한국의류산업학회지제14권제1호, 2012 <연구논문> J. Kor. Soc. Cloth. Ind. Vol. 14, No. 1, pp.122-129(2012) http://dx.doi.org/10.5805/ksci.2012.14.1.122 전기방사한나노섬유웹라미네이트소재의반복세탁에따른투습방수성능변화및내구성 이경 윤보람 이승신 연세대학교의류환경학과 Changes in Waterproofness and Breathability after Repeated Laundering and Durability of Electrospun Nanofiber Web Laminates Kyung Lee, Boram Yoon, and Seungsin Lee Dept. of Clothing & Textiles, Yonsei University; Seoul, Korea Abstract : To develop a waterproof breathable material, we fabricated three kinds of nanofiber web laminates using a massproduced electrospun nanofiber web with different substrates and layer structures. The waterproofness and breathability of nanofiber web laminates were evaluated after repeated launderings and compared with those of conventional waterproof breathable fabrics currently in use, including densely woven fabric, microporous membrane laminated fabric, and coated fabric. The durability of nanofiber web laminates, including adhesion strength, abrasion resistance, tensile strength, and tearing strength, was also assessed and compared with those of conventional waterproof breathable fabrics. The water vapor transmission of nanofiber web laminates increased slightly after repeated launderings, whereas the air permeability somewhat decreased after launderings but still maintained an acceptable level of air permeability. Laundering reduced the resistance to water penetration of nanofiber web laminates, which implies that laminating techniques or substrate materials that could support waterproofness of the laminated structure should be explored. The adhesion strength, abrasion resistance, tensile strength, and tearing strength of nanofiber web laminates were in a range comparable to conventional waterproof breathable materials. Key words: electrospun nanofiber web laminate, waterproofness, breathability, launderability, durability 1. 서론 주 5일근무제의실시와스포츠 레저문화의확산으로아웃도어패션시장에서는투습방수, 방풍, 흡한속건또는항균소취소재와같은다양한기능성소재들의수요가증가하고있다. 이중투습방수소재는활동이편리하고쾌적한의복환경을구현하는기능성소재로, 극한상황에서의착용을위한고내수성소재외에도일상생활이나가벼운운동시착용하기적합한, 다양한용도의투습방수소재에대한소비자들의요구가늘어나고있다. 투습방수소재는인체에서발산되는땀은방출시키고외부의물방울은막아주어착용자의체온조절을돕고쾌적한의복환경을유지해주는투습성과방수성을모두갖춘소재이다. 투습방수소재는제조방법에따라크게미세다공막을코팅또는라미네이팅한소재, 친수성을갖는무공막을코팅이나라미네 Corresponding author; Seungsin Lee Tel. +82-2-2123-3111, Fax. +82-2-312-8554 E-mail: SL158@yonsei.ac.kr 이팅한소재, 극세사를이용한고밀도직물등으로구분될수있다 (Mukhopadhyay & Midha, 2008). 고밀도직물은쾌적성이우수하며인체곡선과융합성이좋고유연하여편안한태를가지지만코팅이나라미네이팅소재에비해높은수준의방수성을가지기어렵다는한계점이있다. 