식 억제 및 항 살균기능이 탁월하여 문제가 되고 있는 병원 내에서 2차 감염을 방지하고 나노 은이 촉매 작용을 하여 산소가 활성 산소로 전환되어 살균 작용과 중금속의 흡착과 세균의 증식을 원천적으로 막아 준다.

또한, 은 나노는 다른 물질과의 코팅이나 혼합, 투입 등이 매우 쉽고 본원의 폴리 계열의 합성수지로 이루어진 섬유의 소재와 혼합이나 코팅이 잘 이루어진다.

본 발명의 신축성 다기능성 섬유는 필요한 경우, 본 발명의 항균 조성물은 탈취제(예: 후라보노이드, 휘톤치트, 목초액, 식물추출물, 사이클로덱스트린, 금속이온, 이산화티탄), 침전 방지제(예: 폴리비닐알콜(PVA), 플루란, 젤란, 수용성 셀룰로오스, 글루칸, 잔탄, 수용성 전분, 레반) 등을 포함할 수 있다. 이외에도 널리 공지된 살균제, 예를 들어 항균 식물 추출물, 유기 합성물 등을 포함할 수 있다.

본 발명은 폴리에스테르계 섬유로 구성되어 있는 이면층 및 나일론계 섬유로 구성되어 있는 표면층의 이중표면구조를 이루고 있어 보다 우수한 4방향 신축성을 지니고 있을 뿐만 아니라, 흡수성 및 보온성도 우수하고, 나아가 은나노 성분 및 해조추출물 성분을 함유하고 있어 높은 항균력 및 견뢰도를 갖는다. 또한, 공정 수분율에 의한 촉감 등도 뛰어난 바, 스포츠 의류, 레저 의류, 언더웨어 등에 유용하게 사용될 수 있다.

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

본 발명에 의한 항균성, 경량성, 흡한 속건성 및 보온성을 지닌 다기능성 섬유의 성능을 측정하기 위한 측정방법에 대하여 먼저 상술한다.

1) 섬유의 신축성

섬유의 신축성은 KS K 0352에 정해진 방법에 따라 시험하였다.

2) 항균성, 경량성 및 보온성:

실시예 또는 비교예에 따라 수득된 섬유로부터 직물 및/또는 편물을 제조하 였다. 수득된 직물의 항균성, 경량성 및 보온성은 각각 KS K 0693, KS K 0514 및 KS K 0466 에 정해진 방법에 따라 시험하였다.

3) 흡한 속건성: 워터-드랍(water-drop)테스트 및 건조시간 테스트를 수행하였다.

실시예 1 : 폴리에스테르계 및 나일론계 섬유의 이중표면구조의 4방향 신축 다기능성 원단 제조

(1) 해조추출물을 함유하는 폴리에스테르계 섬유의 이면층 및 나일론계 섬유의 표면층 제직

폴리에스테르의 종류중 구체적으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하였으며, 상기 폴리에스테르 섬유 원사 중량에 대하여 약 2~10중량 %의 알긴산 분말가루를 폴리에스테르 원사중합칩 약 90~98중량%에 혼합, 용융방사하여 해조섬유를 제조하였고,그 후 연신공정에서 연신비 및 배향도를 조절하여 강도가 약한 파일사를 만들었다. 상기 폴리에스테르 섬유는 삼각단면의 형태를 가지고(도 2), 단사섬도는 1∼3 데니아의 단사섬도를 이루고 있었다. 이 때, 상기 알긴산 분말가루는 평균입자의 크기가 약 1~100nm인 순도 99% 이상인 나노 스케일의 분말가루를 사용하였고, 상기 알긴산의 사용량은 폴리에스테르 원사 중량 대비 2~10 %에 해당한다.

