KR100865589B1 - 발열 기능성 직물의 제조방법 및 그에 따라 제조된 발열기능성 직물 - Google Patents

발열 기능성 직물의 제조방법 및 그에 따라 제조된 발열기능성 직물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발열 기능성 직물의 제조방법 및 그에 따라 제조된 발열 기능성 직물에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 캡사이신(capsaicin), 비이온성 계면활성제, 실리콘 수지, 키토산 분말 및 잔량의 정제수를 포함하여 이루어지는 열감 조성물을 직물의 제조 공정 중 침염 또는 패딩법을 적용하여 고착시킴으로써, 인체에 무해하면서 체액 등의 수분과 결합하여 발열하는 효과를 기대할 수 있는 열감 조성물이 코팅된 발열 기능성 직물을 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 다양한 직물에 안정적으로 고착되어 별도의 발열수단에 의하지 않고도 체액 중 미소량의 수분과도 반응하여 발열하므로, 효율적인 체온 유지가 가능하게 하여 난방을 위한 에너지 저감을 가능하게 하는 한편 극한의 환경에서도 장기간 체온을 유지할 수는 기능성 직물의 생산이 가능하게 한 효과를 기대할 수 있다.
캡사이신, 발열, 열감, 섬유, 고착, 체온 유지

Description

발열 기능성 직물의 제조방법 및 그에 따라 제조된 발열 기능성 직물{Manufacturing method for the exothermic fabric and functional fabric thereby}
본 발명은 캡사이신(capsaicin), 비이온성 계면활성제, 실리콘 수지, 키토산 분말 및 잔량의 정제수를 포함하여 이루어지는 열감 조성물이 고착된 발열 기능성 직물의 제조방법과 그에 따라 제조된 발열 기능성 직물에 관한 것이다.
캡사이신(capsaicin, 8- methyl-N-vanillyl-6-nonenamide, C18H27NO3)은 다음 화학식 1로 표시되는 알칼로이드의 일종으로, 고추의 주요 매운맛 성분이며, 식용으로 많이 사용되고, 특히 항균활성, 항암활성, 항비만활성, 항동맥경화활성, 항통증작용 등의 다양한 생리활성을 나타내는 것으로 알려져 근래에서 생리활성 성분으로서의 용도가 개발되고 있다.
[화학식 1]
Figure 112008049430833-pat00001
고추 매운맛 주성분인 캡사이신과 디하이드로캡사이신은 대장균 등의 세균의 생육을 억제하며 사카로미세스 세레비제(Saccharomyces cerevisae) 등의 효모나 곰팡이 증식을 억제한다. 이러한 캡사이신의 항균활성은 식품의 저장성을 향상시키는데 널리 활용된다.
한편, 캡사이신은 항비만 활성이 높은 것으로 확인되고 있는데, 흰쥐를 이용한 실험동물 모델계에서 캡사이신 투여는 흰쥐의 산소 소비량의 증가, 근육 글리코겐의 감소, 혈중 글루코오스의 상승, 혈중 유리지방산 농도 증가를 가져오며, 갈색지방 조직의 열 생산에 관여하는 언커플링 프로테인(uncoupling protein:UCP)의 발현을 증가시킨다. 캡사이신에 의해 증가된 부신 아드레날린이 갈색 지방의 베타아드레날린 수용체에 작용한 결과 언커플링 프로테인(UCP)이 유도되며 결과적으로 지방분해를 촉진하며 열 생산을 촉진하는 작용을 하므로 체지방 축적량 감소를 가져오게 된다.
실제로 사람에게 고추장을 투여한 실험을 통해 캡사이신의 지방산화 촉진효과가 보고되어 있고, 지방세포 모델계에서 고추추출물의 지방분해 촉진효과 및 동물모델을 이용한 캡사이신 또는 고추장의 체중 감소효과가 보고되어 있다.
