KR102390198B1 - 그래핀 산화물이 함유된 기능성 원단 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 기재층, 접착층 및 방수층이 순차적으로 적층된 원단으로서, 기재층은 그래핀 산화물이 코팅된 섬유로 짜여지고; 접착층은 기재층의 위사 및 경사의 교차점의 일면에 형성되며; 방수층은 접착층에 의하여 기재층과 접착되고, 연신 다공질인 폴리테트라플루오로에틸렌 필름을 포함하는 그래핀 산화물이 함유된 원단을 개시한다.

Description

그래핀 산화물이 함유된 기능성 원단{Functional fabric containing graphene oxide}

본 발명은 그래핀 산화물이 함유된 기능성 원단에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 그래핀 산화물이 표면에 코팅되어 대전방지성, 투습성, 및 기계적 물성이 개선된 기재층과 폴리테트라플루오르에틸렌 필름이 포함된 방수층을 구비하여 기능성이 개선된 원단에 관한 것이다.

그래핀은 탄소계열의 나노구조체로서, 높은 열적 안정성, 유연성, 기계적 물성을 가지는 것으로 알려져 있다. 특히, 그래핀은 높은 전기전도성과 비표면적을 가지고 있으므로, 다양한 분야에서 그래핀을 활용하여 기존 제품의 성능을 개선하기 위한 노력이 지속되고 있다.

한편, 그래핀의 특성을 접목하고자 하는 노력은 의류분야에서도 진행되고 있다. 가령, 특허문헌 1은 기존의 섬유에 난연성을 부여하기 위하여 그래핀의 사용을 도모한다. 특허문헌 1에서 개시되는 난연성 그래핀 기반 복합 섬유는, "섬유, 및 상기 섬유의 표면에 분산액이 코팅 형성되어 코팅 섬유를 생성하는 난연성의 코팅층을 포함하고, 이때, 상기 분산액은 환원된 그래핀 산화물에 난연성의 그래핀 기반 방염물질이 합성된 것"임을 밝히고 있다.

다만, 특허문헌 1은 80 °C 이상의 온도조건에서 코팅이 수행되고, 100 kPa 이상의 압력조건으로 권취하여 그래핀 산화물 코팅을 안정화하고 있다. 다만, 이와 같은 반응조건은 일부 섬유의 훼손을 유발할 수 있으며, 코팅층의 형성을 물리적 결착에 의존함으로써 주로 섬유의 훼손 부위에서 코팅층의 탈리가 문제될 수 있다.

등록특허 제10-2183631호

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 개발된 것으로서 그래핀 산화물이 안정적으로 코팅된 섬유를 포함하는 기능성 원단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 그래핀 산화물의 특성을 장기간 향유할 수 있도록 방수층을 추가적으로 구비하는 기능성 원단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상술한 과제를 해결하기 위하여 연구한 결과, 이하의 구성을 포함하는 발명을 안출하기에 이르렀다.

구체적으로 본 명세서는 기재층, 접착층 및 방수층이 순차적으로 적층된 원단으로서, 기재층은 그래핀 산화물이 코팅된 섬유로 짜여지고; 접착층은 기재층의 위사 및 경사의 교차점의 일면에 형성되며; 방수층은 접착층에 의하여 기재층과 접착되고, 연신 다공질인 폴리테트라플루오로에틸렌 필름을 포함하는 그래핀 산화물이 함유된 원단을 개시한다.

또한 본 명세서의 각 그래핀 산화물이 함유된 원단에 있어서, 섬유는 셀룰로오스계 섬유, 폴리에스터계 섬유, 및 셀룰로오스계 섬유 및 폴리에스터계 섬유의 혼방 섬유 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한 본 명세서의 각 그래핀 산화물이 함유된 원단에 있어서, 그래핀 산화물은 하이드록시 작용기 및 카르복시 작용기를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 명세서의 각 그래핀 산화물이 함유된 원단에 있어서, 그래핀 산화물의 코팅은 산 촉매 조건에서 섬유의 표면에 위치한 작용기 및 그래핀 산화물의 작용기 사이의 트랜스-에스테리피케이션(trans-esterification) 반응에 의하여 수행된 것이 바람직하다.