반면, 코팅이나라미네이팅소재는방수성면에서는우수하나상대적으로투습성과공기투과도가낮아쾌적성이떨어지며코팅이나라미네이팅가공으로인해소재의중량이증가하는경향이있으며뻣뻣함으로인한불편이있었다 (Jeong & An, 2002; Kang, 2007). 최근에는이와같은기존의투습방수소재의제한점을보완하기위해전기방사한나노섬유웹을적용한투습방수소재에대한연구들이보고되고있다 (Kang et al., 2007; Lee et al., 2010; Yoon & Lee, 2011; Youn & Lee, 2010). 전기방사는수십에서수백나노미터직경의초극세섬유를제조하는기술로, 전통적인방사방법에비해비교적간단한공정으로나노섬유를생산할수있다는이점이있다 (Ramakrishna et al., 2005). 고분자용액또는용융물에고전압이가해지면전기적반발력에의해전하를띈고분자용액이젯 (Jet) 형태로방출되고콜렉터 (Collector) 상에나노섬유가만들어진다. 이렇게형성 122
전기방사한나노섬유웹라미네이트소재의반복세탁에따른투습방수성능변화및내구성 123 된전기방사나노섬유웹은매우작은기공들로이루어져호흡성 (Breathability) 을가질수있으며, 나노미터직경의섬유집합체로구성되어유연하고초박막, 초경량이라는특성을갖는다. 전기방사나노섬유웹의투습방수소재에의적용가능성을살펴본 Kang 등 (2007) 의연구에서는나노섬유웹의높은투습성과공기투과도, 보온성능을보고하였고, 이와함께충분한방수성능이발휘된다면기존소재보다쾌적성이우수한투습방수소재로적용될수있다고제안하였다. Yoon and Lee (2011) 의연구에서는실험실제작 (Lab-scale) 나노섬유웹과대량생산 (Commercial) 나노섬유웹을이용하여다양한구조및제작조건의나노섬유웹처리소재를제조하여투습성및공기투과도, 방수성을측정하였다. 그결과라미네이팅과정을거친대량생산나노섬유웹라미네이트소재는기존투습방수소재와달리우수한내수도, 통기성, 투습성능이균형을이루어일상생활에서의다양한착용상황에적합한투습방수소재로활용될수있음을시사하였다. 나노섬유웹처리소재의역학적특성을측정한연구 (Youn & Lee, 2010) 에서는나노섬유웹을적용하였을때, 기존폴리우레탄코팅이나 Poly(tetrafluoro ethylene) (PTFE) 라미네이트직물에비해뻣뻣함이덜하며유연하고부드러운태를가지는것으로해석되어, 기능적성능과감성적성능을모두충족시키는새로운투습방수소재로의활용가능성을나타냈다. 핫멜트 (Hot melt) 라미네이팅과솔벤트 (Solvent) 라미네이팅의두가지방법으로제조된나노섬유웹라미네이트소재의세탁후물리적특성변화를관찰한연구 (Lee et al., 2009) 에서는라미네이팅방법에따른차이는있으나세탁후에도나노섬유의형태가유지되었으며, 대량생산나노섬유웹의방수성은세탁후다소감소하였지만투습방수소재로서요구되는방수성은여전히충족시키는것으로나타났다 (Lee et al., 2010). 나노섬유웹라미네이트소재가실제투습방수의류제품에적용되기위해서는투습방수성능뿐만아니라, 관리성, 내구성 측면에서의제반물성에대한평가가선행되어야한다. 투습, 방수성능이외에투습방수소재가갖추어야하는기본성능으로는세탁내구성, 멤브레인이나필름이직물에붙어있는접착력인박리강도, 마모강도, 인열강도등이있다 (Kramar, 1998). 나노섬유신소재의의류제품에의상용가능성을검증하기위해서는, 보다다양한측면에서의류직물로서가져야하는기본적인물성평가및기존투습방수소재와의비교 분석이요구되며, 다양한조건으로제작된나노섬유웹라미네이트소재에대한성능평가가필요하다. 따라서본연구에서는기반직물및적층구조에차이를두어 3종의나노섬유웹라미네이트소재를제작하고, 반복세탁후투습성, 공기투과도, 내수도를측정하여, 이를시판되는투습방수소재 ( 고밀도직물, PTFE 멤브레인라미네이트직물, 폴리우레탄코팅직물 ) 와비교 분석하였다. 또한투습방수소재의기본적인성능평가를위해, 나노섬유웹라미네이트소재의박리강도, 마모강도, 인장강도및인열강도를측정하고이를기존투습방수소재와비교하였다. 이와같이전기방사나노섬유웹라미네이트소재와기존투습방수소재간의종합적인성능비교를통하여전기방사나노섬유웹라미네이트소재의제품화를위한기초자료를제시할수있을것이다. 2. 실험 2.1. 나노섬유웹라미네이트소재의제조폴리우레탄 (Polyurethane, PU) 을약 5.2 g/m 2 의웹밀도로전기방사한대량생산나노섬유웹을국외 F 社로부터제공받아, 이를기반직물에라미네이팅하였다. 이때기반직물및적층구조에차이를두었는데, 제작된시료는 PU 나노섬유웹을고밀도폴리에스테르직물에라미네이팅한것 (C1) 과, 일반폴리에스테르직물에라미네이팅한것 (C2), 그리고일반폴리에스테르직물과나일론트리코에 3-layer로라미네이팅한것 (C3) 의 Table 1. Fabric structure and characteristics of electrospun nanofiber web laminates Sample code Structure Substrate Weight (g/m 2 ) Thickness (mm) Fabric laminating construction C1 2-layer Densely woven polyester fabric a 97.9 0.19 C2 2-layer Polyester fabric b 120.0 0.21 C3 3-layer Polyester fabric, nylon tricot c 187.9 0.46 a 100% Polyester, dobby weave, fabric weight 88.4 g/m 2, thickness 0.17 mm, fabric count 160 150/inch b 100% Polyester, plain weave, fabric weight 109 g/m 2, thickness 0.15 mm, fabric count 93 93/inch c 100% Nylon tricot, fabric weight 69 g/m 2, thickness 0.25 mm, fabric count 42 84/inch