상기와 같이, 현재까지 알려진 캡사이신의 다양하고 유익한 생리활성을 고려 하여 캡사이신 및 관련 유도체는 의약품으로서 뿐만 아니라 기능성 식품소재나 식품 첨가물로서의 활용가치 위주로 연구되어 왔다.
한편, 한국실용신안출원 제20-2004-18777호는 캡사이신 등을 상변화물질와 함께 캡슐화하여 우레탄 수지에 적용한 후 코팅한 직물을 기재하고 있으며, 한국실용신안출원 제20-2003-27123호는 캡사이신 등을 우레탄 수지와 혼합하여 섬유에 코팅하고 그 상부에 향료를 포함하는 단백질 캡슐을 우레탄 수지와 혼합하여 다시 코팅한 발열 헬스복을 기재하고 있다.
그러나, 상기한 기술들은 각각의 성분들에 대한 적정 사용량에 대한 구체성이 없고 추상적이며, 별도의 바인더로써 우레탄수지를 사용하여 2단계의 코팅 공정을 거처야 하므로 작업이 난해하고 시간이 많이 소비되므로 생산비용이 증가하고,우레탄 수지를 단독으로 사용하여 섬유의 부드러움성이 좋지 못하여 착용감이 나쁘고 통기성이 좋지 않은 등의 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 발열성분인 캡사이신을 계면활성제 및 실리콘 수지 등이 일정 범위의 함량으로 포함된 직물 가공용 열감 조성물을 직물의 제조 공정 중 침염 또는 패딩법을 적용하여 섬유에 고착시킴으로써 발열효과 우수하게 나타나는 신개념의 발열 기능성 직물 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 발열 기능성 직물의 제조방법의 일례로서, 캡사이신(capsaicin) 3.0 내지 20 중량%, 비이온성 계면활성제 3.5 내지 25 중량%, 실리콘 수지 10 내지 30 중량%, 키토산 분말 3 내지 15 중량% 및 잔량의 정제수를 포함하여 이루어지는 열감 조성물을 제조하는 단계, 직물의 제조시 침염 또는 패딩 공정 중 직물에 상기 열감 조성물이 3 내지 15 중량% 비율로 포함된 열감 가공액을 흡진시키는 단계, 및, 상기 열감 가공액이 흡진된 직물을 건조시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다,
또한 본 발명은 상기한 방법으로 제조된 것으로, 착의시 체액 중 수분과 반응하여 발열하는 신규한 발열 기능성 직물을 포함한다.
이하, 본 발명의 발열 기능성 직물의 제조방법을 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
1) 열감 조성물을 제조하는 단계.
상기 열감 조성물은 캡사이신을 주요 성분으로 포함하며, 비이온성 계면활성제, 실리콘 수지, 키토산 분말 및 정제수를 포함하여 이루어진다.
캡사이신은 조성물 중 함량은 3.0 내지 20 중량% 범위이며, 바람직하기로는 5 내지 15 중량% 범위이다. 이때, 캡사이신 함량이 3.0 중량% 미만이면 발열 효과가 적고, 캡사이신 함량이 20 중량%를 초과하여 과다하게 포함되면 저장 중 안정성이 떨어지는 문제점이 있다. 상기 캡사이신은 천연식물에서 분리된 추출물 상태로 서 천연 캡사이신이나 인위적으로 합성된 캡사이신을 사용할 수 있는데, 효과적인 발열 효과를 위해서는 합성된 캡사이신을 사용하는 것이 좋다. 상기 캡사이신은 체액 중의 수분과 반응하여 발열하며, 피부와 접촉시 혈관의 확장효과를 일으켜 혈류량을 증가시킴으로써 체온을 상승시키는 효과를 나타낸다.
