KR20100108515A - 통기성 방수 의복 - Google Patents

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KR20100108515A
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KR
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garment
nanoweb
membrane
group
layer fabric
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KR1020107012755A
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Inventor
질 에이. 콘리
로버트 안토니 마린
Original Assignee
이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Publication date
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Abstract

의복은 외부 층 천 및 선택적인 내부 층 천에 선택적으로 접합되는 통기성 라미네이트를 포함한다. 통기성 라미네이트는 나노웨브와 마주하는 관계로 위치되고 선택적으로 그에 접합되는 미공성 멤브레인으로부터 구성된다.

Description

통기성 방수 의복{BREATHABLE WATERPROOF GARMENT}
본 발명은 통기성 및 방수성 층을 포함하는 의복 및 그러한 층의 구성에 관한 것이다.
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 개시 내용이 전체적으로 설명된 것 같이 모든 목적을 위해 본 명세서에 참고로 포함된 미국 가특허 출원 제61/002,796호(2007년 11월 13일자 출원)로부터 35 U.S.C. §119 하에서 우선권을 주장한다.
의복에 통기성을 부여하고 동시에 의복을 방수성으로 되게 하고, 그에 따라 사용자에게 더욱 쾌적해지도록 하기 위해, 통기성 및 방수성 멤브레인(membrane)을 의복 내로 통합하는 것은 잘 알려져 있다. 예를 들어, 확장 폴리테트라플루오로에틸렌 멤브레인(expanded polytetrafluoroethylene membrane, ePTFE)이 이러한 응용을 위해 사용되어 왔다.
시간 경과에 따라, 신체 오일 및 삼출물 형태의 오염물 침범(soil impingement)은 멤브레인 내의 기공을 막히게 함으로써 멤브레인 성능에 심각하게 영향을 미칠 수 있다. 수증기의 통과를 허용하는 중합체로 멤브레인을 코팅함으로써 멤브레인을 보호하려는 시도는 의복의 통기성의 감소를 야기한다. 따라서, 수명과 쾌적성 사이의 상충관계(tradeoff)가 존재한다.
본 발명의 재료는 이러한 문제를 해결하여 방오성(soil resistant)이고 고도로 통기성인 구조를 제공하도록 설계된다.
일 실시 형태에서, 본 발명은 외부 면 및 내부 면을 가지며 통기성 라미네이트(breathable laminate) 및 외부 층 천을 포함하는 의복에 관한 것으로서, 상기 통기성 라미네이트는 나노웨브(nanoweb)와 마주하는 관계로 위치되는 미공성 멤브레인(microporous membrane)을 포함한다.
층의 위치를 설명하기 위해 사용될 때 "외부"라는 용어는 착용자로부터 멀리 향하는 의복의 면을 지칭한다. "내부"라는 용어는 의복의 사용자를 향하는 면을 지칭한다.
"나노섬유 층" 및 "나노웨브"라는 용어들은 본 명세서에서 교환가능하게 사용된다. 나노웨브는 나노섬유를 포함하는 부직물이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "나노섬유"라는 용어는 수평균(number average) 직경 또는 단면이 약 1000 ㎚ 미만, 심지어 약 800 ㎚ 미만, 심지어 약 50 ㎚ 내지 500 ㎚, 그리고 심지어 약 100 내지 400 ㎚인 섬유를 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은 직경이라는 용어는 비원형 형상의 최대 단면을 포함한다.
"의복"이라는 것은 사용자의 신체의 일정 영역을 기후 또는 신체 외측 환경의 기타 인자로부터 보호하기 위해 사용자에 의해 착용되는 임의의 물품을 의미한다. 예를 들면, 코트, 재킷, 바지, 모자, 장갑, 신발, 양말, 및 셔츠 모두가 이러한 정의 하에서의 의복으로 고려될 것이다.
"부직물"이라는 용어는 다수의 무작위로 분포된 섬유들을 포함하는 웨브를 의미한다. 섬유들은 일반적으로 서로 접합되거나 접합되지 않을 수 있다. 섬유는 스테이플(staple) 섬유 또는 연속 섬유일 수 있다. 섬유는 단일 재료, 또는 상이한 섬유들의 조합으로서 또는 각각 상이한 재료들로 구성된 유사한 섬유들의 조합으로서 다수의 재료를 포함할 수 있다.
