KR101421731B1 - 개선된 가역적 열 특성을 갖는 다성분 섬유 및 이의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가역적 열 특성을 갖는 다성분 섬유 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 다성분 섬유는 일군의 기다란 부재로 형성된 섬유 본체를 포함하며, 일군의 기다란 부재 중 하나 이상은 40 J/g 이상의 잠열 및 22 ℃ ~ 40 ℃ 의 천이 온도를 갖는 온도 조절 재료를 포함한다. 온도 조절 재료는 천이 온도에서 잠열의 흡수 및 방출 중 하나 이상에 기초한 열 조절을 제공한다. 다성분 섬유는 용융 방사법 또는 용액 방사법을 통해 형성될 수 있으며, 열 조절 특성이 요구되는 다양한 제품에 포함되거나 사용될 수 있다. 예를 들어, 다성분 섬유는 텍스타일, 어패럴, 신발류, 의료용 제품, 보관용기 및 포장용, 건축용, 가정용 기구, 및 기타 제품에 사용될 수 있다.
섬유, 용융 방사, 용액 방사

Description

개선된 가역적 열 특성을 갖는 다성분 섬유 및 이의 제조방법{MULTI-COMPONENT FIBERS HAVING ENHANCED REVERSIBLE THERMAL PROPERTIES AND METHODS OF MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 개선된 가역적 열 특성을 갖는 합성 섬유에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 상 변화 재료 (phase change materials) 를 포함하는 다성분 섬유 및 용융 방사법 또는 용액 방사법을 통한 이러한 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
많은 직물 (fabric) 이 합성 섬유로 만들어진다. 종래부터 합성 섬유를 제조하기 위하여 용액 방사법과 용융 방사법의 2가지 방법이 사용되어 왔다. 용액 방사법은 일반적으로 아크릴 섬유를 형성하기 위하여 사용되는 반면, 용융 방사법은 일반적으로 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 이와 유사한 섬유를 형성하기 위하여 사용된다. 잘 알려진 바와 같이, 아크릴 섬유는 아크릴로니트릴 유닛의 존재를 특징으로 하는 긴 사슬 (long-chain) 합성 고분자를 포함하며, 나일론 섬유는 아미드기 (-CONH-) 를 특징으로 하는 긴 사슬 합성 폴리아미드 고분자를 포함하며, 폴리에스테르 섬유는 치환된 방향족 카르복실산 유닛의 에스테르를 85 중량% 이상 갖는 긴 사슬 합성 고분자를 포함하며, 폴리프로필렌 섬유는 85 중량% 이상의 올레핀 유닛을 가지며 전형적으로 약 40,000 이상의 수 평균분자량을 갖는 긴 사슬 합성 결정성 고분자를 포함한다.
섬유 공업에서 사용되는 합성 섬유의 상당 부분이 용융 방사법으로 제조되기 때문에, 특히 이 방법에 관심이 있다. 용융 방사법은 일반적으로 용융 고분자 물질을 소위 방적돌기 (spinneret) 라는 장치를 통과시켜 일군의 개별 합성 섬유를 형성하는 방법이다. 일단 형성된 합성 섬유는 스트랜드 (strand) 로 수집되거나 짧은 섬유 (staple fiber) 로 절단될 수 있다. 합성 섬유는 편직물, 직물, 또는 부직물를 만드는데 사용되거나, 대안적으로 합성 섬유는 실 (yarn) 로 방사된 후에 제직 공정 또는 편직 공정에 사용되어 합성 직물을 형성할 수도 있다.
단일 요소 (mono-component) 아크릴 섬유 자체 및 이 섬유로 이루어진 직물에 개선된 가역적 열 특성을 제공하기 위하여, 이 섬유 안에는 상 변화 재료가 포함되어 왔다. 이것은, 전형적으로 아크릴 섬유를 형성하는 용액 방사법과 관련된 휘발성 물질 (예컨대, 솔벤트) 의 높은 레벨로 인해 쉽게 달성된다. 그러나, 휘발성 물질의 높은 레벨은 통상적으로 용융 방사법에서는 존재하기 않거나 소망하지 않기 때문에, 상 변화 재료를 용융 방사된 합성 섬유에 포함시키는 것에는 문제가 있다. 상 변화 재료를 용융 방사된 합성 섬유에 포함시키려는 이전의 시도는, 통상 상 변화 재료를 포함하는 마이크로캡슐을 표준 섬유 등급의 열가소성 고분자와 혼합시켜 혼합물 (blend) 을 형성한 후에, 이 혼합물을 용융 방사함으로써 단일 요소 합성 섬유를 형성하는 것이다. 이러한 시도는 저농도의 마이크로캡슐이 사용되지 않는 한, 일반적으로 섬유 내에서 마이크로캡슐의 부적절한 분산, 열악한 섬유 특성, 및 열악한 가공성을 야기하였다. 그러나, 저농도의 마이크 로캡슐로는, 일반적으로 상 변화 재료의 사용과 관련된 소망하는 개선된 가역적 열 특성을 실현하기가 어렵다.
이러한 배경 기술에 대하여, 본원의 다성분 섬유를 개발할 필요성이 대두된다.
본 발명의 일 양태는 다성분 섬유에 관한 것이다. 일 실시예에서, 다성분 섬유는 일군의 기다란 부재로 형성된 섬유 본체를 포함하며, 이 일군의 기다란 부재 중 하나 이상은 40 J/g 이상의 잠열 및 22 ℃ ~ 40 ℃ 의 천이 온도를 갖는 온도 조절 물질을 포함한다. 온도 조절 물질은 천이 온도에서 잠열의 방출 및 흡수 중 하나 이상에 기초한 열 조절 능력을 제공한다.
다른 실시예에서, 다성분 섬유는 40 J/g 이상의 잠열 및 10 ℃ ~ 50 ℃ 의 천이 온도를 갖는 상 변화 재료를 포함하는 코어 부재 (core member) 를 포함한다. 상 변화 재료는 천이 온도에서 잠열의 방출 및 흡수 중 하나 이상에 기초한 열 조절 능력을 제공한다. 다성분 섬유는 이 코어 부재를 둘러쌈과 동시에 이 다성분 섬유의 외부를 형성하는 외장 부재 (sheath member) 를 또한 포함한다.
또 다른 실시예에서, 다성분 섬유는 일군의 섬 부재 (island member) 를 포함하며, 이 일군의 섬 부재 중 하나 이상은 40 J/g 이상의 잠열 및 10 ℃ ~ 50 ℃ 의 천이 온도를 갖는 상 변화 재료를 포함한다. 상 변화 재료는 천이 온도에서 잠열의 방출 및 흡수 중 하나 이상에 기초한 열 조절 능력을 제공한다. 다성분 섬유는 이 일군의 섬 부재를 둘러쌈과 동시에 이 다성분 섬유의 외부를 형성하는 바다 부재 (sea member) 를 포함한다.
다른 양태로서, 본 발명은 직물 (fabric) 과 관련된 것이다. 일 실시예에서, 직물은 서로 혼합된 일군의 다성분 섬유를 포함한다. 일군의 다성분 섬유는 각각 일군의 기다란 부재로 형성된 섬유 본체를 포함하며, 이 일군의 기다란 부재 중 하나 이상은 22 ℃ ~ 40 ℃ 의 천이 온도를 갖는 상 변화 재료를 포함한다. 상 변화 재료는 천이 온도에서 상 변화 재료의 결정화 또는 용융 중 하나 이상에 기초한 열 조절 능력을 제공한다. 직물은 2 J/g 이상의 잠열을 갖는다.
본 발명의 다른 양태 및 실시예도 생각해 볼 수 있다. 이하의 요약 및 상세한 설명은 본 발명을 특정 실시예로 제한하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 여러 실시예를 설명하기 위한 것이다.
본 발명의 여러 실시예의 특성 및 목적을 더욱 잘 이해하기 위하여, 첨부 도면 및 그와 관련된 이하의 설명을 참조하여야 한다.
도 1 및 도 2 는 본 발명의 여러 실시예에 따른 각종 다성분 섬유의 확대 단면도이며,
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 코어/외장 섬유를 3차원으로 나타낸 것이며,
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 다른 코어/외장 섬유를 3차원으로 나타낸 것이며,
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 바다-섬 섬유를 3차원으로 나타낸 것이며,
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 다성분 섬유를 형성하기 위한 섬유 압출 장치를 나타내며,
도 7 은 예 1 에 설명한 바와 같이 제작된 6개의 코어/외장 섬유에 대한 특성 및 제작 파라미터를 설명하며,
도 8 은 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 재료를 포함하는 플리스 제품 (fleece product)("PP Outlast") 및 제어 플리스 제품 ("PP Control") 에 대한 동적 온도 측정 결과를 나타내며,
도 9 는 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 제품을 포함하는 로프트 부직포 절연 제품 ("폴리에스테르 Nonwoven") 및 제어 제품 ("Control") 에 대한 동적 온도 측정 결과를 나타내며,
도 10 은 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 재료를 포함하는 니들펀칭된 부직포 단연 제품 ("니들펀치 NW") 및 제어 제품 ("폴리에스테르 Control") 에 대한 동적 온도 측정 결과를 나타내며,
도 11 은 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 재료를 포함하는 2종의 직물 ("PET 편직" 및 "PTT 편직") 및 제어 제품 ("PET Control") 에 대한 동적 온도 측정 결과를 나타내며,
도 12 는 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 재료를 포함하는 2종의 직물 ("#2 PBT 편직" 및 "#3 PBT 편직") 및 제어 제품 ("PET Control") 에 대한 동적 온도 측정 결과를 나타낸다.
본 발명의 실시예는 개선된 가역적 열 특성을 갖는 다성분 섬유 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 각종 실시예에 따른 다성분 섬유는 상이한 환경 조건하에서 열 에너지를 흡수 및 방출하는 능력을 갖는다. 또한, 이러한 다성분 섬유는 향상된 가공성 (예컨대, 섬유 또는 그 섬유로부터 제작된 제품의 제조시에), 향상된 강도, 섬유 내에 상 변화 재료의 개선된 함량, 또는 그 상 변화 재료의 더 높은 로딩 레벨 (loading level) 을 보일 수 있다. 다성분 섬유는 각종 제품에 사용되거나 포함되어, 그 제품에 열 조절 특성을 제공함과 동시에 개선된 강도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 각종 실시예에 따른 다성분 섬유는 텍스타일 (예컨대, 직물), 어패럴 (예컨대, 야외용 의류, 드라이수트, 및 보호용 수트), 신발류 (예컨대, 양말, 부츠, 및 신발깔창), 의료용 제품 (예컨대, 기저귀, 의료용 드레이프, 열 담요, 치료용 패드, 실금용 패드, 및 핫/콜드 팩), 용기 및 포장재 (예컨대, 음료/음식 용기, 음식 온열기, 좌석용 쿠션, 및 회로기판 적층체), 건물 (예컨대, 벽 또는 천장의 단열체, 벽지, 커튼 라이닝, 관 싸개, 카펫, 및 타일), 가정용 기구 (예컨대, 가정용 기구의 단열체), 및 기타 제품 (예컨대, 자동차용 라이닝 재료, 침낭, 및 침구류) 에 사용될 수 있다.
본 발명의 각종 실시예에 따른 다성분 섬유는, 예컨대 어패럴 또는 신발류 등의 제품에 포함되었을 때 개선된 편안함을 제공할 수 있다. 특히, 다성분 섬유는 상이한 또는 변화하는 환경 조건 하에서도 개선된 편안함을 제공할 수 있다. 상 변화 재료를 사용함으로써, 다성분 섬유에 "단일 방향성" 또는 "정적" 열 조절이 아닌 "다중 방향성" 또는 "동적" 열 조절을 제공할 수 있다. 특히, "다중 방향성" 열 조절에 따르면, 다성분 섬유는 온화한 기후에서 열 에너지를 흡수함은 물론 냉한 기후에서 열 에너지를 방출할 수 있다. 이렇게, 다성분 섬유는 온화한 기후에서 냉각을 제공하며 냉한 기후에서 가열을 제공하기 때문에, 상이한 기후 조건하에서 소망하는 편안함을 유지할 수 있다. 또, "동적" 열 조절에 따르면, 다성분 섬유는 변화하는 기후 조건하에서도 열 조절 특성을 적응 또는 조절할 수 있다. 이렇게, 다성분 섬유는 온화한 기후 및 냉한 기후 모두에서 다양하게 사용될 수 있다. 더욱이, 다성분 섬유는 수분 또는 햇빛 등의 외부적 촉진 메카니즘을 요구하지 않으면서 그 섬유의 열 조절 특성을 적응 또는 조절할 수 있다.
다성분 섬유에 제공된 열 조절 특성과 관련하여, 본 발명의 각종 실시예에 따른 다성분 섬유는, 예컨대 어패럴 또는 신발류에 포함되었을 때 편안함의 정도에대한 다른 개선을 제공할 수 있다. 예를 들어, 다성분 섬유는 호흡 등으로 인한 개인의 피부의 수분를 감소시킬 수 있다. 특히, 다성분 섬유는 피부의 상대 습도 또는 온도를 낮추어, 피부의 수분는 줄이고 편안함은 높여준다. 특정 재료 및 특정 어패럴 또는 신발류의 디자인을 사용하는 것은 편안함의 정도를 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 다성분 섬유는 특정 첨가제, 처리제, 또는 코팅과 함께 사용되어, 열 조절 및 수분 관리 특성에 더 많은 이득을 제공할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다성분 섬유는 일군의 기다란 부재를 포함할 수 있다. 여기서 말하는 "일군" 이란 하나 이상의 요소의 집합을 의미한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 다성분 섬유는 기다란 부재로 형성된 섬유 본체를 포함할 수 있다. 섬유 본체는 통상 신장됨으로써 그 섬유 본체의 직경보다 몇 배 (예컨대 100배 이상) 나 더 길어질 수 있다. 섬유 본체는, 예컨대 원형, 다중 로벌형 (multi-lobal), 8각형, 타원형, 오각형, 직사각형, 정방형, 사다리꼴형, 삼각형, 쐐기형 등의 다양한 규칙적 혹은 불규칙적 단면 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 이 기다란 부재 중 2개 이상 (예컨대, 인접한 2개의 기다란 부재) 이 이어지거나, 합체되거나, 일체화되거나, 결합하여 하나의 섬유 본체를 형성할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 기다란 부재 중 하나 이상은 온도 조절 재료를 포함할 것이다. 전형적으로, 온도 조절 재료는 1종 이상의 상 변화 재료를 포함하여, 다성분 섬유에 개선된 가역적 열 특성을 제공할 것이다. 본 발명의 몇몇 실시예에에서, 기다란 부재는 동일하거나 상이한 고분자 재료를 포함할 수 있으며, 기다란 부재 중 하나 이상은 그 부재 안에서 분산되어 있는 온도 조절 재료를 가질 수 있다. 전형적으로, 온도 조절 재료는 기다란 부재 중 하나 이상에 균일하게 분산될 것이다. 그러나, 다성분 섬유로부터 소망하는 특정 특성에 따라, 온도 조절 재료의 분산은 기다란 부재 중 하나 이상에서 변할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 2개 이상의 기다란 부재는 동일하거나 상이한 온도 조절 재료를 포함할 수 있다.
다성분 섬유의 특정 응용분야에 따라, 기다란 부재는 다양한 구조 중 하나로 배열될 수 있다. 예를 들어, 기다란 부재는 섬-바다 구조 (island-in-sea configuration) 또는 코어-외장 구조 (core-sheath configuration) 로 배열될 수 있다. 기다란 부재는, 예컨대 매트릭스 또는 체크보드 구조 (matrix or checkerboard configuration), 세그멘트-파이 구조 (segmented-pie configuration), 사이드-바이-사이드 구조 (side-by-side configuration), 스트립 구조 (striped configuration) 등의 다른 구조로 배열될 수도 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 기다란 부재는 다발 (bundle) 형태로 배열될 수 있는데, 이 기다란 부재는 일반적으로 서로 평행하게 배열된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 기다란 부재는 섬유 본체의 길이의 적어도 일부를 통해 연장될 수 있으며, 소망하는 경우에는 그 기다란 부재가 길이방향으로 함께 뻗어있을 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 하나 이상의 내측 부재는 실질적으로 다성분 섬유의 길이를 통해 연장될 수 있으며, 온도 조절 재료를 포함할 수 있다. 다성분 섬유의 길이를 통해 내측 부재가 연장되는 정도는, 예컨대 다성분 섬유에 대하여 소망하는 열 조절 특성에 따라 달라질 수 있다. 또한, 다른 인자 (예컨대, 소망하는 기계적 특성, 또는 다성분 섬유를 형성하는 방법) 가 그 정도를 결정하는 역할을 할 수도 있다. 따라서, 일 실시예에서, 내측 부재는 다성분 섬유의 전체 길이의 약 절반쯤으로부터 연장되어 소망하는 열 조절 특성을 제공할 수 있다. 외측 부재는 내측 부재를 둘러쌈으로써 다성분 섬유의 외부를 형성할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 다성분 섬유는 약 0.1 ~ 약 1,000 데니어 (denier) 또는 약 0.1 ~ 약 100 데니어가 될 수 있다. 전형적으로, 본 발명의 실시예에 따른 다성분 섬유는 약 0.5 ~ 약 10 데니어가 될 수 있다. 당업자는 데니어가 통상적으로 섬유의 단위길이당 중량 (즉, g / 9000 m) 을 나타내는 척도 임을 이해할 것이다.
소망한다면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다성분 섬유를 더욱 처리하여 하나 이상의 더 작은 데니어 섬유를 형성할 수 있다. 예를 들어, 다성분 섬유를 형성하는 기다란 부재는 분리되어 2개 이상의 작은 데이어 섬유를 형성하는데, 작은 데니어 섬유 각각은 하나 이상의 기다란 부재를 포함할 수 있다. 대안으로 또는 이와 관련하여, 다성분 섬유를 형성하는 하나 이상의 기다란 부재 (또는 일부, 또는 일부의 일부) 는 해리 또는 용융되어 하나 이상의 데니어 섬유를 형성할 수 있다. 전형적으로, 결과물인 하나 이상의 작은 데니어 섬유는 온도 조절 재료를 포함하여 소망하는 열 조절 특성을 제공할 것이다.
다성분 섬유의 제조 방법, 추가 처리의 필요성, 또는 특정 응용분야에 따라, 다성분 섬유는, 예컨대 물, 계면활성제, 분산제, 거품방지제 (예컨대, 규소 함유 화합물 및 불소 함유 화합물), 산화방지제 (예컨대, 힌더드 페놀 및 아인산염), 열적 안정제 (예컨대, 아인산염, 유기인산 화합물, 유기 카르복실산의 금속 염, 및 페놀계 화합물), 광 또는 UV 안정제 (예컨대, 히드록시 벤조산염, 힌더드 히드록시 벤조산염, 및 힌더드 아민류), 광 또는 UV 흡수 첨가제 (예컨대, IV족 천이 금속 탄화물 및 산화물의 세라믹 입자), 마이크로파 흡수 첨가제 (예컨대, 다관능성 1차 알코올, 글리세린, 및 탄소), 강화 섬유 (예컨대, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 및 유리 섬유), 전도성 섬유 또는 입자 (예컨대, 흑연 또는 활성화 탄소 섬유 또는 입자), 윤활제, 공정 보조제 (예컨대, 지방산의 금속염, 지방산 에스테르, 지방산 아미드, 설폰아미드, 폴리실록산, 유기인산 화합물, 규소 함유 화합물, 불소 함유 화 합물, 및 페놀계 폴리에스테르), 방화재 (예컨대, 할로겐화 화합물, 인 화합물, 유기인산 화합물, 유기브롬화물, 알루미나 트리하이드레이트, 멜라민 유도체, 수산화마그네슘, 안티몬 화합물, 산화안티몬, 및 붕소 화합물), 차단 방지 (anti-blocking) 첨가제 (예컨대, 실리카, 활석, 제올라이트, 금속 탄화물, 및 유기 고분자), 서림방지 첨가제 (예컨대, 비이온성 계면활성제, 글리세롤 에스테르, 폴리글리세롤 에스테르, 소르비탄 에스테르 및 그 에톡실레이트, 노닐 페닐 에톡실레이트, 및 알코올 에톡실레이트), 정전기 방지제 (에컨대, 지방산 에스테르, 에톡실레이티드 알킬라민, 디에탄올아미드, 및 에톡실레이티드 알코올 등의 비이온성 물질; 알킬설포네이트 및 알킬포스페이트 등의 음이온성 물질; 불소의 금속염, 메토설페이트 또는 질산염, 및 4차 암모늄 화합물 등의 양이온성 물질; 및 알킬베타인 등의 양쪽성 물질), 미생물 방지제 (예컨대, 비소 화합물, 황, 구리 화합물, 이소티아졸린 프탈아미드, 카바메이트, 은계 무기 작용제, 은 아연 제올라이트, 은 구리 제올라이트, 은 제올라이트, 금속 산화물, 및 규산염), 가교제 또는 퇴화 억제제 (예컨대, 과산화물, 아조 화합물, 및 실란), 착색제, 색소, 다이 (dyes), 형광증백제 또는 형광발광체 (예컨대, 비스-벤족사졸, 페닐코우마린, 및 비스-(스티릴)비페닐, 충진제 (예컨대, 산화물, 수산화물, 탄화물, 황산염, 및 규산염 등의 금속 및 천연 광물; 활석; 점토; 규회석; 흑연; 카본 블랙; 탄소 섬유; 유리 섬유 및 비드; 세라믹 섬유 및 비드; 금속 섬유 및 비드; 소맥분; 및 목재, 녹말, 또는 셀룰로오스 분말의 섬유 등에서 기원한 천연 또는 합성 섬유), 결합제 (예컨대, 실란, 티탄산염, 지르콘산염, 지방산염, 무수물, 에폭시, 및 불포화 고분자 산), 강화제, 결정화 또 는 핵생성제 (예컨대, 결정 성장 속도/키네틱, 성장한 결정의 수, 또는 성장한 결정의 종류 등의 고분자의 결정도 (crystallinity) 를 개선 또는 증가시키는 임의의 물질) 등의 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다 (이들로 한정되지 않음). 1종 이상의 첨가제는 다성분 섬유를 형성하는 하나 이상의 기다란 부재 안에서 분산될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 다성분 섬유에 특정한 처리 또는 코팅을 제공하여, 예컨대 방오성, 발수성, 부드러운 촉감, 및 수분 관리 특성 등의 부가적 특성을 갖도록 할 수 있다. 이러한 처리 또는 코팅의 예로는, Epic (캘리포니아주 Vista 소재, Nextec Application Inc. 로부터 입수가능), Intera (테네시주 Chattanooga 소재, Intera Technologies, Inc. 로부터 입수가능), Zonyl Fabric Protectors (델라웨어주 Wilmington 소재, DuPont Inc. 로부터 입수가능), Scotchgard (미네소타주 Maplewood 소재, 3M Co. 로부터 입수가능) 등이 있다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 각종 다성분 섬유 (12, 13, 14, 21, 22, 23, 24, 26, 27, 28, 29, 34, 84, 및 88) 의 확대 단면도가 도시되어 있다. 특히, 도 1 및 도 2 에는 본 발명의 몇몇 실시예에 따라 다성분 섬유를 형성하는 기다란 부재를 배열하는 여러 구조가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 각각의 다성분 섬유 (예컨대, 21) 는 다성분 섬유를 형성하는 일군의 기다란 부재 (예컨대, 39, 40) 에 대응하는 일군의 뚜렷한 (distinct) 단면 영역을 포함한다. 도시된 실시예에 따르면, 기다란 부재는 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재, 예컨대 도 1 의 음영으로 도 시됨) 및 제 2 기다란 부재 (즉, 제 2 군의 기다란 부재, 예컨대 도 1 의 백색으로 도시됨) 를 포함한다. 여기에서, 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 는 온도 조절 재료가 안에 분산되어 있는 고분자 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 제 2 기다란 부재 (즉, 제 2 군의 기다란 부재) 는 어느 정도 상이한 특성을 갖는 다른 고분자 재료 또는 동일한 고분자 재료로 형성될 수 있다. 도 1 및 도 2 에 도시된 기다란 부재의 개수, 형상 및 크기는 예시적이므로, 이로써 제한되지 않으며, 본 발명의 범위에는 다른 각종 실시예가 포함된다.
도 1 및 도 2 에는 원형 또는 트리 로벌형 (tri-lobal) 단면 형상을 갖는 다성분 섬유가 도시되어 있지만, 본 발명은 다중 로벌형 (multi-lobal), 8각형, 타원형, 5각형, 직사각형, 정방형, 사다리꼴형, 삼각형, 쐐기형 등 다양한 다른 규칙적 또는 불규칙적 단면 형상도 포함하며, 이들 형상은 예시적이다. 일반적으로, 제 1 군의 기다란 부재는 동일하거나 상이한 고분자 재료로 형성될 수 있으며, 제 2 군의 기다란 부재 역시 동일하거나 상이한 고분자 재료로 형성될 수 있다. 나아가, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 온도 조절 재료는 제 2 기다란 부재 (즉, 제 2 군의 기다란 부재) 내에 분산될 수 있다. 2종 이상의 온도 조절 재료가 동일하거나 상이한 기다란 부재 안에 분산될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 온도 조절 재료는 제 1 기다란 부재 안에 분산될 수 있으며, 어느 정도 다른 특성을 갖는 제 2 온도 조절 재료는 제 2 기다란 부재 안에 분산될 수 있다 (예컨대, 상이한 2종의 상 변화 재료).
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 하나 이상의 기다란 부재는 고분자 재료 안에 분산될 필요가 없는 온도 조절 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 온도 조절 재료는 개선된 가역적 열 특성을 제공하며, 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 를 형성하는데 사용될 수 있는 고분자 (즉, 고분자 혼합물) 를 포함할 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예의 경우, 제 2 기다란 부재 (즉, 제 2 군의 기다란 부재) 가 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 를 적절하게 둘러쌈으로써 온도 조절 재료의 손실 또는 유출을 방지하거나 줄이는 것이 바람직할 수 있다 (하지만, 필수적인 것은 아님). 또한, 일반적으로 2 이상의 기다란 부재는 동일하거나 상이한 온도 조절 재료로 형성될 수 있다.
도 1 에서, 좌측열 (10) 에는 3가지의 다성분 섬유 (12, 13, 14) 가 도시되어 있다. 다성분 섬유 (12) 는 세그멘트-파이 구조로 배열된 일군의 기다란 부재를 포함한다. 이 실시예에서, 제 1 군의 기다란 부재 (15, 15', 15'', 15''', 15'''') 및 제 2 군의 기다란 부재 (16, 16', 16'', 16''', 16'''') 는 교대로 배열되며, 쐐기형 단면을 갖는다. 일반적으로, 기다란 부재는 동일하거나 상이한 단면 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 나아가, 다성분 섬유 (12) 는 10개의 기다란 부재를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 일반적으로 세그멘트-파이 구조의 경우에는 2개 이상의 기다란 부재가 배열될 수 있으며, 전형적으로 기다란 부재 중 하나 이상은 온도 조절 재료를 포함할 것이다.
다성분 섬유 (13) 는 섬-바다 구조로 배열된 일군의 기다란 부재를 포함한다. 이 실시예에서, 제 1 군의 기다란 부재 (35, 35', 35'', 35''' 등) 는 실질적으로 다성분 섬유 (13) 의 길이방향으로 연장되며, 서로 분리되어 있다. 제 1 군의 기다란 부재 (35, 35', 35'', 35''' 등) 는 제 2 기다란 부재 (36) 에 의해 완전히 포위되어 그 안에 위치하기 때문에, 제 2 기다란 부재 (36) 의 "바다" 안에서 "섬" 을 형성한다. 이러한 "바다" 안의 "섬" 과 같은 배열은 그 다성분 섬유 (13) 내에서 온도 조절 재료를 더욱 균일하게 분포시키는 역할을 할 수 있다. 이 실시예에서, 제 1 군의 기다란 부재 (35, 35', 35'', 35''' 등) 는 각각 사다리꼴 형상의 단면을 갖는다. 그러나, 본 발명은 이와는 다른 각종 규칙적 또는 불규칙적 단면 형상을 포함하며, 예시적으로 원형, 다중 로벌형 (multi-lobal), 8각형, 타원형, 5각형, 직사각형, 정방형, 삼각형, 쐐기형 등이 있으며, 이들에 제한되지 않는다. 일반적으로, 제 1 군의 기다란 부재 (35, 35', 35'', 35''' 등) 는 동일하거나 상이한 단면 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 나아가, 다성분 섬유 (13) 는 17개의 기다란 부재 (35, 35', 35'', 35''' 등) 가 제 2 기다란 부재 (36) 에 의해 둘러싸여 있는 것으로 도시되어 있으나, 일반적으로 하나 이상의 기다란 부재는 제 2 기다란 부재 (36) 에 의해 둘러싸여 그 안에 위치할 수 있다.
