KR100997501B1 - 보온섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보온섬유의 제조방법에 관련되며, 통상의 염색공정을 거친 기포지에 후가공 방식으로 축열ㆍ발열 기능을 부여하는 방법에 있어서: 축열ㆍ발열 기능을 가진 PCM 10~20wt%와 내한성을 가진 폴리우레탄 수지80~90wt%를 혼합하여 제1코팅제를 형성하는 제1단계; 상기 제1단계에 의해 얻어진 제1코팅제를 기포지 상에 습식 코팅하여 도포하여 경화시키는 제2단계; 항균기능을 가진 카본계 나노물질 1~5wt%와 건식 친수무공형 폴리우레탄수지 95~99wt%를 혼합하여 제2코팅제를 형성하는 제3단계; 및 상기 제3단계에 의해 얻어진 제2코팅제를 기포지 상에 다시 건식 코팅하여 도포하여 경화시키는 제4단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 따라 본 발명은, 축열 보온과 투습방수의 동시 효과 발현하고, 항균성이 향상되며, 원적외선 방사의 지속적인 효과를 유지하며 세탁 내구성을 증진하는 효과가 있다.

PCM(Phase Change Materials), CACO, 카본계 나노물질, 도포, 습식 코팅, 건식 코팅

Description

보온섬유의 제조방법{Method for producing a heat-retaining fiber}

본 발명은 보온섬유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 축열 보온과 투습방수의 동시 효과 발현하고, 항균성이 향상되며, 원적외선 방사의 지속적인 효과를 유지하며 세탁 내구성이 증진되는 보온섬유의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 섬유제품의 보온성에 관한 관심과 기술개발을 위한 연구는 꽤 오래전부터 이루어져 왔다. 일반적으로 섬유제품의 보온성을 향상시키는 방법으로는 주로 단열에 의한 보온효과를 생각해 왔으나 최근에 개발되고 있는 축열ㆍ보온 소재는 종래의 보온가공의 개념을 전환ㆍ발전시킨 것이라 할 수 있다. 축열 보온 가공(thermal storage and warmth proofing)은 종래의 합성섬유 제조기술을 바탕으로 하여 세라믹 및 원적외선에 관한 연구 등이 조합하여 이루어진 것으로서 일본을 중심으로 원사제조 업체 및 섬유가공 업체들이 앞을 다투어 원적외선을 응용한 축열 보온 가공제품을 개발ㆍ생산하고 있다.

이러한 가공제품은 종래의 합성섬유 제품에 축열 보온 기능을 추가하여 같은 용도의 상품으로 생산하고 있으며 건강증진의 효과도 있다고 한다. 섬유집합체로서 의복에 보온성을 주는 목적은 가볍고 얇으면서 경우에 따라서는 보다 짧고 작은(輕 ㆍ短ㆍ小) 보온성이 우수한 소재를 얻는 데 있으며, 여기에 몇 가지 인자의 조합으로 섬유집합체의 단위 두께에 대한 보온성을 향상시킬 수 있다.

축열ㆍ보온섬유의 정의는 다소 불명확하지만, 다음의 3가지 기능이 조합되어야 하는 것으로 알려진다. 외부로부터 빛과 열, 즉 전자파(주로 태양빛)를 효율적으로 잘 흡수시켜 일부는 장파장의 전자파(적외선)로 변환시키는 기능과 인체로부터 방사되는 열선(자외선)을 그대로 반사시키거나, 파장을 변환해서 반사하는 기능과 양모의 흡습 발열 원리와 유사하게 섬유 스스로 발열해서 인체를 따뜻하게 해주는 기능 등이 있다.