계면활성제는 조성물 중 유성(油性) 성분과 수성(水性) 성분이 유화되도록 매개하는 성분으로, 조성물 중 함량은 3.5 내지 25 중량% 범위이며, 바람직하기로는 4 내지 20 중량% 범위로 사용하는 것이 좋다. 이때 계면활성제의 함량이 3.5 중량% 미만으로 적으면 유성성분과 수성성분의 유화가 충분하지 않아 조성물의 안정성이 불안해지는 경향이 있고, 계면활성제의 함량이 25 중량%를 초과하여 과다하면 조성물의 안정성이 저하되는 문제점과 함께 특히 캡사이신의 활성이 저하되는 경향을 나타내게 되므로 이들의 함량 조절에 유의하는 것이 좋다.
상기한 계면활성제로는 직물 가공용 조성물로서 적합한 계면활성제를 사용할 수 있는데, 특히 비이온성 계면활성제를 사용하는 것이 효과적이며, 비이온성 계면활성제 중에서도 특히 에테르형 계면활성제, 에스테르형 계면활성제 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 좋다. 구체적으로 예를 들면 상기 비이온성 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 알킬아릴에테르, 솔비탄 지방산 에스테르 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
실리콘 수지는 직물에 적용시 직물을 부드럽게 하는 역할을 수행하는 성분으로, 캡사이신이 직물의 원단에 잘 고착되게 하고 내구성을 부여하는 바인더로서의 역할을 수행한다. 이러한 실리콘 수지의 조성물 중 함량은 10 내지 30 중량% 범위 이고, 바람직하기로는 15 내지 20 중량% 범위를 사용하는 것이 좋다.
키토산 분말은 직물에 적용시 항균성, 방취성, 상처치유 및 보습성을 부여하는 역할을 수행한다. 키토산은 갑각류, 충류, 균류 등에서 얻을 수 있는 키틴을 탈아세틸화하여 제조된 것으로 D-글루콘산과 N-아세틸-D-글루콘산 등으로 이루어진 고분자로서, 본 발명에서는 키토산을 미세하게 분말화된 수용성 키토산을 사용할 경우 조성물의 안정성이나 용액으로서의 성상에 적합하다. 이러한 키토산 분말의 조성물 중 함량은 3 내지 15 중량% 범위이며, 바람직하기로는 5 내지 10 중량% 범위를 사용하면 좋다. 키토산 분말의 사용량 3 중량% 미만으로 적으면 키토산 특유의 효과가 발현되지 않으며, 키토산 분말의 사용량이 15 중량%를 초과하여 과다하면 용액의 안정성이 저하되고 경제적 측면에서 바람직하지 않다.
상기한 캡사이신, 계면활성제, 실리콘 수지 및 키토산 분말은 잔량의 정제수와 혼합하여 액상으로 형성되며, 이러한 본 발명의 직물 가공용 열감 조성물은 상온에서 1년 이상 보관시에도 고액분리 없이 안정성을 유지하는 것으로 나타났다.
상기한 직물 가공용 열감 조성물은 갈색의 점조액으로, 비이온성이며, 약산성 내지 중성을 띤다.
2) 직물에 상기 열감 조성물을 포함하는 가공액으로 침염 또는 패딩하는 단계.
본 발명의 발열 기능성 직물은 천연사, 혼방사 및 화섬사 등의 다양한 섬유로 이루어진 전 직물에 널리 적용될 수 있으며, 화섬사를 포함하여 이루어진 직물 에 바람직하게 적용될 수 있는데, 특히 나일론과 같은 아미드계 섬유나, 폴리에스테르계 섬유, 폴리우레탄계 섬유 등을 포함하는 혼방사나 화섬사로 이루어진 직물에 적용될 경우 발열 특성이 더욱 우수하게 나타난다.
상기 직물 가공용 열감 조성물은 직물의 종류에 따라 적절히 가감하여 사용량을 조절할 수 있으며, 일반적으로 3 내지 10 중량% 농도로 희석한 열감 가공액을 제조하여 사용하면 무난하다.