"캘린더링"(calendering)은 2개의 롤들 사이의 닙(nip)을 통해 웨브를 통과시키는 공정이다. 롤들은 서로 접촉할 수 있거나, 롤 표면들 사이에 고정 또는 가변 간극이 존재할 수 있다. "비패터닝"(unpatterned) 롤은 그를 제조하기 위해 사용되는 공정의 능력 내에서 매끄러운 표면을 가진 롤이다. 점 접합 롤과 달리, 웨브가 닙을 통과함에 따라 의도적으로 웨브 상에 패턴을 생성하는 점 또는 패턴이 존재하지 않는다.
본 발명의 의복은 미공성 멤브레인과 조합되어 하나 이상의 나노섬유 층의 나노섬유 웨브로부터 제조되는 복합 웨브를 포함한다. 이러한 조합은 나노섬유 웨브를 멤브레인에 접착식으로 라미네이팅함으로써, 또는 나노웨브 방사(spinning) 공정 동안 나노섬유 층을 멤브레인 상에 직접 형성함으로써, 멤브레인/나노웨브 층 구조를 형성하여 제조될 수 있다. 나노섬유 층은 또한 기계적 엉킴(entanglement)에 의해 멤브레인에 부착될 수 있다. 멤브레인의 예는 다양한 미공성 필름, 예컨대 신장되어 충전된 중합체 및 확장 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE)을 포함할 수 있으며, 나노섬유 층이 기재에 부가될 수 있는 한 제한 없이 사용될 수 있다.
방사된 상태(as-spun)의 나노웨브는 유리하게는 전기 방사(electrospinning), 예컨대 전통적인 전기 방사 또는 일렉트로블로잉(electroblowing)에 의해, 그리고 소정 환경에서는 멜트블로잉(melt blowing)에 의해, 또는 다른 그러나 적합한 공정에 의해 생성되는 나노섬유를 주로 또는 나노섬유만을 포함한다. 전통적인 전기 방사는, 나노섬유 및 부직 매트(nonwoven mat)를 생성하기 위해 고전압이 용액 내의 중합체에 인가되는, 전체적으로 본 명세서에 포함된 미국 특허 제4,127,706호에 예시된 기술이다. 그러나, 전기 방사 공정의 전체 처리량은 너무 낮아서 더 무거운 평량의 웨브를 형성함에 있어서 상업적으로 실용적이지 않다.
"일렉트로블로잉" 공정은, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 국제 출원 공개 WO 03/080905호에 개시되어 있다. 중합체 및 용매를 포함하는 중합체 용액의 스트림이 저장 탱크로부터, 고전압이 인가되고 중합체 용액이 배출되는 방사구(spinneret) 내의 일련의 방사 노즐로 공급된다. 한편, 선택적으로 가열되는 압축 공기가 방사 노즐의 측면 또는 그 주연부에 배치된 공기 노즐로부터 방출된다. 공기는, 새로 방출된 중합체 용액을 둘러싸서 전진시키고 진공 챔버 위의 접지된 다공성 수집 벨트 상에 수집되는 섬유질 웨브의 형성을 돕는 송풍 기체 스트림(blowing gas stream)으로서 대체로 하향으로 지향된다. 일렉트로블로잉 공정은 약 1 gsm을 초과하는, 심지어 약 40 gsm 이상만큼 높은 평량의 나노웨브의 상업적 크기 및 수량의 형성을 비교적 단기간에 가능하게 한다.
기재 또는 스크림이 수집기 상에 배열되어 방사된 나노섬유 웨브가 기재 상에 수집 및 조합될 수 있다. 기재의 예는 다양한 부직 천, 예컨대 멜트 블로운 부직 천, 니들-펀칭된(needle-punched) 또는 스펀레이싱된(spunlaced) 부직 천, 직조 천, 편직 천, 종이 등을 포함할 수 있으며, 나노섬유 층이 기재 상에 부가될 수 있는 한 제한 없이 사용될 수 있다. 부직 천은 스펀본드 섬유, 드라이-레이드(dry-laid) 또는 웨트-레이드(wet-laid) 섬유, 셀룰로오스 섬유, 멜트 블로운 섬유, 유리 섬유, 또는 이들의 블렌드를 포함할 수 있다.