일본 평성(平城) 제08-188970호의 “보온성섬유직물 및 그 제조법”에 의하면, 최근 10여 년 동안의 특허는 대부분 원사상태에서의 세라믹 혼입을 중심으로 하고 그 원료로서는 PCM이 중심을 이루어 왔다. 반면에 코팅 기술을 중심으로 PCM을 사용하고 더구나 후가공에 적용함에 따른 차별적 특허 권리의 확보 가능성이 예상된다. 또한 -10℃~-40℃의 극한 기후 지방에서는 열대나 아열대지방에서 보다 비교적 위생문제가 발생할 소지가 많기 때문에 필수적으로 환경 친화적이며 인체친화적인 항균소재가 필수적이므로 이를 실현하기 위해서 천연물에서 추출한 아직 섬유에 적용한 적이 없는 완전히 새로운 다기능 항균, 항박테리아 등의 조제를 도입하고자 한다. 이 또한 기존에 합성 항균제만 사용했던 점에서 특허 권리의 확보가 필요하다.

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 축열 보온과 투습방수의 동시 효과 발현하고, 항균성이 향상되며, 원적외선 방사의 지속적인 효과를 유지하며 세탁 내구성이 증진되는 보온섬유의 제조방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 통상의 염색공정을 거친 기포지에 후가공 방식으로 축열ㆍ발열 기능을 부여하는 방법에 있어서: 축열ㆍ발열 기능을 가진 PCM 10~20wt%와 내한성을 가진 폴리우레탄 수지80~90wt%를 혼합하여 제1코팅제를 형성하는 제1단계; 상기 제1단계에 의해 얻어진 제1코팅제를 기포지 상에 습식 코팅하여 도포하여 경화시키는 제2단계; 항균기능을 가진 카본계 나노물질 1~5wt%와 건식 친수무공형 폴리우레탄수지 95~99wt%를 혼합하여 제2코팅제를 형성하는 제3단계; 및 상기 제3단계에 의해 얻어진 제2코팅제를 기포지 상에 다시 건식 코팅하여 도포하여 경화시키는 제4단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명의 카본계 나노물질은 탄소성분이 65±2%와, 산소성분이 25±2%로 이루어진 100nm 크기의 입자로 형성된 CACO로 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발 명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 축열 보온과 투습방수의 동시 효과 발현하고, 항균성이 향상되며, 원적외선 방사의 지속적인 효과를 유지하며 세탁 내구성을 증진하는 효과를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 섬유의 제조방법의 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 섬유의 제조방법의 보온섬유를 확대하여 나타내는 도식도이다.

본 발명은 축열 보온과 투습방수의 동시 효과 발현하고, 항균성이 향상되며, 원적외선 방사의 지속적인 효과를 유지하며 세탁 내구성을 증진하는 보온섬유의 제조방법에 관련되며, 제1단계(S10), 제2단계(S20), 제3단계(S30), 제4단계(S40)를 통해 섬유의 제조방법이 이루어진다.

본 발명에 따르면, 제1단계(S10)는 축열ㆍ발열기능을 가진 PCM 10~20wt%와 내한성을 가진 폴리우레탄수지 80~90wt%를 혼합하여 제1코팅제(10)를 형성한다. 상기 PCM(Phase Change Materials)은 상변화물질 또는 잠열저장 물질이라 하여 기체, 액체, 고체상태로 상변화하는 과정에서 흡열 또는 방열이 수행된다. PCM의 적용분야는 신발, 주방용품 등의 생활용품분야, 자동차, 통신기기, 의학기기 등의 첨단산업분야, 태양열을 이용 등의 친환경에너지분야, 심야전력을 이용한 축열ㆍ축냉분야 등으로 다양하게 사용되지만, PCM이 일정한 온도에서 상변화가 되는 에너지 저장 수단으로 이용되는 경우 고체와 액체 사이를 변화하는 과정에서 액체 상태가 되었을 때 정형의 유지가 곤란하므로 모듈화의 용이성이나 전열면적의 증가를 고려하여 마이크로캡슐화(microcapsule)하는 것이 유리하다. 이때, 캡슐은 160℃이상에서는 깨어질 위험이 있으므로 현장 적용시 온도제어에 주의가 요구되며, 이러한 PCM 10~20wt%와 내한성을 가진 폴리우레탄수지 80~90wt%를 혼합하여 제1코팅제(10)를 형성한다.