상술한 수단의 채용을 통하여, 본 발명의 기능성 원단은 그래핀 산화물이 코팅된 섬유를 포함함으로써 내피의 기계적 물성, 투습성 및 대전방지성이 개선되어 사용자에게 양질의 착용감을 용이하게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 기능성 원단은 추가적으로 방수층을 구비함으로써, 그래핀 산화물 코팅이 직접적으로 비나 바람과 같은 외부환경에 노출되는 것을 줄여 그래핀 산화물 코팅층의 수명을 개선할 수 있다.

본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다"등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서는 기재층, 접착층 및 방수층이 순차적으로 적층된 원단으로서, 기재층은 그래핀 산화물이 코팅된 섬유로 짜여지고; 접착층은 기재층의 위사 및 경사의 교차점의 일면에 형성되며; 방수층은 접착층에 의하여 기재층과 접착되고, 연신 다공질인 폴리테트라플루오로에틸렌 필름을 포함하는 그래핀 산화물이 함유된 원단을 개시한다. 이하에서는 본 발명의 기능성 원단에 포함되는 각 층을 순차적으로 부연한다.

본 명세서에 있어서, 상기 "섬유"는 직물의 원료가 되는 파이버(fiber)를 총칭하기 위하여 사용되며, 파이버를 원료로 하여 만들어지는 제품, 가령, 직물, 편물, 로프, 그물, 펠트, 부직포 등의 제조에 사용되는 섬유제품 일체를 포괄적으로 지칭하기 위하여 사용될 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 이점을 극대화하기 위한 관점에서 본 명세서의 각 그래핀 산화물이 함유된 원단에 있어서, "섬유"는 셀룰로오스계 섬유, 폴리에스터계 섬유, 및 셀룰로오스계 섬유 및 폴리에스터계 섬유의 혼방 섬유 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

셀룰로오스계 섬유, 폴리에스터계 섬유, 및 셀룰로오스계 섬유 및 폴리에스터계 섬유의 혼방 섬유 중 어느 하나인 섬유는 그 외 섬유에 비하여 그래핀 산화물의 코팅이 용이하다는 장점을 가진다. 특히, 셀룰로오스계 섬유에 포함되어 있는 헤미아세탈(Hemiacetal) 작용기(혹은 히드록시기) 및 그래핀 산화물의 카르복시 작용기 사이의 탈수축합반응, 또는 폴리에스터계 섬유 및 그래핀 산화물의 히드록시기 사이의 탈수축합반응을 통하여 섬유 표면에 그래핀 산화물을 수월하게 코팅할 수 있다.

다만, 본 발명의 "섬유"가 반드시 셀룰로오스계 섬유 혹은 폴리에스터계 섬유에 제한되는 것은 아니라고 할 것이다. 가령, 본 발명의 섬유에 해당할 수 있는 또 다른 예시로서, 당해 기술 분야의 통상의 기술자는 나일론 섬유, 아라미드 섬유, 아크릴 섬유, 비닐론 섬유, 폴리염화비닐리덴 섬유, 폴리염화비닐 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리우레탄 섬유, 폴리클랄 섬유, 폴리락트산 섬유, 폴리아릴레이트 섬유, 폴리페닐렌술피드 섬유, 폴리이미드 섬유, 불소 섬유, 폴리파라페닐렌벤즈옥사졸 섬유, 아세테이트 섬유, 프로믹스 섬유, 비스코스 섬유, 구리 암모니아 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유, 면, 마, 모, 견 등을 고려할 수 있다.

당해 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명의 '섬유'의 형태로서, 상기 기재된 섬유의 모노필라멘트, 멀티필라멘트, 복수 종류의 섬유가 혼합된 멀티 필라멘트, 코어 시스 구조를 갖고 있는 필라멘트 중 어느 하나 이상을 본 발명의 기술적 사상이 훼손되지 않는 범위에서 채용할 수 있다.

동일한 맥락에서, 당해 기술분야의 통상의 기술자는 섬유의 단면 형상으로서는, 예를 들어 원형, 타원형, 편평형, W형, 누에고치형, 중공사 등의 사용을 고려할 수 있다.

한편, 실은 상기 섬유를 꼬아서 제작한 것이며, 실의 종류, 형태, 단면 형상 및 사용 형태는 상기 섬유와 동일하다.

