KR20190044795A - 고기능성 폴리에스테르계 중공복합사 및 이를 이용한 보온성 충전재 - Google Patents

고기능성 폴리에스테르계 중공복합사 및 이를 이용한 보온성 충전재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리에스테르계 단섬유로써 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머에 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 폴리머 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate) 폴리머가 사이드 바이 사이드형(side by side type)으로 구성되되,상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머에 탄소입자 1.0~6.0 중량%; 금속분말, 세라믹분말 또는 금속분말과 세라믹분말의 혼합분말로 이루어진 무기입자 0.5~3.0 중량%; 및 티탄산 염, 알루민산 염 및 규산염으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 메탈 알콕사이드 커플링제 0.2~2.0 중량%;를 포함하는 방사액을 탄소입자와 무기입자의 혼합입자에 메탈 알콕사이드 커플링제로 처리한 후 수지와 혼합구성된 마스터배치를 5~10중량부 추가하며,상기 사이드 바이 사이드형(side by side type)의 중공복합사의 단면은 환형모양이고 단면의 중앙에는 전체 면적 대비 5~30%의 원형의 중공부가 형성될 수 있는 폴리에스테르계 중공복합사에 관한 것이다.

Description

고기능성 폴리에스테르계 중공복합사 및 이를 이용한 보온성 충전재{High Function Polyester Complex Hollow Fiber And Warmth Filler Using That}
본 발명은 고기능성 폴리에스테르계 중공복합사 및 이를 이용한 보온성 충전재에 관한 것으로, 특히 항균성 온열 기능의 중공복합사가 둥그렇게 감겨 일정한 크기의 볼 형태를 갖는 고기능성 폴리에스테르계 중공복합사 및 이를 이용한 보온성 충전재에 관한 것이다.
아웃도어 의류가 대중화되면서, 찬바람이 불면 체온 유지를 위하여 누구나 하나 쯤 구스다운 혹은 덕다운 점퍼를 꺼내 입을 정도로 아웃도어 제품은 이미 우리 생활의 깊숙한 곳까지 들어와 있으며, 많은 언론 매체의 아웃도어 제품 바로 알기 등에 대한 정보를 통하여 소비자들은 극한의 환경을 대비한 고기능성 및 보온성의 고가 제품보다 일상생활에 적합한 기능의 아웃도어 제품들을 요구하기 시작했다.
이런 소비 추세에 발맞춰 최근 개발되고 있는 겨울용 아웃도어 제품의 경우, 얇고 가벼우면서도 보온경량방풍투습의 고기능성을 가지는 아웃도어 제품들이 선보여지고 있으며 그 인기는 날이 갈수록 높아지고 있다.
최근 특징적인 점은 인공 충전재 사용이 크게 증가할 것이라는 아웃도어나 캐주얼과 달리 코트 스타일의 다운 제품이 많은 남성복은 겉감에 울을 사용하고 덕(duck)이나 구스(goose)를 쓸 경우 충전재가 밖으로 빠져나오기 쉬워 인공 충전재가 선호되고 있고 원가가 인상된 천연 충전재보다 단가도 크게 낮아 사용량이 크게 늘어나고 있다. 다만, 내피용 충전재로 사용하는 우모(羽毛, feather)의 보온성과 경량성 효과를 만족할 만할 대체재가 충분히 개발되지 않고 있다.
현재 출시되고 있는 대부분의 방한용 제품은 공기층에 의한 단열보온방식으로, 피복을 구성하는 직물의 두께를 증가시키는 이유가 되어 활동성이 낮아지는 원인이 되며, 내피용 충전재로 사용하는 우모(羽毛, feather)는 세탁시 뭉침현상과 삼출현상으로 보온력이 저하되고 미관상으로 좋지 않다. 또한 오리나 거위를 산 상태에서 깃털을 뽑는 형태가 동물보호단체의 반감을 불러일으키고 있으며 천연소재의 특성상 냄새발생이 우려되고 세탁 등 관리면에서 불편한 점이 많다.