그리고, 폴리헥사메틸렌 아디프아미드 (나일론 66)를 용융시킨 방사용액을 방사속도 2,500m/min 이상, 방사온도 285℃, 냉각풍 속도 0.4 m/sec로 방사하여, 이를 연신비 2.0~3.0, 핫롤러의 온도 85℃, 열고정 온도 130℃ 로 연신하여 단사섬도 0.5~1 데니아의 나일론 섬유를 얻었다. 상기 단사섬도 0.5~1 데니아인 4채널의 나일론 필라멘트를 공급하여 연신비 2∼3 배 및 꼬임수 600∼800(T/M)으로 40데니아 Lycra를 이중커버링하여 40/70의 나일론사를 제조하였다.

(2) 4방향 신축 다기능성 원단 제직

본 발명의 4방향 신축원단은 각기 다른 원단층을 접착하는 방식이 아니라 편직공정에서 바로 연결하는 방식으로 제조하였다. 즉, 별도의 접착공정을 생략할 수 있다. 바닥사로 나일론 커버링(Nylon covering)사를 사용하였고, PET사는 스판(span)에 커버링하지 않은채 사용하여 파일을 형성시켰다.

그리고 상기 2종의 실로 바닥과 파일을 형성한 뒤 상기 파일을 터트려 기모를 형성하였다. 이때 파일의 형성은 기존의 기모 방식과 동일하게 원단 제편 과정에서 루프를 길게 형성시키고 기모과정에서 루프의 끝을 균일하게 잘라내어 원단상에 실이 선 형태로 만들어주었다. 이때, 염색 및 가공공정에서 장력을 최소화하였으며, 적용 온도 범위는 110~150℃로 하였다. 이와 같은 방법으로 두께 1~3mm, 중량 200~250g/sqm의 원단을 수득하였다.

(3) 은나노 가공

은나노는 상기 폴리에스테르 및 나일론 섬유 층 제조공정 및 염색, 기모 공정 등을 거친 후 후가공 단계에 의해 섬유 내에 균일하게 분포하였다(도 1).

상기 은 나노는 입자평균 5내지 50나노의 분포를 가지는 것으로 염색을 마친 2중 구조의 원단 무게에 대해 1:10의 욕비로 5~25% o.w.f만큼 희석한 패딩욕액에 침지 시키고 약 2~5분 후 맹글에 통과시켜 120~150℃로 열처리하였다.

비교예 1 : 면- 스판덱스 혼합 원단 제조

30수 코마사 면 섬유 96%와 4% 스판사를 single 조직으로 편직하고 기모시키지 않은 원단으로 m²당 무게 244g, 두께는 0.8mm였다.

비교예 2 : 폴리에스테르- 스판덱스 혼합원단 제조

폴리에틸렌테레프탈레이트 중합칩을 녹여 방사한 68가닥의 필라멘트로 구성된 70데니아 DTY 폴리에스테르 섬유 97%와 4% 스판사를 단일(single) 조직으로 편직하고 기모시키지 않은 원단으로 m²당 무게 172g, 두께 0.5mm였다.

비교예 3 : 폴리에스테르- 스판덱스 혼합 벨벳원단 제조

폴리에틸렌테레프탈레이트 중합칩을 녹여 방사한 34가닥의 필라멘트로 구성된 70데니아 폴리에스테르 섬유 93%와 7% 스판사를 편직하고 기모시킨 벨벳원단으로 m²당 무게 370g, 두께 1.5mm 였다.

실험예 1 : 폴리에스테르계 및 나일론계 섬유의 이중표면구조의 4방향 신축 다기능 성 원단 의 신축성 평가

상기 실시예 및 비교예에 의하여 수득된 신축성 원단의 신축성 시험결과를 하기 표1에 나타내었다. 측정 방법은 KS K 0352에 정해진 방법에 따라 시험하였다.

신장률	실시예1	비교예1	비교예2	비교예3
폭방향(%)	76	87	81	27
축방향(%)	70	69	50	13

측정 결과, 폭방향으로 76(%), 축방향으로 70(%)의 신축성을 가지고 있었다. 얇은 직물의 비교예 1과 2는 실시예와 비슷한 신축성을 가지나 좀더 두꺼운 조직을 갖는 비교예 3에 비해 실시예 1은 2~5배 이상의 신축성을 갖는다.