실 혹은 섬유의 시판제품으로서 다음의 예시들이 제공될 수 있다. 가령, 유자와야 쇼지(주)의 「페얼리 코튼(FAIRLY COTTON)」, 「먼셀 메리노 80 퀸(Munsell MERINO 80 QUEEN)」 및 「퀸 펄 레이스(QUEEN PEARL LACE) #20」, 유니티카(주)의 「테라맥(TERRAMAC) #20/1」, 다이아케이토(주)의 「마스터시드 코튼 <릴리>(MASTERSEED COTTON <LILY>)」, BEAD SMITH사의 「오페론 고무(OPERON RUBBER)」, 하마나카(주)의 「러브 보니(LOVE BONNY)」, 및 (주)다이도인터내셔날의 「미니스포츠(MINI-SPORT)」를 실 및 섬유의 시판품의 예시로 들 수 있다.

따라서, 본 명세서의 각 그래핀 산화물이 함유된 원단에 있어서, 그래핀 산화물은 하이드록시 작용기 및 카르복시 작용기를 포함하는 것이 바람직하다. 가령, 그래핀 산화물은 그래핀의 끝자리 혹은 상하면에 하이드록시 작용기 및/또는 카르복시 작용기를 포함한 것일 수 있다. 상기 작용기들은 산/염기 촉매 조건 하에서 후술하는 바와 같이 추가적인 유기화학 반응을 수행할 수 있다.

가령, 하이드록시 작용기는 산촉매 조건하에서, 폴리에스터계 섬유의 에스테르 작용기와 반응하여 그래핀 산화물 및 폴리에스터계 섬유 사이에 새로운 공유결합을 형성할 수 있다. 한편, 카르복시 작용기는 산촉매 조건하에서, 셀룰로오스계 섬유에 포함되어 있는 헤미아세탈 작용기 혹은 히드록시기와 반응하여 새로운 공유결합을 형성할 수 있다.

한편, 후술하는 바에 따라 섬유의 표면에 그래핀 산화물이 코팅된 후에도, 그래핀 산화물에 포함된 적어도 일부의 카르복시 작용기 혹은 하이드록시 작용기는 반응에 참여하지 않은 상태로 남아있게 된다. 또한, 대기 조건에서 상술한 작용기들은 산소분자와 반응하여 쉽사리 라디칼화 되며 활성 산소종을 생성한다. 그 결과, 본 발명의 섬유의 표면에서 그램 음성 세균 혹은 그램 양성 세균이 번식하는 것을 지연시키거나 방지할 수 있다.

이와 같은 반응은 달리 트랜스-에스테리피케이션(trans-esterification) 반응이라 칭해질 수 있으며, 에스테르기를 구성하는 알콕시기(히드록시기를 포함한다.)가 교환되는 반응에 해당한다. 따라서, 본 발명에 있어서, 그래핀 산화물의 코팅은 산 촉매 조건에서 섬유의 표면에 위치한 작용기 및 그래핀 산화물의 작용기 사이의 트랜스-에스테리피케이션(trans-esterification) 반응에 의하여 수행된 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 트랜스-에스테리피케이션은 그래핀 산화물 분산액에 섬유를 침지하고 촉매인 산을 첨가함으로써 수행될 수 있다. 이 때, 산이란 루이스 산(Lewis acid)를 의미한다. 루이스 산은 전자를 공여받을 수 있는 종으로서, 황산, 질산, 염산 외에도 금속염을 포함하는 개념이며, 아연 양이온, 이리듐 양이온 등을 포함한다.

한편, 상술한 바와 같은 트랜스-에스테리피케이션은 40 내지 60 °C의 온도조건에서 약 6시간 내지 12시간 수행되는 것이 바람직하다. 온도조건이 40 °C 미만이거나 반응시간이 6시간 미만이 경우에는 트랜스-에스테리피케이션이 충분히 진행되지 아니할 가능성이 상당하고, 온도조건이 60 °C를 초과하거나 반응시간이 12 시간을 초과하는 경우에는 섬유의 훼손이 문제될 수 있다.