이에, 다양한 계층의 소비자 욕구를 만족시키기 위해서는 상기 소재보다 우수한 기능성을 가지면서 가격 경쟁력을 지닌 범용적인 아웃도어 제품과 이를 위한 국내 소재의 개발이 요구되어지고 있다.
대한민국 등록특허 제1183949호에는 합성섬유와 포유류의 털을 함께 사용하여 적층시킨 보온용 패딩에 대해 개시하였다. 상기 패딩은 합성섬유층과 포유류의 털 및 합성섬유를 섞은 층을 적층하여 만든 다층구조의 보온재를 만들어 뭉침현상이나 섬유삼출 없이 적정한 두께를 지닌 형태적으로 안정한 보온재를 만들었으나, 종래의 패딩 제작 설비에 포유류의 털 공급을 위한 별도의 설비가 추가되어야 하므로 공정이 번거로우며, 상기 포유류의 털과 같은 우모를 합성섬유와 혼합하여 우모의 장점을 감소시킬 뿐만 아니라 일반적인 합성보온재보다 가격 경쟁력이 매우 낮아진다.
또한, 대한민국 등록특허 제1414206호에는 향상된 중공율을 가짐으로써 보온성 및 경량성 등의 효과를 극대화할 수 있도록 하는 C형 중공섬유를 만들었으나, 후처리과정, 제직과정을 거치게 되는 불편함과 이중 복합사의 고유점도(IV)차이에 의한 둥그렇게 감기는 컬(curl)성질이 없는 단점이 있다.
또한, 일반적인 합성 충전재는 단섬유를 적층시켜 일정한 형태로 제조되어 패딩류 등의 의류에 사용할 경우 뭉침형상이 발생할 수 있으며, 장시간 사용시에는 회복성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 의류에 사용되는 우모(羽毛, feather)의 단점을 보완하고 대체할 수 있어 친환경적인 볼 형태로 사용할 수 있는 폴리에스테르계 중공복합사 및 이를 이용한 보온성 충전재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 보온성이 우수할 수 있도록 공기층을 함유할 수 있는 중공복합사를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 중공복합사가 용이하게 볼(ball) 형태로 감길 수 있도록 고유점도(IV)가 차이가 있는 사이드 바이 사이드형태의 이성분 복합사 및 이를 이용한 보온성 충전재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 섬유에 함유된 탄소입자와 무기입자가 섬유에 보온 및 항균 기능을 부여하며, 상기 섬유로 제조되는 원단은 세탁견뢰도가 우수하여 반복 세탁하여도 보온 및 항균 기능이 유지되는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폴리에스테르계 단섬유로써 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머에 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 폴리머 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate) 폴리머가 사이드 바이 사이드형(side by side type)으로 구성되되,상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머에 탄소입자 1.0~6.0 중량%; 금속분말, 세라믹분말 또는 금속분말과 세라믹분말의 혼합분말로 이루어진 무기입자 0.5~3.0 중량%; 및 티탄산 염, 알루민산 염 및 규산염으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 메탈 알콕사이드 커플링제 0.2~2.0 중량%;를 포함하는 방사액을 탄소입자와 무기입자의 혼합입자에 메탈 알콕사이드 커플링제로 처리한 후 수지와 혼합구성된 마스터배치를 5~10중량부 추가하며,상기 사이드 바이 사이드형(side by side type)의 중공복합사의 단면은 환형모양이고 단면의 중앙에는 전체 면적 대비 5~30%의 원형의 중공부가 형성될 수 있는 폴리에스테르계 중공복합사를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머는 고유점도가 0.45~0.65 dl/g이고, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 폴리머는 고유점도가 0.9~1.1 dl/g이며, 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate) 고유점도는 0.8~1.2 dl/g인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 중공복합사를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머에 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 폴리머 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate) 폴리머의 중량비는 4 대 6 ~ 6 대 4인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 중공복합사를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 폴리에스테르계 단섬유는 연신비가 2.1~3.5인 것을 특징으로 하는폴리에스테르계 중공복합사를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 폴리에스테르계 단섬유는 단사섬도가 2~5데니어이고, 섬유장이 15~70mm인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 중공복합사를 제공한다.