다성분 섬유 (14) 는 스트립 구조 (striped configuration) 로 배열된 일군의 기다란 부재를 포함한다. 이 실시예에서, 일군의 기다란 부재 (37, 37', 37'', 37''', 37'''') 와 제 2 군의 기다란 부재 (38, 38', 38'', 38''') 는 교대로 배열되며, 다성분 섬유 (14) 의 길이방향 슬라이스와 같은 형상이다. 일반적으로, 기다란 부재는 동일하거나 상이한 단면 형상 또는 크기 (예컨대, 길이방향 슬라이스와 관련된 폭) 를 가질 수 있다. 소망한다면, 다성분 섬유 (14) 는 자 동권축사 (self-crimping fiber) 또는 셀프-텍스쳐링 섬유 (self-texturing fiber) 가 될 수 있으며, 섬유의 크림핑 또는 텍스쳐링은 로프트 (loft), 체적 (bulk), 단열 (insulation), 강도 등의 특성을 제공한다. 다성분 섬유 (14) 는 9개의 기다란 부재를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 일반적으로 스트립 구조에서는 2개 이상의 기다란 부재가 배열될 수 있으며, 전형적으로 기다란 부재 중 하나 이상은 온도 조절 재료를 포함할 것이다.
다성분 섬유 (12, 14) 의 경우에는 제 1 기다란 부재 (예컨대, 15) 가 인접한 제 2 기다란 부재 (예컨대, 16, 16'''') 에 의해 부분적으로 둘러싸여 있지만, 다성분 섬유 (13) 의 경우에는 제 1 기다란 부재 (예컨대, 35) 가 일체화된 제 2 기다란 부재 (36) 에 의해 완전히 둘러싸여 있다. 제 1 기다란 부재 (예컨대, 15) 가 완전히 둘러싸이지 않을 때, 소망한다면 (필수적인 것은 아님) 봉쇄 구조 (containment structure)(예컨대, 마이크로캡슐) 를 사용하여 제 1 기다란 부재 안에 분산된 상 변화 재료를 담는다. 소망한다면, 다성분 섬유 (12, 13, 14) 를 더욱 처리하여 하나 이상의 소형 데니어 섬유를 형성할 수 있다. 따라서, 예컨대 다성분 섬유 (12) 를 형성하는 기다란 부재가 나누어지거나 (split), 하나 이상의 기다란 부재 (또는 일부 또는 그 일부의 일부) 가 해리 또는 용융될 수 있다. 결과물인 작은 데니어 섬유는, 예컨대 서로 연결될 수 있는 기다란 부재 (15, 16) 를 포함할 수 있다.
도 1 의 가운데 열 (20) 에는 4개의 코어/외장 섬유 (21, 22, 23, 24) 가 도시되어 있다. 특히, 코어/외장 섬유 (21, 22, 23, 24) 는 각각 코어-외장 구조 로 배열된 일군의 기다란 부재를 각각 포함한다.
코어/외장 섬유 (21) 는 제 2 기다란 부재 (40) 에 의해 둘러싸여 그 안에 위치한 제 1 기다란 부재 (39) 를 포함한다. 특히, 제 1 기다란 부재 (39) 는 온도 조절 재료를 포함하는 코어 부재로서 형성된다. 코어 부재는 외장 부재로서 형성되는 제 2 기다란 부재 (40) 에 의해 완전히 둘러싸여 그 중심에 위치한다. 여기서, 코어/외장 섬유 (21) 는 25 중량%의 코어 부재와 75 중량%의 외장 부재를 포함한다.
코어/외장 섬유 (22) 는 제 2 기다란 부재 (42) 에 의해 둘러싸여 그 안에 위치한 제 1 기다란 부재 (41) 를 포함한다. 앞의 실시예와 같이, 제 1 기다란 부재 (41) 는 온도 조절 재료를 포함하는 코어 부재로서 형성되어, 외장 부재로서 형성되는 제 2 기다란 부재 (42) 에 의해 완전히 둘러싸여 그 중심에 위치한다. 여기서, 코어/외장 섬유 (22) 는 50 중량%의 코어 부재와 50 중량%의 외장 부재를 포함한다.
코어/외장 섬유 (23) 는 제 2 기다란 부재 (44) 에 의해 둘러싸여 그 안에 위치한 제 1 기다란 부재 (43) 를 포함한다. 그러나, 이 실시예의 경우에는 제 1 기다란 부재 (43) 가 코어 부재로서 형성되어, 외장 부재로서 형성되는 제 2 기다란 부재 (44) 에 의해 완전히 둘러싸여 그 중심으로부터 편심되어 위치한다. 코어/외장 섬유 (23) 는 소망하는 열 조절 및 기계적 특성을 제공하기 위하여 실제로 코어 부재 및 외장 부재를 임의의 중량%로 포함할 수 있다.
트리 로벌형 (tri-lobal) 코어/외장 섬유 (24) 는 제 2 기다란 부재 (46) 에 의해 둘러싸여 그 안에 위치한 제 1 기다란 부재 (45) 를 포함한다. 이 실시예에서, 제 1 기다란 부재 (45) 는 트리 로벌형 단면을 갖는 코어 부재로서 형성된다. 이 코어 부재는 외장 부재로서 형성되는 제 2 기다란 부재 (46) 안에 중심방향으로 위치한다. 코어/외장 섬유 (23) 는 소망하는 열 조절 및 기계적 특성을 제공하기 위하여 실제로 코어 부재 및 외장 부재를 임의의 중량%로 포함할 수 있다.
일반적으로, 코어 부재는 각종 규칙적 또는 불규칙적 단면 형상을 포함할 수 있는데, 예시적으로 원형, 멀티 로벌형 (multi-lobal), 8각형, 타원형, 5각형, 직사각형, 정방형, 사다리꼴형 삼각형, 쐐기형 등이 있으며, 이들에 제한되지 않는다. 코어/외장 섬유 (21, 22, 23, 24) 는 외장 부재로 둘러싸인 하나의 코어 부재를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 2개 이상의 코어 부재가 외장 부재로 둘러싸여 위치할 수도 있다 (예컨대, 다성분 섬유 (13) 과 유사한 방식으로). 이러한 2개 이상의 코어 부재는 동일하거나 상이한 단면 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 코어/외장 섬유는 코어-외장 구조로 배열된 3개 이상의 기다란 부재를 포함하는데, 이 기다란 부재는 코어/외장 섬유의 길이방향 슬라이스와 동심 또는 편심되어 형성된다.
도 1 의 우측열 (30) 에는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다수의 사이드 바이 사이드 섬유 (side-by-side fiber) 가 도시되어 있다. 특히, 사이드 바이 사이드 섬유 (26, 27, 28, 29, 34) 는 각각 사이드 바이 사이드 구조로 배열된 일군의 기다란 부재를 포함한다.
사이드 바이 사이드 섬유 (26) 는 인접한 제 2 기다란 부재 (48) 에 의해 부분적으로 둘러싸인 제 1 기다란 부재 (47) 를 포함한다. 이 실시예의 경우에는, 기다란 부재 (47, 48) 가 반원형 단면을 갖는다. 여기서, 사이드 바이 사이드 섬유 (26) 는 50 중량%의 제 1 기다란 부재 (47) 와 50 중량%의 제 2 기다란 부재 (48) 를 포함한다. 대안으로 또는 이와 관련하여, 기다란 부재 (47, 48) 는 세그멘트-파이 또는 스트립 구조로 배열될 수도 있다.
사이드 바이 사이드 섬유 (27) 는 인접한 제 2 기다란 부재 (50) 에 의해 부분적으로 둘러싸인 제 1 기다란 부재 (49) 를 포함한다. 이 실시예의 경우에는, 사이드 바이 사이드 섬유 (27) 가 20 중량%의 제 1 기다란 부재 (49) 와 80 중량%의 제 2 기다란 부재 (50) 를 포함한다. 대안으로 또는 이와 관련하여, 기다란 부재 (49, 50) 는 코어-외장 구조로 배열될 수도 있는데, 제 1 기다란 부재 (49) 는 제 2 기다란 부재 (50) 에 대하여 부분적으로 둘러싸여 동심으로 위치한다.
사이드 바이 사이드 섬유 (28, 29) 는 점도 혼합형 섬유 (mixed-viscosity fiber) 이다. 각 섬유는 온도 조절 재료를 갖는 제 1 기다란 부재 (51 또는 53) 를 내부에 포함하며, 이 제 1 기다란 부재는 인접한 제 2 기다란 부재 (52 또는 54) 에 의해 부분적으로 둘러싸인다. 점도 혼합형 섬유는 전형적으로 자동권축사 또는 셀프-텍스쳐링 섬유로 여겨지는데, 이 섬유의 크림핑 또는 텍스쳐링은 로프트, 체적, 단열, 신축성 (stretch) 등의 특성을 제공한다. 전형적으로, 점도 혼합형 섬유는 상이한 고분자 재료로 형성되는 일군의 기다란 부재를 포함한다. 예를 들어, 사이드 바이 사이드 섬유 (28) 의 경우에, 제 1 기다란 부재 (51) 는 제 1 고분자 재료로 형성되며, 제 2 기다란 부재 (52) 는 제 1 고분자 재료와 어느 정도 상이한 제 2 고분자 재료로 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 제 1 및 제 2 고분자 재료는 상이한 점도 또는 분자량을 갖는 고분자를 포함할 수 있다 (예컨대, 각각 분자량이 상이한 2종의 폴리프로필렌 또는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌). 사이드 바이 사이드 섬유 (28) 가 연신될 때, 2개의 기다란 부재 (51, 52) 사이에 불균일한 응력이 형성되어, 사이드 바이 사이드 섬유 (28) 는 크림프 또는 휘어질 (bend) 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 고분자 재료는 결정도 (crystallinity) 의 정도가 상이한 고분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 고분자 재료는 제 2 고분자 재료보다 결정도의 정도가 낮을 수 있다. 사이드 바이 사이드 섬유 (28) 가 연신될 때, 제 1 및 제 2 고분자 재료는 상이한 정도로 결정화 및 배향이 이루어져, 그 사이드 바이 사이드 섬유 (28) 안에서 배향성 및 강도가 "고정 (lock)" 될 수 있다. 열처리 시에 사이드 바이 사이드 섬유 (28) 의 재배향을 감소 또는 방지하기 위하여, 충분한 정도의 재결정화가 요구될 수 있다. 사이드 바이 사이드 섬유 (28, 29) 는 소망하는 열 조절, 기계적, 자동권축 및 셀프-텍스쳐링 특성을 제공하기 위하여 실제로 제 1 및 제 2 기다란 부재를 임의의 중량%로 포함할 수 있다.
사이드 바이 사이드 섬유 (34) 는, 인접한 제 2 기다란 부재 (56, 56') 에 의해 부분적으로 둘러싸인 제 1 기다란 부재 (55) 를 포함하는 ABA 섬유이다. 이 실시예의 경우에, 제 1 기다란 부재 (55) 는 온도 조절 재료가 내부에 분산되어 있는 제 1 고분자 재료로 형성된다. 여기서, 제 2 군의 기다란 부재 (56, 56') 는 제 1 고분자 재료 또는 이 제 1 고분자 재료와 어느 정도 상이한 제 2 고분자 재료로 형성될 수 있다. 일반적으로, 기다란 부재 (56, 56') 는 동일하거나 상이한 단면 형상 또는 크기 (예컨대, 길이방향 슬라이스와 관련된 폭) 를 가질 수 있다. 대안으로 또는 이와 관련하여, 기다란 부재 (55, 56, 56') 는 스트립 구조로 배열될 수도 있다.
도 2 에는 2개의 다성분 섬유 (84, 88) 가 도시되어 있다. 다성분 섬유 (84) 는 코어/외장 구조로 배열된 일군의 기다란 부재를 포함하는 반면, 다성분 섬유 (88) 는 섬-바다 구조로 배열된 일군의 기다란 부재를 포함한다.
코어/외장 섬유 (84) 는 제 2 군의 기다란 부재 (86, 86') 에 의해 둘러싸이고 그 사이에 위치한 제 1 기다란 부재 (85) 를 포함한다. 특히, 기다란 부재 (85, 86, 86') 는 코어/외장 섬유 (84) 의 길이방향 슬라이스와 동심으로 형성된다. 이 실시예에서, 제 1 기다란 부재 (85) 는 온도 조절 재료가 내부에서 분산된 제 1 고분자 재료로 형성된다. 여기서, 제 2 군의 기다란 부재 (86, 86') 는 제 1 고분자 재료 또는 그 제 1 고분자 재료와 어느 정도 상이한 제 2 고분자 재료로 형성될 수 있다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 기다란 부재 (86') 는 중공형 코어 형태의 내부 공동 (87) 을 형성하며, 공기 등의 단열 재료가 그 내부 공동 (87) 에 위치한다. 단열 재료를 사용하는 것은, 온도 조절 재료에 의해 제공된 특성과 더불어 개선된 열 조절 특성을 제공하므로 유리하다. 코어/외장 섬유 (84) 는 소망하는 열 조절, 기계적 특성을 제공하기 위하여 실제로 제 1 군의 기다란 부재 (85), 제 2 군의 기다란 부재 (86, 86'), 및 단열 재료를 임의의 중량%로 포함할 수 있다. 도시된 코어/외장 섬유 (86) 에는 하나의 내부 공동 (87) 이 도시되어 있으나, 코어/외장 섬유 (84) 는 둘 이상의 내부 공동을 포함할 수 있으며, 이 내부 공동은 동일하거나 상이한 단면 형상 또는 크기를 가질 수 있으며, 또 동일하거나 상이한 단열 재료를 포함할 수도 있다. 대안으로 또는 이와 관련하여, 기다란 부재 (85, 86, 86') 는 사이드 바이 사이드 구조로 배열될 수도 있다.
섬-바다 섬유 (88) 는 제 2 기다란 부재 (90) 에 의해 완전히 둘러싸여 그 안에 위치한 제 1 군의 기다란 부재 (89, 89', 89'', 89''' 등) 를 포함하여, 제 2 기다란 부재 (90) 의 "바다" 안에서 "섬" 을 형성한다. 이 실시예에서, 제 1 군의 기다란 부재 (89, 89', 89'', 89''' 등) 는 온도 조절 재료가 안에 분산되어 있는 제 1 고분자 재료로 형성된다. 여기서, 제 2 기다란 부재 (90) 는 제 1 고분자 재료 또는 그 제 1 고분자 재료와 어느 정도 상이한 제 2 고분자 재료로 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, "바다" 에 이들 "섬" 을 배열하는 것은 섬-바다 섬유 (88) 내에서 온도 조절 재료를 더욱 균일하게 분포시키는 역할을 할 수 있다. 이 실시예에서, 제 1 군의 기다란 부재 (89, 89', 89'', 89''' 등) 는 각각 원형의 단면 형상을 갖는다. 그러나, 사다리꼴형, 멀티 로벌형 (multi-lobal), 8각형, 타원형, 5각형, 직사각형, 정방형, 삼각형, 쐐기형 등의 각종 다른 규칙적 또는 불규칙적 단면 형상을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 제 1 군의 기다란 부재 (89, 89', 89'', 89''' 등) 는 동일하거나 상이한 단면 형상 또는 크기를 가질 수 있다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 제 2 기다란 부재 (90) 는 중공형 코어 형태의 내부 공동 (91) 을 형성하며, 공기 등의 단열 재료가 그 내부 공동 (91) 에 위치한다. 단열 재료를 사용하는 것은, 온도 조절 재료에 의해 제공된 특성과 더불어 개선된 열 조절 특성을 제공하므로 유리하다. 섬-바다 섬유 (88) 는 소망하는 열 조절, 기계적 특성을 제공하기 위하여 실제로 제 1 군의 기다란 부재 (89, 89', 89'', 89''' 등), 제 2 기다란 부재 (90), 및 단열 재료를 임의의 중량%로 포함할 수 있다. 도시된 섬-바다 섬유 (88) 에는 하나의 내부 공동 (91) 이 도시되어 있으나, 섬-바다 섬유 (88) 는 둘 이상의 내부 공동을 포함할 수 있으며, 이 내부 공동은 동일하거나 상이한 단면 형상 또는 크기를 가질 수 있으며, 또 동일하거나 상이한 단열 재료를 포함할 수도 있다. 나아가, 섬-바다 섬유 (88) 는 11개의 기다란 부재 (89, 89', 89'', 89''' 등) 가 제 2 기다란 부재 (90) 에 의해 둘러싸여 그 안에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 일반적으로 하나 이상의 기다란 부재가 제 2 기다란 부재 (90) 에 의해 둘러싸여 그 안에 위치할 수 있다.
도 3 에는 코어/외장 섬유 (59) 의 3차원도가 도시되어 있다. 코어/외장 섬유 (59) 는 고리형이며 기다란 외장 부재 (58) 에 의해 둘러싸여 그 안에 위치한 일반적으로 원통형이며 기다란 코어 부재 (57) 를 포함한다. 이 실시예에서, 코어 부재 (57) 는 실질적으로 코어/외장 섬유 (59) 의 길이방향으로 뻗어있다. 코어 부재 (57) 는 코어/외장 섬유 (59) 의 외부를 형성하는 외장 부재 (58) 에 의해 완전히 둘러싸이거나 포장되어 그 안에 위치하며, 이 코어 부재 (57) 안에는 온도 조절 재료 (61) 가 분산되어 있다. 이 실시예에서, 온도 조절 재료 (61) 는 상 변화 재료를 담는 일군의 마이크로캡슐을 포함하며, 이 마이크로캡슐은 코어 부재 (57) 전반에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다. 당업자는 마이크로캡슐을 코어 부재 (57) 내에서 고르게 분포시키는 것이 바람직하지만, 모든 적용시에 이럴 필요는 없다는 것을 알 것이다. 코어 부재 (57) 는 외장 부재 (58) 내에서 동심 또는 편심되어 위치할 수 있으며, 코어/외장 섬유 (59) 는 소망하는 열 조절, 기계적 특성을 제공하기 위하여 실제로 코어 부재 (57) 및 외장 부재 (58) 를 임의의 중량%로 포함할 수 있다.
도 4 에는 다른 코어/외장 섬유 (60) 의 3차원도가 도시되어 있다. 코어/외장 섬유 (59) 와 같이, 코어/외장 섬유 (60) 는 일반적으로 원통형의 기다란 코어 부재 (63) 를 포함하는데, 이 코어 부재는 실질적으로 코어/외장 섬유 (60) 의 길이방향으로 뻗어있다. 코어 부재 (63) 는, 코어/외장 섬유 (60) 의 외부를 형성하는, 고리형의 기다란 외장 부재 (64) 에 의해 완전히 둘러싸이거나 포장되어 그 안에 위치한다. 여기서, 온도 조절 재료 (62) 는 원래 형태 (raw form) 의 상 변화 재료 (예컨대, 이 상 변화 재료는 캡슐에 싸여있지 않기 때문에, 마이크로 또는 매크로캡슐화되지 않음) 를 포함하며, 이 상 변화 재료는 코어 부재 (63) 전반에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다. 당업자는 코어 부재 (63) 내에서 상 변화 재료를 고르게 분포시키는 것이 바람직하지만, 모든 적용시에 이럴 필요는 없다는 것을 알 것이다. 도 4 에 도시된 이 실시예의 경우, 상 변화 재료는 코어 부재 (63) 내부에 분포된 확연한 구역 (distinct domain) 을 형성한다. 코어 부재 (63) 를 둘러쌈으로써, 외장 부재 (64) 는 코어 부재 (63) 안에서 상 변화 재료를 감싸는 역할을 한다. 따라서, 외장 부재 (64) 는 섬유 제조 또는 최종 사용시에 상 변화 재료의 상실 또는 유출을 감소 또는 방지할 수 있다. 코어 부재 (63) 는 외장 부재 (64) 내에서 동심 또는 편심되어 위치할 수 있으며, 코어/외장 섬유 (60) 는 소망하는 열 조절, 기계적 특성을 제공하기 위하여 실제로 코어 부재 (63) 및 외장 부재 (64) 를 임의의 중량%로 포함할 수 있다.
도 5 에는, 섬-바다 섬유 (70) 의 3차원도가 도시되어 있다. 섬-바다 섬유 (70) 는 일반적으로 원통형의 기다란 섬 부재 (72, 73, 74, 75) 를 포함하는데, 이 섬 부재는 기다란 바다 부재 (71) 에 의해 완전히 둘러싸이거나 감싸져 그 안에 위치한다. 이 실시예에서, 섬 부재 (72, 73, 74, 75) 는 실질적으로 섬-바다 섬유 (70) 의 길이방향으로 뻗어있다. 이 실시예의 경우에는 4개의 섬 부재가 도시되어 있으나, 섬-바다 섬유 (70) 는 그 섬-바다 섬유 (70) 의 구체적인 적용분야에 따라 더 적거나 더 많은 섬 부재를 포함할 수 있다. 각각, 바다 부재 (71) 는 바다 고분자 재료 (82) 로 형성되며, 섬 부재 (72, 73, 74, 75) 는 섬 고분자 재료 (76, 77, 78, 79) 로 형성된다. 바다 고분자 재료 (82) 및 섬 고분자 재료 (76, 77, 78, 79) 는 동일하거나 서로 어느 정도 상이할 수 있다. 섬 부재 (72, 73, 74, 75) 에는 1종 이상의 온도 조절 재료가 분산될 수 있다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 섬-바다 섬유 (70) 는 2가지의 상이한 온도 조절 재료 (80, 81) 를 포함한다. 섬 부재 (72, 75) 는 온도 조절 재료 (80) 를 포함하는 반면, 섬 부재 (73, 74) 는 온도 조절 재료 (81) 를 포함한다. 여기서, 온도 조절 재료 (80, 81) 는 각 섬 부재 안에서 확연한 구역을 형성할 수 있는 원래 형태의 상 변화 재료를 각각 포함한다. 섬 부재 (72, 73, 74, 75) 를 둘러쌈으로써, 바다 부재 (71) 는 섬-바다 섬유 (70) 안에서 상 변화 재료를 감싸는 역할을 할 수 있다. 섬-바다 섬유 (70) 는 소망하는 열 조절, 기계적 특성을 제공하기 위하여 실제로 섬 부재 (72, 73, 74, 75) 및 바다 부재 (71) 를 임의의 중량%로 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다성분 섬유는 1종 이상의 온도 조절 재료를 포함할 수 있다. 온도 조절 재료는 통상 1종 이상의 상 변화 재료를 포함할 것이다. 일반적으로, 상 변화 재료는 온도 안정화 범위에서 열 흐름을 제거 또는 감소시키기 위하여 열 에너지를 방출 또는 흡수할 수 있는 임의의 물질 (또는 물질의 혼합물) 을 포함할 수 있다. 온도 안정화 범위는 특정 천이 온도 또는 천이 온도의 범위를 포함할 수 있다. 본 발명의 각종 실시예와 관련하여 사용되는 상 변화 재료는, 전형적으로 그 상 변화 재료가 2가지 상태 (예컨대, 액체 및 고체 상태, 액체 및 기체 상태, 고체 및 기체 상태, 또는 2가지의 고체 상태) 사이에서 천이됨에 따라, 그 상 변화 재료가 열을 흡수 또는 방출할 때에, 열 에너지의 흐름을 차단할 수 있어 바람직할 것이다. 이러한 작용은 통상 일시적 (transient) 인데, 가열 또는 냉각 과정에서 상 변화 재료의 잠열이 흡수 또는 방출될 때까지 일어날 것이다. 여기서, "잠열" 이란 물질 (또는 물질의 혼합물) 이 2가지 상태 사이에서 천이됨에 따라 흡수 또는 방출된 열량을 의미한다. 열 에너지는 상 변화 재료로부터 제거되거나 저장될 수 있으며, 상 변화 재료는 통상 열 또는 냉기의 근원에 의해 효과적으로 재충전될 수 있다. 적절한 상 변화 재료를 선정함으로써, 다성분 섬유는 다양한 제품들에 알맞게 디자인될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 상 변화 재료는 고체/고체 상 변화 재료가 될 수 있다. 고체/고체 상 변화 재료는 일종의 상 변화 재료이며, 사용시에 전형적으로 2가지 고체 단계 사이의 천이 (예컨대 결정 또는 중간결정의 상변태) 를 거치기 때문에 통상 액화하지 않는다.
상 변화 재료는 2종 이상의 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 2종 이상의 상이한 물질을 선정하여 혼합물을 형성함으로써, 다성분 섬유의 특정 적용 범위에 대하여 온도 안정화 범위가 조절될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 2종 이상의 상이한 물질의 혼합물은, 다성분 섬유에 포함되었을 때 2 이상의 확연한 천이 온도 또는 단일의 수정된 천이 온도를 보인다.
본 발명의 각종 실시예에 따라 다성분 섬유에 포함될 수 있는 상 변화 재료에는 각종 유기 및 무기 물질이 포함된다. 상 변화 재료의 예로는 (이것으로 제한되는 것은 아님), 탄화수소류 (예컨대, 직쇄형 알칸 또는 파라핀계 탄화수소, 분기형 알칸, 불포화 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 및 알리사이클릭 탄화수소), 수화염류 (예컨대, 염화칼슘 6수화물, 브롬화칼슘 6수화물, 질화마그네슘 6수화물, 질화리튬 3수화물, 불화칼륨 4수화물, 암모늄 백반, 염화마그네슘 6수화물, 탄산나트륨 10수화물, 인산이나트륨 12수화물, 황산나트륨 10수화물, 및 아세트산나트륨 3수화물), 왁스류, 오일류, 물, 지방산류, 지방산 에스테르류, 2염기성 산류, 2염 기성 에스테르류, 1-할라이드류, 1차 알코올류, 방향족 화합물, 클래스레이트 화합물, 세미-클래스레이트 화합물, 기체 클레스레이트 화합물, 무수물류 (예컨대, 스테아르산 무수물), 탄산 에틸렌, 다가 알코올 (예컨대, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 2-히드록시메틸-2-메틸-1,3-프로판디올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨, 펜타글리세린, 테트라메틸올 에탄, 네오펜틸 글리콜, 테트라메틸올 프로판, 2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올, 모노아미노펜타에리스리톨, 디아미노펜타에리스리톨, 및 트리스(히드록시메틸)아세트산), 고분자류 (예컨대, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 산화물, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 말로네이트, 폴리네오펜틸 글리콜 세바케이트, 폴리펜탄 글루타레이트, 폴리비닐 미리스테이트, 폴리비닐 스테아레이트, 폴리비닐 라우레이트, 폴리헥사데실 메타크릴레이트, 폴리옥타데실 메타크릴레이트, 이산류 (또는 그 유도체) 와 글리콜류 (또는 그 유도체) 의 축중합반응에 의해 생성된 폴리에스테르류, 및 알킬 탄화수소 측쇄 또는 폴리에틸렌 글리콜 측쇄가 있는 폴리(메트)아크렐레이트 또는 폴리 아크릴레이트 등의 공중합체 및 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 산화물, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 글리콜, 또는 폴리테트라메틸렌 글리콜을 포함하는 공중합체, 금속류, 이들의 혼합물이 있다.
상 변화 재료의 선정은 전형적으로 결과물인 다성분 섬유의 소망하는 적용분야 또는 소망하는 천이 온도에 따를 것이다. 예를 들어, 천이 온도가 실온과 가까운 상 변화 재료는 그 결과물인 다성분 섬유가 어패럴 또는 신발류에 포함되어 사용자가 편안한 온도를 유지하도록 적용되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 상 변화 재료는, 예컨대 약 -40 ℃ ~ 약 100 ℃ 또는 약 -5 ℃ ~ 약 125 ℃ 등의 약 -40 ℃ ~ 약 125 ℃ 의 천이 온도 범위를 갖는다. 의류에 유용한 바람직한 실시예의 경우, 상 변화 재료는, 예컨대 약 10 ℃ ~ 약 50 ℃, 약 15 ℃ ~ 약 45 ℃, 약 22 ℃ ~ 약 40 ℃, 약 22 ℃ ~ 약 28 ℃ 등의 약 0 ℃ ~ 약 50 ℃ 의 천이 온도 범위를 가질 것이다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 상 변화 재료는, 예컨대 약 50 J/g 이상, 약 60 J/g 이상, 약 70 J/g 이상, 약 80 J/g 이상, 약 90 J/g 이상, 또는 약 100 J/g 이상 등의 약 40 J/g 이상의 잠열을 가질 수 있다. 의류에 유용한 실시예의 경우, 상 변화 재료는, 예컨대 약 60 J/g ~ 약 400 J/g, 약 80 J/g ~ 약 400 J/g, 약 100 J/g ~ 약 400 J/g 등의 약 약 40 J/g ~ 약 400 J/g 의 잠열을 가질 것이다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 특히 바람직한 상 변화 재료는 10 ~ 44개의 탄소 원자를 갖는 파라핀계 탄화수소류 (즉, C10 ~ C44 파라핀계 탄화수소류) 를 포함한다. 표 1 은 본원의 다성분 섬유에서 상 변화 재료로서 사용될 수 있는 C13 ~ C28 파라핀계 탄화수소류의 목록이다. 파라핀계 탄화수소류의 탄소 원자의 개수는 통상 용융점과 관련이 있다. 예를 들어, 분자당 28개의 직쇄 탄소 원자를 포함하는 n-옥타코세인의 용융점은 61.4 ℃ 이다. 이와 비교하여, 분자당 13개의 직쇄 탄소 원자를 포함하는 n-트리데케인의 용융점은 -5.5 ℃ 이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 분자당 18개의 직쇄 탄소 원자를 포함하며 용융점이 28.2 ℃ 인 n-옥타데케인이 의류용으로 특히 바람직하다.