상기한 열감 가공액은 직물의 제조시 침염 또는 패딩 공정에 의하여 직물에 적용되는데, 침염시 pH 5.0 내지 6.0 조건, 40 내지 50 ℃ 온도 조건에서 20 내지 30 분간 처리하면 효과적이며, 패딩시 pH 5.0 내지 6.0 조건, 40 내지 50 ℃ 온도 조건에서 1 내지 5 분간 처리할 수 있다.
침염시 pH가 5.0 미만이거나 6.0을 초과할 경우에는 상기 열감 가공액이 직물을 구성하는 섬유 중에 흡진이 불충분한 경향이 있고, 또한 침염 온도가 40 ℃ 미만일 경우 열감 가공액이 직물에 흡진되는 정도가 불충분한 경향이 있으며, 침염 온도가 50 ℃를 초과하면 열감 가공액의 안정성이 파괴되는 경향이 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. 침염 시간이 20 분 미만으로 짧으면 열감 가공액의 흡진이 불충분하고, 30 분을 초과하여 길면 직물에 흡진된 성분이 다시 빠져나와 효과가 감소되는 경향이 있다.
패딩시 pH가 5.0 미만이거나 6.0 을 초과하면 열감 가공액의 흡진이 불충분하게 이루어지는 경향이 있고, 또한, 패딩시 온도가 상기 범위 미만이면 열감 가공액의 흡진이 불충분하게 이루어지는 경향이 있다. 패딩시 가공온도 조건이 상기 범 위를 초과하면 열감 가공액의 안정성이 저하되는 경향이 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. 패딩 시간이 상기 범위를 초과하여 길면 열감 가공액이 다시 빠져나오는 경향이 있으므로 주의하는 것이 좋다.
3) 상기 열감 가공액이 흡진된 직물을 건조하는 단계.
상기한 침염 또는 패딩 공정에 의하여 직물 가공용 열감 조성물이 도입된 후 탈수 및 건조단계를 거치면 조성물 중에 사용된 열감 조성물 중 실리콘 수지가 가교효과를 나타내어 직물에 더욱 단단히 고착된다.
이때, 건조 온도는 100 내지 130 ℃ 범위가 바람직하며, 건조 시간은 1 내지 5 분간 수행되도록 할 수 있다. 건조 온도가 상기 범위 미만이면 고착이 불충분하고, 상기 범위를 초과하여 높으면 캡사이신의 안정성이 저하되므로 발열 효과가 저하되는 경향이 있으므로 상기 범위로 조절하도록 하는 것이 바람직하다.
상기한 방법에 의하여 제조된 본 발명의 발열 기능성 직물은, 착의시 체액과 반응하여 발열되는데, 이때, 발열되는 열량은 인체의 피부 온도를 0.6 내지 2 ℃ 범위 향상시키는 것으로 나타나고, 착의하는 동안 발열온도가 지속된다. 직물에 적용시 내구성이 우수하여 30 회의 세탁으로도 발열성이 유지되었다. 또한, 항균 및 항습 효과를 나타내어 착의시 쾌적함을 유지할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 방법에 의하면, 다양한 직물에 신개념의 직물 코팅용 열감 조성물을 안정적으로 고착시킬 수 있으며, 이렇게 제조된 발열 기능성 직물 제조된 의류를 착용시 별도의 발열수단에 의하지 않고도 체액 중 미세 수분과 반응하여 발열하므로 극한의 환경에서도 장기간 체온을 유지할 수는 발열 기능성 직물의 생산이 가능하게 한 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에 의해 제조된 발열 기능성 직물로 제조된 의류를 착의시 체액 중 수분과 반응하여 발열하므로 효율적인 체온 유지가 가능하게 하여 난방을 위한 에너지 저감을 가능하게 하는 부가적인 효과를 기대할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의하여 구체적으로 설명하겠는바, 다음 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 열감 조성물의 제조
캡사이신 10 중량% 및 솔비탄지방산에스테르 7.5 중량%를 호모믹서가 장착된 유화기에 투입하고 1,500 내지 2,000 rpm의 속도로 30 분 동안 고속 교반하여 잘 혼합한 다음 섬유용 실리콘수지 유화물((주)오린지 제조, 실리콘수지 고형분 50 %) 20 중량%를 유화기의 액을 교반하면서 30분에 걸쳐서 소량씩 첨가하고 60 분 동안 1,500 내 2,000 rpm의 속도로 1차 유화를 시켰다. 이어서 정제수 32.5 중량%를 60분 동안 소량씩 첨가하고 60 분 동안 2,000 내지 2,500 rpm의 속도로 고속교반하여 균일한 유화액을 제조하였다. 그리고, 별도의 교반기가 부착된 용기에 수용성키토산분말 9 중량%를 정제수 21 중량%에 완전히 용해한 키토산수용액을 유화기에 첨가하고 500 내지 1,000 rpm의 교반속도로 30분간 교반하여 저장안장성이 우수한 열감 기능성 조성물을 제조하였다.