또한 본 발명은 폴리에스테르계 중공복합사을 볼형태로 뭉쳐서 이용한 보온성 충전재를 제공한다.
본 발명에 따른 폴리에스테르계 중공복합사 단섬유를 이용한 볼 형태를 갖는 보온성 충전재는 이성분중공복합사를 이용하여 중공율과 권축현상에 의해 함기율이 높고 탄성력 우수하여 필 파워(fill power) 높은 보온력이 향상된 효과가 있으며 또한 중공복합사 단섬유에 함유된 탄소입자와 무기입자가 섬유에 보온 및 항균 기능을 부여하며, 상기 섬유로 제조되는 원단은 세탁견뢰도가 우수하여 반복 세탁하여도 보온 및 항균 기능이 우수한 효과가 있다.
도 1은 종래의 볼 형태를 갖는 보온성 충전재의 섬유의 단면으로, 비교예 3의 사이드 바이 사이드 형태 이성분 중공복합사 단면에 관한 도면이다.
도 2는 종래의 볼 형태를 갖는 보온성 충전재의 섬유의 단면으로, 비교예 4의 결합된 두개의 원형노즐을 통한 사이드 바이 사이드 형태 이성분 복합사 단면에 관한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 폴리에스테르계 중공복합사로 사이드 바이 사이드 형태 이성분 중공복합사 단면에 관한 개념도이다.
도 4은 본 발명에 따른 폴리에스테르계 중공복합사로 실시예 3의 사이드 바이 사이드 형태 이성분 중공복합사 단면에 관한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 폴리에스테르계 중공복합사로 사이드 바이 사이드 형태 이성분 중공복합사를 용융방사공정을 통해 압출하기 위한 방사구금의 단면에 관한 도면이다.
도 6은 비교예 4의 사이드 바이 사이드 형태 이성분 중공복합사를 용융방사공정을 통해 압출하기 위한 방사구금의 단면에 관한 도면이다
도 7은 본 발명에 따른 일실시예로 보온성 충전재의 볼 형태에 관한 도면이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 1은 종래의 볼 형태를 갖는 보온성 충전재의 섬유의 단면으로, 비교예 3의 중공율 5%의 사이드 바이 사이드 형태 이성분 중공복합사 단면에 관한 도면이다.
일반적으로 함기율이 높으면 보온성이 뛰어나다. 보온성 충전재는 열전도가 낮은 섬유를 함유할수록 보온성이 뛰어나며, 공기는 열전도율이 가장 낮아 보온성이 매우 좋다. 또한, 섬유속의 빈 공간이 클수록 보온성 이외에 경량성이 뛰어나서 의류의 충전재로써 착용감이 향상시킬 수 있다.
도 2는 종래의 볼 형태를 갖는 보온성 충전재의 섬유의 단면으로, 결합된 두개의 원형구금을 통한 사이드 바이 사이드 형태 이성분 복합사 단면에 관한 도면이다. 통상 열수축 성분이 다른 2종의 폴리머(Polymer)를 구금을 통해 토출하여 단면이 사이드 바이 사이드 형태로 접합된 바이 컨퍼넌트(Bi-Component) 구조의 원사를 말한다. 단면이 원형상태 두 개가 연결된 눈사람(snowman)형태를 갖으며 각각의 원형상태의 성분은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머 및 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 폴리머가 주를 이룬다. 다만, 섬유단면에 공기를 함유할 수 있는 공간이 없어 보온성, 탄성력, 경량성등에서 문제가 있다.
도 3 및 4은 본 발명에 따른 보온성 충전재 섬유로 사이드 바이 사이드(Side By Side) 형태 이성분 중공복합사 개념도 및 단면도에 관한 도면이다.