본 발명의 나노웨브를 형성하는 데 사용될 수 있는 중합체 재료는 특정하게 제한되지 않으며, 부가 중합체 및 축합 중합체 재료 둘 모두, 예컨대 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 셀룰로오스 에테르 및 에스테르, 폴리알킬렌 설파이드, 폴리아릴렌 옥사이드, 폴리설폰, 개질된 폴리설폰 중합체, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 포괄 부류에 속하는 바람직한 재료는 가교결합 및 비-가교결합 형태의 다양한 가수분해도(87% 내지 99.5%)의 폴리비닐알코올, 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 그리고 폴리(비닐클로라이드), 폴리메틸메타크릴레이트(및 다른 아크릴 수지), 폴리스티렌, 및 (ABA형 블록 공중합체를 포함하는) 이들의 공중합체를 포함한다. 바람직한 부가 중합체는 유리질인 경향이 있다(Tg가 실온보다 높음). 이는 폴리비닐클로라이드 및 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌 중합체 조성물 또는 얼로이(alloy) 또는 저결정성 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 폴리비닐알코올 재료의 경우에 해당한다. 폴리아미드 축합 중합체의 하나의 바람직한 부류는 나일론 재료, 예컨대 나일론-6, 나일론-6,6, 나일론 6,6-6,10 등이다. 본 발명의 중합체 나노웨브가 멜트블로잉에 의해 형성될 때, 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리부틸렌, 폴리에스테르, 예컨대 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리아미드, 예컨대 상기 열거된 나일론 중합체를 포함하여, 나노섬유로 멜트블로잉될 수 있는 임의의 열가소성 중합체가 사용될 수 있다.
섬유 중합체의 Tg를 감소시키기 위해, 당업계에 공지된 가소제를 전술한 다양한 중합체에 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 적합한 가소제는 전기 방사되는 또는 일렉트로블로잉되는 중합체, 및 나노웨브가 채용될 특정한 최종 용도에 좌우될 것이다. 예를 들어, 나일론 중합체는 물 또는 심지어 전기 방사 또는 일렉트로블로잉 공정으로부터 잔존하는 잔류 용매로 가소화될 수 있다. 중합체 Tg를 낮추는 데 유용할 수 있는 당업계에 공지된 다른 가소제로는 지방족 글리콜, 방향족 설파노미드, 다이부틸 프탈레이트, 다이헥슬 프탈레이트, 다이사이클로헥실 프탈레이트, 다이옥틸 프탈레이트, 다이아이소데실 프탈레이트, 다이운데실 프탈레이트, 다이도데칸일 프탈레이트 및 다이페닐 프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는 프탈레이트 에스테르 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 명세서에 참고로 포함된 문헌[Handbook of Plasticizers, edited by George Wypych, 2004 Chemtec Publishing]은 본 발명에 사용될 수 있는 다른 중합체/가소제 조합을 개시한다.
본 발명의 방사된 상태의 나노웨브는, 2006년 9월 20일자로 출원되고 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 공히 계류중인 미국 특허 출원 제11/523,827호에 개시된 바와 같이, 본 발명의 천에 원하는 물리적 특성을 부여하기 위해 캘린더링될 수 있다. 방사된 상태의 나노웨브는, 하나의 롤이 비패터닝 소프트 롤이고 하나의 롤이 비패터닝 하드 롤인 2개의 비패터닝 롤들 사이의 닙으로 공급될 수 있으며, 하드 롤의 온도는 본 명세서에서 중합체가 유리질로부터 고무질 상태로의 전이를 겪는 온도로서 정의되는 Tg와 본 명세서에서 중합체의 용융 개시 온도로서 정의되는 Tom 사이의 온도로 유지되어, 나노웨브의 나노섬유는 캘린더 닙을 통과할 때 가소화된 상태에 있다. 롤의 조성 및 경도는 천의 원하는 최종 용도의 특성을 생성하도록 변경될 수 있다. 하나의 롤은 스테인레스강과 같은 초경 금속(hard metal)일 수 있고, 다른 하나의 롤은 연질 금속(soft-metal) 또는 중합체 코팅된 롤 또는 로크웰(Rockwell) B 70 미만의 경도를 갖는 복합 롤일 수 있다. 2개의 롤들 사이의 닙 내에서의 웨브의 체류 시간은 바람직하게는 약 1 m/분 내지 약 50 m/분의 웨브의 라인 속도에 의해 제어되며, 2개의 롤들 사이의 풋프린트(footprint)는 웨브가 두 롤 모두와 동시에 접촉하여 이동하는 MD 거리이다. 풋프린트는 2개의 롤들 사이의 닙에서 가해지며 일반적으로 롤의 선형 CD 치수당 힘으로 측정되는 압력에 의해 제어되고, 바람직하게는 약 1 ㎜ 내지 약 30 ㎜이다.
또한, 부직 웨브는, 선택적으로 나노섬유 중합체의 가장 낮은 Tom과 Tg 사이인 온도로 가열되는 동안, 신장될 수 있다. 신장은 웨브가 캘린더 롤로 공급되기 전 및/또는 후에 그리고 기계방향 또는 폭방향 중 어느 하나 또는 둘 모두로 발생할 수 있다.