한편, 그래핀 산화물의 농도는 상술한 온도조건 및 반응시간 조건하에서 트랜스-에스테리피케이션이 촉진되는 농도로서, 그래핀 산화물 분산액(수용액 기준) 100 중량부을 기준으로 하여, 0.1 중량부 내지 2 중량부 사이인 것이 바람직하고, 0.5 중량부 내지 1 중량부 사이인 것이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 섬유의 표면에 그래핀 산화물을 코팅한 후, 충분한 양의 물 및 에탄올로 코팅된 섬유를 세척하여 준다. 세척은 1회 이상 수행될 수 있으며, 흐르는 용액을 사용하는 것이 금속염의 제거 측면에서 더욱 바람직하다.

본 발명의 방수층은 본 발명의 그래핀을 함유하는 기능성 원단에 방수성을 추가적으로 부여하기 위하여 적층된다. 방수층의 적층에 의하여 기재층의 투습성이 저하되거나, 기재층에 포함되는 그래핀 산화물 혹은 섬유가 추가적으로 산화 내지 탄화되는 것을 최소화하기 위하여, 본 발명의 기능성 원단에는 본 발명의 방수층과 본 발명의 기재층을 가교하는 접착층이 추가적으로 구비된다. 특히, 상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 접착층은 기재층의 위사 및 경사의 교차점의 일면에 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 위사와 경사의 교차점 상에 접착층을 적층하기 위하여 교차점을 특정하기 위한 선공정이 수행될 수 있다. 또한, 특정된 교차점에 이형지 필름의 전사지로 폴리우레탄계 핫멜트(hotmelt) 접착제가 전사될 수 있다.

폴리우레탄계 핫멜트 접착제는 경화 반응형 핫멜트 접착제의 일종이다. 경화 반응형 핫멜트 접착제는, 상온에서 고형이고, 가열에 의해 용융하여 저점도의 액체가 되지만, 가열 상태를 유지하는 것, 혹은 더욱 승온하는 것, 혹은 수분이나 그 외의 활성수소를 갖는 다관능화합물과의 접촉에 의해 경화 반응이 진행되어 고점도의 액체 또는 고화물이 되는 접착제이다. 경화 반응은, 공기 중의 수분 외에, 경화 촉매나 경화제가 존재함으로써 진행된다. 본 발명에 사용될 수 있는 경화 반응형 폴리우레탄계 핫멜트 접착제로서는, 예컨대, 가열에 의해 용융하여 저점도의 액체가 되었을 때(즉, 접착을 위해 도 포할 때)의 점도가, 500~30,000 mPa·s(보다 바람직하게는 3000 mPa·s 이하)인 것이 바람직하다. 여기서 말하는 점도는, RESEARCH EQUIPMENT LTD.사 제조 「ICI 콘&플레이트비스코미터」에서, 회전자를 콘 타입, 설정 온도 를 125°C로 하여 측정한 값이다.

이러한 경화 반응형 폴리우레탄계 핫멜트 접착제로서는, 습기(수분)에 의해 경화 반응할 수 있는 공지된 우레탄 프리폴리머가 적합하다. 예컨대, 폴리올 성분(폴리에스테르폴리올이나 폴리에테르폴리올 등)과, 폴리이소시아네이트(TDI, MDI, XDI(크실릴렌디이소시아네이트), IPDI(이소포론디이소시아네이트) 등의 지방족 또는 방향족디이소시아네이트; 트리이소시아네이트 등)를, 말단에 이소시아네이트기가 잔존하도록 부가 반응시킴으로써 얻을 수 있다. 이러한 우레탄프리폴리머에서는, 말단의 이소시아네이트기의 존재로부터, 공기 중의 습기에 의해 경화 반응이 발생한다. 이러한 우레탄프리폴리머에 있어서, 그 용융 온도는, 실온보다도 약간 높은 50°C 이상, 보다 바람직하게는 80∼150℃이다. 상기한 우레탄프리폴리머로서는, 예컨대, 일본 NSC사가 시판하고 있는 「본드마스터」를 들 수 있다. 이 우레탄프리폴리머는, 70∼150℃로 가열함으로써, 기재층 상에 도포 가능한 점도로 융액이 되고, 이 융액을 통해 방수층과 기재층을 접합시킨 후, 실온 정도로 냉각함으로써 반고형이 되어, 기재층 등에 지나치게 침투 확산되지 않는다. 그리고, 공기 중의 습기로 경화 반응을 진행하여, 소프트하고 강력한 접착을 얻을 수 있다.