파라핀계 탄화수소
탄소 원자수
용융점 (℃)

n-옥타코세인
28
61.4

n-헵타코세인
27
59.0

n-헥사코세인
26
56.4

n-펜타코세인
25
53.7

n-테트라코세인
24
50.9

n-트리코세인
23
47.6

n-도코세인
22
44.4

n-헤네이코세인
21
40.5

n-에이코세인
20
36.8

n-노나데케인
19
32.1

n-옥타데케인
18
28.2

n-헵타데케인
17
22.0

n-헥사데케인
16
18.2

n-펜타데케인
15
10.0

n-테트라데케인
14
5.9

n-트리데케인
13
-5.5
다른 유용한 상 변화 재료는 다성분 섬유의 소망하는 적용 분야에 적합한 천이 온도 (예컨대, 의류의 경우 약 22 ℃ ~ 약 40 ℃) 를 갖는 고분자 상 변화 재료를 포함한다. 고분자 상 변화 재료는 1종 이상의 단량체 유닛을 포함하는 다양한 사슬 구조를 갖는 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 를 포함할 수 있다. 특히, 고분자 상 변화 재료는 직선형 고분자, 가지형 고분자 (예컨대, 별모양 가지형 고분자, 빗모양 가지형 고분자, 또는 침상돌기 가지형 고분자), 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 특정 적용 분야의 경우에, 고분자 상 변화 재료는 더 큰 밀도와 규칙적인 분자 충전도 및 결정화도를 더 높이기 위하여 소량의 가지를 갖는 고분자 또는 직선형 고분자를 포함하는 것이 바람직하다. 이렇게 높은 규칙적인 분자 충전도 및 결정화도는 잠열을 크게하고 온도 안정화 범위를 좁게 (예컨대, 잘 형성된 천이 온도) 할 수 있다. 고분자 상 변화 재료는 단중합체, 공중합체 (예컨대, 3량체, 통계적 공중합체, 불규칙 공중합체, 교대 공중합체, 주기적 공중합체, 블록 공중합체, 방사상 공중합체, 또는 접목 공중합체), 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 고분자 상 변화 재료를 형성하는 1종 이상의 단량체 유닛의 특성은, 그 고분자 상 변화 재료의 천이 온도에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 단량체 유닛의 선정은 고분자 상 변화 재료를 포함하는 다성분 섬유의 소망하는 적용 분야 및 소망하는 천이 온도에 따를 수 있다. 당업자라면 알다시피, 고분자의 기능성 및 반응성은, 예컨대 아민, 아미드, 카르복실, 히드록실, 에스테르, 에테르, 에폭시드, 안히드리드, 이소시아네이트, 실란, 케톤, 및 알데히드 등의 관능기의 첨가에 의해 변할 수 있다. 또한, 고분자 상 변화 재료는 그 재료의 인성 또는 열, 수분, 또는 화학물질에 대한 저항성을 증가시키기 위하여, 가교화 (crosslinking), 얽힘 (entanglement), 또는 수소결합을 할 수 있는 고분자를 포함할 수 있다.
당업자라면 알다시피, 고분자의 분자량은 그 고분자를 형성하는데 사용된 공정 조건에 의해 결정될 수 있기 때문에, 몇몇 고분자는 상이한 분자량을 갖는 다양한 형태로 제공될 수 있다. 따라서, 고분자 상 변화 재료는 특정 분자량 또는 특정 분자량 범위를 갖는 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 를 포함할 수 있다. 여기에서, "분자량" 이라 함은 수평균분자량, 중량 평균 분자량, 또는 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 의 멜트 인덱스 (melt index) 를 지칭할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 고분자 상 변화 재료는 비고분자 상 변화 재료 (예컨대, 파라핀계 탄화수소류) 에 비하여 큰 분자량, 큰 분자 크기, 또는 높은 점도를 갖는 것이 결과적으로 바람직할 수 있다. 이렇게 분자 크기와 점도가 커지게 되면, 결과적으로 고분자 상 변화 재료는 제조 또는 최종 사용시에 다성분 섬유로부터 새어나오는 경향이 더 적어진다. 본 발명의 몇몇 실시예의 경우, 고분자 상 변화 재료는, 예컨대 약 2,000 ~ 약 5,000,000, 약 8,000 ~ 약 100,000, 또는 약 8,000 ~ 15,000 등의 약 400 ~ 5,000,000 의 수평균분자량을 갖는 고분자를 포함할 수 있다. 고분자가 코어/외장 섬유 또는 섬-바다 섬유에 포함될 때, 예컨대 그 고분자의 큰 분자 크기 또는 큰 점도는 고분자 상 변화 재료가 그 섬유의 외부를 형성하는 외장 부재 또는 바다 부재를 통해 유동하는 것을 방지할 수 있다. 열 조절 특성을 제공하는 것에 부가하여, 고분자 상 변화 재료는 본 발명의 각종 실시예에 따라 다성분 섬유에 포함될 때 개선된 기계적 특성 (예컨대, 연성, 인장강도, 및 경도) 을 제공할 수 있다. 소망한다면, 소망하는 천이 온도를 갖는 고분자 상 변화 재료는 기다란 부재를 형성하기 위하여 고분자 재료와 결합될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 고분자 상 변화 재료는 적절한 기계적 특성을 제공함으로써 고분자 재료를 요구하지 않으면서 기다란 부재를 형성하는데 사용될 수 있기 때문에, 고분자 상 변화 재료의 높은 로딩 레벨 (loading level) 및 개선된 열 조절 특성을 제공할 수 있다.
예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜은 본 발명의 몇몇 실시예에서 상 변화 재료로서 사용될 수 있다. 폴리에틸렌 글리콜의 수평균분자량은 통상 그 용융점과 관련이 있다. 예를 들어, 약 570 ~ 약 630 의 수평균분자량 범위를 갖는 폴리에틸렌 글리콜 (예컨대, CarbowaxTM 600, 미시간주 Midland 소재, The Dow Chemical Company 로부터 입수가능) 의 용융점은 통상 약 20 ℃ ~ 약 25 ℃ 이기 때문에, 의류용으로 바람직하다. 다른 온도 안정화 범위에서 유용한 다른 폴리에틸렌 글리콜은, 약 400 의 수평균분자량과 약 4 ℃ ~ 약 8 ℃ 의 용융점 범위를 갖는 폴리에틸렌 글리콜, 약 1,000 ~ 약 1,500 의 수평균분자량과 약 42 ℃ ~ 약 48 ℃ 의 용융점 범위를 갖는 폴리에틸렌 글리콜, 및 약 6,000 의 수평균분자량과 약 56 ℃ ~ 약 63 ℃ 의 용융점 범위를 갖는 폴리에틸렌 글리콜 (예컨대, CarbowaxTM 400, 1500, 및 6000 미시간주 Midland 소재, The Dow Chemical Company로부터 입수가능) 을 포함한다.
추가적으로 유용한 상 변화 재료는, 지방산으로 엔드캡처리된 (endcapped) 폴리에틸렌 글리콜에 기초한 고분자 상 변화 재료를 포함한다. 예를 들어, 약 22 ℃ ~ 약 35 ℃ 의 용융점 범위를 갖는 폴리테트라메틸렌 글리콜 지방산 디에스테르는 스테아르산 또는 라우르산으로 엔드캡처리되고 약 400 ~ 약 600 의 수평균분자량 범위를 갖는 폴리에틸렌 글리콜로 형성될 수 있다. 더욱 유용한 상 변화 재료는 테트라메틸렌 글리콜에 기초한 고분자 상 변화 재료를 포함한다. 예를 들어, 약 1,000 ~ 약 1,800 의 수평균분자량 범위를 갖는 폴리테트라메틸렌 글리콜 (예컨대, Terathane® 1000 및 1800, 델라웨어주 Wilmington 소재, DuPont Inc. 로부터 입수가능) 은 통상 약 19 ℃ ~ 약 36 ℃ 의 용융점 범위를 갖는다. 본 발명의 몇몇 실시예에서는, 약 60 ℃ ~ 약 65 ℃ 의 용융점 범위를 갖는 폴리에틸렌 산화물이 상 변화 재료로서 또한 사용될 수 있다.
특정 적용 분야에 대하여, 고분자 상 변화 재료는 종래의 중합법으로 형성될 수 있는 약 0 ℃ ~ 약 50 ℃ 의 용융점 범위를 갖는 단중합체를 포함할 수 있다. 표 2 는 종류가 상이한 단량체 유닛으로 형성될 수 있는 각종 단중합체의 용융점을 보여준다.

단량체 유닛의
클래스
단중합체
단중합체의
용융점 (℃)

아크릴레이트류,
메타크릴레이트류, 및
아크릴아미드류
폴리옥타데실 메타크릴레이트
36

폴리헥사데실 메타크릴레이트
22

폴리-N-테트라데실 폴리아크릴아미드
18

폴리-N-테트라데실 폴리아크릴아미드-1,1
-디히드로퍼플루오르
32 ~ 35

알칸류 및 알켄류
폴리-1-데센
34 ~ 40

폴리-1-헵텐
17

cis-폴리옥텐아머
(Vestenamer®6213, 독일 프랑크푸르트 소재,
Degussa AG 로부터 입수가능)
38

폴리-1-옥텐
5 ~ 10

폴리-1-노넨
19 ~ 22

trans-폴리펜테머
23 ~ 34

폴리-1-언데켄
36

cis-폴리이소프렌
28 ~ 36

신디옥탁틱 1,2-폴리(1,3-펜타디엔)
10

1-메틸-폴리도데카메틸렌
30

에테르류
폴리메틸렌옥시테트라메틸렌 산화물
(폴리-1,3-디옥세판)
30

폴리헥사메틸렌옥시메틸렌 산화물
38

폴리옥사시클로부탄 (POX)
34 ~ 36

n-옥타데실 폴리아세트알데히드
18

폴리테트라메틸렌 글리콜 1000
(Terathan®폴리THF 1000, 델라웨어주 Wilmington 소재, DuPont Inc. 로부터 입수가능)
25 ~ 33

폴리테트라메틸렌 글리콜 1400
(Terathan®폴리THF 1400, 델라웨어주 Wilmington 소재, DuPont Inc. 로부터 입수가능)
27 ~ 35

폴리테트라메틸렌 글리콜 1800
(Terathan®폴리THF 1800, 델라웨어주 Wilmington 소재, DuPont Inc. 로부터 입수가능)
27 ~ 38

폴리테트라메틸렌 글리콜 2000
(Terathan®폴리THF 2000, 델라웨어주 Wilmington 소재, DuPont Inc. 로부터 입수가능)
28 ~ 40

비닐류
폴리도데실 비닐 에테르
30

폴리비닐 라우레이트
16

폴리비닐 미리스테이트
28

황 함유 화합물
3,3-디메틸-폴리트리메틸렌 황화물
19

폴리메틸렌 황화물
35

폴리테트라메틸렌 이황화물
39 ~ 44

폴리설퍼 삼산화물
32

1-메틸-트리메틸렌-폴리-술포닐디발레레이트
35

규소 함유 화합물
beta-2-폴리디에틸 실록산
17

노나메틸렌-폴리-디실록사닐렌 디프로피온아미드-디에틸,디메틸 (Si)
10

노나메틸렌-폴리-디실록사닐렌 디프로피온아미드-테트라에틸 (Si)
10

폴리메틸 헥사데실 실록산
35

아미드 및
질소 함유 화합물
폴리-(헥사메틸렌)시클로프로필렌
디카복스아미드-cis-N,N'-디부틸
20

폴리-(헥사메틸렌)시클로프로필렌
디카복스아미드-cis-N,N'-디에틸
5

폴리-(헥사메틸렌)시클로프로필렌
디카복스아미드-cis-N,N'-디이소프로필
20

폴리-(헥사메틸렌)시클로프로필렌
디카복스아미드-cis-N,N'-디메틸
30

폴리펜타메틸렌 아디프아미드-2,2,3,3,4,4 헥사플루오르(디아민)-cis-N,N'-디부틸
15

폴리펜타메틸렌 아디프아미드-2,2,3,3,4,4 헥사플루오르(디아민)-cis-N,N'-디에틸
20

폴리펜타메틸렌 아디프아미드-2,2,3,3,4,4 헥사플루오르(디아민)-cis-N,N'-디이소프로필
35

폴리펜타메틸렌 아디프아미드-2,2,3,3,4,4 헥사플루오르(디아민)-cis-N,N'-디메틸
30

폴리-(4,4-메틸렌 디페닐렌 세바크아미드)-N,N'-디에틸
32

폴리펜타메틸렌(헥사메틸렌 디술포닐)-
디카프로아미드
25

에스테르류
폴리-[에틸렌4,4'-옥시디메틸렌-디-2-
(1,3-디옥솔란)-카프릴레이트]
19

폴리펜타메틸렌 아디페이트-
2,2,3,3,4,4 헥사 플르오르
34

(4-메틸-(R+)-7-폴리히드록시에난트산)
36

폴리-[4-히드록시 테트라메틸렌-2-
(1,3-디옥솔란)카프릴산] (cis 또는 trans)
23

폴리펜타메틸렌 2,2'-디벤조에이트
13

폴리테트라메틸렌 2,2'-디벤조에이트
36

폴리-1-메틸-트리메틸렌2,2'-디벤조에이트
38

폴리카프로락톤 글리콜 (분자량 = 830)
35 ~ 45
더욱 바람직한 상 변화 재료는, 예컨대 글리콜 (또는 그 유도체) 과 이산류 (또는 그 유도체) 의 축중합으로 형성되는, 약 0 ℃ ~ 약 40 ℃ 의 용융점 범위를 갖는 폴리에스테르를 포함한다. 표 3 은 글리콜과 이산류의 다양한 조합으로 형성될 수 있는 폴리에스테르류의 용융점을 보여준다.

글리콜
이산 (diacid)
폴리에스테르의 용융점 (℃)