나노웨브는 정전기 방지제를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리아미드 기반의 형상화된 정전기 방지 물품, 예컨대 섬유 또는 필라멘트가 제제로서 폴리-(알킬렌 에테르)-글리콜을 축합 혼합물에 또는 용융된 폴리아미드에 첨가함으로써 얻어질 수 있는 것으로 알려져 있다(참조: 예를 들어, 미국 특허 제3,329,557호, 제3,374,288호, 및 제3,966,835호; 1969년 1월 9일자로 허여된 독일 특허 제1,286,683호, 벨기에 특허 제631,199호, 스위스 특허 제456,029호, 이들 모두는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함됨). 종래의 정전기 방지 제품은 그들의 효과적인 정전기 방지 특성을 향상시키기 위해 정전기 방지제로서 카본 블랙(carbon black), 전도성 금속 섬유, 금속 분말, 또는 자기 분말(china powder)과 같은 전도성 충전재를 첨가함으로써 제조된다. 전술한 제품은 저렴한 비용의 것이고 높은 전도성을 갖는다는 이점을 가지며, 또한 본 발명에 사용하기에 적합하다.
개질된 고분자량의 정전기 방지 섬유 및 직물을 제조하기 위한 다른 방법이 미국 특허 제5,364,582호에 개시되어 있으며, 여기서는 정전기 방지 특성, 자외광 내성, 염색성 및 염료의 염착(uptake) 특성을 향상시키기 위해 0.8 내지 약 2.5 중량%의 저분자량 아미노-올레핀이 정전기 방지제로서 첨가된다. 당업자는 본 발명에 사용될 수 있는 추가의 정전기 방지제를 알 수 있을 것이다.
나노웨브는 그의 표면이 혐유성 또는 소수성이 되게 하기 위한 화합물로 추가로 처리될 수 있다. 당업자는 적절한 화합물을 알 수 있을 것이다. 그러한 처리의 예는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 공히 양도된 미국 특허 출원 제11/592,644호(2006년 11월 3자 출원)에 설명된 바와 같은 조닐(Zonyl) 플루오르화 계면활성제(미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 듀폰)이다.
나노웨브는 미공성 멤브레인에 인접하며, 선택적으로 그에 접합된다. 멤브레인은 확장 PTFE(ePTFE), 또는 당업자에게 공지된 임의의 다른 종류의 미공성 멤브레인일 수 있다. ePTFE는 본 발명에 사용되는 멤브레인 내에서 소결되거나 소결되지 않을 수 있다.
ePTFE 멤브레인은 다수의 상이한 공지된 공정에 의해 제조될 수 있지만, 바람직하게는 모두 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제4,187,390호, 제4,110,239호, 및 제3,953,566호에 설명된 바와 같이 ePTFE를 얻기 위해 폴리테트라플루오로에틸렌을 확장시킴으로써 제조된다. "다공성"이라는 것은 멤브레인이 20 ㎜ 수주(water gauge)에서 제곱미터당 분당 0.05 세제곱미터(m/분) 이상의 공기 투과도를 갖는 것을 의미한다. 20 ㎜ 수주에서 200 m/분 또는 그 이상의 공기 투과도를 갖는 멤브레인이 사용될 수 있다. 기공은 ePTFE의 노드(node)와 피브릴(fibril) 사이에 형성된 세공(micropore)이다.
유사하게, 미국 특허 제5,234,751호, 제5,217,666호, 제5,098,625호, 제5,225,131호, 제5,167,890호, 제4,104,394호, 제5,234,739호, 제4,596,837호, 일본 특허 출원 공개 제1078823호 및 일본 특허 출원 공개 제3-221541호 중 임의의 것에 설명된 멤브레인이 사용될 수 있으며, 여기서는 확장되지 않은 압출된 또는 형상화된 PTFE가 물품을 소결 또는 반-소결시키도록 가열된다. 이러한 소결된 또는 반-소결된 물품은 그 후 원하는 다공성 및 원하는 특성을 형성하기 위해 신장된다.
특별한 응용의 경우, PTFE에는 특별한 응용을 위해 PTFE의 특성을 개질시키기 위해 충전재 물질이 제공될 수 있다. 예를 들어, 세라믹 충전재(SiO2) 및 제한된 양의 미세유리 섬유가 PTFE 재료 내에 포함될 수 있음이 미국 특허 제4,949,284호로부터 알려져 있으며, 유럽 특허 EP-B-0-463106호에서는 이산화티타늄, 유리 섬유, 카본 블랙, 활성탄 등이 충전재로서 언급되어 있다.
