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통기성 방수 의복
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 폴리테트라 플루오로 에틸렌 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. 이러한 문제를 해결하는 통기성 방수 의복이 필요하다는 요구가 많다.
통기성 방수 의복 개념 및 제조방법
나노섬유라는 용어는 수평균 직경 또는 단면이 약 1000 ㎚ 미만, 심지어 약 800 ㎚ 미만, 심지어 약 50 ㎚ 내지 500 ㎚, 심지어 약 100 내지 400 ㎚인 섬유를 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은 직경이라는 용어는 비원형 형상의 최대 단면을 포함한다. 의복이라는 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. 부직 물이라는 용어는 다수의 무작위로 분포된 섬유들을 포함하는 웨브를 의미한다. 섬유들은 일반적으로 서로 접합되거나 접합되지 않을 수 있다. 섬유는 스테이플 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. 캘린더링은 2개의 롤들 사이의 닙을 통해 웨브를 통과시키는 공정이다. 롤들은 서로 접촉할 수 있거나, 롤 표면들 사이에 고정 또는 가변 간극이 존재할 수 있다. 업 패터닝 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. 여기서 의복은 미공 성 멤브레인과 조합되어 하나 이상의 나노섬유 층의 나노섬유 웨브로부터 제조되는 복합 웨브를 포함한다. 이러한 조합은 나노섬유 웨브를 멤브레인에 접착식으로 라미네이팅함으로써, 또는 나노 웨브 방사 공정 동안 나노섬유 층을 멤브레인 상에 직접 형성함으로써, 멤브레인/나노섬유 층 구조를 형성하여 제조될 수 있다. 나노섬유 층은 또한 기계적 엉킴에 의해 멤브레인에 부착될 수 있다. 멤브레인의 예는 다양한 미공 성 필름, 예컨대 신장되어 충전된 중합체 및 확장 폴리테트라 플루오로 에틸렌을 포함할 수 있으며, 나노섬유 층이 기재에 부가될 수 있는 한 제한 없이 사용될 수 있다. 방사된 상태의 나노 웨브는 유리하게는 전기 방사, 예컨대 전통적인 전기 방사 또는 일렉트로 블로잉에 의해, 그리고 소정 환경에서는 멜트 블로잉에 의해, 또는 다른 그러한 적합한 공정에 의해 생성되는 나노섬유를 주로 또는 나노섬유만을 포함한다. 전통적인 전기 방사는, 나노섬유 및 부직 매트를 생성하기 위해 고전압이 용액 내의 중합체에 인가되는 기술이다. 그러나, 전기 방사 공정의 전체 처리량은 너무 낮아서 더 무거운 평량의 웨브를 형성함에 있어서 상업적으로 실용적이지 않다. 중합체 및 용매를 포함하는 중합체 용액의 스트림이 저장 탱크로부터, 고전압이 인가되고 중합체 용액이 배출되는 방사구 내의 일련의 방사 노즐로 공급된다. 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 스트림으로서 대체로 하향으로 지향된다. 일렉트로 블로잉 공정은 약 1 gsm을 초과하는, 심지어 약 40 gsm 이상만큼 높은 평량의 나노 웨브의 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. 부직 천, 예컨대 멜트블로운 부직 천, 니들-펀칭된 또는 스펀 레이싱 된 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. 에스테르, 폴리알킬렌 설파이드, 폴리아릴렌 옥사이드, 폴리설폰, 개질 된 폴리설폰 중합체, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 포괄 부류에 속하는 바람직한 재료는 가교 결합 및 비-가교 결합 형태의 다양한 가수분해도(87% 내지 99.5%)의 폴리비닐알코올, 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 그리고 폴리(비닐클로라이드), 폴리메틸 메타크릴 레이트(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 폴리메틸 메타크릴 레이트, 폴리스티렌 중합체 조성물 또는 얼로이(alloy) 또는 저 결정성 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. 중합체 나노 웨브가 멜트 블로잉에 의해 형성될 때, 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리부틸렌, 폴리에스테르, 예컨대 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리아미드, 예컨대 상기 열거된 나일론 중합체를 포함하여, 나노섬유로 멜트 블로잉 될 수 있는 임의의 열가소성 중합체가 사용될 수 있다. 섬유 중합체의 Tg를 감소시키기 위해, 당 업계에 공지된 가소제를 전술한 다양한 중합체에 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 적합한 가소제는 전기 방사되는 또는 일렉트로 블로잉 되는 중합체, 및 나노 웨브가 채용될 특정한 최종용도에 좌우될 것이다. 하나의 적합한 접착제는 열가소성 접착제이며, 이는 가열 시 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, 나노 웨브는 폴리우레탄과 같은 중합체 접착제의 용액을 사용하고 용매를 증발되게 함으로써 접착제에 의해 접합된다. 추가의 실시 형태에서, 나노 웨브가 천 상으로 직접 전기 방사될 때, 용매 접합을 달성하기 위해 나노 웨브가 그 내에서 방사되는 용매가 사용된다. 다공성 ePTFE 멤브레인을 내부 또는 외부 천 층에 라미네이팅 하는 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 삼원 공중합체의 수성 음이온성 분산 물을 포함하는, 다양한 불소화합물계 분산 물 또는 합성 라텍스 중 하나일 수 있다. 스페이서 스크림이 멤브레인과 외부 천 층 사이에 삽입될 수 있으며, 선택적으로 멤브레인과 외부 천 층 중 어느 하나 또는 둘 모두에 접합된다. "스크림"은 지지 층이며, 나노 웨브가 접합, 부착, 또는 라미네이팅 될 수 있는 임의의 평면 구조일 수 있다. 유리하게는, 유용한 스크림 층은 스펀본드 부직 층이지만, 부직 섬유 등의 카디드 웨브로부터 제조할 수 있다.