에틸렌 글리콜
카르보닉
39

에틸렌 글리콜
피멜릭
25

에틸렌 글리콜
디글리콜릭
17 ~ 20

에틸렌 글리콜
티오디발레릭
25 ~ 28

1,2-프로필렌 글리콜
디글리콜릭
17

프로필렌 글리콜
말로닉
33

프로필렌 글리콜
글루타릭
35 ~ 39

프로필렌 글리콜
디글리콜릭
29 ~ 32

프로필렌 글리콜
피멜릭
37

1,3-부탄디올
술페닐 디발레릭
32

1,3-부탄디올
디페닉
36

1,3-부탄디올
디페닐 메탄-m,m'-이산
38

1,3-부탄디올
trans-H,H-테레프탈산
18

부탄디올
글루타릭
36 ~ 38

부탄디올
피멜릭
38 ~ 41

부탄디올
아젤라익
37 ~ 39

부탄디올
티오디벨레릭
37

부탄디올
프탈릭
17

부탄디올
디페닉
34

네오펜틸 글리콜
아디픽
37

네오펜틸 글리콜
수베릭
17

네오펜틸 글리콜
세바식
26

펜탄디올
숙시닉
32

펜탄디올
글루타릭
22

펜탄디올
아디픽
36

펜탄디올
피멜릭
39

펜탄디올
para-페닐 디아세트산
33

펜탄디올
디글리콜릭
33

헥산디올
글루타릭
28 ~ 34

헥산디올
4-옥텐디오에이트
20

헵탄디올
옥살릭
31

옥탄디올
4-옥텐디오에이트
39

노난디올
meta-페닐렌 디글리콜릭
35

데칸디올
말로닉
29 ~ 34

데칸디올
이소프탈릭
34 ~ 36

데칸디올
meso-타르타릭
33

디에틸렌 글리콜
옥살릭
10

디에틸렌 글리콜
수베릭
28 ~ 35

디에틸렌 글리콜
세바식
36 ~ 44

디에틸렌 글리콜
프탈릭
11

디에틸렌 글리콜
trans-H,H-테레프탈산
25

트리에틸렌 글리콜
세바식
28

트리에틸렌 글리콜
술포닐 디발레릭
24

트리에틸렌 글리콜
프탈릭
10

트리에틸렌 글리콜
디페닉
38

para-디히드록시-메틸벤젠
말로닉
36

meta-디히드록시-메틸벤젠
세바식
27

meta-디히드록시-메틸벤젠
디글리콜릭
35
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 소망하는 천이 온도를 갖는 고분자 상 변화 재료는 상 변화 재료 (예컨대, 전술한 상 변화 재료) 를 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 와 반응시킴으로써 형성될 수 있다. 따라서, 예컨대 n-옥타데실산 (즉, 스테아르산) 을 폴리비닐 알코올과 반응시키거나 에스테르화시켜 폴리비닐 스테아레이트를 얻을 수 있으며, 또는 도데칸산 (즉, 라우르산) 을 폴리비닐 알코올과 반응시키거나 에스테르화시켜 폴리비닐 라우레이트를 얻을 수 있다. 상 변화 재료 (예컨대, 아민, 카복실, 히드록실, 에폭시, 실란, 설퍼릭 등의 관능기가 하나 이상 있는 상 변화 재료) 와 고분자를 다양한 조합으로 반응시켜 소망하는 천이 온도를 갖는 고분자 상 변화 재료를 얻을 수 있다.
소망하는 천이 온도를 갖는 고분자 상 변화 재료는 각종 단량체 유닛으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 폴리옥타데실 메타크릴레이트와 유사한 고분자 상 변화 재료는 옥타데실 메타크릴레이트를 중합시켜 형성될 수 있는데, 이 옥타데실 메타크릴레이트는 옥타데실 알코올과 메타크릴산의 에스테르화 반응에 의해 형성될 수 있다. 또한, 고분자 상 변화 재료는 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 의 중합반응에 의해서도 형성될 수 있다. 예를 들어, 폴리-(폴리에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트, 폴리-(폴리에틸렌 글리콜) 아크릴레이트, 폴리-(폴리테트라메틸렌 글리콜) 메타크릴레이트, 및 폴리-(폴리테트라메틸렌 글리콜) 아크릴레이트는 각각 폴리에틸렌 글리콜 메타크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 폴리테트라메틸렌 글리콜 메타크릴레이트, 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 아크릴레이트를 중합시킴으로써 형성될 수 있다. 이 예에서, 단량체 유닛은 폴리에틸렌 글리콜 (또는 폴리테트라메틸렌 글리콜) 과 메타크릴산 (또는 아크릴산) 의 에스테르화 반응에 의해 형성될 수 있다. 폴리글리콜은 알릴 알콜과 에스테르화 반응을 하거나 비닐 아세테이트와 트랜스-에스테르화 반응함으로써 폴리글리콜 비닐 에테르를 형성하고, 이 비닐 에테르를 중합시켜 폴리-(폴리글리콜) 비닐 에테르를 형성할 수 있을 것이다. 유사한 방식으로, 고분자 상 변화 재료는, 예컨대 에스테르 또는 에테르 엔드캡처리된 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 등의 폴리글리콜의 동족체로 형성될 수 있을 것이다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 온도 조절 재료는 원래 형태의 상 변화 재료 (예컨대, 이 상 변화 재료는 캡슐에 싸여있지 않기 때문에, 마이크로 또는 매크로캡슐화되지 않음) 를 포함한다. 다성분 섬유의 제조시에, 원래 형태의 상 변화 재료는 다양한 형태 (예컨대, 벌크 형태, 분말, 소결체, 미립, 플레이크 등) 의 고체로서 또는 다양한 형태 (예컨대, 용융 형태, 용매에 해리된 상태 등) 의 액체로서 공급될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 온도 조절 재료는 상 변화 재료와 반응하거나, 상 변화 재료를 흡수하거나, 둘러싸거나, 담거나, 캡슐화하는 봉쇄 구조 (containment structure) 를 포함할 수 있다. 이 봉쇄 구조는 상 변화 재료의 취급을 용이하게 함과 동시에 다성분 섬유의 제조시에 또는 그 섬유로부터 제품을 제작할 때 상 변화 재료를 어느 정도 보호 (예컨대, 고온 또는 전단력으로부터의 보호) 해 준다. 나아가, 봉쇄 구조는 사용시에 다성분 섬유로부터 상 변화 재료가 새어나오는 것을 방지 또는 감소시키는 역할을 할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 상 변화 재료가 분산되어 있는 제 1 기다란 부재가 제 2 기다란 부재에 의해 완전히 둘러싸이지 않았을 때 이 봉쇄 구조를 사용하는 것이 바람직할 수 있다 (하지만 필수적인 것은 아님).
예를 들어, 온도 조절 재료는 상 변화 재료를 담는 일군의 마이크로캡슐을 포함하며, 이 마이크로캡슐은 하나 이상의 기다란 부재에 균일하게, 또는 균일하지 않게 분산될 수 있다. 마이크로캡슐은 상 변화 재료를 포위하는 쉘 (shell) 로서 형성될 수 있으며, 각종 규칙적 또는 불규칙적 형상 (예컨대, 구형, 타원형, 등) 및 크기의 개별 마이크로캡슐을 포함할 수 있다. 개별 마이크로캡슐은 동일하거나 상이한 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 마이크로캡슐은 약 0.01 ~ 약 100 ㎛ 의 최대 직선 치수 (예컨대, 직경) 를 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 마이크로캡슐은 일반적으로 구형이며, 약 0.5 ~ 약 10 ㎛, 예컨대 약 0.5 ~ 약 3 ㎛ 의 최대 직선 치수 (예컨대, 직경) 를 가질 것이다. 봉쇄 구조의 다른 예에는, 실리카 입자 (예컨대, 석출된 실리카 입자, 암모니아로 훈증된 실리카 입자, 및 이들의 혼합물), 제올라이트 입자, 탄소 입자 (예컨대, 흑연 입자, 활성 탄소 입자, 및 이들의 혼합물), 및 흡수성 재료 (예컨대, 흡수성 고분자 재료, 고흡수성 재료, 셀룰로오스 재료, 폴리(메트)아크릴레이트 재료, 폴리(메트)아크릴레이트 재료의 금속염, 및 이들의 혼합물) 가 포함된다. 예를 들어, 온도 조절 재료는 상 변화 재료에 함침된 흡수성 재료, 실리카 입자, 제올라이트 입자, 또는 탄소 입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 하나 이상의 기다란 부재는 각각 온도 조절 재료를 약 100 중량% 까지 포함할 수 있다. 전형적으로, 기다란 부재는 온도 조절 재료를 약 90 중량% 까지 (예컨대, 약 50 중량% 까지 또는 약 25 중량% 까지) 포함할 수 있다. 몇몇 바람직한 실시예에서, 기다란 부재는 온도 조절 재료를 약 5 중량% ~ 약 70 중량% 까지 포함할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 기다란 부재는 온도 조절 재료를 약 5 중량% ~ 약 60 중량% 까지 포함할 수 있으며, 다른 실시예에서, 기다란 부재는 약 10 중량% ~ 약 30 중량% 또는 약 15 중량% ~ 약 25 중량% 의 온도 조절 재료를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다성분 섬유는 일군의 기다란 부재를 포함할 수 있다. 기다란 부재는 동일하거나 상이한 고분자 재료로 형성될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 기다란 부재는 온도 조절 재료가 분산된 제 1 고분자 재료로 형성된 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 를 포함할 수 있다. 또한, 기다란 부재는 제 1 고분자 재료와 약간 상이할 수 있는 제 2 고분자 재료로 형성된 제 2 기다란 부재 (즉, 제 2 군의 기다란 부재) 를 포함할 수 있다. 기다란 부재는 동일한 고분자 재료로 형성될 수 있는데, 이 경우 제 1 및 제 2 고분자 재료는 동일할 것이다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 온도 조절 재료는 적절한 기계적 특성을 제공하는 고분자 상 변화 재료를 포함하여, 제 1 고분자 재료 없이도 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 를 형성하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 온도 조절 재료는 제 1 고분자 재료와 섞이거나 (blended) 반응하여 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 를 형성할 수 있는 고분자 상 변화 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리옥타데실 메타크릴레이트는 용융 방사 공정을 위하여 폴리프로필렌과 섞일 수 (blended) 있다. 또 다른 예로서, 폴리비닐 라우르산은 용액 방사 공정을 위하여 폴리아크릴 백본 (backbone) 에 접목 반응 (graft reacted) 할 수 있다. 추가적인 예로서, 폴리비닐 스테아르산은 용액 방사 공정을 위하여 폴리아크릴과 섞일 수 있다.
일반적으로, 고분자 재료 (예컨대, 제 1 고분자 재료 또는 제 2 고분자 재료) 는 기다란 부재로 형성될 수 있는 임의의 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 를 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 기다란 부재는 임의의 섬유 형성 고분자 (또는 섬유 형성 고분자의 혼합물) 로 형성될 수 있다. 다성분 섬유를 형성하기 위하여 용융 방사법을 사용하는 본 발명의 실시예에 따르면, 고분자 재료는 열가소성 고분자 (또는 열가소성 고분자의 혼합물)(즉, 용융물을 형성하기 위하여 가열된 후 성형 또는 주형 작업을 거쳐 기다란 부재로 형성될 수 있는 고분자) 를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 고분자 재료는 엘라스토머 고분자 (또는 엘라스토머 고분자의 혼합물) 를 포함할 수 있다.
고분자 재료는 하나 이상의 단량체 유닛을 포함하는 각종 사슬 구조를 갖는 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 를 포함할 수 있다. 특히, 고분자 재료는 직선형 고분자, 가지형 고분자 (즉, 별모양 가지형 고분자, 빗모양 가지형 고분자, 또는 침상돌기 가지형 고분자), 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 고분자 재료는 단중합체, 공중합체 (예컨대, 3량체, 통계적 공중합체, 불규칙 공중합체, 교대 공중합체, 주기적 공중합체, 블록 공중합체, 방사상 공중합체, 또는 접목 공중합체), 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 당업자라면 알다시피, 고분자의 관능성 및 반응성은, 예컨대 아민, 아미드, 카르복실, 히드록실, 에스테르, 에테르, 에폭시드, 안히드리드, 이소시아네이트, 실란, 케톤, 및 알데히드 등의 관능기의 첨가에 의해 변할 수 있다. 또한, 고분자 재료는 그 재료의 인성 또는 열, 수분, 또는 화학물질에 대한 저항성을 증가시키기 위하여, 가교화, 얽힘, 또는 수소결합을 할 수 있는 고분자를 포함할 수 있다.
본 발명의 각종 실시예에 따른 기다란 부재를 형성하는데 사용될 수 있는 고분자의 예로는, 폴리아미드류 (예컨대, 나일론 6, 나일론 6/6, 나일론 12, 폴리아스파르트산, 폴리글루타민산 등), 폴리아민류, 폴리이미드류, 폴리아크릴류 (예컨대, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴로니트릴, 마테크릴산 및 아크릴산의 에스테르류 등), 폴리카보네이트류 (예컨대, 폴리비스페놀 A 카보네이트, 폴리프로필렌 카보네이트 등), 폴리디엔류 (예컨대, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리노르보렌 등), 폴리에폭시드류, 폴리에스테르류 (예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리카르포락톤, 폴리글리콜라이드, 폴리락타이드, 폴리히드록시부티레이트, 폴리히드록시발레레이트, 폴리에틸렌 아디페이트, 폴리부틸렌 아디페이트, 폴리프로필렌 숙시네이트 등), 폴리에테르류 (예컨대, 폴리에틸렌 글리콜 (폴리에틸렌 산화물), 폴리부틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 산화물, 폴리옥시메틸렌 (파라포름알데히드), 폴리테트라메틸렌 에테르 (폴리테트라히드로푸란), 폴리에피클로로히드린 등), 폴리플루오르카본류, 포름알데히드 고분자류 (예컨대, 우레아-포름알데히드, 멜라민- 포름알데히드, 페놀 포름알데히드 등), 천연 고분자류 (예컨대, 셀룰로오스 화합물, 키토산류, 리그닌류, 왁스류 등), 폴리올레핀 (예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리부텐, 폴리옥텐 등), 폴리페닐렌류 (예컨대, 폴리페닐렌 산화물, 폴리페닐렌 황화물, 폴리페닐렌 에테르 술폰 등), 규소 함유 고분자류 (예컨대, 폴리디메틸 실록산, 폴리카보메틸 실란 등), 폴리우레탄류, 폴리비닐류 (예컨대, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리스티렌, 폴리메틸스티렌, 폴리비닐 염화물, 폴리비닐 프릴로리돈, 폴리메틸 비닐 에테르, 폴리에틸 비닐 에테르, 폴리비닐 메틸 케톤, 폴리비닐 알코올 등의 에스테르류 및 에테르류), 폴리아세탈류, 폴리아크릴레이트류, 및 공중합체류 (예컨대, 폴리에틸렌-코-비닐 아세테이트, 폴리에틸렌-코-아크릴산, 폴리부틸렌 테레프탈레이트-코-폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리라우릴락탐-블록-폴리테트라히드로푸란 등) 이 포함된다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 제 1 고분자 재료는 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 내에 온도 조절 재료를 분산 또는 포함시키는 것을 용이하게 해주는 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 를 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 제 1 고분자 재료는 온도 조절 재료와 양립할 수 있거나 섞일 수 있는 고분자 (또는 고분자의 혼합물), 또는 온도 조절 재료에 대한 친화도 (affinity) 를 갖는 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 를 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 친화도는, 예컨대 온도 조절 재료와 제 1 고분자 재료의 친수성, 소수성, 극성, 또는 용해도 파라미터의 유사성에 의존할 수 있다 (이것들로 한정되지는 않음). 이러한 친화도는 다성분 섬유의 제조시에 액체 또는 중간 용융물 형태의 제 1 고분자 재료에 온도 조절 재료가 분산되는 것을 용이하게 해주어, 궁극적으로 그 다성분 섬유에 상 변화 재료가 더욱 균일하게 또는 더욱 많은 양 또는 로딩 레벨로 포함될 수 있게 해준다. 온도 조절 재료가 봉쇄 구조를 더 포함하는 실시예에서, 제 1 고분자 재료는 상 변화 재료에 대한 친화도와 관련하여, 또는 이에 대한 대안으로서, 봉쇄 구조에 대한 친화도를 위하여 선택된 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 를 포함할 수 있다. 예를 들어, 온도 조절 재료가 상 변화 재료를 포함하는 일군의 마이크로캡슐을 포함한다면, 그 마이크로캡슐 (예컨대, 마이크로캡슐을 형성하는 재료) 에 대한 친화도를 갖는 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 가 선택될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 몇몇 실시예는 제 1 고분자 재료가 마이크로캡슐을 형성하는 고분자와 유사하거나 동일한 고분자를 포함하도록 선택될 수 있다 (예컨대, 마이크로캡슐이 나일론 쉘을 포함한다면, 제 1 고분자 재료는 나일론을 포함하도록 선택될 수 있음). 이러한 친화도는 액체 또는 중간 용융물 형태의 제 1 고분자 재료에서 상 변화 재료를 포함하는 마이크로캡슐이 분산되는 것을 용이하게 해주어, 궁극적으로 그 다성분 섬유에 상 변화 재료가 더욱 균일하게 또는 더욱 많은 양 또는 로딩 레벨로 포함될 수 있게 해준다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 1 고분자 재료는 온도 조절 재료와 충분하게 반응하지 않도록 선택됨으로써, 온도 조절 재료가 제 1 고분자 재료 안에 분산되었을 때 소망하는 온도 안정화 범위가 얻어진다.