124 한국의류산업학회지제 14 권제 1 호, 2012 년 Table 2. Characteristics of conventional waterproof breathable fabrics Sample Specimen Substrate Weave construction Weight (g/m 2 Fabric count ) Thickness (mm) code (warp filling/inch) DF Densely woven fabric 100% polyester Dobby 88.4 0.17 160 150 LF PTFE membrane laminated fabric 100% polyester Dobby 101.9 0.20 179 119 CF PU coated fabric 100% polyester Plain 101.3 0.13 136 84 총 3 종으로, 본연구에서사용된나노섬유웹라미네이트소재의구성조건과모식도를 Table 1에나타내었다. 나노섬유웹의미세다공손상을최소화하도록 mesh roller와 hot-melt PU 접착제가라미네이팅에사용되었으며, 기반직물로사용된고밀도폴리에스테르직물, 일반폴리에스테르직물, 나일론트리코의특성은 Table 1 하단에제시하였다. 2.2. 시료구성본연구에사용된시료는총 6종으로, 나노섬유웹라미네이트소재 3종과기존투습방수소재 3종을포함한다. 나노섬유웹라미네이트소재는기반직물및적층구조에차이가있는 3종으로구성하였으며기존투습방수소재로는고밀도직물 (DF), 미세다공 PTFE 멤브레인라미네이트직물 (LF), 친수무공 PU 코팅직물 (CF) 의 3종을선정하였다. 각시료들의특성을 Table 1과 Table 2에나타내었다. 고밀도직물 (DF) 의섬도 (Fiber linear density) 는경사 0.71D, 위사는 0.40D와 1.19D였고, 실의번수 (Yarn linear density) 는경사 51.3D, 위사 67.7D 였다. 2.3. 반복세탁에따른투습방수성능및기공도 2.3.1. 세탁방법세탁에따른투습방수성능변화를알아보기위해, 나노섬유웹라미네이트소재 3종과기존투습방수소재 3종을 JIS- L1089(Testing Methods for Laminated Fabrics) 에준하여세탁하였다. 상업용전기세탁기와중성세제 (ATACKU, Kao Corporation, Japan) 를사용하여, 약 40 o C의물에세탁후헹굼, 탈수하였다. 세탁횟수는 1회, 5회, 10회로반복세탁하였으며, 세탁후에는자연건조시켰다. 2.3.2. 투습도투습도는 ISO 2528(Sheet materials-determination of water vapour transmission rate gravimetric (dish) method) 에의해측정하였다. 염화칼슘 (CaCl 2 ) 이담긴투습컵을이용하여, 온도 38±0.5 o C, 상대습도 90±2% 의환경에서투습컵의단위시간당무게증가량으로투습률을산출하였다. 모든시료들은 5회측정한후평균한값을사용하였다. 2.3.3. 공기투과도공기투과도는 ASTM D 737(Standard test method for air permeability of textile fabrics) 에준하여평가하였다. 테스트면적 38.3 cm 2, 공기압력 125 Pa 일때시료의수직방향을통과하여흐르는공기의양을측정하였으며, 시료의기반직물이공기의압력을받도록하였다. 모든시료는 5회측정하여평균한값을사용하였다. 2.3.4. 내수도내수도측정은 ISO 811(Textile fabrics-determination of resistance to water penetration-hydrostatic pressure test) 저수압법에준하여측정하였다. 단위면적당일정한속도로수압을가했을때원단표면에물방울 3개가나타나보일때의수주압을측정하였으며, 수압증가속도는 600 mm/min, 물의온도는 20 o C로조절하였다. 모든시료는온도 20±2 o C, 상대습도 65±5% 의조건하에서 5회측정하여평균한값을사용하였다. 2.3.5. 기공도기공크기분포는 Capillary flow porometer(model ACFP- 1500-AE, Porous Materials, Inc., USA) 를사용하여측정하였다. 측정은 15.9 dynes/cm 의표면장력을보이는 Galwick 습윤제를사용하여이루어졌고, 최대기공크기 (Largest detected pore diameter), 기공분포가최대를이루는최다분포기공크기 (Diameter at maximum pore size distribution) 도측정하였다. 2.4. 내구적성능 2.4.1. 박리강도박리강도는 ASTM D 4851(Standard test methods for coated and laminated fabrics for architectural use) 에준하여코팅또는라미네이트된시료 5종에대해측정하였다. 경사방향과위사방향으로각각측정하였으며, 5회측정하여평균한값을사용하였다. 2.4.2. 마모강도마모강도는 ASTM D 4966(Standard test method for abrasion resistance of textile fabrics (martindale abrasion
