습도와 열의 편안함은 의복의 편안함에 있어 중요한 측면일 뿐만 아니라 건강과 편안한 생활에 대한 새로운 개념을 반영하는 중요한 지표입니다. 본 논문에서는 습기 및 열쾌적성과 관련된 흡습속건성 섬유의 현재 개발 상황을 소개하고, 습기 및 열쾌적성 직물의 가공 방법을 분석하는 데 중점을 두고 기능성 섬유 개발의 기초를 제공합니다.
흡습 속건성 섬유의 연구 개발은 주로 물리적 변형과 화학적 변형이라는 두 가지 접근 방식을 통해 이루어집니다. 물리적 변형이란 방사구금 구멍의 모양을 변화시켜 표면에 홈이 있는 섬유를 방사하는 것을 말하며, 모세관 원리를 이용하여 섬유가 수분을 빠르게 이동, 확산, 증발시키고 피부 표면의 땀과 수분을 빠르게 제거하여 외부로 증발시키는 것을 말합니다. 대안적으로, 블렌딩 방사 또는 복합 방사 방법을 친수성 그룹(예: 하이드록실, 아미드, 카르복실 및 아미노 그룹)을 함유한 폴리머와 함께 사용하여 수분 흡수 및 속건 특성을 가진 섬유를 생산할 수 있습니다. 화학적 변형에는 고분자 구조에 친수성 그룹을 도입하여 섬유의 수분 흡수 및 속건성을 증가시키는 그래프트 공중합 방법이 포함됩니다.
물리적 변형에는 방사 구금 구멍 모양 변경, 원료 복합 방사, 이성분 복합 방사의 세 가지 방법이 있습니다.
DuPont은 수분 함량이 높은 4홈 폴리에스테르 Coolmax 섬유를 개발했습니다. 일본 도요보(Toyobo)는 섬유 표면에 3개의 수분 흡수 홈을 형성하는 Y자형 단면 폴리에스테르 '트리아코트르(Triacotr)'를 개발했다. Far East New Century Corporation은 Topcool 수분 흡수 속건성 섬유를 개발했습니다. Guangdong Zhujiang Jinfang Group은 섬유 단면 형상을 변경하여 수분 흡수 폴리에스테르 필라멘트를 만들었고, 증가된 표면적과 모세관 효과로 인해 수분 흡수 성능을 크게 향상시켰습니다. Jiangsu Yizheng Chemical Fiber Co., Ltd.는 'H' 모양의 단면을 가진 Coolbest 섬유를 생산했습니다. 대만의 Chung Hsing Textile Co., Ltd.는 Y형 및 십자형 'Coolplus' 섬유를 생산했습니다. Taiwan Hero는 W형 Technofine 섬유를 개발했습니다. Donghua Haotian Company는 CoolDry를 생산했습니다. Shunde Jinfang Group은 Donghua University와 공동으로 '+' 모양의 단면을 가진 Coolnice 수분 흡수 폴리에스테르 섬유를 개발했습니다.
폴리에스터 및 기타 친수성 폴리머를 이중 스크류 방식으로 복합 방사하여 스킨 코어 복합 구조를 갖춘 새로운 유형의 흡습 및 땀 발산 섬유를 연구합니다. 이는 친수성 소재가 코어층 역할을 하고 기존 폴리에스터가 스킨층 역할을 하며 각 성분이 친수성 흡습 및 흡습 기능을 수행함으로써 수분 흡수 및 외관을 향상시킵니다. 일본 유니치카(Unichika)는 스킨-코어 복합 구조를 특징으로 하는 새로운 고흡습 및 방출 섬유인 HYGRA를 개발했습니다. 표피층은 일반 나일론으로 구성되어 젖었을 때 부드러운 촉감을 제공하며, 면 섬유에 비해 흡습 및 방출 능력이 우수합니다. 일본 쿠라레이(Kuraray)는 복합방적 공법을 이용해 외층에 친수성기(-OH)를, 심층에 폴리에스터를 적용한 소피스타 섬유를 개발했다.