또, 본 발명에 따르면, 제2단계(S20)는 상기 제1단계(S10)에 의해 얻어진 제1코팅제(10)를 기포지(1) 상에 습식 코팅하여 도포하여 경화시킨다. 상기 기포지(1)는 섬유나 원단에 제한을 두지 않으며 생지, 해단, CPB 정련, 연속 수세, 염색, P/set(텐타 가공), 발수 등의 통상적인 염색공정을 거친 상태를 말하며, 도2에 도시된 바와 같이 기포지(1) 상에 PCM 10~20wt%와 내한성을 가진 폴리우레탄수지 80~90wt%를 혼합한 제1코팅제(10)를 도포하여 경화시킴으로 인해 상기 기포지(1) 상에 흡수됨과 동시에 코팅이 적층된 형태를 지니며, 습식코팅은 knife over roll 방식을 채택하여 사용하는 것이 적합하다.

또, 본 발명에 따르면, 제3단계(S30)는 항균기능을 가진 카본계 나노물질 1~5wt%와 건식 친수무공형 폴리우레탄수지 95~99wt%를 혼합하여 제2코팅제(30)를 형성한다. 여기서 상기 카본계 나노물질은 탄소성분이 65±2%와, 산소성분이 25±2%로 이루어진 100nm 크기의 입자로 형성된 CACO로써 KINGPRIZE에서 처음 개발한 것이며 명칭이 정해지지 않아 임시적으로 CACO로 정의 하였다. 이러한, 항균기능을 가진 CACO 1~5wt%와 건식 친수무공형 폴리우레탄수지 95~99wt%를 혼합한 제2코팅제(30)를 형성한다.

또, 본 발명에 따르면, 제4단계(S40)는 상기 제3단계(S30)에 의해 얻어진 제2코팅제(30)를 기포지(1) 상에 다시 건식 코팅하여 도포하여 경화시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제2코팅제(30)를 기포지(1) 상에 도포하여 경화시킴으로 인해 경화시킴으로 인해 상기 기포지(1) 상에 흡수됨과 동시에 제1코팅(20) 상에 코팅이 적층된 형태를 지니며, 건식코팅은 knife over roll 또는 comma 방식을 채택하여 사용하는 것이 적합하다.

이후, 도시에는 생략되나 건조가공과 텐타가공을 거쳐 제품을 완성하는데, 특히 정확한 온도 제어로 건조의 균일성을 유지해야 한다. 상하 노즐을 통하여 정확하게 온도 조절된 열풍이 정밀하게 제어된 팬을 통해 원단에 균일하게 열을 전달하며, 열 공급관을 통하여 버너의 불꽃이 열풍의 온도를 정확하게 조절할 수 있도록 한다. 물론 폐열회수시스템을 이용하여 원단을 건조하고 남은 열을 회수하는 장치도 부가하는 것이 좋다.

이와 같은 방법으로 제조된 원단은 기포지(1) 상에 겹겹의 기능층이 적층된 형태를 지니게 된다.

[실험예]

먼저, 나이론(Nylon) 100% 원단을 사용하여 CIRE 2회로 하여 습식 코팅하고, 건조(160℃×1.5分)이후, 건식 코팅하여 다시 건조(160℃×1.5分)하는 공정을 실험하였다. 이때, 실험 조건은 습식 코팅은 내한성 폴리우레탄 80wt%와 PCM 20wt%를 사용하였고, 건식 코팅은 친수무공형 폴리우레탄과 CACO 1,5,10wt%를 사용하였다.