실시예 2. 발열 기능성 직물의 제조
실시예 1에 의하여 제조된 열감 조성물을 7 % 농도로 물에 희석한 열감 가공액을 폴리에스테르와 폴리우레탄 혼방 트리코트 직물(폴리에스테르 77 %, 20D 폴리우레탄 23%, KS K 0514: 2006 에 의해 측정된 중량 148.2 g/㎡)에 pH 5, 40 ℃의 침염조건에서 25 분간 흡진시키고, 탈수하여 130 ℃, 22 rpm/min 의 조건에서 2 분간 열가공하여 열감 기능성 직물을 제조하였다.
실험예 1. 발열 기능성 직물의 특성 확인
[발열성 확인]
실시예 2에 의하여 제조된 직물로 제조된 상의를 10 분간 착의한 후 착의 전후의 체온의 변화를 측정하였으며, 도 1에는 착의전, 도 2에는 착의 후 10 분 경과 시 적외선 촬영 결과를 나타내었다. 도 1 및 2에 의하면 평균 2 내지 3 ℃의 온도가 상승된 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 ISO 6330 2000. 11B 규정에 의하여 30 ± 3 ℃ 조건, 약 사이클, 2 kg의 조건으로 연속 30 회 세탁 및 망건조시에도 동일하게 나타났다.
[신장회복률 확인]
실시예 2에 의하여 제조된 발열 기능성 직물을 섬유시험연구원(FITI)에 의뢰하여 KS K 0815: 2001 6. 19 B법, 정하중법에 의하여 신장회복율을 측정하였으며, 그 결과는 다음 표 1에 나타내었다.
신장회복율(%)
웨일 95.4
코스 94.0
적용하중: 4.9N/5㎝, 반복횟수: 5회
[보온률 확인]
실시예 2에 의하여 제조된 발열 기능성 직물을 섬유시험연구원(FITI)에 의뢰하여 KS K 0466: 2002 법에 의하여, KS K 0466에 규정된 시험기를 사용하여 보온율을 측정하였으며, 그 결과는 82.7 %로 나타났다.
[흡수속도 확인]
실시예 2에 의하여 제조된 발열 기능성 직물을 섬유시험연구원(FITI)에 의뢰하여 KS K 0815:2005. 6. 27. 1. B법에 의하여 흡수속도를 측정하였으며, 그 결과는 다음 표 2에 나타내었다.
흡수속도(㎜)
웨일 115
코스 85
[건조속도 확인]
실시예 2에 의하여 제조된 발열 기능성 직물을 섬유시험연구원(FITI)에 의뢰하여 KS K 0815:2005. 6. 28. 1. B법에 의하여 건조속도를 측정하였으며, 그 결과는 4.93 g/202.5 ㎠으로 나타났다.
[마찰견뢰도 확인]
실시예 2에 의하여 제조된 발열 기능성 직물을 섬유시험연구원(FITI)에 의뢰하여 KS K 0680:2006 법에 의하여 마찰견뢰도를 측정하였으며, 그 결과는 다음 표 3에 나타내었다.