예를 들어, 제 1 고분자 재료는 멜트 인덱스가 약 4 ~ 약 36 g/10 min 인 고밀도 폴리에틸렌 (예컨대, 멜트 인덱스가 4, 12, 및 36 g/10 min 인 고밀도 폴리에틸렌, 미조리주 St. Louis 소재, Sigma- Aldrich Corp. 로부터 입수가능), 개조된 형태의 고밀도 폴리에틸렌 (예컨대, Fusabond® E MBlOOD, 델라웨어주 Wilmington 소재, DuPont Inc. 로부터 입수가능), 및 개조된 형태의 에틸렌 프로필렌 고무 (예컨대, Fusabond® N MF416D, 델라웨어주 Wilmington 소재, DuPont Inc. 로부터 입수가능) 를 포함할 수 있다. 당업자라면 알다시피, 멜트 인덱스는 통상 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 의 유동 특성에 대한 척도로서 그 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 의 분자량에 반비례하는 것을 지칭한다. 극성 상 변화 재료의 경우 (예컨대, 폴리에틸렌 글리콜류, 폴리테트라메틸렌 글리콜류, 및 그 동족체), 제 1 고분자 재료는 극성 고분자 (또는 극성 고분자의 혼합물) 를 포함하여 그 극성 상 변화 재료의 분산을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 제 1 고분자 재료는 예컨대, 폴리부틸렌 테레프탈레이트-블록-폴리테트라메틸렌 글리콜류 (예컨대, Hytrel® 3078, 5544, 및 8238, 델라웨어주 Wilmington 소재, DuPont Inc. 로부터 입수가능) 등의 폴리에스테르의 공중합체류 및, 예컨대 폴리아미드-블록-폴리에테르류 (예컨대, Pebax® 2533, 4033, 5533, 7033, MX 1205, 및 MH 1657, 펜실베니아주 Philadelphia 소재, ATOFINA Chemicals, Inc. 로부터 입수가능) 등의 폴리아미드의 공중합체류를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 제 1 고분자 재료는 온도 조절 재료와 부분적으로 또는 약간의 양립가능성 또는 혼화성을 갖거나 온도 조절 재료에 대하여 친화도를 갖는 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 를 포함할 수 있다 (예컨대, 반-혼화성 고분자). 이러한 부분 친화도는 온도 조절 재료의 분산을 용이하게 하고, 고온 및 용융 방사 공정 동안의 처리를 용이하게 하는데 적합할 수 있다. 온도가 낮고, 전단 조건하에서 다성분 섬유가 형성되면, 이 부분 친화도는 온도 조절 재료를 떼어놓게 (separate out) 해준다. 원래 형상의 상 변화 재료가 사용되는 본 발명의 실시예의 경우, 이 부분 친화도는 상 변화 재료의 불용성을 야기함으로써, 다성분 섬유 내에 상 변화 재료의 도메인 형성 (domain formation) 을 증가시킨다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 도메인 형성으로 인해 상 변화 재료가 두 상태 사이에서 용이하게 천이됨으로써 열 조절 특성이 개선될 수 있다. 또한, 도메인 형성은 사용 또는 제조시에 다성분 섬유로부터 상 변화 재료가 새어나오거나 손실되는 것을 방지 또는 감소시키는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 파라핀계 탄화수소류 등의 특정 상 변화 재료는, 온도가 임계 용액 온도 이상이거나 상 변화 재료의 농도가 낮을 때, 폴리올레핀의 공중합체 또는 폴리올레핀과 양립가능하다. 따라서, 예를 들어, 용융 방사 공정에서 쉽게 제어되고, 펌핑 및 처리될 수 있는 동족체 혼합물을 제조하기 위하여, 파라핀계 탄화수소 (또는 파라핀계 탄화수소의 혼합물) 와 폴리에틸렌 또는 폴리에틸렌-코-비닐 아세테이트와의 혼합은, 고온 및 파라핀계 탄화수소의 고농도에서 이루어질 수 있다. 일단 다성분 섬유가 형성되어 냉각되면, 파라핀계 탄화수소는 불용성이 되어, 확연한 도메인으로 분리될 수 있다. 이들 도메인은 개선된 열 조절 특성을 위하여 파라핀계 탄화수소의 완전한 용융 또는 결정화를 허용할 수 있다. 또한, 이들 도메인은 파라핀계 탄화수소가 새어나오거나 손실되는 것을 방지 또는 감소시키는 역할을 할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 폴리에틸렌-코-비닐 아세테이트는 약 5 ~ 약 90 중량%의 비닐 아세테이트를 가질 수 있으며, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 비닐 아세테이트의 함량은 약 5 ~ 약 50 중량% 이다. 바람직한 실시예에서, 비닐 아세테이트의 함량은 약 18 ~ 약 25 중량% 가 바람직하다. 비닐 아세테이트의 이 함량은, 혼합물을 형성하기 위하여 파라핀계 탄화수소와 폴리에틸렌-코-비닐 아세테이트를 혼합할 때, 온도 혼화성 제어 (temperature miscibility control) 를 허용할 수 있다. 특히, 이 비닐 아세테이트 함량은 고온에서 우수한 혼화성을 허용함으로써, 혼합물의 동족성으로 인한 제어 및 용융 방사 공정을 용이하게 해줄 수 있다. 저온 (예컨대, 실온 또는 보통의 상업적 제조 온도) 에서, 폴리에틸렌-코-비닐 아세테이트는 파라핀계 탄화수소와 반-혼화성이기 때문에, 파라핀계 탄화수소의 마이크로-도메인 형성 및 분리를 허용한다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따라 다성분 섬유가 형성되어 감에 따라, 제 1 고분자 재료는 온도 조절 재료를 위한 캐리어 (carrier) 로서의 역할을 할 수 있다. 또한, 제 1 고분자 재료는 섬유 제조시에 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 의 일체성 (integrity) 의 유지를 용이하게 하여, 결과물인 다성분 섬유에 개선된 기계적 특성을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제 1 고분자 재료는 저분자량 고분자 (또는 저분자량 고분자의 혼합물) 를 포함할 수 있다. 저분자량 고분자는, 용융물을 형성하기 위하여 가열될 때, 통상 낮은 점도를 갖게 되는데, 낮은 점도는 용융물에서 온도 조절 재료의 분산을 용이하게 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 몇몇 고분자는 상이한 분자량을 갖는 다양한 형태로 제공될 수 있다. 여기서, "저분자량 고분자" 라 함은, 고분자 형태의 분자량이 작은 물질 (예컨대, 전술한 고분자 형태의 분자량이 낮은 물질) 을 말한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서 수평균분자량이 약 20,000 (이하) 인 폴리에틸렌은 저분자량 고분자로서 사용될 수 있다. 저분자량 고분자와 관련된 분자량 또는 분자량 범위는, 저분자량 고분자의 용융물에 온도 조절 재료를 분산시키기 위하여, 선택된 특정 고분자 (예컨대, 폴리에틸렌) 또는 사용된 장치 또는 방법에 달려있을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 1 고분자 재료는 저분자량 고분자와 고분자량 고분자의 혼합물을 포함할 수 있다. 고분자량 고분자는 통상 개선된 물리적 특성 (예컨대, 기계적 특성) 을 갖지만, 용융물을 형성하기 위하여 가열될 때 높은 점도를 가질 수 있다. 여기서, "고분자량 고분자" 라 함은, 고분자 형태의 분자량이 큰 물질 (예컨대, 전술한 고분자 형태의 분자량이 큰 물질) 을 말한다. 저분자량 고분자와 고분자량 고분자는 서로 양립가능하거나 섞일 수 있게, 또는 서로 친화도롤 가질 수 있게 선택될 수 있다. 이러한 친화도는 다성분 섬유의 제조시에 저분자량 고분자, 고분자량 고분자, 및 온도 조절 재료가 혼합되는 것을 용이하게 해주어, 궁극적으로 그 다성분 섬유에 상 변화 재료가 더욱 균일하게 또는 더욱 많은 양 또는 로딩 레벨로 포함될 수 있게 해준다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 저분자량 고분자는 고분자량 고분자와 온도 조절 재료 사이에서 양립화 연결자 (compatibilizing link) 의 역할을 함으로써, 다성분 섬유에 상 변화 재료가 포함되는 것을 용이하게 해준다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 기다란 부재는 통상 약 10 ~ 약 30 중량%의 온도 조절 재료를 포함하며, 기다란 부재의 잔부는 저분자량 고분자와 고분자량 고분자를 포함한다. 예를 들어, 바람직한 실시예에서, 기다란 부재는 15 중량%의 저분자량 고분자, 70 중량%의 고분자량 고분자, 및 15 중량%의 온도 조절 재료를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 제 2 고분자 재료는 다성분 섬유에 대하여 하나 이상의 소망하는 물리적 특성으로 제공하거나 그러한 특성을 갖는 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 를 포함할 수 있다. 소망하는 물리적 특성의 예에는, 기계적 특성 (예컨대, 연성, 인장강도, 및 경도), 열적 특성 (예컨대, 열성형성), 및 화학적 특성 (예컨대, 반응성) 이 포함된다. 제 2 고분자 재료는, 온도 조절 재료의 높은 로딩 레벨 등으로 인한, 제 1 고분자 재료 또는 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 의 결함 (defciency) 을 보상하기 위하여 선택된 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 를 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 제 2 고분자 재료는 다성분 섬유의 총괄적인 물리적 특성 (예컨대, 기계적 특성) 및 다성분 섬유의 가공성 (예컨대, 용융 방사법을 통해 용이하게 형성되도록) 을 개선하는 기능을 한다. 제 2 고분자 재료는 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 에 포함된 온도 조절 재료를 둘러싸는 역할을 할 수 있다. 따라서, 제 2 고분자 재료는 고온 또는 높은 전단의 섬유 제조에 최적화되지 않은 제 1 고분자 재료 또는 온도 조절 재료의 사용을 허용할 수 있다. 또한, 제 2 고분자 재료는 섬유 제조 또는 최종 사용시에 상 변화 재료가 새어나오거나 손실되는 것을 방지 또는 감소시킬 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 제 2 고분자 재료는 온도 조절 재료와 충분하게 반응하지 않음으로써, 온도 조절 재료의 소망하는 온도 안정화 범위가 유지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제 2 고분자 재료는 고분자량 고분자를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 고분자량 고분자는 통상 개선된 물리적 특성 (예컨대, 기계적 특성) 을 가지며, 분자량이 큰 고분자 형태 (예컨대, 전술한 분자량이 큰 고분자 형태) 가 되도록 선택될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 상 변화 재료의 손실 또는 누출을 방지 또는 감소시키기 위하여, 제 2 고분자 재료는, 우수한 가공성, 완성된 섬유에 부여되는 특성, 및 파라핀계 탄화수소 등의 특정 상 변화 재료에 대한 저항성으로 인하여, 부분적으로 폴리에스테르를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 폴리에스테르는 약 20,000 (이상) 의 수평균분자량을 가질 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 2 고분자 재료는, 약 8 ~ 약 1,500 g/10 min, 약 12 g/10 min, 약 18 g/10 min, 또는 약 30 g/10 min 의 멜트 인덱스를 갖는 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀을 포함할 수 있다.
이 시점에서, 당업자는 본 발명의 각종 실시예와 관련된 다수의 장점을 생각해 볼 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 각종 실시예에 따른 다성분 섬유는 개선된 열 조절 특성을 제공할 수 있는데, 이 개선된 열 조절 특성은 다성분 섬유가 예컨대 어패럴 또는 신발류에 포함되었을 때 개선된 편안함을 제공한다. 본 발명의 각종 실시예에 따른 다성분 섬유는 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 내에 1종 이상의 상 변화 재료를 높은 로딩 레벨로 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 제 2 기다란 부재 (즉, 제 2 군의 기다란 부재) 가 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 를 둘러싸기 때문에, 높은 로딩 레벨이 제공될 수 있다. 제 2 기다란 부재는 제 1 기다란 부재와 관련된, 예컨대 상 변화 재료의 높은 로딩 레벨 등으로 인한 결함 (예컨대, 기계적 또는 열적 결함) 을 보상하기 위하여 선택된 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 를 포함할 수 있다. 나아가, 제 2 기다란 부재는 섬유의 전체적인 물리적 특성 (예컨대, 기계적 특성) 및 섬유의 가공성 (예컨대, 용융 방사법을 통해 용이하게 형성되도록) 을 개선하기 위하여 선택된 고분자 (또는 고분자의 혼합물) 를 포함할 수 있다. 상 변화 재료의 손실 또는 누출을 방지 또는 감소시키기 위하여, 제 2 기다란 부재는 제 1 기다란 부재를 둘러쌈으로써 다성분 섬유 내에 상 변화 재료를 가두는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 각종 실시예에 따른 다성분 섬유는 실제로 제 2 기다란 부재 (즉, 제 2 군의 기다란 부재) 에 대하여 온도 조절 재료를 포함하는 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 를 포함하는 섬유의 총 중량의 비를 임의로 가질 수 있다. 예시적으로 (한정하는 것이 아님), 다성분 섬유의 열 조절 특성이 지배적 고려사항일 때, 다성분 섬유는 온도 조절 재료를 포함하는 제 1 기다란 부재를 큰 비율로 포함할 수 있다. 반면에, 다성분 섬유의 물리적 특성 (예컨대, 기계적 특성) 이 지배적 고려사항일 때, 다성분 섬유는 온도 조절 재료를 포함하지 않는 제 2 기다란 부재를 큰 비율로 포함할 수 있다. 대안으로, 다성분 섬유의 열 조절 및 물리적 특성을 동시에 충족시키고자 할 때, 제 2 기다란 부재는 동일하거나 상이한 온도 조절 재료를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 나아가, 전술한 바와 같이, 다성분 섬유는 단열 재료를 포함하는 것이 바람직할 수 있는데, 이 단열 재료는 다성분 섬유 내에 형성된 하나 이상의 내부 공동에 포함될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다성분 섬유는, 약 1 ~ 약 99 중량%의 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 를 포함할 수 있다. 전형적으로, 본 발명의 실시예에 따른 다성분 섬유는 약 10 ~ 약 90 중량%의 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 를 포함할 수 있다. 예를 들어, 코어/외장 섬유의 실시예는 90 중량%의 코어 부재와 10 중량%의 외장 부재를 포함할 수 있다. 이 실시예의 경우, 코어 부재는 60 중량%의 온도 조절 재료를 포함하여, 코어/외장 섬유가 54 중량%의 온도 조절 재료를 포함하게 할 수 있다. 코어/외장 섬유의 다른 실시예는 약 50 중량% 까지의 코어 부재를 포함할 수 있는데, 코어 부재는 약 50 중량% 까지의 온도 조절 재료를 포함할 수 있다. 이러한 중량%를 활용하는 것은, 코어/외장 섬유에 약 25 중량% 까지의 온도 조절 재료를 제공하여, 그 코어/외장 섬유에 효율적인 열 조절 및 기계적 특성을 제공한다. 다성분 섬유의 총 중량에 대한 기다란 부재의 중량%는, 예컨대 기다란 부재의 단면적을 조정하거나 기다란 부재가 신장되는 다성분 섬유의 길이를 조정함으로써 변화될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다성분 섬유는 약 2 J/g 이상, 예컨대 약 5 J/g 이상, 약 8 J/g 이상, 약 11 J/g 이상, 또는 약 14 J/g 이상의 잠열을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 다성분 섬유는 약 2 J/g ~ 약 20 J/g, 예컨대 약 5 J/g ~ 약 20 J/g, 약 8 J/g ~ 약 20 J/g, 약 11 J/g ~ 약 20 J/g, 또는 약 14 J/g ~ 약 20 J/g 의 잠열을 가질 수 있다.
본 발명의 각종 실시예에 따른 다성분 섬유는, 예컨대 용융 방사법 또는 용액 방사법 (습식 또는 건식) 등의 다양한 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 이들 방법의 경우, 다성분 섬유는 오리피스를 빠져나오는 섬유를 형성하기 위해서 방적돌기의 일군의 오리피스를 통해 재료를 압출시킴으로써 형성될 수 있다. 여기서, "방적돌기" 라 함은 하나 이상의 고분자 재료 및 1종 이상의 온도 조절 재료를 외부로 압출시키기 위하여 오리피스를 통해 전달하는 섬유 압출 장치의 일부를 지칭한다. 전형적인 방적돌기는 그 방적돌기의 미터당 1 ~ 500,000 개의 오리피스, 예컨대 1 ~ 5,000 개의 오리피스를 포함할 수 있다. 방적돌기는 플레이트를 관통하여 에칭 또는 드릴링된 구멍 또는 소망하는 섬유를 뽑아낼 수 있는 다른 구조로 실시될 수 있다.
용융 방사법에서, 다성분 섬유를 형성하는 1종 이상의 고분자 재료 및 1종 이상의 온도 조절 재료는 용융 상태로 방적돌기의 오리피스에 공급될 수 있다. 온도 조절 재료는, 오리피스를 통과하기 전에 제 1 고분자 재료와 혼합되어 혼합물을 형성할 수 있다. 혼합의 결과로서, 온도 조절 재료는 제 1 고분자 재료에 의해 적어도 부분적으로 포위되어 그 안에 분산될 수 있다. 제 1 고분자 재료에 의해 포위되지 않은 온도 조절 재료의 일부는 방적돌기로부터 나온 제 2 고분자 재료에 의해 포위됨으로써, 결과물인 다성분 섬유로부터의 온도 조절 재료의 손실 또는 누출을 방지 또는 감소시킬 수 있다. 혼합물 및 제 2 고분자 재료는 결합하여, 다양한 구조의 각 오리피스를 통과하여 각각 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 및 제 2 기다란 부재 (즉, 제 2 군의 기다란 부재) 를 형성하여, 결국 다성분 섬유가 형성된다. 예를 들어, 혼합물은 오리피스를 통과하여 코어/외장 섬유의 코어 부재 또는 섬-바다 섬유의 섬 부재를 형성하며, 제 2 고분자 재료는 오리피스를 통과하여 코어/외장 섬유의 외장 부재 또는 섬-바다 섬유의 바다 부재를 형성한다. 몇몇 예에서, 결과물인 다성분 섬유 내에 하나 이상의 내부 공동을 형성하기 위하여, 혼합물 및 제 2 고분자 재료는 합쳐져서 각각 오리피스를 통과하는데, 하나 이상의 내부 공동은 공기 등의 단열 재료를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 다성분 섬유는 제 1 고분자 재료 및 온도 조절 재료를 포함하는 펠릿 (pellet) 을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 펠릿은 온도 조절 재료, 저분자량 고분자, 및 고분자량 고분자의 응고된 용융 혼합물을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 펠릿은 제 1 고분자 재료로 형성될 수 있으며, 또 펠릿에는 상 변화 재료가 흡수되거나 함침될 수 있다. 펠릿은 용융되어 혼합물을 형성하고, 전술한 바와 같이 다성분 섬유를 형성하기 위하여 제 2 고분자 재료와 함께 처리될 수 있다.
용액 방사법에서, 다성분 섬유를 형성하는 1종 이상의 고분자 재료 및 1종 이상의 온도 조절 재료는 방적돌기의 오리피스를 통과하기 전에 용매에 해리될 수 있다. 습식 방사법에서, 방적돌기는 화학적 욕 (chemical bath) 에 침지되어, 재료가 방적돌기를 빠져나갈 때 액체 상태에서 응축됨으로써 고체 섬유를 형성할 수 있다. 건식 방사법에서, 재료는 공기중에서 방적돌기로부터 나오게 되는데, 공기 중으로 기화한 용매 (예컨대, 아세톤) 로 인해 응고할 수 있다.