전기방사한나노섬유웹라미네이트소재의반복세탁에따른투습방수성능변화및내구성 125 tester method)) 에의해측정하였다. 마모강도시험의최종점은실 2가닥이남을때이며최종점까지총마찰횟수를기록하였다. 모든시료를 3회측정하여평균한값을사용하였다. 2.4.3. 인장및인열강도인장강도는 ASTM D 5035(Standard test method for breaking force and elongation of textile fabrics (strip method)) 에준하여경 위사방향으로각각측정하였다. 인열강도는 ASTM D 2261(Standard test method for tearing strength of fabrics by the tongue (single rip) procedure) 에준하여경 위사방향으로각각측정하였다. 모든시료는 3회측정하여평균값을계산하였다. 3. 결과및고찰 3.1. 세탁에따른투습방수성능변화세탁이불가피한의류의특성때문에투습방수소재의세탁내구성을평가하는것이필요하다. 반복세탁에의한투습방수성능변화를알아보기위해, 나노섬유웹라미네이트소재 3종 (C1, C2, C3) 과기존투습방수소재인고밀도직물 (DF), PTFE 라미네이트직물 (LF), 친수무공 PU 코팅직물 (CF) 의총 6가지시료에대해반복세탁후투습도, 공기투과도, 내수도를측정하였다. 3.1.1. 투습도투습성은의복착용시인체에서발생하는땀을방출하여쾌적성을부여하는중요한성능이다. 운동시요구되는투습도는적어도 2,500 g/m 2 /24hr 이상이며, 스노우보드, 스키, 등산등의격렬한운동시에는최소 4,000 g/m 2 /24hr 이상의투습도가요구된다 (Lee, 1984, as cited in Lee, 1999). Fig. 1은나노섬유웹라미네이트소재와기존투습방수소재의반복세탁에따른투습도변화를보여준다. 세탁전투습도는표면에코팅이나라미네이팅처리가되지않은고밀도직 물 (DF) 이 5,500 g/m 2 /24hr로가장높았고, 친수무공 PU 수지가도포된 PU 코팅직물 (CF) 이 250 g/m 2 /24hr로가장낮아큰차이를보였다. 나노섬유웹라미네이트소재인 C1, C2, C3는각각세탁전 4,430, 3,224, 그리고 2,880 g/m 2 /24hr의투습도를보였는데, 이중고밀도직물 (DF) 을기반직물로사용한 C1은 3,350 g/m 2 /24hr의 PTFE 라미네이트직물 (LF) 보다우수한투습도를나타냈다. C2와 C3는 PTFE 라미네이트직물 (LF) 과유사한정도의투습도를보였다. 나노섬유웹라미네이트소재및 PTFE 라미네이트직물 (LF), PU 코팅직물 (CF) 모두세탁횟수가증가함에따라투습도가다소증가하는경향을보였다. 이는반복세탁으로계속적인화학적 물리적인힘이가해져서, 섬유, 직물과피막의변화로인해기공의재배열을가져오고, 이에따라직물의투습도가증가한것으로판단된다. 3-layer 구조인 C3는 10회세탁후투습도증가가가장크게나타나, 다른시료들에비해세탁에의한영향을많이받는것으로해석된다. 나노섬유웹라미네이트소재는 PTFE 라미네이트직물 (LF) 과유사한투습성능을보이며, 고밀도직물 (DF) 과 PU 코팅직물 (CF) 의투습성능사이에위치한다. 나노섬유웹라미네이트소재는 10회반복세탁후에도 PTFE 라미네이트직물 (LF) 과유사한투습도증가경향을나타냈다. 3.1.2. 공기투과도 Fig. 2는나노섬유웹라미네이트소재와기존투습방수소재의반복세탁에따른공기투과도변화를보여준다. 공기투과도에있어서고밀도직물 (DF) 이가장높은값을보인반면, PU 코팅직물 (CF) 은가장낮은값을보였고 PTFE 라미네이트직물 (LF) 이그다음으로낮은공기투과도를보였다. 나노섬유웹라미네이트소재 C1, C2, C3는모두, 코팅직물 (CF) 과라미네이트직물 (LF) 보다높은공기투과도를나타냈고, 제작조건및기공분포에따라공기투과도에차이를보였다 (Yoon & Lee, 2011). 반복세탁후나노섬유웹라미네이트소재및 PU 코팅직물 (CF), PTFE 라미네이트직물 (LF) 은공기투과도가세탁전과비슷하거나다소저하되는경향을나타냈다. 이는앞서투습도 Fig. 1. Water vapor transmission rate of electrospun nanofiber web laminates and conventional waterproof breathable fabrics after repeated laundering. Fig. 2. Air permeability of electrospun nanofiber web laminates and conventional waterproof breathable fabrics after repeated laundering.