마찰견뢰도(급)
건조 4 내지 5
습윤 4 내지 5
[항균도 확인]
실시예 2에 의하여 제조된 발열 기능성 직물을 섬유시험연구원(FITI)에 의뢰하여 KS K 0693:2006 법에 의하여 항균도를 측정하였으며, 표준포는 면직물을 사용하고 사용공시균주는 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus ATCC 6538, 균주 1)과 크렙실라 뉴모니아(Klebsiella pneumonia ATCC 4352, 균주 2)를 사용하였으며, 그 결과는 다음 표 4에 나타내었다.
표준포(blank) 실시예 2
균주 1 초기균수(cfu/㎖) 2.5 X 104 2.5 X 104
18시간 후(cfu/㎖) 4.6 X 105 40. X 103
정균감소율(%) - 99.9
균주 2 초기균수(cfu/㎖) 2.7 X 104 2.7 X 104
18시간 후(cfu/㎖) 6.8 X 107 6.6 X 105
정균감소율(%) - 99.9
특히, 상기 균주 1(1.3 X 105 cfu/㎖)과 균주 2(1.1 X 105 cfu/㎖)을 사용하고 ISO 6330 2000. 11B 규정에 의하여 30 ± 3 ℃ 조건, 약 사이클, 2 kg의 조건으로 연속 30회 세탁 및 망건조(WOB 세제 사용, 비온성 계면활성제 tween 80, 접종균액 0.05% 첨가) 후 정균 감소율을 KS K 0693: 2001의 방법을 준용하여 측정한 결과 정균 감소율이 균주 1 및 균주 1 모두 99.9 % 로 나타났으며, 이는 본 발명의 방법에 의하여 제조된 발열 기능성 직물에 열감 조성물이 잘 고착되었음을 의미하는 것으로 볼 수 있다.
도 1은 본 발명의 열감 조성물이 적용된 원단으로 제조된 옷을 착용하기 전의 신체 표면의 온도 분포를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 열감 조성물이 적용된 원단으로 제조된 옷을 착용 후 10 분 시간 경과 후 신체 표면의 온도 분포를 나타낸 것이다.

Claims (8)

  1. 캡사이신(capsaicin) 3.0 내지 20 중량%, 비이온성 계면활성제 3.5 내지 25 중량%, 실리콘 수지 10 내지 30 중량%, 키토산 분말 3 내지 15 중량% 및 잔량의 정제수를 포함하여 이루어지는 열감 조성물을 제조하는 단계,
    직물의 제조시 침염 또는 패딩 공정 중 직물에 상기 열감 조성물이 3 내지 15 중량% 비율로 포함된 열감 가공액을 흡진시키는 단계, 및,
    상기 열감 가공액이 흡진된 직물을 건조시키는 단계
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발열 기능성 직물의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 비이온성 계면활성제는 에테르형 계면활성제, 에스테르형 계면활성제 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 발열 기능성 직물의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 비이온성 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 알킬아릴에테르, 솔비탄 지방산 에스테르 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 발열 기능성 직물의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 직물은 천연사, 화섬사 또는 이들의 혼방사로 이루어진 직물인 것을 특징으로 하는 발열 기능성 직물의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 침염은 pH 5.0 내지 6.0 조건, 40 내지 50 ℃ 온도 조건에서 20 내지 30 분간 수행되는 것을 특징으로 하는 발열 기능성 직물의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 패딩은 pH 5.0 내지 6.0 조건에서 40 내지 50 ℃ 온도 조건에서 1 내지 5 분간 수행되는 것을 특징으로 하는 발열 기능성 직물의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조는 100 내지 130 ℃ 온도 조건에서 1 내지 5 분간 수행되는 것을 특징으로 하는 발열 기능성 직물의 제조방법.
  8. 청구항 1 내지 7 항 중에서 선택된 어느 한 항의 방법으로 제조된 것으로, 착의시 체액 중 수분과 반응하여 발열되는 것을 특징으로 하는 발열 기능성 직물.
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