이 두 공정의 경우, 제 1 고분자 재료는 특정 적용 분야에서는 사용될 필요가 없다. 예를 들어, 온도 조절 재료는 소망하는 천이 온도를 가지며 다성분 섬유에 포함되었을 때 적절한 기계적 특성을 제공하는 고분자 상 변화 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 온도 조절 재료 및 제 2 고분자 재료는 결합하여, 다양한 구조의 각 오리피스를 통과하여 각각 제 1 기다란 부재 (즉, 제 1 군의 기다란 부재) 및 제 2 기다란 부재 (즉, 제 2 군의 기다란 부재) 를 형성할 수 있다. 예를 들어, 온도 조절 재료는 오리피스를 통과하여 코어/외장 섬유의 코어 부재 또는 섬-바다 섬유의 섬 부재를 형성하며, 제 2 고분자 재료는 오리피스를 통과하여 코어/외장 섬유의 외장 부재 또는 섬-바다 섬유의 바다 부재를 형성한다.
다성분 섬유는 방적돌기로부터 나온 후에 고데트 (godet) 또는 흡입기 (aspirator) 를 사용하여 연신되거나 당겨질 수 있다. 예를 들어, 용융 방사 공정에서 방적돌기로부터 나온 다성분 섬유는, 하방으로 이동하는 섬유의 수직방향으로 배치된 커튼을 형성할 수 있으며, 방적돌기 아래쪽에 위치한 기다란 슬롯 형태의 공기 흡입기에 들어가기 전에 적어도 부분적으로 냉각된다. 흡입기는 하나 이상의 공기 흡입 제트 (air aspirating jet) 로부터 온 압축 공기에 의해 생성된 하방으로 빠르게 이동하는 공기 스트림을 제공할 수 있다. 이 공기 스트림은 섬유에 신장력 (drawing force) 을 형성하여, 그 섬유가 방적돌기와 공기 제트 사이에서 신장되게 함으로써, 섬유를 가늘게 할 수 있다. 당업자라면 알다시피, 용융 방사법은, 예컨대 섬유를 가늘게 하는데 사용되는 공기의 체적 및 온도, 및 섬유가 가늘어지는 장소에 따라, 멜트-블로운법 (melt-blown process) 또는 부직포 성형법 (spunbond process) 으로 분류될 수 있다. 부직포 성형법과 비교하여, 멜트-블로운법은 통상 섬유를 가늘게 하기 위하여 더 높은 온도에서 더 큰 체적의 공기를 사용한다. 또한, 부직포 성형법과 비교하여, 멜트-블로운법은 통상 방적돌기에 가까울수록 힘을 약하게 하여, 결과물인 섬유를 형성하는 고분자 재료가 여전히 응고과정에 있을 수 있다.
다성분 섬유는 일단 형성되면 다양한 섬유의 응용을 위하여 더욱 처리될 수 있다. 특히, 다성분 섬유는, 예시적으로 (한정하는 것은 아님) 직, 부직, 편직, 또는 직조 공정에 의해 각종 프레이트 (plaited), 브레이드 (braided), 트위스트 (twisted), 펠트 (felted), 편직, 직, 또는 부직물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 다성분 섬유는 보빈에 권취되거나 실 (yarn) 로 방적 (spun) 된 후, 다양한 종래의 편직 또는 직조 공정에 활용될 수 있다. 또 다른 예로서, 다성분 섬유는 섬유의 연속적인 부직포 웨브를 형성하기 위하여 성형 표면 (예컨대, Fourdrinier 와이어 등의 이동하는 컨베이어 스크린 벨트) 에 임의적으로 놓일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 다성분 섬유는 웨브를 형성하기 전에 짧은 스테이플 섬유 (staple fiber) 로 절단될 수 있다. 스테이플 섬유를 사용하는 잠재적인 장점은, 스테이플 섬유가 길거나 절단되지 않은 섬유 (예컨대, 연속하는 섬유) 에 비하여 더욱 임의적으로 웨브에 배향될 수 있기 때문에, 더욱 등방성인 부직포 웨브가 형성될 수 있다는 점이다. 그리고, 각종 텍스타일의 제작에 사용하기 위하여 안정한 부직물을 형성하기 위하여, 웨브는 종래의 연결 법에 의해 연결될 수 있다. 연결법의 예로는, 이동하는 스크린 벨트에서 웨브를 들어올려, 그 웨브를 가열된 2개의 캘린더 롤 (calender roll) 을 통하여 통과시키는 것이 있다. 소망한다면, 하나 이상의 롤을 엠보싱처리하여 웨브가 다수의 지점에서 연결되게 할 수 있다. 또한, 공기-카드 또는 스펀-레이드 웨브 (air-carded or spun-laid web) 는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 다성분 섬유로 형성될 수도 있다. 추가적인 예로서, 멜트-블로운법에 따라 형성된 다성분 섬유는 부직포 성형법에 따라 형성된 섬유의 2개 층 사이에 위치한 중간층을 형성하여, 섬유의 부직포 적층체를 형성할 수 있다. 부직포 성형법에 따라 형성된 섬유는 연신되어 개선된 기계적 특성을 제공하는 더 큰 데니어 섬유를 포함하는 반면, 멜트-블로운법에 따라 형성된 섬유는 연신되지 않고 개선된 커버리지 (coverage) 및 열 조절 특성을 제공하는 더 작은 데니어 섬유를 포함할 수 있다. 부직포 적층체는 종래의 임의의 연결법을 사용하여 연결됨으로써 부직포-멜트-블로운-부직포 ("SMS") 직물을 형성할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 직물은, 약 2 J/g 이상의 잠열, 예컨대 약 5 J/g 이상, 약 8 J/g 이상, 약 11 J/g 이상, 또는 약 14 J/g 이상의 잠열을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 직물은 약 2 J/g ~ 약 20 J/g, 예컨대 약 5 J/g ~ 약 20 J/g, 약 8 J/g ~ 약 20 J/g, 약 11 J/g ~ 약 20 J/g, 또는 약 14 J/g ~ 약 20 J/g 의 잠열을 가질 수 있다.
직물은 2종 이상의 상이한 온도 조절 재료를 포함하는 다성분 섬유로 형성될 수도 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 온도 조절 재료의 이러한 조합은 2개 이상의 확연한 천이 온도를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 장갑의 제조에 사용되는 직물은 상 변화 재료 (A 및 B) 를 포함하는 다성분 섬유로 형성될 수 있다. 상 변화 재료 (A) 는 약 5 ℃ 의 용융점을 가지며, 상 변화 재료 (B) 는 약 75 ℃ 의 용융점을 가질 수 있다. 다성분 섬유에서 상 변화 재료의 이러한 조합은, 냉한 환경 (예컨대, 겨울철의 실외 사용) 은 물론 온화한 환경 (예컨대, 오븐 트레이 등의 가열된 물건의 취급) 에서도 글러브에 개선된 열 조절 특성을 제공할 수 있다. 또한, 직물은 어느 정도 상이한 2종 이상의 다성분 섬유 (예컨대, 상이한 구조 또는 상이한 온도 조절 재료를 포함하여 형성된) 로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 직물의 일부는 제 1 온도 조절 재료를 포함하는 코어/외장 섬유로 형성되며, 잔부는 제 2 온도 조절 재료를 포함하는 코어/외장 섬유로 형성될 수 있다. 코어/외장 섬유의 이러한 조합은 다양한 환경에서 (예컨대, 냉하거나 온화한) 직물에 개선된 열 조절 특성을 제공할 수 있다.
도 6 에는, 본 발명의 실시예에 따른 다성분 섬유 (134) 를 형성하기 위한 섬유 압출 장치 (110) 가 도시되어 있다. 이 장치 (110) 는 용융 방사법을 통해 다성분 섬유 (134) 를 형성하는데 사용될 수 있다. 또한, 이 장치 (110) 는 형성된 다성분 섬유 (134) 를 부직포 성형법으로 처리하여, 소망하는 열 조절 특성을 갖는 부직포 직물을 제작하는 데에도 사용될 수 있다.
이 장치 (110) 는 다성분 섬유 (134) 를 압출 및 형성하기 위한 스핀 팩 (128) 을 포함한다. 여기서, "스핀 팩" 이라 함은, 압출 섬유를 제작하기 위하여 1종 이상의 고분자 재료 및 1종 이상의 온도 조절 재료를 처리하기 위한 조립체를 말한다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 스핀 팩은 여과 시스템, 분배 시스템, 및 방적돌기를 포함할 수 있다. 스핀 팩의 예는 Hills 에게 허여된 미국특허 5,162,074 ("Method of Making Plural Component Fiber") 및 이 문헌의 참고문헌에 기재되어 있으며, 그 내용 전체는 본원에 참조로 관련되어 있다. 이 실시예에서, 스핀 팩 (128) 은 2종 이상의 용융 고분자 재료를 위한 유로를 제공하며, 다성분 섬유 (134) 는 하나 이상의 구조 (예컨대, 코어/외장 또는 섬-바다 구조) 를 갖는 방적돌기 (130) 로부터 나올 수 있다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 이 장치 (110) 는 고분자 재료 (A) 및 고분자 재료 (B) 를 각각 수용하는 호퍼 (112, 114) 를 포함한다. 고분자 재료 (A 및 B) 는 액체 또는 고체 (예컨대, 펠릿으로서) 형태로 제공되어, 각각 호퍼 (112, 114) 로부터 스크류 압출기 (116, 118) 안으로 공급된다. 초기에 고체 형태로 공급된다면, 고분자 재료 (A 및 B) 는 통상 가열 파이프 (120, 122) 를 지나감에 따라 용융된다. 장치 (110) 를 따른 하나 이상의 지점에서 온도 조절 재료 (C) 가 첨가되어 고분자 재료 (B) 와 혼합됨으로써, 방적돌기 (130) 에서 고분자 재료 (A) 와 만나기 전에 혼합물을 형성할 수 있다. 도 6 에는, 장치 (11) 에서 고분자 재료 (B) 에 온도 조절 재료 (C) 를 첨가하는 다양한 위치가 나타나있다. 예를 들어, 온도 조절 재료 (C) 는 위치 (113) 에서 호퍼 (114) 에, 위치 (119) 에서 스크류 압출기 (118) 에, 또는 위치 (127) 에서 스핀 팩 (128) 에 첨가될 수 있다. 온도 조절 재료 (C) 는 고분자 재료 (B) 에 첨가되어 혼합물을 형성하며, 이 혼합물이 액체 또는 고체 (예컨대, 펠릿으로서) 형태로 제공되어, 호퍼 (114) 안으로 공급될 수 있다. 대안으로, 또는 이와 관련하여, 온도 조절 재료 (C)(또는 약간 상이한 특성을 갖는 다른 온도 조절 재료) 는 장치 (110) 를 따른 하나 이상의 지점에서 첨가되어 고분자 재료 (A) 와 혼합될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 온도 조절 재료 (C) 는 다성분 섬유 (134) 에 혼입되면 적절한 기계적 특성을 제공하는 고분자 상 변화 재료를 포함할 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예의 경우, 고분자 재료 (B) 는 생략될 수 있으며, 온도 조절 재료 (C) 는 위치 (113) 에서 호퍼 (114) 에 단순하게 첨가되어 방적돌기 (130) 에서 고분자 재료 (A) 와 합쳐짐으로써, 다성분 섬유 (134) 를 형성할 수 있다.
도 6 에 도시된 본 발명의 실시예에서, 온도 조절 재료 (C) 를 고분자 재료 (B) 와 혼합하는 것은 정적 (static) 또는 동적 (dynamic) 인 방식으로 또는 두 방식 모두로 달성될 수 있다. 동적 혼합은, 예컨대 스크류 압출기 (118) 등을 사용하여 온도 조절 재료 (C) 를 고분자 재료 (B) 와 효과적으로 교반 및 혼합하여 혼합물을 형성하는 임의의 기계적 방법으로 실시될 수 있다. 예를 들어, 온도 조절 재료 (C) 가 호퍼 (114) 또는 스크류 압출기 (118) 에 첨가되면, 동적으로 혼합되어, 혼합물의 액체 스트림이 가열 파이프 (122) 를 향해 스크류 압출기 (118) 안에서 이동한다.
동적 혼합과는 대조적으로, 정적 혼합은 통상 어떠한 기계적 교반 또는 혼합 방법도 사용할 필요가 없다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 정적 혼합은 상이한 재료의 이동하는 2 이상의 가스 스트림의 경로를 소망하는 혼합을 달성하기 에 충분한 횟수로 교차 (intersecting) 함으로써 얻어질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 사용될 수 있는 정적 혼합기의 예는, Haggard 등에게 허여된 미국특허 5,851,562 "Instant Mixer Spin Pack" 에 개시되어 있으며, 그 내용 전체는 본원에 참조로 관련되어 있다. 온도 조절 재료 (C) 는 방적돌기 (130) 에서 고분자 재료 (A) 와 합쳐지기 전에, 스핀 팩 (128) 내에서 또는 장치 (110) 내의 여러 다른 위치에서 고분자 재료 (B) 와 정적으로 혼합될 수 있다. 예를 들어, 온도 조절 재료 (C) 는 위치 (121) 에서 첨가되어, 가열 파이프 (122) 내에서 이동함에 따라 고분자 재료 (B) 와 정적으로 혼합될 수 있다. 특히, 온도 조절 재료 (C) 의 제 1 액체 스트림은 고분자 재료 (B) 의 제 2 액체 스트림과 교차람으로써 결과물인 액체 스트림의 소망하는 혼합물을 형성할 수 있다. 소망한다면, 결과물인 액체 스트림은 방적돌기 (130) 에서 고분자 재료 (A) 와 합쳐지기 전에 정적 또는 동적으로, 또는 정적 및 동적으로 더욱 혼합될 수 있다.
도 6 을 참조하면, 혼합물 및 고분자 재료 (A) 의 액체 스트림은 각각 가열 파이프 (120, 122) 를 통해 계량 펌프 (124, 126) 으로 유동하는데, 이 계량 펌프는 2종의 액체 스트림을 스핀 팩 (128) 에 공급한다. 스핀 팩 (128) 은 소망하는 구조 (예컨대, 코어/외장 또는 섬-바다 구조) 를 갖는 다성분 섬유 (134) 를 형성할 수 있는 적절한 내부 요소를 갖는다. 도 6 의 장치 (110) 에서, 액체 스트림은 스핀 팩 (128) 에서 합쳐져 고분자 재료 (A) 가 혼합물을 둘러싸게 된다. 스핀 팩 (128) 은 오리피스 (132) 를 구비한 방적돌기 (130) 를 포함하는데, 오리피스를 통해 압출된 다성분 섬유 (134) 가 형성된다. 일련의 다성분 섬유 (134) 가 방적돌기 (130) 를 빠져나와 흡입기 (136) 에 의해 하방으로 당겨져 가늘어진다. 흡입기 (136) 에는 파이프 (138) 로부터 압축 공기 또는 증기가 공급된다. 흡입기 (136) 는, 예컨대 총형 (gun type) 또는 슬롯형이 될 수 있으며, 소망한다면, 예컨대 다성분 섬유 (134) 로 형성될 웨브의 폭에 대응하는 방향으로 섬유 배열체의 전체 폭을 가로질러 연장될 수 있다.
일군의 개별 혼합물 (separate blend) 이 형성될 수 있는데, 각 혼합물은 1종 이상의 온도 조절 재료와 1종 이상의 고분자 재료를 포함한다. 개별 혼합물은 서로 어느 정도 상이할 수 있다. 예를 들어, 개별 혼합물은 상이한 온도 조절 재료 또는 상이한 고분자 재료를 포함할 수 있다. 개별 혼합물은 일단 형성되면 스핀 팩 (128) 에서 고분자 재료 (A) 와 합쳐지고, 고분자 재료 (A) 는 일군의 개별 혼합물을 둘러싼다. 그런 후, 개별 혼합물 및 고분자 재료 (A) 는 방적돌기 (130) 로부터 압출되어, 소망하는 구조 (예컨대, 섬-바다 구조) 를 갖는 다성분 섬유를 형성한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 외측 부재 (예컨대, 바다 부재) 는 고분자 재료 (A) 로 형성되어, 일군의 개별 혼합물로 형성된 일군의 내측 부재 (예컨대, 섬 부재) 를 둘러쌀 수 있다.
도 6 을 참조하면, 흡입기 (136) 는 롤 (144, 146, 150) 에 의해 구동 및 지지되는 웨브 형성 스크린 벨트 (142) 상에 가늘어진 다성분 섬유 (140) 를 공급한다. 스크린 벨트 (142) 를 통해 주변 공기를 끌어와서 상기 가늘어진 다성분 섬유 (140) 를 스크린 벨트 (142) 상에서 부직포 웨브로 형성기 위하여, 흡입 상자 (148) 가 팬 (미도시) 에 연결될 수 있다. 결과물인 부직포 웨브는 더 처리되어 직물, 어패럴, 또는 열 조절 특성이 부여된 기타 제품으로 형성될 수 있다.
예
이하의 예는 당업자에게 설명하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예의 구체적 양태를 설명한다. 이 예는 본 발명을 제한하는 것이 아니며, 오직 본 발명의 몇몇 실시예의 이해 및 실시에 유용한 구체적인 방법론을 제공하기 위함이다.
예 1
약 5 파운드의 저분자량 폴리에틸렌 단중합체 (AC-16 폴리에틸렌, 적점 (drop point) 102 ℃, Honeywell Specialty Chemical 제조) 를 습식 플러싱 장치에 첨가하고, 그 단중합체를 약 110 ℃ ~ 약 130 ℃ 에서 서서히 용융 및 혼합하였다. 그 단중합체가 용융되면, 약 8 파운드의 습식 케이크를 약 30분간 용융 단중합체에 서서히 첨가하여 제 1 혼합물을 형성하였다. 습식 케이크는 상 변화 재료를 포함하는 물-습식 마이크로캡슐을 포함하였다 (마이크로 PCM lot #M 45-22, 63.2 중량%의 마이크로캡슐 및 상 변화 재료, Microtek Laboratories Inc. 제조).
상 변화 재료를 포함하는 마이크로캡슐이 첨가되어 용융 단중합체에 분산됨에 따라 물을 플래싱 (flashed off) 하였다. 약 0.15 중량% 미만 (Karl-Fischer 적정법으로 측정) 의 물이 남을 때까지 혼합을 계속하였다. 결과물인 제 1 혼합물을 냉각하고 절단하여 (chopped) 추가적 처리를 위한 촙트 재료 (chopped material) 를 형성하였다.
약 30 파운드의 촙트 재료를 약 70 파운드의 섬유-등급 폴리프로필렌 열가소성 고분자 (폴리프로필렌 단중합체 6852, BP Amoco Polymer 제조) 와 건식 혼합함으로써 건조 혼합물을 형성하였다.
결과물인 건조 혼합물을 모든 영역이 약 230 ℃ 로 설정된 2 1/2 인치 단일 스크류 압출기를 사용하였으며, 이때 상기 압출기는 스크류 속도가 약 70 rpm 이고, 150 메시 필터 스크린 (mesh filter screen) 을 가지며, 질소 퍼지가 실행되었다. 이렇게, 펠릿을 형성하였다. 이 펠릿을 105 ℃ 및 -40 ℃ 의 노점에서 건조제 베드 고분자 펠릿 건조 시스템에서 밤새 건조하였다. 이 펠릿은 시차주사열량계법 ("DSC") 으로 측정하였을 때 23.1 J/g 의 열에너지 저장 능력 (즉, 잠열) 을 가졌다.
다성분 섬유 (여기서는, 이성분 섬유) 를 약 230 ℃ ~ 245 ℃ 에서 이성분 섬유 스핀 팩을 사용하여 용융 방사하였다. 이러한 일반적 형태의 스핀 팩은 Hills 에게 허여된 미국특허 5,162,074, "Method of Making Plural Component Fibers" 에 설명되어 있다. 이 펠릿을 사용하여 코어 부재를 형성하고, 폴리프로필렌 또는 나일론을 사용하여 외장 부재를 형성하였다.
다양한 코어/외장 비율을 갖고 고분자 재료로 형성된 다성분 섬유가 얻어졌다. 도 7 을 참조하면, 얻어진 6종의 코어/외장 섬유의 여러 특성 및 제조 파라미터가 나타나 있다. 이들 섬유는 모두 상 변화 재료 및 이 상 변화 재료를 포함하는 마이크로캡슐 ("mPCM") 을 포함하고 있으며, 이 마이크로캡슐은 각 섬유의 코어 부재의 약 15 중량%와, 또한 각 섬유의 총 중량의 약 7.5 ~ 약 11.25 중량%를 차지한다. 시료 1, 2 및 3 은 폴리프로필렌 ("PP") 을 포함하는 외장 부재를 가지며, 이 폴리프로필렌은 BP Amoco Polymer 에서 제조한 폴리프로필렌 단중합체이다. 시료 4, 5 및 6 은 나일론 6 을 포함하는 외장 부재를 가지며, 이 나일론 6 은 BASF Corp.에서 Ultramic B 라는 상품명으로 제조되었다.
예 2
침지 (soaking) 및 가열하여, 다양한 폴리에틸렌-코-비닐 아세테이트 ("EVA") 펠릿에 K19 파라핀 왁스 (용융점 29 ℃, 잠열 150 J/g, 펜실베니아주 bradford 소재, American Refining Group 제조) 를 흡수시켜 그 펠릿을 팽창시켰다. 특히, Elvax 350 (멜트 인덱스 19, 25 중량%의 비닐 아세테이트, DuPont Inc. 제조) 및 Elvax 450 (멜트 인덱스 8, 18 중량%의 비닐 아세테이트, DuPont Inc. 제조) 펠릿을 다양한 시간 및 온도로 가열하였다. 드레인 탱크 (drain tank) 에서 잔여 파라핀 왁스로부터 이 펠릿을 여과분리하였고, 펠릿에 흡수된 파라핀 왁스의 양을 초기 및 최종 펠릿 중량으로부터 산출하였다 (즉, 조기 펠릿 중량에 대하여 증가한 중량%). 표 4 에는 각종 조건하에서 얻어진 결과가 나타나 있다.