126 한국의류산업학회지제 14 권제 1 호, 2012 년 Fig. 3. Pore size distribution of electrospun nanofiber web laminates after repeated laundering: (a) C2, (b) C3. 에서의변화와마찬가지로, 세탁에수반된물리적 화학적자극에따른피막내기공의변형에기인한것으로판단된다. 선행연구 (Whelan et al., 1955; Lee & Obendorf, 2007) 에따르면, 동일한기공면적에서미세기공의비중이증가하면투습성은증가하고공기투과도는저하된다. 이에근거하면, 이들라미네이트 / 코팅소재에서도반복세탁으로인해피막내기공의재배열을가져와, 미세기공의분포가증가한것으로판단된다. 이러한해석을뒷받침하기위해투습도의증가가두드러진 C2 와 C3에대해세탁전 후기공도를측정하였고이를 Fig. 3 에제시하였다. C2와 C3 모두, 세탁전에비하여 10회세탁후미세기공의비중이현저히증가한것으로나타났다. 이러한미세기공의증가는, 세탁후나노섬유웹라미네이트소재의투습도증가및공기투과도의저하를가져왔을것으로사료된다. 코팅이나라미네이팅된소재와달리, 고밀도직물 (DF) 은세탁횟수가증가함에따라공기투과도가증가하였는데, 피막이없는고밀도직물 (DF) 의경우반복세탁시가해지는물리적 화학적힘이실간공극 (Interyarn spacing) 과섬유간공극 (Interfiber spacing) 의증가에직접적으로영향을미쳤을것으로사료된다. 고밀도직물 (DF) 의세탁전 후기공도를측정한결과, 기공분포가최대를이루는최다분포기공크기 (Diameter at maximum pore size distribution) 와최대기공크기 (Largest detected pore diameter) 모두세탁후증가하였다. 이러한기공크기및분포의변화로인해, 고밀도직물의공기투과도가증가한것으로사료된다. 나노섬유웹라미네이트소재의공기투과도는고밀도직물 (DF) 에비해서는낮은값을보이지만코팅이나라미네이팅한기존투습방수직물에비해서는높은공기투과도를나타냈다. 반복세탁후나노섬유웹라미네이트소재의공기투과도가다소저하되는경향을보였으나, 여전히기존코팅, 라미네이팅소재보다높은통기성을유지하였다. 3.1.3. 내수도내수성은외부의물방울을막아주는방수성과관련이있으며투습방수소재에반드시필요한성능이다. 일반적으로저수압법으로측정시 300-800 mmh 2 O를저내수압형, 1,000-2,500 mmh 2 O를중내수압형 ( 범용형 ), 5,000-30,000 mmh 2 O를고내수압형투습방수소재로분류하고있다 (Korean Intellectual Property Office, 2000). Fig. 4는나노섬유웹라미네이트소재와기존투습방수소재의반복세탁에따른내수도변화를보여준다. 투습도와공기투과도와는달리, 내수도에서는고밀도직물 (DF) 이가장낮은값을보였다. PTFE 라미네이트직물 (LF) 이가장높은내수 Fig. 4. Resistance to water penetration of electrospun nanofiber web laminates and conventional waterproof breathable fabrics after repeated laundering.
전기방사한나노섬유웹라미네이트소재의반복세탁에따른투습방수성능변화및내구성 127 도를보였고, 다음으로나노섬유웹라미네이트소재인 C1과 C3가높은값을나타냈는데고밀도직물 (DF) 위에라미네이팅한 C1과일반직물위에 3-layer로라미네이팅한 C3의경우 7,000 mmh 2 O 이상의내수성을발휘하였다. 세탁전, 나노섬유웹라미네이트소재인 C1, C2, C3는모두, PU 코팅직물 (CF) 보다높거나비슷한내수도를나타냈으며, 범용형이상의내수도를가지고있음을알수있다. 반복세탁후, 6종의시료모두내수도가감소하는경향을보였는데, 10회세탁후 7,836 mmh 2 O의내수도를보인 PTFE 라미네이트직물 (LF) 과 1,544 mmh 2 O의내수도를보인 C3는각기고내수압형투습방수소재와범용형투습방수소재로분류되었고, 나노섬유웹라미네이트소재 C1과 C2, 그리고 PU 코팅직물 (CF) 은저내수압형투습방수소재로분류되어진다. 세탁횟수가증가함에따라내수도가감소하는것은직물표면의피막손상으로인해나타나는현상으로보인다. 이와같은반복세탁에따른내수도의점진적저하는, 기존투습방수소재및개발중인투습방수소재에서빈번히지적되는문제점으로, 투습방수소재의고품질유지를위해반드시개선되어야할사안이다. 선행연구 (Lee et al., 2009; Lee et al., 2010) 에서, 두가지라미네이팅방법으로제조된나노섬유웹라미네이트소재에대해세탁후물리적특성변화및방수성등을관찰하였는데, 방수성은세탁후다소감소하였지만 10회세탁후에도 10,000 mmh 2 O 이상의내수도값을보여고내수압형투습방수소재에요구되는방수성을충족시키는것으로나타났다. 이와같은높은방수성능이유지된것은라미네이팅방법및기반직물에기인한것으로사료된다. Lee et al.(2010) 의연구에서는 100% 나일론직물을기반직물로하여핫멜트 (Hot melt) 라미네이팅과솔벤트 (Solvent) 라미네이팅의두가지방법으로나노섬유웹라미네이트소재를제조하였다. 