본 발명은 폴리에스테르계 단섬유가 볼형태로 뭉쳐서 충전재를 형성하되, 상기 폴리에스테르 단섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머(110)에 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 폴리머 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate) 폴리머(120)가 사이드 바이 사이드형(side by side type)이며 중앙에 빈공간의 중공(130)이 있는 이성분 중공복합사(100)인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머에 탄소입자 1.0~6.0 중량%; 금속분말, 세라믹분말 또는 금속분말과 세라믹분말의 혼합분말로 이루어진 무기입자 0.5~3.0 중량%; 및 티탄산 염, 알루민산 염 및 규산염으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 메탈 알콕사이드 커플링제 0.2~2.0 중량%;를 포함하는 방사액을 탄소입자와 무기입자의 혼합입자에 메탈 알콕사이드 커플링제로 처리한 후 수지와 혼합구성된 마스터배치를 5~10중량부 추가하며 섬유에 함유된 탄소입자와 무기입자가 섬유에 보온 및 항균 기능을 부여하며, 상기 섬유로 제조되는 원단은 세탁견뢰도가 우수하여 반복 세탁하여도 보온 및 항균 기능이 저하되지 않는 특징이 있다.
상기 이성분 중공복합사(100)는 파상 또는 나선상의 주름의 성질을 갖는 권축사의 특징이 있다.
상기 이성분 중공복합사(100) 중 한 성분인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate)(120)는 약어로 PTT라고 하며 폴리에스테르 원사의 일종으로 기존의 합성구조를 바꾸어 촉감을 나일론과 같거나 그 보다 좋게 만든 것이며 친피부적 원사를 말한다. 잠재 권축사류에 해당되는 원사이며 나이론의 터치와 스판덱스와 같은 신축성의 특징이 있고 통기성이 우수한 섬유이다.
또 다른 성분인 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate)(110)는 약어로 PET라고 하며 합성 섬유로 주로 사용되며 일반적으로 열가소성 고분자인 PET를 용융점 이상의 온도에서 방사구금을 통하여 압출하여 냉각 고화시킨 다음 권취하는 용융방사공정을 거쳐 사용한다.
또한 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate) 는 약어로 PBT라 하며 신축성이 좋아 1.5배의 길이까지 늘어남과 동시에 원래의 길이로 되돌아가는 뛰어난 성질의 합성 섬유로, 신체 움직임에 따라 신축되고 피트성이 좋다. 젖어도 신축성이 떨어지지 않고 촉감이 부드러우며 탄력성이 있다.
상기 사이드 바이 사이드형(side by side type)으로 배열된 중공복합사의 단면은 환형모양인 것에 특징으로 하는 볼 형태를 갖는 보온성 충전재로서, 중앙에는 전체 면적 대비 5~30%의 면적으로 원형의 중공부가 형성된 것을 특징으로 한다.
종래 충전재인 섬유 단면을 나타낸 도 1과 도 2를 비교해, 본 발명의 섬유 단면은 도 4와 같이 중앙에 원형의 빈 공간의 중공(130)이 있어 함기율을 높일 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 보온성 충전재 섬유로 사이드 바이 사이드 형태 이성분 중공복합사를 용융방사공정을 통해 압출하기 위한 방사구금의 단면에 관한 도면이다.
또한, 상기 이성분을 용융점 이상의 온도에서 방사구금을 통해서 압출시켜 냉각고화시킨다. 이때 방사구금은 도 5처럼 환형모양이지만 제1방사구금, 제2방사구금 사이 일정한 간격으로 나누어진 특성이 있다.
반면에, 도 6은 중공이 없는 사이드 바이 사이드 형태 이성분 복합섬유사의 방사구금의 단면에 관한 도면이다.
상기 제1방사구금(140) 및 제2방사구금(150) 각각의 상단(141)(151)에는 용융시킨 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머, 그리고 각각의 하단에는 (143)(153)에는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 폴리머를 용출시키면 된다. 이 과정에서 고압으로 압출된 직후 부피가 팽창하여 떨어진 간격이 좁아지면서 결국 연결 완성된 환형모양이 된다.