고도로 충전되는 중합체, 통상 폴리올레핀으로부터 미공성 필름을 제조하기 위한 기술이 알려져 있다. 그러한 웨브는 또한 본 발명의 멤브레인으로서 사용하기에 적합하다. 전형적으로, 폴리올레핀, 통상 폴리에틸렌의 조합이 충전재, 통상 CaCO3와 배합되고 필름으로 압출 및 신장되어 미공성 필름을 형성한다.
본 발명의 여과 멤브레인으로서 사용하기에 적합한 미공성 필름의 예는 모두 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제4,472,328호, 제4,350,655호 및 제4,777,073호에 설명된 것을 포함한다.
미공성 멤브레임과 나노웨브는, 예컨대 용매 접합, 접착제 접합, 열 접합, 및 초음파 접합에 의해 선택적으로 서로 접합될 수 있지만, 당업자에게 공지된 접합을 위한 임의의 수단이 이용될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 멤브레인은, 예를 들어 적합한 라미네이션 기술을 사용하여, 예컨대 멤브레인 또는 나노웨브에 도포된 접착제를 용융시키기에 충분한 온도에서 고온 롤 닙을 통해 재료를 통과시킴으로써 나노웨브에 접합된다. 롤들 중 하나는 라미네이트에 접합 패턴을 생성하기 위해 그의 표면 상에 융기된 패턴을 가질 수 있다.
라미네이션 전에 나노웨브 또는 멤브레인을 접착제로 코팅하는 다른 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 나노웨브는 먼저 필요로 하는 면적에 접착제로 코팅될 수 있고, 그 후 ePTFE 멤브레인이 코팅된 천의 접착제 면 상으로 배치된다. 전도 열 및 충분한 압력이 멤브레인 면에 가해져서 접착제가 멤브레인 기공 내로 유동하게 된다. 접착제가 가교결합성인 경우, 접착제는 열로 인해 가교결합되고, 그 결과 기재에 대한 멤브레인의 기계적 부착이 이루어진다.
플루오로중합체 및 비-플루오르화된 중합체의 라미네이트로부터 형성된 물품 및 라미네이션 공정의 추가의 예로서, 미국 특허 제5,855,977호는 혼성중합 단량체 단위(interpolymerized monomeric unit)를 포함하는 플루오로중합체의 플루오르화 층 및 실질적으로 비-플루오르화된 층을 포함하는 다층 물품을 개시한다. 다층 물품은 지방족 다이- 또는 폴리아민을 추가로 포함하며, 지방족 다이- 또는 폴리아민은 지방족 다이- 또는 폴리아민을 포함하지 않은 다층 물품과 비교할 때 층들 사이의 증가된 접착성을 제공한다.
플루오르화 중합체 층과 폴리아미드 사이의 접착성을 증가시키기 위해 다양한 추가의 방법이 사용될 수 있다. 접착제 층이, 예를 들어 2개의 중합체 층들 사이에 부가될 수 있다. 미국 특허 제5,047,287호는 아미노기를 가진 아크릴로니트릴-부타디엔 또는 아크릴로니트릴-아이소프렌 고무를 포함하는 접착제에 의해 플루오로고무 층이 적어도 하나의 표면에 접합된 베이스 천을 포함하는, 자동차 응용에 사용하기에 적합한 다이어프램(diaphragm)을 개시한다.
층들 중 하나 또는 둘 모두의 표면 처리가 또한 때때로 접합을 돕기 위해 이용된다. 예를 들어, 대전된 기상 대기에 의해 플루오로중합체 층을 처리하고(예컨대, 코로나 처리), 후속하여 제2 재료, 예를 들어 열가소성 폴리아미드의 층을 적용하는 것이 몇몇 특허에서 교시되었다. 예를 들면, 유럽 특허 출원 제0185590호(우에노(Ueno) 등) 및 제0551094호(크라우제(Krause) 등)와 미국 특허 제4,933,060호(프로하스카(Prohaska) 등) 및 제5,170,011호(마르투치(Martucci)).
플루오로중합체와, 상이한 층의 블렌드 자체가 몇몇 경우에서 2개의 층을 함께 접합하는 것을 돕도록 중간 층으로서 이용된다. 유럽 특허 출원 제0523644호(가와시마(Kawashima) 등)는 폴리아미드 수지 표면 층 및 플루오로수지 표면 층을 갖는 플라스틱 라미네이트를 개시한다.