한편, 위사와 경사의 교차점 상에 접착층을 적층하기 위하여 교차점을 특정하기 위한 선공정이 수행될 수 있다. 다만, 비교적 투습성의 손해를 감수하며 공지된 수법에 따라 접착층을 성형하는 것 또한 엄격하게 금지되는 것은 아니다. 가령, 롤법, 스프레이법, 브러싱 법 등이 채용될 수 있다.

접착층에 포함되는 수지로서, 상술한 폴리우레탄계 접착제 이외에도, 실온에서 고형이며 내마모성을 갖는 폴리머이고 핫멜트성을 갖는 것이라면 당해 기술분야의 통상의 기술자의 관점에서 본 발명의 접착층에 포함되는 수지로서 채용하는 방안을 고려할 수 있을 것이다.

가령, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리올레핀 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 내마모성, 기재층과의 접착성, 내드라이클리닝성을 고려한 경우, 폴리아미드계 수지의 사용도 고려될 수 있다. 폴리아미드계 수지는 다량의 극성기를 포함하고 있으므로, 기재층 혹은 방수층과 높은 친화성을 가지며 더욱 강하게 접착될 것으로 기대된다. 더하여, 폴리아미드계 수지는 융점 이상으로 가열함으로써 용융 점도가 급격하게 저하한다는 특질을 가지며, 때문에 가공에 있어서 이점을 제공할 수 있다.

폴리아미드계 수지의 예시로서, 디아민(A)과 디카르복실산(C) 의 중축합에 의해 생성되는 나일론46(A: 디아미노부탄, C: 아디프산), 나일론66(A: 헥사메틸렌디아민, C: 아디프산), 나일론610(A: 헥사메틸렌디아민, C: 세바신산) 등; 혹은 환형락탐의 개환중합에 의해 생성되는 나일론6(ε-카프로락탐), 나일론12(ω-라우로락탐) 등; 혹은 아미노카르복실산의 중축합에 의해 생성되는 나일론11(아미노운데칸산) 등; 혹은 두 가지 이상의 호모나일론의 원료(디아민, 디카르복실산, 아미노카르복실산, 환형락탐 등)을 공중합하여 생성되는 나일론코폴리머(나일론6/11, 나일론6/12, 나일론66/10, 나일론6/66/12, 나일론 6/69/12, 나일론6/610/12, 나일론6/612/12, 나일론6/66/11, 나일론6/66/69/12, 나일론6/66/610/12, 나일론 6/66/612/12, 나일론6/66/11/12, 나일론6/69/11/12); 혹은, 상기 이들 예시한 나일론의 아미드기의 수소 일부를 알콕시메틸화하여 얻어지는 변성폴리아미드(N-알콕시메틸화변성폴리아미드) 등을 들 수 있다(괄호 내는 원료 모노머). 또, 상기한 폴리아미드 수지에는, 예컨대, 유연성이나 융점의 조정을 목적으로 하여, 공지된 가소제가 본 발명의 효과를 훼손하지 않는 범위 내에서 첨가되는 방안도 고려될 수 있다.

한편, 본 발명의 기능성 원단은 접착층에 의하여 기재층과 접착되는 방수층을 추가로 포함한다. 방수층은 방수-투습성 필름이 포함되는 층으로서, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 실리콘 수지, 폴리비닐알콜 수지 등의 친수성 수지 필름이나, 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지, 함불소계 수지, 발수 처리를 실시한 폴리우레탄 수지 등의 소수성 수지로 이루어지는 다공질 필름(이하, 단순히 "다공질 필름"이라고 하는 경우가 있음)이 방수-투습성 필름의 예시라 할 수 있다.