이때 떨어진 간격이 좁아지면서 연결된 환형모양이 되기 위해서는 연결부위에는 동일한 폴리머이어야 한다. 방사구금별로 별도의 폴리머를 용출시키는 경우 두 폴리머간의 계면분리가 발생할 수 있어 환형모양 연결이 어렵게 될 수 있기 때문이다.
그 후 냉각고화과정을 거쳐 미연신사가 된다. 이렇게 용융방사된 미연신사는 최종 섬유로서 가져야 할 강도를 부여하기 위해 배양화와 결정화를 섬유구조에 발현시키는 연신공정을 거쳐 최종 원사로 제조될 수 있다.
상기 방사구금의 크기와 두께에 따라 원하는 섬유도와 중공율을 얻을 수 있다. 반면에 처음부터 분리가 되지 않은 환형모양의 방사구금을 사용할 경우 고압 압출직후 부피가 내외부로 팽창하는 과정에서 복합사 내부 원이 줄어들어 원하는 중공율을 갖기 어려울 수 있다.
도 7는 본 발명에 따른 일실시예로 보온성 충전재의 볼 형태에 관한 도면이다. 상기 방사구금을 통해 얻은 이성분 중공복합사는 각각의 폴리머의 고유점도의 차이에 의해 압출 후 냉각고화된 이후 수축되는 정도가 차이가 생기게 된다.
따라서, 수축율의 차이에 따라 섬유가 둥글게 말리는 권축(crimp)이 발생된다. 상기 고유점도 차이가 많이 날수록 권축(crimp)율이 커져서 작은 사이즈의 볼 형태로 만들 수 있다.
따라서, 고유점도 차이를 많이 갖기 위해서는 2가지 성분의 폴리머를 사용하는 것이 바람직하다. 동일 성분의 폴리머는 고유점도의 범위가 제한적일 수 있기 때문이다.
본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머의 고유점도가 0.45~0.65dl/g이고, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 폴리머의 고유점도가 0.9~1.1 dl/g이며, 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate) 고유점도는 0.8~1.2 dl/g인 것으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머에 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 폴리머 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate) 폴리머의 중량비는 4 대 6 ~ 6 대 4인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 볼 형태를 갖는 보온성 충전재의 폴리에스테르계 단섬유는 연신비가 2.1~3.5인 것을 특징으로 한다. 연신이란 회전수가 느린 feed roller에서 회전수가 빠른 roller를 통과하면서 연신 되어 분자가 재배열되는 것을 말한다.
고분자물질은 대체로 고체로 되어 있으나 그 역학적 성질은 고분자 사슬의 배향상태에 따라 크게 좌우된다. 무배향상태에 있는 고분자를 2차전이 온도이상에서 어떤 방향으로 인장하면, 고분자사슬들은 그 인장방향으로 배향되고 그 역학적 성질이 변한다. 이와 같은 조작을 연신이라 하며 방사된 합성섬유 필라멘트(filament)는 아주 작은 힘으로도 늘어나기 쉬우며 늘어난 것은 장력을 제거하여도 되돌아 가지 않는다. 그것은 고분자들이 무정형상태로 있기 때문이다. 따라서 이 자체만으로는 섬유로서의 실용성이 없지만 2차 전이온도 이상에서 인장하면 분자들이 섬유축방향으로 배향되면서 극히 탄성이 우수한 섬유가 된다.
또한, 폴리에스테르계 단섬유는 단사섬도가 2~5데니어이고, 섬유장이 15~70mm이며, 상기 단섬유를 이용한 볼 형태의 보온성 충전재는 필파워(fill power)가 250 이상인 것이 바람직하다.