비-플루오로중합체 층을 플루오로중합체 층에 접합하는 방법의 추가의 예에서, 미국 특허 제6,869,682는 용융 처리가능한 실질적으로 비-플루오르화된 중합체, 염기(base) 및 크라운 에테르(crown ether)의 혼합물의 제2 층에 접합된 플루오로중합체의 제1 층을 포함하는 물품을 설명한다.
비-플루오로중합체 층을 플루오로중합체 층에 접합하는 방법의 또 다른 예에서, 미국 특허 제6,962,754호는 플루오로중합체 층 및 그의 면들 중 하나에 직접 부착된 타이 층 - 상기 타이 층은 본질적으로 특정 조성의 적어도 하나의 다이아민 및 적어도 하나의 이산(di-acid)을 포함하는 단량체들의 축합으로부터 생성되는 폴리아미드의 타이 수지(tie resin)를 포함함 - 을 포함하는 구조를 설명한다.
층들을 접합시키는 방법(예를 들어, 공압출 또는 라미네이션)의 열 및 압력은 층들 사이의 적절한 접착성을 제공하기에 충분할 수 있다. 그러나, 층들 사이의 추가의 접착제 접합 강도를 제공하기 위해, 생성된 다층 물품을, 예를 들어 부가의 열, 압력 또는 둘 모두에 의해 추가로 처리하는 것이 바람직할 수 있다. 다층 물품이 압출에 의해 제조될 때 부가의 열을 공급하는 한 가지 방식은 공압출 후의 라미네이트의 냉각을 지연시키는 것이다. 대안적으로, 부가의 열 에너지는 단지 수개의 구성요소를 처리하기 위해 필요한 것보다 더 높은 온도에서 층들을 라미네이팅 또는 공압출함으로써 다층 물품에 부가될 수 있다. 다른 대안으로서, 완성된 라미네이트는 연장된 기간 동안 상승된 온도에서 유지될 수 있다. 예를 들어, 완성된 다층 물품은 물품의 온도를 상승시키기 위한 별도의 수단, 예컨대 오븐 또는 가열된 액체 조(bath) 내에 배치될 수 있다. 이들 방법의 조합이 또한 사용될 수 있다.
나노웨브와 멤브레인의 라미네이트는 외부 천 층 및 선택적인 내부 천 층에 인접하게 의복 내에 배치된다. 매우 다양한 천연 및 합성 천이 알려져 있으며, 예를 들어 운동복, 거친 겉옷(rugged outerwear) 및 실외복(outdoor gear), 보호용 의류 등(예를 들어, 장갑, 앞치마, 가죽 바지(chaps), 바지, 부츠, 게이터(gator), 셔츠, 재킷, 코트, 양말, 신발, 내의, 조끼, 방수복(wader), 모자, 긴 장갑(gauntlet), 침낭, 텐트 등)을 구성하기 위해 본 발명에서 천 층 또는 층들로서 사용될 수 있다. 전형적으로, 거친 겉옷으로서 사용하기 위해 설계된 의복은 상대적으로 낮은 강도(strength 또는 tenacity)를 갖는 천연 및/또는 합성 섬유(예를 들어, 나일론, 면, 폴리에스테르, 폴리아크릴, 폴리프로필렌 등)로부터 제조된 상대적으로 느슨하게 직조된 천으로 구성되었으며, 각각의 섬유는 인장 강도가 약 8 그램(g)/데니어(Denier) (gpd) 미만, 더 전형적으로 약 5 gpd 미만, 그리고 몇몇 경우에서는 약 3 gpd 미만이다. 그러한 재료는, 예를 들어 염색성, 통기성, 경량성, 쾌적성, 그리고 몇몇 경우에서는 내마모성과 같은 다양한 이로운 특성을 가질 수 있다.
다양한 직조 구조 및 다양한 직조 밀도가 본 발명의 구성요소로서 몇몇 대안적인 직조 복합 천을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 직조 구조, 예컨대 평직(plain woven) 구조, (이중 또는 다중 경사 및/또는 위사를 갖는) 강화 평직 구조, 능직(twill woven) 구조, (이중 또는 다중 경사 및/또는 위사를 갖는) 강화 능직 구조, 수자직(satin woven) 구조, (이중 또는 다중 경사 및/또는 위사를 갖는) 강화 수자직 구조가 사용될 수 있다. 신축성 직조 천, 립스톱(ripstop), 도비(dobby) 직물, 및 자카드(jacquard) 직물이 또한 본 발명에 사용하기에 적합하다.