특히, 다공질 필름은, 내부에 세공(연속 기공)을 갖는 다공질 구조에 의해 투습성을 유지하면서, 필름 기재를 구성하는 소수성 수지가, 상기 세공 내로 물이 침입하는 것을 억제하여, 필름 전체로서는 방수성을 발현하는 물질이다. 이 들의 중에서도, 상기 방수-투습성 필름으로서, 함불소계 수지로 이루어지는 다공질 필름이 적합하고, 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 필름(특히, 연신성을 갖춘 경우에 다공질 ePTFE라 칭함)이 본 발명의 방수층에 포함되는 것이 보다 적합하다. 특히, 다공질 ePTFE 필름은, 필름 기재를 구성하는 수지 성분인 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 소수성(발수성)이 높고 가공성이 뛰어나기 때문에, 우수한 방수성과 투습성이 양립되는 동시에 의류분야에 사용될 수 있다.

가령, PTFE 필름은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 파인파우더를 성형 조제와 혼합함으로써 얻어지는 페이스트의 성형체로부터, 성형 조제를 제거한 후, 고온 고속으로 연신하여 얻어질 수 있다. 다공질 PTFE는, 미소한 결정 리본으로 서로 연결된 폴리테트라플루오로에틸렌의 1차 입자의 응집체라고 할 수 있는 노드와, 이들 1차 입자로부터 인출되어 늘려 잘라진 결정 리본 다발, 즉 피브릴로 이루어지며, 피브릴과 상기 피브릴을 연결하는 노드로 구획할 수 있는 공간은 공극으로 남게 된다.

더욱 세부적으로, 방수층은 접착층에 의하여 기재층과 접착되고, 다공질 ePTFE 필름을 포함한다. 방수층에 포함되는 ePTFE 필름은 그 두께가 10 mm 내지 100 mm 사이인 것이 바람직하다. 상기 수치범위를 만족함으로써 방수층의 구비에 따른 추가적인 기능성 부여 및 가공성 확보의 조화로운 추구가 가능해진다. 그 두께가 상기 범위 미만은 경우, 제조 시 취급에 각별한 유의가 요구되어 생산성을 담보하기 어렵고, 상한을 초과하는 경우, 투습성이 저하될 수 있다.

세부적으로, 본 발명에 사용되는 다공질 ePTFE 필름은 PTFE 필름을 연신 처리하여 얻어진다. 가령, 연신 처리는 350 °C 내지 370 °C의 온도조건에서 5 내지 3600 초 동안 열처리로 이루어질 수 있으며, 열처리에 의하여 얻어진 ePTFE는 뛰어난 소수성과 내약품성, 내열성을 구비한 것으로 알려져 있다.

본 발명의 기능성 원단은 그래핀 산화물이 코팅된 섬유를 포함함으로써 내피의 기계적 물성, 투습성 및 대전방지성이 개선되어 사용자에게 양질의 착용감을 용이하게 제공할 수 있다. 가령, 기계적 물성의 개선에 따라 일상 생활에서 발생할 수 있는 경미한 흠집 등의 생성이 더욱 방지될 수 있다. 또한, 높은 유전율을 가지는 그래핀 산화물이 표면에 코팅됨으로써, 섬유의 마찰에 의하여 발생할 수 있는 정전기의 발생이 감소하는 특질이 추가적으로 향유될 수 있다.

또한, 본 발명의 기능성 원단에 있어서, 본 발명의 그래핀 산화물은 전술한 바와 같이 섬유를 물리적-화학적으로 중대하게 훼손하지 않는 방식으로 섬유의 표면에 코팅된다. 또한, 본 발명에서 수행된 코팅은 주로 트랜스-에스테리피케이션에 의한 코팅으로서, 정성적인 관점에서 단순한 정전기적 인력에 의한 코팅 혹은 염색에 비하여 더욱 강하게 섬유와 결착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 기능성 원단은 추가적으로 방수층을 구비함으로써, 그래핀 산화물 코팅이 직접적으로 비나 바람과 같은 외부환경에 노출되는 것을 줄여 그래핀 산화물 코팅층의 수명을 개선할 수 있다. 특히, 수분에 대한 직접적인 노출에 의하여 그래핀 산화물의 분해가 촉진될 수 있으므로, 방수층의 적층은 그래핀 산화물의 코팅의 수명을 개선하는 데에 일조할 수 있다.

한편, 본 발명의 기능성 원단이 보이는 기계적인 물성의 수정 혹은 추가적인 기능성의 부여를 위하여 수지의 활용이 고려될 수 있다. 수지는 적층되거나 혼합되어 사용될 수 있다. 가령, 그러한 수지는 합성수지이거나 천영수지일 수 있다.