따라서이들선행 연구에비추어볼때, 라미네이팅방법을개선하고방수성능을유지하는데에보다적합한기반직물을선택한다면, 반복세탁후에도우수한내수성을발휘할수있는나노섬유웹라미네이트소재를제조할수있을것으로사료된다. 3.2. 내구적성능 3.2.1. 박리강도투습, 방수성능이외에, 코팅이나라미네이팅한투습방수소재에요구되는중요한물성중하나는박리강도이다. 특히아웃도어웨어로주로사용되는투습방수소재는격렬한구부림성, 마모, 인장등과같은극한조건에서잘견디는내구성을가져야하는데내구성을오래유지하기위해서는박리강도가 1.4 lbs/inch 이상이되어야한다 (Lee, 1984, as cited in Lee, 1999). Fig. 5는 3종의나노섬유웹라미네이트소재와기존투습방수소재의박리강도를보여준다. 박리강도는 semi-fluid 형태인 PU 수지가도포된 PU 코팅직물 (CF) 이가장높은값을나타 Fig. 5. Adhesive strength of electrospun nanofiber web laminates and conventional waterproof breathable fabrics. 냈고, 나노섬유웹라미네이트소재인 C1 > C2 > C3 > PTFE 라미네이트직물 (LF) 순으로나타났다. 나노섬유웹라미네이트소재인 C1, C2, C3간박리강도의차이는제작조건및기반직물에기인한것으로판단된다. 고밀도폴리에스테르직물을기반직물로한 C1은, 일반폴리에스테르직물을기반직물로한 C2보다높은박리강도를보였는데, 이는나노섬유웹과접합되는기반직물의표면특성과관련이있을것으로여겨지며, 고밀도직물 (DF) 의평활한표면특성이영향을미쳤을것으로판단된다. 박리강도의최소요구치는 1.4 lbs/inch로, 나노섬유웹라미네이트소재 C1과기존 PU 코팅직물 (CF) 만이최소요구치를만족시키는것으로나타났다. 3.2.2. 마모강도마모강도는사용중소재끼리또는신체나주변물체와마찰이반복되는경우에소재가마모되어끊어지게되는데이에대한저항성을의미한다. 따라서아웃도어웨어로주로사용되는투습방수소재의내구성은직물의마모강도의영향을많이받는다. 마모강도는마틴데일법으로평가하였는데실두가닥이남을때까지의총마찰횟수를측정하였다. Table 3은나노섬유웹라미네이트소재와기존투습방수소재의마모강도를나타내며마찰횟수를보여준다. 고밀도직물 (DF) 은 7,000 회의마찰횟수를보여가장낮은마모강도를 Table 3. Abrasion resistance of electrospun nanofiber web laminates and conventional breathable waterproof fabrics Specimen Electrospun nanofiber web laminates Conventional waterproof breathable fabrics Sample code Abrasion resistance (counts) C1 Over 20,000 C2 Over 20,000 C3 Over 20,000 DF 7,000 LF Over 20,000 CF Over 20,000
128 한국의류산업학회지제 14 권제 1 호, 2012 년 가지는것으로나타났으며, 그외나노섬유웹라미네이트소재 C1, C2, C3와 PTFE 라미네이트직물 (LF), PU 코팅직물 (CF) 은모두 20,000 회이상으로우수한마모강도를나타냈다. 3.2.3. 인장및인열강도인장강도와인열강도는직물의내구성을결정하는주요한물성으로, Fig. 6은나노섬유웹라미네이트소재와기존투습방수소재의인장강도를나타낸것이다. 경 위사방향을종합해볼때, 3-layer로구성된 C3가가장높은인장강도를보였고, 2-layer 구조의시료중 C2가다음으로높은인장강도를나타냈다. C1은 PU 코팅직물 (CF), PTFE 라미네이트직물 (LF) 과유사한인장강도를나타냈으며, 코팅이나라미네이팅처리가되지않은고밀도직물 (DF) 이낮은인장강도값을보였다. 나노섬유웹라미네이트소재인 C1, C2, C3를비교해볼때, 기반직물및적층구조가인장강도에영향을미침을알수있다. 일반폴리에스테르직물을기반직물로한 C2가고밀도폴리에스테르직물을기반직물로한 C1보다높은인장강도를나타냈고, 3-layer 구조인 C3가경사방향에서 C1, C2보다현저히높은인장강도를보여나일론트리코층이인장강도의향상에기여한것으로해석된다. 따라서나노섬유웹라미네이트소재설계시, 투습방수성능과함께내구성측면도함께고려하여기반직물및적층구조를선택해야할것으로사료된다. 전반적으로나노섬유웹라미네이트소재는기존 PU 코팅직물 (CF) 과 PTFE 라미네이트직물 (LF) 과비교하여비슷하거나 더우수한인장강도를가짐을알수있다. Fig. 7은나노섬유웹라미네이트소재와기존투습방수소재의인열강도를보여준다. 인열강도는 PTFE 라미네이트직물 (LF) 이가장높은값을보였고, 나노섬유웹라미네이트소재인 C3가그다음으로높게나타났다. C1, C2, 그리고고밀도직물 (DF) 은유사한범위의인열강도를나타냈고 PU 코팅직물 (CF) 이가장낮은인열강도값을보였다. 