그러나, 비교예 1및 2와 대비하여 볼 때, 본 발명의 실시예1의 경우는 표면층에만 신축사인 폴리에스테르사를 사용하여 이면층까지 동시에 신축성을 주므로 고가의 스판사 함량을 줄일 수 있어 보다 경제적이며, 피부에 닫는 부분이 부드럽게 밀착되면서 신축성 있게 움직여 원단 전체에 스판사를 사용한 두꺼운 직물에 비해 착용감을 향상시키는 장점이 있다. 또한 폭방향과 축방향으로 높은 신축성을 가져 한방향으로만 신축성이 높은 원단보다 활동성이 더욱 좋다.

실험예 2 : 폴리에스테르계 및 나일론계 섬유의 이중표면구조의 4방향 신축 다기능성 원단의 보온성 평가

상기 실시예 및 비교예에 의하여 수득된 2층구조 직물에 대한 보온성 유지력(effective insulation ratio)시험 결과를 하기 표2에 나타내었다. 측정방법은 ASTM-D1518에 의거하였다.

보온성 평가	실시예1	비교예1	비교예2	비교예3
보온성 유지력(%)	43	14	9	22

상기 표 2로부터 일반 스판직물의 보다 4배이상, 기모한 벨벳 직물보다 2배 정도 보온성이 우수한 것을 알 수 있다.

실험예 3 : 폴리에스테르계 및 나일론계 섬유의 이중표면구조의 4방향 신축 다기능성 원단 의 흡수성 평가

흡수성을 시험하는 방법으로 워터-드랍 테스트 이용하였으며 이 실험은 1야드의 샘플 한쪽 끝에서 폭으로 맞은 편 끝까지 최소 5번 테스트 하였으며, 물방울이 원단에 완전히 흡수되는 시간을 측정하여 흡수성을 판단하였으며 그 결과는 표 3에 나타나 있다.

보온성 평가	실시예1	비교예1	비교예2	비교예3
물방울흡수시간	3.5초	4.5초	120초 이상	120초 이상

상기 표 3으로 부터 폴리에스테르사 및 나일론사으로 이루어진 실시예 1에서 면보다 빠른 시간에 완전히 물방울이 흡수되는 것을 확인할 수 있었으며 일반 폴리에스테르사로 이루어진 비교예 2와 3은 폴리에스터의 소수성 섬유로 편직되어져 120초 이상에서도 흡수가 거의 이루어지지 않아 흡수성이 현저히 떨어짐을 알 수 있다.

실험예 4 : 폴리에스테르계 및 나일론계 섬유의 이중표면구조의 4방향 신축 다기능성 원단의 향균성 평가

KS K 0693에 의한 항균성 시험은 다음의 방법으로 진행하였다. 공시균1 스타필로코쿠스 아우레우스 및 공시균2 클렙시엘라 뉴모니아를 배양하고 이 배양균을 시험편 및 대조편에 넣고 일정시간동안 배양한 후 생성된 콜로니수를 비교하여 정균감소율을 계산한다.

그 결과, 하기 표4에서 알 수 있듯이, 최고 99.9%의 항균성을 나타내었으며, 20회 이상 세탁 후에도 99.9%이상의 항균력을 유지하고 있었다.

본 발명에 있어서, 5~50nm의 은나노 성분을 5~25% o.w.f로 후 가공단계에서 패딩방식으로 원단에 처리한 후, 열처리에 의해 섬유 내부에 깊숙히 침투되어 있기 때문에 상기와 같이 높은 항균력과 견뢰도를 나타낸다.

실험예 5 : 폴리에스테르계 및 나일론계 섬유의 이중표면구조의 4방향 신축 다기능성 원단 의 공정 수분율평가

섬유의 함수량은 공기의 건조 상태에 의하여 다르므로 상거래 때의 수분 표준을 사용하는데, 섬유의 건조량에 대하여 함수량을 100분율로 정하여 건조량에 공정 수분율을 가한 정량을 표준으로 한 값이 공정 수분율이다. 오븐 건조 중량에 대한 공정 수분율은 KS K 0301에 규정되어 있다.