더욱 구체적으로, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리스티렌 수지, ABS 수지, AS 수지, EVA 수지, 폴리메틸펜텐 수지, 폴리 염화비닐 수지, 폴리염화비닐리덴 수지, 폴리아크릴산메틸 수지, 폴리아세트산비닐 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리아크릴레이트 수지, 폴리술폰 수지, 폴리불화비닐리덴 수지, 벡트란(Vectran)(등록상표) 등의 열가소성 수지; 폴리락트산 수지, 폴리하이드록시부티레이트 수지, 변성전분 수지, 폴리카프로락톤 수지, 폴리부틸렌석시네이트 수지, 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌석시네이트테레프탈레이트 수지, 폴리에틸렌석시네이트 수지 등의 생분해성 수지; 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 에폭시 수지, 에폭시아크릴레이트 수지, 규소 수지, 아크릴우레탄 수지, 우레 탄 수지 등의 열경화성 수지; 실리콘 수지, 폴리스티렌엘라스토머, 폴리에틸렌엘라스토머, 폴리프로필렌엘라스토머, 폴리우레탄엘라스토머 등의 엘라스토머; 옻 등의 천연 수지 등을 들 수 있다.

그 외에도, 항균성의 부여를 위하여 본 발명의 그래핀 산화물이 코팅된 섬유에는 미립자가 비교적 균일하게 흡착되어 있을 수 있다. 항균성을 갖는 미립자를 이용하는 경우는 특히 곰팡이나 세균, 미생물의 번식에 의한 오염을 방지할 수 있다. 무기계의 항균성을 갖는 재료로서는 은, 구리, 아연, 주석, 납 및 이들의 화합물 등이 통상 알려져 있다. 특히 은, 구리, 아연 및 그들의 화합물에서 선택되는 1종 이상의 항균성을 갖는 재료는 항균특성이나 인체에의 안전성 등의 관점에서 다양한 분야에서 이용되고 있다.

이들 금속 및 그들의 화합물은 단체(單體)로서도 이용되는데, 재료에 따라서는 변색하거나 항균성을 부여하는 재료의 착색의 원인이 되므로 무기재료의 미립자에 로딩(loading)되어 사용된다. 무기재료로서는 이온 교환성을 갖는 무기재료로서 고(高)실리카 제올라이트, 소다라이트(sodalite), 모르데나이트(mordenite), 방비석(analcite), 에리나이트(erinite) 등의 제올라이트류, 하이드록시아파타이트 등의 아파타이트류 등을 들 수 있다. 또 다른 일반적인 무기재료로서는 이산화티탄, 이산화규소, 산화알루미나, 산화마그네슘, 산화칼슘, 탄산칼슘, 황산바륨, 산화지르코늄, 티탄산바륨, 인산지르코늄 등을 들 수 있다.