인열강도는직물을찢는데필요한힘으로, 나노섬유웹라미네이트소재인 C1, C2, Fig. 6. Tensile strength of electrospun nanofiber web laminates and conventional waterproof breathable fabrics. Fig. 7. Tearing strength of electrospun nanofiber web laminates and conventional waterproof breathable fabrics. C3를비교해볼때인장강도와마찬가지로, 기반직물및적층구조가인열강도에영향을미침을알수있다. C2와 C3의인열강도를비교하면, 나일론트리코층이인장강도뿐만아니라인열강도의향상에도영향을미친것으로사료된다. 기반직물이서로다른 C1과 C2의인열강도를비교해볼때, 일반폴리에스테르직물을기반직물로한 C2가고밀도폴리에스테르직물을기반직물로한 C1보다다소높은인장강도를나타냈다. 나노섬유웹라미네이트소재는기존투습방수소재인 PTFE 라미네이트직물 (LF) 보다는낮지만 PU 코팅직물 (CF) 에비해서는우수한인열강도를가짐을알수있다. 4. 결론 본연구에서는 3종의나노섬유웹라미네이트소재를제작하여반복세탁후투습도, 공기투과도, 내수도를측정하였고, 이를시판되는투습방수소재인고밀도직물 (DF), 미세다공 PTFE 라미네이트직물 (LF), 그리고 PU 코팅직물 (CF) 과비교 분석하였다. 또한관리성, 내구성측면에서의제반물성을평가하기위해나노섬유웹라미네이트소재의박리강도, 마모강도, 인장강도및인열강도를측정하여이를기존투습방수소재와비교하였다. 결과요약및결론은다음과같다. 1. 세탁후투습도변화를살펴본결과, 10회세탁후, 고밀도직물 (DF) 을제외한 5종의시료는모두투습도가다소증가하는경향을나타냈고, 나노섬유웹라미네이트소재들은처리조건에따라기존투습방수소재인 PTFE 라미네이트직물 (LF) 보다높거나유사한투습도를나타내었다. 특히나노섬유웹라미네이트소재 C1은세탁전 후모두, PTFE 라미네이트직물 (LF) 보다우수한투습성능을보였다. 2. 통기성에있어기존투습방수소재인 PTFE 라미네이트직물 (LF) 과 PU 코팅직물 (CF) 은매우낮은공기투과도를나타낸데반해, 나노섬유웹라미네이트소재는기존라미네이트 / 코팅소재보다높은공기투과도를나타냈다. 반복세탁후나노섬유
전기방사한나노섬유웹라미네이트소재의반복세탁에따른투습방수성능변화및내구성 129 웹라미네이트소재의공기투과도가세탁전보다다소저하되는양상을보였지만, 일정수준의공기투과도를유지하였다. 3. 나노섬유웹라미네이트소재는세탁전에는 PU 코팅직물 (CF) 보다높거나유사한내수도를보여범용형이상의내수도를나타냈으나반복세탁후내수도가감소하여 C3를제외한나노섬유웹라미네이트소재 C1과 C2는 PU 코팅직물 (CF) 과함께, 저수압형투습방수소재로분류되었다. 세탁횟수가증가함에따라내수도가저하되는경향은기존투습방수직물을포함한 6종시료모두에서나타났다. 4. 나노섬유웹라미네이트소재와기존투습방수직물의박리강도를측정한결과, C1과 PU 코팅직물 (CF) 만이투습방수직물로서요구되는박리강도의최소요구치를만족시켰다. 마모강도측정결과, 고밀도직물 (DF) 을제외한나노섬유웹라미네이트소재, PTFE 라미네이트직물 (LF), PU 코팅직물 (CF) 모두 20,000회이상의우수한마모강도를나타냈다. 또한나노섬유웹라미네이트소재는기존 PU 코팅직물 (CF) 보다우수한인장강도와인열강도를가지는것으로나타났다. 이상의결과에서나노섬유웹라미네이트소재가반복세탁후에도비교적우수한투습, 통기성능을유지하는것으로나타나, 기존 PU 코팅투습방수소재보다우수한온열쾌적성을제공할수있을것으로사료된다. 다만나노섬유웹라미네이트소재를포함한 6종의시료에서반복세탁후내수도저하문제가공통적으로나타나, 이를개선하기위한방안이모색되어야할것이다. 내구성측면에서는나노섬유웹라미네이트소재가기존투습방수직물과유사하거나더우수한성능범위를가지는것으로나타났다. 나노섬유웹이초박막임에도불구하고기반직물에라미네이트되어, 현재시판중인코팅 / 라미네이트소재에필적할만한마모강도, 박리강도등의내구성을보인것은, 아웃도어의류제품에의적용측면에서매우고무적이다. 도심에서의일상생활이나가벼운운동을위한착용에적합한, 경량의투습방수소재에대한소비자의수요가증가하고있으므로, 세탁에따른내수도저하의문제점을보완한다면, 나노섬유웹라미네이트소재가쾌적성과방수성능을충족시키는, 가벼우면서도내구성있는투습방수소재로서적합할것으로기대된다. 감사의글 본논문은 2011년도정부 ( 교육과학기술부 ) 의재원으로한국연구재단의지원을받아수행된기초연구사업임 (No. 2011-0004737). properties of breathable waterproof fabrics manufactured with PTFE membrane-fabric composite. Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles, 26(12), 1685-1693. Kang, Y. K. (2007). Physico biological properties and membrane characteristics of the electrospun polyurethane web. Unpublished doctoral thesis, Seoul National University, Seoul. Kang, Y. K., Park, C. H., Kim, J., & Kang, T. J. (2007). Application of electrospun polyurethane web to breathable water-proof fabrics. Fibers and Polymers, 8(5), 564-570. Korean Intellectual Property Office. (2000). 