상기 표 1에서 미첨가와 CACO 1,5,10wt%를 첨가함을 비교하면, 중량, 두께, 접착력, 상용성은 별다른 효과가 나타나지 않았지만, 내수압과 투습도에서 큰 차이가 있는 것을 알 수 있으며 특히, CACO 1~5wt%를 첨가하는 것이 내수압과 투습도의 큰 효과를 얻을 수 있었다. 의복의 쾌적함을 위한 조건은 투습성과 보온성에 있다. 본 발명에 따르면 투습도(g/㎡.day)는 현재 세계최고수준(6000~8000)의 90% 이상 가능하고, 보온성은 현재 직물상태에서 외부기온보다 2~3℃ 높게 유지가 가능하게 된다. 그리고, 내수압은 세탁 내구성과 관련된다.

상기 표 2와 표 3에서 CACO의 함량에 의해 카본계열인 CACO는 미첨가 시료에서 나타나는 탄소의 비율보다 2배 정도의 탄소비율이 높아졌다.

표 4에서 카본계열인 CACO은 기준 시료보다 높은 원적외선 방사율과 방사에너지 값을 나타냈다. 이러한 원적외선이 인체에 들어오면 피부 밑 혈관부위의 온도를 상승시켜 미세혈관이 확장되고 혈액순환이 촉진 되며, 신진 대사를 강화하고 조직의 재생능력을 증가시켜 건강한 체력을 유지할 수 있게 하며, 질병 예방과 치료 가능하게 하는 다양한 효과를 얻게 된다.

표 5는 일반 수지를 사용한 Dual - Coating 직물보다 내한성 가공 시료의 발열량과 흡열량이 늘어난 것을 확인 할 수 있다. 이는 내한성 가공 직물이 축열/발열가공에 적합한 소재임을 알 수 있고, CACO를 넣은 시료에서는 넣지 않은 내한성 가공 시료보다 낮은 발열량을 나타내고 있다. 이것은 나노 물질이 잠열을 흡수하고 있어 발열량이 줄어들고, 이 성질로 인해 흡열량은 내한성 가공 시료보다 증가한 것이다.

표 6은 CACO를 첨가하지 않은 내한성 가공 직물에 재현성 그래프와 CACO를 첨가한 내한성 가공 직물의 재현성 그래프이다. CACO가 잠열을 흡수하여 3 Cycling 하였을 때, 그래프가 일정하게 반복되는 것을 알 수 있다. 이는 나노 물질이 안정된 보온성 유지에 상당한 효과를 알 수 있다.

이로써, 축열보온과 투습방수의 동시 효과 발현하고, 항균성이 향상되며, 원적외선 방사의 지속적인 효과를 유지하며 세탁 내구성을 증진하는 효과를 제공한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 섬유의 제조방법의 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 섬유의 제조방법의 보온섬유를 확대하여 나타내는 도식도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

1: 기포지 10: 제1코팅제

30: 제2코팅제 S10: 제1단계

S20: 제2단계 S30: 제3단계

S40: 제4단계

Claims (2)

1. 통상의 염색공정을 거친 기포지(1)에 후가공 방식으로 축열ㆍ발열 기능을 부여하는 방법에 있어서:

   축열ㆍ발열기능을 가진 PCM 10~20wt%와 내한성을 가진 폴리우레탄 수지80~90wt%를 혼합하여 제1코팅제(10)를 형성하는 제1단계(S10);

   상기 제1단계(S10)에 의해 얻어진 제1코팅제(10)를 기포지(1) 상에 습식 코팅하여 도포하여 경화시키는 제2단계(S20);

   항균기능을 가진 카본계 나노물질 1~5wt%와 건식 친수무공형 폴리우레탄수지 95~99wt%를 혼합하여 제2코팅제(30)를 형성하는 제3단계(S30); 및

   상기 제3단계(S30)에 의해 얻어진 제2코팅제(30)를 기포지(1)상에 다시 건식 코팅하여 도포하여 경화시키는 제4단계(S40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보온섬유의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 카본계 나노물질은 탄소성분이 65±2%와, 산소성분이 25±2%로 이루어진 100nm 크기의 입자로 형성된 CACO로 형성되는 것을 특징으로 하는 보온섬유의 제조방법.

Images