화학적 변형은 수분 흡수 및 땀 발산 기능을 향상시키기 위해 고분자 구조 내에 친수성 그룹을 도입하는 그래프트 공중합 방법을 통해 달성됩니다. 일반적으로 물에 대한 친화력을 높이기 위해 카르복실기, 아미드, 수산기, 아미노기와 같은 친수성기를 도입합니다. 원재료 변형과 함께 적절한 방사 공정을 사용하여 섬유가 다공성 구조와 더 큰 비표면적을 갖도록 해야 합니다.
일본 도요보(Toyobo)는 폴리에스터 혼방방적에 폴리아크릴산 분말을 첨가해 흡습, 땀 배출 기능을 구현한 통기성 폴리에스터 원단 '엑스라이브'를 개발해 흡습과 열배출을 통해 폴리에스터 원단의 수분포화도를 향상시켰다. Komatsu Serien은 폴리에스테르 섬유에 실크 화합물을 접목하여 수분을 흡수하고 땀을 배출하는 폴리에스테르를 생산합니다. Xu Biet al. 소수성을 부여하기 위해 트리메틸실란과 반응하기 전에 나노실리카로 면직물을 처리했습니다. Eef Temmerman은 저온 플라즈마 방전 처리를 사용하여 면사의 모세관 현상을 개선했습니다. 조순천 외. 저온 플라즈마 기술을 사용하여 헥사메틸디실록산을 면직물에 접목하여 발수성을 향상시켰습니다.
현재 국내 및 해외에서 흔히 볼 수 있는 흡습속건사의 종류는 크게 단순사와 복합사로 분류할 수 있다. 단순사는 섬유의 종류에 따라 단섬유사와 필라멘트사로 더 나눌 수 있습니다.
가공방법에는 다중섬유혼합, 연사, 특수가공 등이 있다. 흡습성과 속건성이 우수한 원사를 개발하고 활용하는 것은 흡습성, 속건성, 냉각성이 뛰어난 원단을 만드는 데 중요한 접근 방식입니다.
(1) 혼방사
일반적으로 흡습성 섬유는 단일 기능적 특성을 가지고 있어 흡습, 흡습, 방출의 균형을 동시에 맞추는 것이 어렵고 이로 인해 원단의 흡습 및 속건 성능이 제한됩니다. 따라서 흡습성 섬유와 흡습성 섬유를 혼합하는 것은 직물의 건조함과 편안함을 향상시키는 간단하고 효과적인 방법입니다.
(2) 연사
다양한 흡습 및 방출 기능을 가진 단사 또는 필라멘트를 연사로 가공할 수 있습니다. 흡습성 면 단사와 흡습성 Coolmax 필라멘트를 결합하여 흡습성, 흡한성, 속건성을 지닌 원사를 얻을 수 있습니다.
(3) 다층 구조용 복합사
다양한 섬유 형태 또는 유형과 고급 방적 기술을 사용하여 실을 다층 구조 분포로 설계하여 다양한 구성 요소의 성능을 촉진하여 수분 흡수 및 속건 목표를 달성할 수 있습니다.
흡습 원단은 구조 설계나 섬유 변형을 통해 원단의 흡습, 전달, 방출 특성을 변화시켜 흡습속건 기능을 동시에 갖도록 개발된 제품입니다. 현재 일반적인 흡습 속건성 직물에는 편직물과 직조물이 모두 포함되며 구조에 따라 단층, 이중층, 다층 직물로 분류됩니다.
후가공 기술의 급속한 발전으로 다양한 기능성 원단이 등장하고 있다. 땀을 흘릴 때의 불편함과 습기 등의 문제를 해결하기 위해 원단의 수분 전달 능력을 향상시키는 것을 목표로 습한 조건에서 편안함에 대한 요구 사항에 부응하여 흡습 속건성 마감 처리가 이루어졌습니다.