대안적으로 부직포 천이 외부 천 층 및 선택적인 내부 천 층으로서 사용될 수 있다. 부직포 천의 예는 스펀본디드 웨브, 멜트 블로운 웨브, 다방향성 다층 카디드 웨브, 에어-레이드 웨브, 웨트-레이드 웨브, 스펀레이스드 웨브, 하나 초과의 부직 시트를 포함하는 복합 웨브를 포함한다. 적합한 스펀본디드 웨브는 폴리올레핀 섬유, 특히 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함한다. 폴리올레핀 섬유는 소량의 다른 공단량체 유닛을 함유할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "스펀본디드 웨브"라는 용어는 연속적인 수집 표면 상에 침착, 압출 및 인발된 필라멘트로 형성된 부직 웨브를 의미한다. 접합은 점 또는 패턴 접합, 캘린더링, 또는 부직포 천을 상승된 압력의 포화된 증기 챔버를 통과하도록 하는 것을 포함하여 임의의 몇몇 방법에 의해 달성될 수 있다. 적합한 스펀본디드 폴리올레핀 시트 재료의 예는 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E.I.du Pont de Nemours and Company)로부터 타이벡(Tyvek®)이라는 상품명으로 입수가능한 플래시 스펀 폴리에틸렌이다.
나노웨브/멤브레인 라미네이트는 그 표면의 일정 부분에 걸쳐 천 층에 접합될 수 있으며, 예를 들어 접착제에 의해, 열에 의해, 초음파장을 사용하여, 스티칭(stitching) 또는 용매 접합에 의한 것과 같이 당업자에게 공지된 임의의 수단에 의해 천 층에 접합될 수 있다.
나노웨브와 미공성 멤브레인 또는 라미네이트를 내부 또는 외부 천에 접합시키기 위해 하나 이상의 접착제가 선택적으로 사용될 수 있다. 하나의 적합한 접착제는 열가소성 접착제이며, 이는 가열시 연화될 수 있고 이어서 다수의 가열 및 냉각 사이클에 걸친 냉각시 경화될 수 있다. 그러한 열가소성 접착제의 일례는 "고온 용융" 접착제일 것이다. 일 실시 형태에서, 나노웨브는 폴리우레탄과 같은 중합체 접착제의 용액을 사용하고 용매를 증발되게 함으로써 접착제에 의해 접합된다. 추가의 실시 형태에서, 나노웨브가 천 상으로 직접 전기 방사될 때, 용매 접합을 달성하기 위해 나노웨브가 그 내에서 방사되는 용매가 사용된다.
다공성 ePTFE 멤브레인을 내부 또는 외부 천 층에 라미네이팅하는 데 사용되는 접착제는 또한 부타디엔 아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴 에스테르, 비닐 및 비닐리덴 클로라이드 중합체를 기반으로 한 공중합체와 유화 중합에 의해 생성되는 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 및 부타디엔, 스티렌, 및 비닐 피리딘의 삼원공중합체의 수성 음이온성 분산물을 포함하는, 다양한 불소화합물계 분산물 또는 합성 라텍스 중 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 스페이서 스크림(spacer scrim)이 멤브레인과 외부 천 층 사이에 삽입될 수 있으며, 선택적으로 멤브레인과 외부 천 층 중 어느 하나 또는 둘 모두에 접합된다. "스크림"은 지지 층이며, 나노웨브가 접합, 부착, 또는 라미네이팅될 수 있는 임의의 평면 구조일 수 있다. 유리하게는, 본 발명에 유용한 스크림 층은 스펀본드 부직 층이지만, 부직 섬유 등의 카디드 웨브로부터 제조될 수 있다.
[실시예]
본 명세서에 설명된 실시예에 대하여, 천 공기 유동 투과도는 프래지어(Frazier) 측정(ASTM D737)을 사용하여 측정하였다. 이러한 측정에서, 124.5 N/㎡(0.5 인치 수주)의 압력차가 적절하게 클램핑된 천 샘플에 가해지며, 그 결과로서 공기 유량을 프래지어 투과도 또는 더 간단하게는 "프래지어"로서 측정하고, m3/㎡-분의 단위로 보고한다.
섬유 직경은 하기와 같이 측정하였다. 각각의 나노섬유 층 샘플에서 5,000x 배율의 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 이미지 10개를 취하였다. 이 사진으로부터 11개의 명확하게 구별가능한 나노섬유의 직경을 측정하여 기록하였다. 결함(즉, 나노섬유의 덩어리(lump), 중합체 소적(drop), 나노섬유의 교차(intersection))은 포함되지 않았다. 각각의 샘플의 평균 섬유 직경을 계산하였다.