일반적으로 충전재에 사용되는 단섬유의 섬도에 따라 충전재의 함기율과 필파워에서 차이가 발생된다. 충전재를 구성하는 단섬유가 세섬도일 경우에는 함기율이 높아 보온성이 향상될 수 있으나, 세섬도의 섬유는 탄성이 약해 필파워가 저하될 수 있으며, 충전재를 구성하는 단섬유가 태섬도일 경우에는 탄성력이 우수하여 필파워를 높일 수 있으나, 함기율이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명의 볼 형태를 갖는 보온성 충전재는 2~5데니어의 섬도를 갖는 단섬유를 사용하여 함기율과 필파워를 동시에 충족할 수 있을 것이다.
상기 폴리에스테르계 단섬유는 섬유장이 너무 짧거나 길면 볼 형태의 충전재 형태로서 형성이 어려울 수 있거나, 형태안정성이 저하될 수 있으므로 상기 단섬유의 섬유장은 15~70mm 인 것이 바람직할 것이다.
또한, 본 발명의 보온성 충전재는 볼 형태로 형성되어 함기율이 높고 탄성회복성이 우수하며, 필파워가 250 이상인 것이 바람직할 것이다.
필파워(Fill power or Filling power)란 일정무게의 다운(Down:우모)이 얼마나 부푸는가(Down이 차지하게 되는 공간의 부피)를 수치로 표시한 것으로 다운의 품질을 나타내는 가치 척도 중 하나다. 필파워가 클수록 같은 양의 다운으로 더 많은 공간을 채울 수 있어 그만큼 공기를 함유할 수 있게 되고, 이것은 더 많은 양의 에어포켓이 존재한다는 것이므로 단열능력과 보온력이 높아지게 된다. 따라서 필파워는 높으면 높을수록 보온력이 뛰어남을 알 수 있다.
이하 본 발명에 따른 볼 형태를 갖는 보온성 충전재를 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예1
폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머의 고유점도(IV) 0.45 및 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 폴리머가 고유점도(IV) 1.02인 이성분 폴리머를 도 5의 방사구금을 통해 복합방사하였다. 상기 폴리머의 중량비는 1 대 1이며, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머에 마스터배치 5중량부를 혼합하여 복합방사 후 연신비 2.2의 연신과정을 거쳐 섬도 3데니어를 갖는 복합섬유를 얻으며 이후 절단과정을 거쳐 24mm 섬유장의 단섬유를 얻는다. 이후 단섬유를 이용해서 볼 형태의 보온성 충전재를 얻는다.
실시예2
상기 실시예1과 조건이 동일하며 다만, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머 고유점도(IV) 0.55를 갖는다.
실시예 3
상기 실시예1와 조건이 동일하며 다만, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머 고유점도(IV) 0.65를 갖는다.
실시예 4
상기 실시예1와 조건이 동일하며 다만, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머 고유점도(IV) 0.65로 하고 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 대신에 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate)을 사용한다.
비교예 1
상기 실시예1과 조건이 동일하며 다만, 이성분 폴리머가 동일한 성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)로서 고유점도(IV)도 동일한 0.65을 갖는다.
비교예 2
상기 실시예1과 조건이 동일하며 다만, 이성분 폴리머가 동일한 성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)로서 고유점도(IV)가 각각 0.65 와 0.55를 갖는다.
비교예 3
상기 실시예 1과 조건이 동일하며 다만, 이성분 폴리머가 동일한 성분인 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)로서 고유점도(IV)가 각각 0.65 와 0.50를 갖으며 마스터 배치를 추가하지 않았다.
비교예 4
상기 실시예 2과 조건이 동일하며 다만, 방사구금 단면이 도 5의 환형모양이 아닌 도 6과 같이 두 개의 원형모양이 인접한게 연결된 특징이 있고 갖으며 마스터 배치를 추가하지 않았다.
◎ 항균시험 평가방법
면직물을 대조군으로 하여 상기 충전재를 KS K 0693:2011 시험법에 의하여 항균도를 측정하였으며, 공시균주는 황색포도상구균(ATCC 6538)을 사용하였고 측정하였으며 초기 균주 2.5×104의 개수가 18시간경과 후 대조군대비 균주 감소율을 나타낸다.