EVA 종류
흡수 시간
(시간)
흡수 온도
(℃)
흡수된 왁스
(%)
비고

Elvax 450
1.0
50
16
드레인 탱크에 점착.
다음날 더욱 드레인 됨.

Elvax 450
1.0
40
16
드레인 탱크에 점착.
다음날 더욱 드레인 됨.

Elvax 450
1.0
80
용융됨.

Elvax 450
1.0
55
16
드레인 탱크에 점착.
다음날 더욱 드레인 됨.

Elvax 450
3.0
55
32
드레인 탱크에 점착.
다음날 더욱 드레인 됨.

Elvax 450
2.0
55
26
드레인 탱크에 점착.
다음날 더욱 드레인 됨.

Elvax 450
1.0
60
43
드레인 탱크에 점착.
다음날 더욱 드레인 됨.

Elvax 450
2.0
60
43
드레인 탱크에 점착.
다음날 더욱 드레인 됨.

Elvax 450
5.0
60
44
드레인 탱크에 점착.
다음날 더욱 드레인 됨.

Elvax 450
3.0
60
39
드레인 탱크에 점착.
다음날 더욱 드레인 됨.

Elvax 350
2.0
40
31
드레인 탱크에서 건조.
건조상태 유지. 약간 점착.

Elvax 350
3.5
40
38
드레인 탱크에서 건조.
건조상태 유지. 약간 점착.

Elvax 350
2.5
45
48
드레인 탱크에서 건조.
건조상태 유지. 약간 점착.

Elvax 350
2.0
40
20
드레인 탱크에서 건조.
건조상태 유지. 약간 점착.