(1) 단층 단방향 수분 흡수 직물
초기 연구 및 개발에서는 주로 수분을 흡수하는 속건성 섬유로 만든 순수 또는 혼방사로 직조되는 단층 직물에 중점을 두었습니다. 최근에는 가공 기술의 발전으로 단방향 수분 흡수 기능을 갖춘 직물이 개발되었습니다. 단방향 수분 흡수 직물은 앞면과 뒷면 또는 내부 및 외부 레이어에서 서로 다른 수분 흡수 및 방출 특성을 갖습니다. 직물이 피부의 땀과 접촉하면 높은 방향성으로 수분 흡수가 발생합니다. 땀은 피부 쪽에서 바깥쪽으로 지속적으로 운반되고 증발되어 피부를 건조하고 편안하게 유지합니다. 이는 직물의 습기 편안함을 크게 향상시켜 단일 방향 수분 흡수 직물이 양면에 동일한 친수성 및 소수성 특성을 갖는 직물에 비해 이론적으로 수분 흡수 및 속건 성능이 더 우수하도록 만듭니다.
Wang Nanfanget al. 순면 편직물을 페이스트 포인트 프린팅 방식으로 단방향 소수성 가공하여 강한 세탁저항성을 구현하였습니다. 처리하지 않은 원단에 비해 통기성이 약 10% 감소하였고, 모발 효과도 5~7% 감소하였습니다. Wu Jihonget al. 먼저 원사를 소수성으로 처리한 후 직조하고 염색하여 흡습성 니트 원단을 만들었으나, 소수성 처리 공정이 복잡해 원단 착색 시 염색 불균일과 높은 가공 비용 등의 문제가 발생했습니다. Wu Yefanget al. 면 원단의 단면 가공을 통해 흡습 속건 효과를 얻었으나, 코팅된 원단의 통기성이 저하되어 착용 성능에 영향을 미쳤습니다. He Tianhonget al. 단면 가공기법을 활용하여 양면 흡습속건 순면 니트 원단을 개발하였습니다.
(2) 이중층 또는 다층 단방향 수분 흡수 직물
자연으로의 회귀에 대한 소비자의 선호에 영향을 받아 사람들은 면섬유의 사용에 더욱 주목하고 있습니다. 그러나 면섬유의 습윤팽창 특성으로 인해 직물의 틈이 막혀 신체와 외부 환경 사이의 열과 습도의 교환을 방해할 수 있습니다. 면의 수분 흡수 과정에서도 열 방출이 발생할 수 있습니다. 수분 흡수가 포화 상태에 도달하면 열 방출이 중단되고, 직물 내 수분의 증발 과정이 피부의 열을 흡수하여 처음에는 뜨겁고 축축한 느낌으로 불편함을 느낄 수 있습니다. 최근 몇 년 동안 이중층 또는 다층 구조 직물의 개발은 단방향 수분 흡수 직물 개발의 기반을 마련했습니다. 이러한 직물은 일반적으로 내부 레이어에 소수성 합성 섬유를 사용하며 다음과 같은 네 가지 주요 유형으로 구성될 수 있습니다.
소수성 섬유가 포함된 내부 레이어 및 친수성 섬유가 포함된 외부 레이어
이 직물의 내부 층은 일반적으로 합성 섬유로 만들어지고 외부 층은 천연 섬유를 사용합니다. 내층은 피부와 점접촉을 하고 있으며, 증기의 땀은 천연섬유에 의해 흡수될 수 있는 반면, 액상 땀은 내부 합성섬유의 모세관 현상을 통해 외층으로 전달된 후 외층의 흡수섬유에 흡수된 후 외부환경으로 증발되는 것이 특징이다. 원단이 피부에 닿는 지점이 있기 때문에 내부층은 건조함을 유지하고 형성된 공기층은 따뜻함을 제공하여 땀을 흘린 후 끈적임, 답답함, 냉감을 방지해줍니다.
널리 사용되는 예는 면-폴리에스테르 복합 편직물입니다. 면-폴리에스터 복합직물의 원사는 소수성 폴리에스터 필라멘트를 사용하고, 표면사는 친수성 면사를 사용하여 친수화 처리 시 흡습이 빠르고 원단 외층으로 빠르게 확산되는 특성을 가지고 있습니다. Wang Xiaoet al. 바깥층에 면 섬유를, 안쪽 층에 중공 폴리에스테르를 사용한 직물은 두 층 모두 면 섬유로 만든 직물보다 보온성과 건조성이 더 우수하다는 것을 발견했습니다. 또한, 이러한 직물은 친수성을 지닌 일반 원사로만 제작된 직물에 비해 훨씬 뛰어난 흡습성과 속건성 효과를 나타냈습니다. 표면층의 소수성 섬유 함량이 30%에 도달하면 직물의 흡습 및 건조 성능이 가장 좋습니다.