신기술동향조사보고서 : 고기능성섬유소재 [New technology trends survey report: High performance fiber materials]. Seoul: Author. Kramar, L. (1998). Recent and future trends for high performance fabrics providing breathability and waterproofness. Journal of Coated Fabrics, 28(2), 106-115. Lee, I. W. (1999). Properties changes of vapor-permeable waterproofed fabrics by laundering and dry-cleaning. Unpublished master s thesis, Hanyang University, Seoul. Lee, S., Kimura, D., Yokoyama, A., Lee, K. H., Park, J. C., & Kim, I. S. (2009). The effects of laundering on the mechanical properties of mass-produced nanofiber web for use in wear. Textile Research Journal, 79(12), 1085-1090. Lee, S., Kimura, D., Lee, K. H., Park, J. C., & Kim, I. S. (2010). The effect of laundering on the thermal and water transfer properties of mass-produced laminated nanofiber web for use in wear. Textile Research Journal, 80(2), 99-105. Lee, S., & Obendorf, S. K. (2007). Barrier effectiveness and thermal comfort of protective clothing materials. Journal of the Textile Institute, 98(2), 87-97. Mukhopadhyay, A., & Midha, V. K. (2008). A review on designing the breathable waterproof fabrics part Ⅰ: Fundamental principles and designing aspects of breathable fabrics. Journal of Industrial Textiles, 37(3), 224-262. Ramakrishna, S., Fujihara, K., Teo, W. E., Lim, T. C., & Ma, Z. (2005). An Introduction to Electrospinning and Nanofibers, USA: World Scientific. Whelan, M. E., MacHattie, L. E., Goodings, A. C., & Turl, L. H. (1955). The diffusion of water vapor through laminae with particular reference to textile fabrics. Textile Research Journal, 25(3), 197-223. Yoon, B., & Lee, S. (2011). Designing waterproof breathable materials based on electrospun nanofibers and assessing the performance characteristics. Fibers and Polymers, 12(1), 57-64. Youn B., & Lee, S. (2010). Comparison of mechanical properties of electrospun nanofiber web layered systems and conventional breathable waterproof fabrics. Korean Journal of the Science of Emotion & Sensibility, 13(2), 391-402. (2011 년 3 월 22 일접수 /2011 년 10 월 14 일 1 차수정 / 2011 년 11 월 29 일게재확정 ) 참고문헌 Jeong, W. Y., & An, S. K. (2002). A study on physical and mechanical