Elvax 350
2.0
40
20
드레인 탱크에서 건조.
건조상태 유지. 약간 점착.
전술한 일부 펠릿을 사용하여 표준 Hills Inc. 의 이성분 섬유 스핀 팩으로 코어/외장 섬유를 제조하여 코어 부재를 형성하였다. 특히, 26 %의 왁스가 흡수된 Elvax 450 펠릿이 또는 31 %의 왁스가 흡수된 Elvax 350 펠릿을 사용하여 코어 부재를 형성하였다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (Eastman F61HC, 테네시주 Kingsport 소재, Eastman Chemical, Inc 제조)("PET") 또는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 (Corterra 509210, 텍사스주 Houston 소재, Shell Chemical Corp. 제조)("PTT") 를 사용하여 외장 부재를 형성하였다.
Perkin Elmer Pyris 1 장치를 사용하여 코어/외장 섬유의 DSC 측정을 하였다. FTS System Intercooler 1 을 사용하여 냉각하고, Perkin Elmer Pyris Thermal Analysis System 및 윈도우용 소프트웨어 (버전 3.72) 를 사용하여 데이터를 분석하였다. Perkin Elmer 에서 제조된 밀봉된 (hermetically sealed) 알루미늄 시료 팬 (pan) 에서 시험 시료를 준비하여, 그 시험 시료에 연속적으로 N2 유동을 가하면서 시험을 하였다.
시험 조건은, 1) 약 -10 ℃ 로 시험 시료를 냉각하고, 2) -10 ℃ 에서 약 1분간 등온을 유지하고, 3) 약 5 ℃/min 의 속도로 -10 ℃ 에서 약 50 ℃ 까지 가열하고, 4) 50 ℃ 에서 약 1분간 등온을 유지하고, 그리고 5) 약 5 ℃/min 의 속도로 50 ℃ 에서 약 -10 ℃ 까지 냉각하는 것이었다. 파라핀 왁스의 측정된 결정화 발열을 피크의 자동 기계 적분 (automatic machine integration) 을 사용하여 결과를 산출하였다. 표 5 에 코어/외장 섬유의 다양한 특성이 나타나 있다.

외장 부재
코어 부재
잠열 (J/g)
데니어/필라멘트
점성(tenacity)
(g/d)
연신률
(%)

PTT
26%의 왁스가 흡수된 Elvax 450
12.3
4.4
2.2
35

PET
31%의 왁스가 흡수된 Elvax 350
6.9
3.7
2.8
30

PET
31%의 왁스가 흡수된 Elvax 350
8.4
34.5
1.43
57
예 3
폴리프로필렌을 사용하여 코어/외장 섬유를 형성하였다. 이들 코어/외장 섬유는 12 J/g 의 잠열을 갖도록 상 변화 재료를 포함하였고, 12 J/g 의 잠열을 갖는 100 % 플리스 제품 ("PP Outlast") 으로 짜여졌다. 표 6 에 제어 플리스 제품 ("PP Control") 과 비교한 PP Outlast의 특성이 나타나 있는데, 상기 제어 플리스 제품은 상 변화 재료가 없는 폴리프로필렌 섬유로 형성되었다.
Hittle 등에게 허여된 미국특허 6,408,256 "Apparatus and Method for Thermal Evaluation of any Thin Material," 및 미국재료시험협회 ("ASTM") D7024-04-Standard Test Method for Steady State and Dynamic Thermal Performance of Textile Materials 에 기재된 바와 같이 PP Outlast 및 PP Control의 동적 열 측정을 하였으며, 상기 문헌의 전체 내용은 본원에 참조로 관련되어 있다. 표 6 에, 열 저항값 ("R 값") 및 최대 온도와 최소 온도의 차 ("온도 진폭") 를 포함하는 각종 결과 및 설정치가 나타나 있다. 도 8 에, PP Outlast 및 PP Control과 관련된 온도값이 시간에 따른 함수로 도시되어 있다. 표 6 및 도 8 을 참조해보면, PP Outlast는 PP Control과 비교할 때, 1.8 ℃ 의 감소된 온도 진폭을 보임을 알 수 있다.

시료



PP Outlast

PP Control
직물 특성

잠열 직물중량
(J/g) (g/㎡)

12.0 298

0 239
측정 설정치

가해진 플럭스 사이클
로프트 (W/㎡) 시간

100g 100±50 726

100g 100±50 726
결과

R 값 온도진폭 ΔT
(℃) (℃)

0.17 11.2
1.8
0.16 13.0
예 4
폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하여 코어/외장 섬유를 형성하였다. 이들 코어/외장 섬유는 7.1 J/g 의 잠열을 갖도록 상 변화 재료를 포함하였고, 저융점 바인더 (low melting binder) 를 사용하여 형성된 섬유와 80 / 20 으로 혼합, 로프트 및 가열되어 5.7 J/g 의 잠열을 갖는 로프트 부직 단열 제품 ("폴리에스테르 Nonwoven") 을 형성하였다. 표 7 에 제어 제품 ("Control") 과 비교한 폴리에스테르 Nonwoven의 다양한 특성이 나타나 있는데, 제어 제품은 상 변화 재료가 없는 섬유로 형성되었다.
예 3 에 설명된 바와 같이, 폴리에스테르 Nonwoven 및 Control의 동적 열 측정을 하였다. 표 7 에, 열 저항값 ("R 값") 및 최대 온도와 최소 온도의 차 ("온도 진폭") 를 포함하는 각종 결과 및 설정치가 나타나 있다. 도 9 에, 폴리에스테르 부직포 및 제어와 관련된 온도값이 시간에 따른 함수로 도시되어 있다. 표 7 및 도 9 를 참조해보면, 폴리에스테르 Nonwoven은 Control과 비교할 때, 0.87 ℃ 의 감소된 온도 진폭을 보임을 알 수 있다.

시료



폴리에스테르
Nonwoven

Control
직물 특성

잠열 직물중량
(J/g) (g/㎡)

5.7 294

0 310
측정 설정치

가해진 플럭스 사이클
로프트 (W/㎡) 시간

0 50±25 726

0 50±25 726
결과

R 값 온도진폭 ΔT
(℃) (℃)

0.22 8.80
0.87
0.24 9.67
예 5
폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하여 코어/외장 섬유를 형성하였다. 이들 코어/외장 섬유는 8.9 J/g 의 잠열을 갖도록 상 변화 재료를 포함하였고, 카드 (carded) 및 니들 펀칭 (needle punched) 되어 8.9 J/g 의 잠열을 갖는 니들 펀칭 부직포 단열 제품 ("니들펀치 NW") 을 형성하였다. 표 8 에 제어 제품 ("Control") 과 비교한 니들펀치 NW의 다양한 특성이 나타나 있는데, 제어 제품은 상 변화 재료가 없는 섬유로 형성되었다.
예 3 에 설명된 바와 같이, 니들펀치 NW 및 Control의 동적 열 측정을 하였다. 표 8 에, 열 저항값 ("R 값") 및 최대 온도와 최소 온도의 차 ("온도 진폭") 를 포함하는 각종 결과 및 설정치가 나타나 있다. 도 10 에, 니들펀치 NW 및 Control과 관련된 온도 값이 시간에 따른 함수로 도시되어 있다. 표 8 및 도 10 을 참조해보면, 니들펀치 NW는 Control과 비교할 때, 1.40 ℃ 의 감소된 온도 진폭을 보임을 알 수 있다.

시료




니들펀치 NW

Control
직물 특성

잠열 직물중량
(J/g) (g/㎡)

8.9 170

0 150
측정 설정치

가해진 플럭스 사이클
로프트 (W/㎡) 시간

120 50±25 726

120 50±25 726
결과

R 값 온도진폭 ΔT
(℃) (℃)

0.24 8.60
1.40
0.26 10.00
예 6
폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하여 코어/외장 섬유를 형성하였다. 이들 코어/외장 섬유는 상 변화 재료를 포함하며, 이 코어/외장 섬유를 사용하여 2.3 J/g 의 잠열을 갖는 실 (yarn)(160 데니어 / 72 필라멘트) 을 형성하였다. 그 실을 단일-말단 편직 (single-end knitted) 하여 2.3 J/g 의 잠열을 갖는 직물 ("PET 편직") 을 형성하였다. 또한, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 사용하여 코어/외장 섬유를 형성하였다. 이들 코어/외장 섬유는 상 변화 재료를 포함하며, 이 코어/외장 섬유를 사용하여 10.1 J/g 의 잠열을 갖는 실 (yarn)(150 데니어 / 36 필라멘트) 을 형성하였다. 그 실을 단일-말단 편직하여 10.1 J/g 의 잠열을 갖는 직물 ("PTT 편직") 을 형성하였다. 표 9 에, 제어 제품 ("PET Control") 과 비교한 PET 편직 및 PTT 편직의 다양한 특성이 나타나 있는데, 제어 제품은 상 변화 재료가 없는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필라멘트사 (60 데니어 / 50 필라멘트) 로 형성되었다.
예 3 에 설명된 바와 같이, PET 편직, PTT 편직 및 PET Control의 동적 열 측정을 하였다. 표 9 에, 열 저항값 ("R 값") 및 최대 온도와 최소 온도의 차 ("온도 진폭") 를 포함하는 각종 결과 및 설정치가 나타나 있다. 도 11 에, PET 편직, PTT 편직 및 PET Control과 관련된 온도 값이 시간에 따른 함수로 도시되어 있다. 표 9 및 도 11 을 참조함으로써, PET 편직은 PET Control과 비교할 때 1.00 ℃ 의 감소된 온도 진폭을 보이며, PTT 편직은 PET Control과 비교할 때 2.40 ℃ 의 감소된 온도 진폭을 보임을 알 수 있다.

시료




PET 편직

PTT 편직

PET Control
직물 특성

잠열 직물중량
(J/g) (g/㎡)

2.3 N/A

10.1 N/A

0 N/A
측정 설정치

가해진 플럭스 사이클
로프트 (W/㎡) 시간

210 50±25 363

210 50±25 363

210 50±25 363
결과

R 값 온도진폭 ΔT
(℃) (℃)

0.24 5.32
1.00
0.26 3.92
2.40
0.24 6.32
예 7
폴리부틸렌 테레프탈레이트를 사용하여 코어/외장 섬유를 형성하였다. 일군의 코어/외장 섬유는 상 변화 재료를 포함하며, 이 코어/외장 섬유를 사용하여 12.9 J/g 의 잠열을 갖는 실 (yarn) 을 형성하였다. 그 실을 단일-말단 편직하여 12.9 J/g 의 잠열을 갖는 직물 ("#2 PBT 편직") 을 형성하였다. 다른 일군의 코어/외장 섬유 또한 상 변화 재료를 포함하며, 이 코어/외장 섬유를 사용하여 19.9 J/g 의 잠열을 갖는 실 (yarn) 을 형성하였다. 그 실을 단일-말단 편직하여 19.9 J/g 의 잠열을 갖는 직물 ("#3 PBT 편직") 을 형성하였다. 표 10 에, 제어 제품 ("PET Control") 과 비교한 #2 PBT 편직 및 #3 PBT 편직의 다양한 특성이 나타나 있는데, 제어 제품은 상 변화 재료가 없는 폴리에틸렌 테레프탈레이트사로 형성되었다.
예 3 에 설명된 바와 같이, #2 PBT 편직, #3 PBT 편직 및 PET Control의 동적 열 측정을 하였다. 표 10 에, 열 저항값 ("R 값") 및 최대 온도와 최소 온도의 차 ("온도 진폭") 를 포함하는 각종 결과 및 설정치가 나타나 있다. 도 12 에, #2 PBT 편직, #3 PBT 편직 및 PET Control과 관련된 온도값이 시간에 따른 함수로 도시되어 있다. 표 10 및 도 12 를 참조해보면, #2 PBT 편직은 PET Control과 비교할 때 1.1 ℃ 의 감소된 온도 진폭을 보이며, #3 PBT 편직은 PET Control과 비교할 때 1.8 ℃ 의 감소된 온도 진폭을 보임을 알 수 있다.

시료




#2 PBT 편직

#3 PBT 편직

PET Control
직물 특성

잠열 직물중량
(J/g) (g/㎡)

12.9 288

19.9 408

0 338
측정 설정치

가해진 플럭스 사이클
로프트 (W/㎡) 시간

200 50±25 363

200 50±25 363

200 50±25 363
결과

R 값 온도진폭 ΔT
(℃) (℃)

0.20 3.8
1.1
0.22 3.1
1.8
0.18 4.9
당업자는 추가적인 설명 없이도 본원에 기재된 다성분 섬유를 제조할 수 있을 것이지만, 그럼에도 Hartmann 에게 허여된 미국특허 6,689,466 (2004년 2월 10일 발행) "Stable Phase Change Materials for Use in Temperature Regulating Synthetic Fibers, Fabrics And Textiles," 및 Hartmann 등에게 허여된 미국특허 6,793,856 (2004년 9월 21일 발행) "Melt Spinnable Concentrate Pellets Having Enhanced Reversible Thermal Properties" 를 참조함으로써 도움을 얻을 수 있을 것이며, 이 문헌의 전체 전체는 본원에 참조로 관련되어 있다.
본원에 언급되거나 참조된 특허출원, 특허, 공개공보, 및 기타 공개된 문헌은 각각 그 전체가 본원에 참조로 관련되었으며, 이와 동일하게 개별 특허출원, 특허, 공개공보, 및 기타 공개된 문헌은 각각 개별적이고 구체적으로 참조인용되었다.
본 발명은 구체적인 실시예를 통해 설명하였으나, 당업자는 첨부된 청구항에 규정된 본 발명의 범위 및 기술적 사상을 벗어나지 않으면서 치환물 및 등가물로서 본 발명을 다양하게 변경할 수 있을 것이다. 또한, 특정 상황, 재료, 물질의 구조, 방법, 처리 단계에 따라 본 발명의 범위 및 기술적 사상의 범위 내에서 대상물을 개조할 수 있을 것이다. 이러한 모든 개조는 첨부된 청구항의 범위에 포함되는 것이다. 특히, 본원에서는 방법이 특정 순서로 실시되는 특정 단계를 참조하여 기재되어있으나, 이러한 단계들은 합쳐지거나, 세분되거나, 재배열되어 본 발명의 범위내에서 동등한 방법이 될 수 있다. 따라서, 본원에 특별한 언급이 없는 한, 단계의 배열 및 묶음은 본 발명을 한정하지 않는다.

Claims (57)

  1. 복수의 기다란 부재로 형성된 섬유 본체를 포함하는 다성분 섬유로서,
    상기 복수의 기다란 부재의 적어도 하나는 5 ~ 150 J/g 의 잠열 및 0 ℃ ~ 100 ℃ 의 천이 온도를 갖는 온도 조절 재료를 포함하고, 또한, 하나 이상의 내부 공동을 형성하고;
    상기 온도 조절 재료는 상기 복수의 기다란 부재의 적어도 하나와 부분 친화도 또는 부분 양립가능성을 갖고,
    상기 온도 조절 재료는 복수의 기다란 부재의 적어도 한 부재 내에 적어도 하나의 확연한 구역을 형성하고, 복수의 기다란 부재는 섬-바다 구조 (island-in-sea configuration), 세그멘트-파이 (segmented-pie) 구조, 코어-외장 (core-sheath) 구조, 사이드-바이-사이드 (side-by-side configuration) 구조 및 스트립 (striped configuration) 구조 중 하나로 배열되는 다성분 섬유.
  2. 다성분 섬유로서, 이 다성분 섬유는
    복수의 섬 부재 (island member); 및
    상기 복수의 섬 부재를 둘러싸며 상기 다성분 섬유의 외부를 형성하는 바다 부재를 포함하고,
    상기 복수의 섬 부재의 적어도 하나는 5 ~ 150 J/g 의 잠열 및 0 ℃ ~ 100 ℃ 의 천이 온도를 갖는 원 (raw) 또는 캡슐화되지 않은 (non-capsulated) 온도 조절 재료를 포함하고,
    상기 원 또는 캡슐화되지 않은 온도 조절 재료는, 복수의 섬 부재 중 적어도 한 부재 내에 적어도 하나의 확연한 구역을 형성하고 또한 천이 온도에서 잠열의 흡수 및 방출 중 적어도 하나에 기초하여 열 조절을 제공하고,
    상기 복수의 섬 부재 및 바다 부재의 적어도 하나는, 하나 이상의 내부 공동을 형성하는 다성분 섬유.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 온도 조절 재료는 중합 (polymeric) 상변화 재료인 다성분 섬유.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 온도 조절 재료는 기능성 (functional) 중합 상변화 재료인 다성분 섬유.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 온도 조절 재료는 가교형 (crosslinked) 중합 상변화 재료인 다성분 섬유.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 온도 조절 재료는 분지형 (branched) 중합 상변화 재료인 다성분 섬유.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 온도 조절 재료는 공중합 상변화 재료인 다성분 섬유.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 온도 조절 재료는 고분자량 캐리어 중합체로 형성되는 다성분 섬유.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 온도 조절 재료는 실리카 입자, 탄소 입자, 제올라이트 입자 및 흡수성 재료로 이루어진 군에서 선택되는 캐리어 재료에 흡수된 중합 상변화 재료인 다성분 섬유.
  10. 셀룰로오스 재료 및 그 셀룰로오스 재료에 분산된 캡슐화되지 않은 상변화 재료로 형성된 섬유 본체를 포함하는 섬유로서,
    상기 캡슐화되지 않은 상변화 재료는 셀룰로오스 재료에 분산된 복수의 구역을 형성하고,
    상기 캡슐화되지 않은 상변화 재료는 5 ~ 150 J/g 의 잠열 및 0 ℃ ~ 100 ℃ 의 천이 온도를 갖고,
    상기 캡슐화되지 않은 상변화 재료는 천이 온도에서 잠열의 흡수 및 방출 중 적어도 하나에 기초하여 열 조절을 제공하고, 하나 이상의 내부 공동을 형성하는 섬유.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 셀룰로오스 재료는 비스코스 (viscose) 를 포함하느 섬유.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 셀룰로오스 재료는 라이오셀 (lyocell) 을 포함하는 섬유.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 셀룰로오스 재료는 레이온 (rayon) 을 포함하는 섬유.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 캡슐화되지 않은 상변화 재료는 중합 상변화 재료인 섬유.
  15. 제 10 항에 있어서, 10 ~ 70 중량%의 캡슐화되지 않은 상변화 재료를 포함하는 섬유.
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KR1020077020157A 2005-02-04 2005-11-14 개선된 가역적 열 특성을 갖는 다성분 섬유 및 이의제조방법 KR101421731B1 (ko)

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US11/051,543 2005-02-04
US11/051,543 US20050191487A1 (en) 2000-09-21 2005-02-04 Multi-component fibers having enhanced reversible thermal properties and methods of manufacturing thereof
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US11/078,657 2005-03-11
PCT/US2005/041030 WO2006086031A1 (en) 2005-02-04 2005-11-14 Multi-component fibers having enhanced reversible thermal properties and methods of manufacturing thereof

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KR102446659B1 (ko) * 2022-04-05 2022-09-23 김민영 영구적인 항균성을 갖는 축발열섬유 원단

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