다양한 규격의 합성섬유로 제작된 외부층과 내부층
합성섬유를 원료로 사용하며, 내층과 외층의 소수성 섬유의 규격이나 종류가 다양한 원단입니다. 수분 흡수 메커니즘은 천연 섬유의 그것과 확연히 다르며, 삼나무 효과라고도 알려진 현상인 내부 층과 외부 층에 의해 생성된 모세관 효과의 차이를 통해 단방향 수분 흡수를 달성합니다. 전형적으로, 외부 층은 미세한 섬유로 구성되는 반면, 내부 층은 거친 섬유로 구성됩니다. 외층 섬유에서 생성된 모세혈관에 의해 생성된 압력이 내층의 압력보다 크기 때문에 외층과 내층 사이에 추가 압력 차이가 존재하여 내층에서 직물 표면으로 땀이 전달되는 것을 촉진합니다. 그런 다음 땀은 외층을 통해 환경으로 증발하여 내층의 상대적인 건조함과 신체에 대한 편안한 느낌을 유지합니다. 이러한 구조를 대표하는 도레이의 에어파인 필드 센서(Airfine Field Sensor) 다층 편직물은 몸에서 나오는 땀을 빠르게 흡수해 내층에서 표층으로 확산시키는 능력이 뛰어나며, 필드 센서(Field Sensor)와 같은 흡한성 편물보다 흡습속건 기능이 2배 이상 뛰어나다. 스포츠웨어, 의료용 헬스케어 의류, 작업복에 흔히 사용됩니다.
Lampwick 유사 흡수점을 갖는 복합 구조 직물
이 직물은 수분 투과율이 높은 새로운 복합층 편직 직물 구조를 나타냅니다. 이는 소수성 투과층(내부 층)과 흡수층(외부 층)의 두 층으로 구성되어 있으며, 이는 여러 지점에서 상호 연결되어 있으며, 이러한 연결은 미리 결정된 패턴에 따라 직물에 분포된 등불심지 구조로 배열된 실로 구성됩니다. 이러한 연결점에는 직물의 내부 층과 외부 층을 연결하는 친수성 섬유(예: 면 섬유)가 포함되어 있습니다.
체코 Bnro 편직 연구소는 일본의 V-LEC4BS 컴퓨터 자카드 양면 위편 기술을 활용하여 다양한 천연색의 면 램프윅 포인트 구조 직물과 기존의 공기층 구조 직물을 개발했습니다. Hou Qiuping 등이 개발한 양면 직물. 내부 레이어에는 폴리에스테르와 폴리에스테르-면 혼방사를 사용하고 외부 레이어에는 갈색 면을 사용하며, 램프윅 밀도 분포는 직물 면적의 50%, 25%, 12.5%로 설계되었습니다. 테스트 결과, 내층과 외층의 원자재가 동일할 경우 램프심지 점의 밀도가 작아질수록 수분 흡수 성능이 향상되는 것으로 나타났습니다. Gu Zhaowenet al. H형 단면의 흡습 속건성 폴리에스테르 섬유와 유색 면섬유를 활용하여 높은 투과율 램프윅 포인트 구조의 흡습 속건성 니트 원단을 설계하여 친수성 처리가 원단 성능에 미치는 영향을 조사했습니다. 결과는 직물의 내부 및 외부 레이어의 원료가 동일할 때 램프윅 포인트의 밀도를 줄이면 직물의 투과성과 건조 성능이 향상된다는 것을 보여주었습니다. 그러나 친수 처리 후에는 통기성이 감소하고 원단의 흡습 속건 성능도 저하되어 친수 처리에는 적합하지 않음을 알 수 있습니다.