실시예에 대하여, 포름산 중의 폴리아미드-6,6의 24% 용액을 국제 출원 공개 WO 03/080905호에 설명된 바와 같은 일렉트로블로잉에 의해 방사하여 나노웨브를 형성하였다. 수평균 섬유 직경은 대략 400 ㎚였다. 나노웨브의 캘린더링은 나일론과 강철 롤들 사이에서 수행하였다.
표 1은 25 마이크로미터 두께의 ePTFE 멤브레인을 가진 나노웨브의 4개의 라미네이트를 제시한다. 나노웨브는 라미네이션 전에 선택적으로 캘린더링하였다.
[표 1]
Figure pct00001
접합을 위해, 용매계 접착제(미국 코네티컷주 와우레건 소재의 브룩우드 컴퍼니즈 인코포레이티드(Brookwood Companies Incorporated))를 그라비어(gravure) 코팅 롤을 통해 ePTFE에 도포하였고, 나노웨브를 ePTFE/접착제 조합에 적용하였으며, 그 후 복합물을 분당 6.4 미터(분당 21 피트)의 라인 속도에서 닙 및 건조기로 통과시켰다.

Claims (21)

  1. 외부 면 및 내부 면을 가지며 통기성 라미네이트(breathable laminate) 및 외부 층 천을 포함하고, 상기 통기성 라미네이트가 나노웨브(nanoweb)와 마주하는 관계로 위치되는 미공성 멤브레인(microporous membrane)을 포함하는 의복.
  2. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인은 외부 층 천과 대면하는 의복.
  3. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인은 의복의 내부 면과 대면하는 의복.
  4. 제1항에 있어서, 내부 층 천을 추가로 포함하는 의복.
  5. 제4항에 있어서, 라미네이트는 내부 층 천에 접합되는 의복.
  6. 제1항에 있어서, 멤브레인은 ePTFE 및 미공성 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 의복.
  7. 제1항에 있어서, 멤브레인은 용매 접합, 접착제 접합, 열 접합, 초음파 접합 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 수단에 의해 상기 나노웨브에 접합되는 의복.
  8. 제2항에 있어서, 라미네이트는 스티칭(stitching), 접착제 접합, 열 접합, 초음파 접합 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 수단에 의해 외부 층 천에 접합되는 의복.
  9. 제5항에 있어서, 라미네이트는 스티칭, 접착제 접합, 열 접합, 초음파 접합 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 수단에 의해 내부 층 천에 접합되는 의복.
  10. 제1항에 있어서, 외부 층 천은 나일론, 면, 폴리에스테르, 폴리아크릴, 폴리프로필렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 직조 재료를 포함하는 의복.
  11. 제1항에 있어서, 내부 층 천은 나일론, 면, 폴리에스테르, 폴리아크릴, 폴리프로필렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 직조 재료를 포함하는 의복.
  12. 제1항, 제5항, 제8항 또는 제9항에 있어서, 라미네이트와 천 층은 그들의 표면의 일부에 걸쳐 서로 접합되는 의복.
  13. 제6항에 있어서, 멤브레인은 폴리우레탄 접착제에 의해 외부 층 천에 접합되는 ePTFE인 의복.
  14. 제1항에 있어서, 나노웨브는 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리에스테르, 셀룰로오스 에테르, 셀룰로오스 에스테르, 폴리알킬렌 설파이드, 폴리아릴렌 옥사이드, 폴리설폰, 개질된 폴리설폰 중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체의 나노섬유를 포함하는 의복.
  15. 제1항에 있어서, 나노웨브는 폴리(비닐클로라이드), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 및 이들의 공중합체, 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리비닐알코올 - 가교결합 및 비-가교결합 형태 - 로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체의 나노섬유를 포함하는 의복.
  16. 제14항에 있어서, 나노섬유 층은 나일론-6, 나일론-6,6 및 나일론 6,6-6,10으로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리아미드 나노섬유를 포함하는 의복.
  17. 제1항에 있어서, 나노웨브는 캘린더링되는(calendered) 의복.
  18. 제1항에 있어서, 나노웨브는 혐유성이거나 소수성인 의복.
  19. 제1항에 있어서, 미공성 멤브레인과 외부 천 층 사이에 접합되는 스페이서 스크림(spacer scrim)을 추가로 포함하는 의복.
  20. 제1항에 있어서, 나노웨브는 정전기 방지제를 추가로 포함하는 의복.
  21. 제1항에 있어서, 외부 층 천은 부직포 천인 의복.
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