◎보온성 측정방법
상기 충전재를 1000gsm 평량으로 시편을 제조하여 백열전구의 광을 15 분간 조사한 후 광조사를 차단하였으며, 1시간 후 시편의 경시적 온도변화를 측정하였다.
온도변화율(%) = (조사직 후 섭시온도- 1시간 경과 후 섭시온도)/조사직 후 섭시온도
◎ 중공률 평가방법
용융방사된 섬유의 단면에서 빈 공간이 차지하는 비율을 나타낸다.
◎ Ball size 평가방법
용융방사된 섬유가 둥그렇게 말린 볼 형태의 직경의 길이를 잰다.
◎ feather touch감 평가방법
감성평가의 일종으로 10명의 실험자가 각각을 블라인드상태에서 촉감의 정도를 평가하며 1~5 등급으로 나눠 높은 등급 일수록 촉감이 우수함을 나타낸다.
◎필파워 평가실험
직경 241mm의 실린더에 1온스(28.4g)의 시료를 넣고 3온스의 무게로 1일간 압축 후에 압축을 제거하였을 때, 회복되는 부피를 측정하며, 예를 들면 회복되는 부피가 300in3/oz인 경우에는 필파워 300임을 나타내며 시료 당 5회의 평가실험의 평균값을 계산한다.
구분 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
Polymer 1 PET IV 0.65 PET IV 0.65 PET IV 0.65 PET IV 0.55 PET IV 0.45 PET IV 0.55 PET IV 0.65 PET IV 0.65
Polymer 2 PET IV 0.65 PET IV 0.55 PET IV 0.50 PTT IV
1.02 		PTT IV
1.02 		PTT IV
1.02 		PTT IV
1.02 		PBT IV
1.1
항균결과
(균주감소율)		 99% 98% 50% 59% 99% 98% 98% 99%
온도감소율(%) 8% 8% 15% 20% 8% 7% 8% 6%
중공율(%) 14 8 5 없음 12 15 19 18
Ball size
(지름mm)		 형태불량 5.3 5.3 3.5 3.5 4 5 5
feather touch감 4 5 3 3.5 3 4 5 5
fill power 262 320 330 275 294 326 375 370
fiber 규격 중공단면 3데니아, 섬유장 24mm
PET : 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)
PTT : 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate)
PBT : 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate)
표 1에 나타난 바와 같이 실시예 1 내지 4은 PET에 PTT 또는 PBT 이성분으로 구성되고 고유점도(IV) 차이가 0.57 내지 0.37를 보이고 있다. 점도차이가 클수록 용융방사후 수축정도가 차이가 나서 권축성이 크게 발생할 수 있다.
점도 차이가 클수록 용융방사후 팽창단계에서 비대칭팽창에 의한 중공복합사의 내부 구멍이 줄어들어 중공율이 작아짐을 알 수 있다. 따라서 중공율은 고유점도(IV)차이가 가장 작은 실시예3이 19%로 가장 큰 값을 갖음을 알 수 있다. 반면 실시예 1은 가장 큰 점도차이인 0.57을 갖고 Ball size는 3.5mm로 실시예 2, 3, 4보다 작음을 알 수 있다.
이에 반해 비교예 1은 동일 성분의 같은 고유점도(IV)를 갖고 있어 권축율이 좋지 않아 Ball 형태가 불량하며, 비교예 2와 3은 점도차가 0.1~0.15 정도에 불과하여 Ball size가 5.3mm로 비교적 크나, 중공율은 5~8%로 비교적 작다. 도 1은 비교예 3의 중공율 5%인 복합 중공사의 단면을 보여주고 있다. 비교예 4은 방사구금에서 차이가 있어 중공율이 없는 특징이 있다.
feather touch감은 표 1에서 알 수 있듯이 Ball size사이즈 크기에 비례함을 알 수있다.