또한, 일반적으로 시판되고 있는 항균성을 갖는 재료의 미립자, 예를 들면 토아고세이(주) 제조 '노바론(Nobaron)', (주)시나넨제오믹 제조 '제오믹(Zeomic)', (주)산기 제조 '아파타이저(Apatizer) A', 다이이치세 이카코교(주) 제조 '다이킬러(Daikiller)', 마츠시타덴키산교(주) 제조 '아메니톱(Amenitop)', 쇼쿠바이카세이 코교(주) 제조 '아토미 볼(Atomy Ball)', 가네보카세이(주) 제조 '박테킬러(Bactekiller)' 등의 군에서 선택된 단일 또는 2종 이상의 미립자가 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 기능성 원단이 적용될 수 있는 구체적인 예시로서, 각종 의류(셔츠, 슈트, 블레이저, 블라우스, 코트, 재킷, 블루종, 점퍼, 베스트, 원피스, 바지, 스커트, 팬츠, 속옷(슬립, 페티코트, 캐미솔, 브래지어), 양말, 장갑, 기모노, 띠 용 옷감, 금란, 냉감 의료, 넥타이, 행커치프, 머플러, 스카프, 스톨, 안대), 식탁보, 신발(스니커즈, 부츠, 샌들, 펌프스, 뮬, 슬리퍼, 발레화, 쿵후 슈즈), 타월, 주머니, 가방(토트백, 숄더백, 핸드백, 포셰트, 쇼핑백, 에코백, 륙색, 데이팩(daypack), 스포츠백, 보스턴백, 웨이스트백(waist bag), 웨이스트 파우치, 세컨드백, 클러치백, 배니티, 악세사리 파우치, 마더 백, 파티 백, 일본식 복장 백), 파우치ㆍ케이스(화장 파우치, 티슈 케이스, 안경 케이스, 펜 케이스, 북 커버, 게임 파우치, 키 케이스, 패스 케이스), 지갑, 모자(햇, 캡, 캐스캣, 헌팅모, 텐갤론(ten-gallon) 햇, 튤립 햇, 선바이저, 베레모), 헬멧, 두건, 벨트, 에이프런, 리본, 코사쥬, 브로치, 커튼, 벽포(壁布), 시트 커버, 시트, 이불, 이불 커버, 담요, 베개, 베개 커버, 소파, 침대, 바구니, 각 종 래핑 재료, 실내 장식품, 자동차 용품, 조화, 마스크, 붕대, 로프, 각종 네트, 어망, 시멘트 보강재, 스크린 인쇄용 메쉬, 각종 필터(자동차용, 가전용), 각종 메쉬, 욧잇(농업용, 레저 시트), 토목 공사용 직물, 건축 공 사용 직물, 여과포 등이 고려될 수 있다.

특히, 본 발명의 기능성 원단은 대전방지성이 요구되는 다양한 임의의 분야에 이용되어 사용자에게 더욱 큰 효용을 제공할 수 있다. 가령 내의, 속셔츠, 란제리, 파자마, 유아복, 거들, 브래지어, 양말/스타킹, 팬티스타킹, 리어타드 또는 트렁크 등 의류품 전반; 스웨터, 트레이너, 수트, 스포츠웨어, 스카프, 손수건, 머플러, 인공 모피 및 유아 의류와 같은 내부 또는 외부 용도의 의류; 침구재료, 침구, 베개, 쿠션, 속이 채워진 물건, 마스크, 실금용 팬티 또는 습윤 티슈와 같은 위생 재료; 카시트 또는 카인테리어와 같은 차 용품; 변기 커버, 화장실 매트리스 또 는 애완동물용 화장실과 같은 화장실 용품; 가스 처리 필터 또는 버그 필터용 재료; 구두의 안창; 슬리퍼; 장갑; 수건; 총채; 서포터 및 부직포 등에 사용하는 방안이 적극적으로 고려된다.

이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형 실시도 가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 기재에 한정하여 정해지는 것이 아니라, 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 미치는 것이라 할 것이다.

Claims (8)

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2. (a) 셀룰로오스계 섬유, 폴리에스터계 섬유, 및 셀룰로오스계 섬유 및 폴리에스터계 섬유의 혼방 섬유 중 어느 하나의 섬유 및 하이드록시 작용기 및 카르복시 작용기를 포함하는 그래핀 산화물을 준비하는 단계;
   (b) 산 촉매 존재 하, 40 내지 60 ℃에서 6시간 내지 12시간동안 상기 섬유의 표면에 위치한 작용기 및 그래핀 산화물의 작용기 사이의 트랜스-에스테리피케이션(trans-esterification) 반응을 유도하여 섬유를 그래핀 산화물로 코팅하는 단계;
   (c) 상기 섬유의 표면에 그래핀 산화물을 코팅한 후, 물 및 에탄올로 코팅된 섬유를 세척하는 단계;
   (d) 상기 세척이 완료된 섬유를 이용하여 직조된 기재층의 위사 및 경사의 교차점 일면에 경화 반응형 폴리우레탄계 핫멜트 접착제를 처리하여 접착층을 형성하는 단계;
   (e) 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필름을 350℃ 내지 370℃의 온도조건에서 5 내지 3600초 동안 연신 처리하여 연신 다공질의 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE) 필름을 제조하는 단계; 및
   (f) 상기 ePTFE 필름을 상기 접착층에 부착하여 기재층, 접착층 및 방수층이 순차적으로 적층된 원단을 제조하는 단계를 포함하는, 그래핀 산화물이 함유된 원단의 제조 방법.
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