일반적으로 천연섬유는 높은 공정 수분율을 가지며 합성섬유는 낮은 공정 수분율을 갖는다. 예로 면은 8.5%, 마는 12%, 모는 18.2%, 견은 12%의 공정수분율을 가지며, 레이온은 11%, 나일론은 4.5%, 폴리에스테르는 0.4%의 공정수분율을 갖는다.

실시예 1의 해조추출물을 포함하는 폴리에스테르 섬유의 수분율을 측정하였으며 KS K 0220 규격에 따랐다. 표준상태에서 24시간 이상 방치한 시험편의 무게를 달고 , 이 시험편을 105~110℃ 오븐에 약 1시간 동안 건조시킨 후 다시 무게를 달아 건조 전 후의 무게 차로 수분율을 계산하였다. 그 결과 실시예1의 폴리에스테르 섬유는 5~10%의 공정수분율을 가지고 있었다.

그러므로 본 발명의 원단은 해조성분의 높은 수분 보유력에 의해, 폴리에스테르 섬유의 공정 수분율을 5~10%로 천연섬유의 수분율과 가까이 높이므로써 피부에 닫는 촉감을 더욱 부드럽게 하고 해조추출물에 의한 피부 미용효과를 주며 정전기 발생을 억제하는 효과가 있음을 시사한다.

도 1은 본 발명에 따른 이중 표면층 구조를 지니고 있는 4방향 신축 다기능성 섬유의 단면도를 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 이면층 구조를 이루는 폴리에스테르 섬유의 단면도를 나타낸다.

도 3는 본 발명에 따른 표면층 구조를 이루는 나일론 섬유의 단면도를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 섬유의 항균성 테스트 결과 사진이다.

Claims (9)

1. 폴리에스테르 원사 중량 대비 2~10%의 해조추출물을 함유하는 폴리에스테르계 섬유로 구성되어 있는 이면층 및 나일론계 섬유로 구성되어 있는 표면층의 이중표면구조를 이루고,

   4방향으로 신축되며, 그리고,

   은나노 성분이 전체 섬유 중량 대비 2~25% o.w.f 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 다기능성 섬유.
2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 섬유는 삼각단면 구조를 이루고 나일론계 섬유는 4채널 구조를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 다기능성 섬유.
3. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 섬유 및 상기 나일론계 섬유는 각각 1∼3 데니아 및 0.5~1 데니아의 단사섬도를 가지는 것을 특징으로 하는 다기능성 섬유.
4. 제1항에 있어서, 상기 나일론계 섬유로 구성되어 있는 표면층은, 나일론 필 라멘트를 사용하여 연신비 2∼3 배 및 꼬임수 600∼800(T/M)으로 40~43 데니아 스판덱스사를 이중커버링하여 제조하는 것을 특징으로 하는 다기능성 섬유.
5. 제4항에 있어서, 상기 스판덱스사는 라이크라(Lycra)인 것을 특징으로 하는 다기능성 섬유.
6. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 원사 중량 대비 2~10중량%의 해조추출물을 함유하는 폴리에스테르계 섬유는 폴리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 이소프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌-p-옥시벤조에이트, 폴리-1,4-시클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트, 및 이들의 공중합체로 구성된 군 중에서 어느 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 다기능성 섬유.
7. 제1항에 있어서, 상기 나일론계 섬유는 폴리헥사메틸렌 아디프아미드 (나일론 66), 폴리카프로락탐 (나일론 6), 폴리부티로락탐 (나일론 4), 폴리(9-아미노노난산)(나일론 9), 폴리에난토락탐 (나일론 7), 폴리카프릴락탐 (나일론 8) 및 폴리헥사메틸렌 세박아미드 (나일론 6,10)로 구성된 군 중에서 어느 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 다기능성 섬유.
8. 제1항에 있어서, 은나노 성분은 무전극 순은이고, 나노입자의 크기는 입자평균 5 내지 50 나노미터인 것을 특징으로 하는 다기능성 섬유.
9. 제1항에 있어서, 상기 해조 추출물 성분은 알긴산인 것을 특징으로 하는 다기능성 섬유.

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