충전재로써 보온력은 통상 fill power값이 높을 수록 좋다. 표1을 보면, fill power값은 함기율과 Ball size 값에 관련이 있고 상기 두 개의 값이 클수록 보온력이 우수하다고 알려졌다. 중공율과 Ball size 값이 큰 실시예 3이 가장 높은 fill power값을 갖음을 알 수 있다.
또한 마스터배치를 추가한 실시예는 그렇지 않은 비교예 3,4에 비해 항균결과 및 온도감소율에서 차이가 있음을 알 수 있다.
◎연신비 차이에 의한 fill power평가
연신비는 회전수가 느린 feed roller에서 회전수가 빠른 후단 roller의 회전수비를 말한다.
실시예 5
상기 실시예3과 조건이 동일하며 다만, 연신비가 2.4을 갖는다.
실시예 6
상기 실시예3과 조건이 동일하며 다만, 연신비가 2.6을 갖는다.
비교예 5
상기 실시예3과 조건이 동일하며 다만, 연신비가 2.0을 갖는다.
구분 실시예3 실시예5 실시예6 비교예5
연신비 2.2 2.4 2.6 2.0
feather touch감 5 3 1 5
Ball size(mm) 5 4 3 형태불량
fill power 375 330 290 305
연신비 차이에 의해 인장된 분자들이 섬유축방향으로 배향되면서 탄성이 우수한 섬유가 된다. 표 2에서 연신비가 크면 클수록 섬유의 탄성비가 커져서 권축율이 커짐에 따라 Ball size 작아짐을 알 수 있고, 필파워(fill power)도 감소함을 알 수 있다. 비교예 4는 연신비가 2.0으로 섬유의 탄성이 작아서 Ball 형태가 불량함을 알 수 있다. 따라서 연신비 2.2인 실시예 3이 가장 큰 필파워(fill power) 값을 갖음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
100 : 이성분 중공복합사
110 : 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머
120 : 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 폴리머
130 : 중공(빈공간)
140, 140 : 제1방사구금 141: 제1방사구금 상단
143 : 제1방사구금 하단 150, 150 : 제2방사구금
151: 제2방사구금 상단 153 : 제2방사구금 하단

Claims (6)

  1. 폴리에스테르계 단섬유로써 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머에 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 폴리머 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate) 폴리머가 사이드 바이 사이드형(side by side type)으로 구성되되,
    상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머에 탄소입자 1.0~6.0 중량%; 금속분말, 세라믹분말 또는 금속분말과 세라믹분말의 혼합분말로 이루어진 무기입자 0.5~3.0 중량%; 및 티탄산 염, 알루민산 염 및 규산염으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 메탈 알콕사이드 커플링제 0.2~2.0 중량%;를 포함하는 방사액을 탄소입자와 무기입자의 혼합입자에 메탈 알콕사이드 커플링제로 처리한 후 수지와 혼합구성된 마스터배치를 5~10중량부 추가하며,
    상기 사이드 바이 사이드형(side by side type)의 중공복합사의 단면은 환형모양이고 단면의 중앙에는 전체 면적 대비 5~30%의 원형의 중공부가 형성될 수 있는 폴리에스테르계 중공복합사.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머는 고유점도가 0.45~0.65 dl/g이고, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 폴리머는 고유점도가 0.9~1.1 dl/g이며, 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate) 고유점도는 0.8~1.2 dl/g인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 중공복합사.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 폴리머에 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 (polytrimethylene terephthalate) 폴리머 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate) 폴리머의 중량비는 4 대 6 ~ 6 대 4인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 중공복합사.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르계 단섬유는 연신비가 2.1~3.5인 것을 특징으로 하는폴리에스테르계 중공복합사.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르계 단섬유는 단사섬도가 2~5데니어이고, 섬유장이 15~70mm인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르계 중공복합사.
  6. 제 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 의한
    폴리에스테르계 중공복합사를 볼 형태로 뭉쳐서 이용한 보온성 충전재.

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