KR100893630B1 - 복합 냉감성 원단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합 냉감성 원단에 관한 것으로서, 특히 적외선 블록으로 태양열을 차단하고, 냉감성 성분을 원단에 처리하여 열기나 땀을 원단 외부로 전달시켜 냉감성이 부여되는 원단에 관한 것이다.

냉감성, 적외선 블록, 흡수속건성

Description

복합 냉감성 원단{Multi-Refrigerant fabric}

본 발명은 복합 냉감성 원단에 관한 것으로서, 특히 적외선 블록으로 태양열을 차단하고, 냉감성 성분을 원단에 처리하여 열기나 땀을 의복 외부로 전달시켜 냉감성이 부여되는 원단에 관한 것이다.

일반적으로 열이 이동하는 방법으로는 매개체를 통하여 이루어지는 전도, 매개체 없이 직접적으로 이동하는 복사, 찬공기는 아래로 더운 공기는 위로 이동하여 순환하는 대류 현상에 의해 이동할 수 있다.

상기의 열의 근원이 되는 빛은 파장에 따라 자외선, 가시광선 및 적외선 등이 전파장의 90% 이상을 차지하며, 이중 자외선은 100 내지 380 nm 범위의 파장을 갖는 빛을 의미하는데, 280 nm 이하의 자외선은 세포와 세균을 파괴하지만, 오존층에 의해 흡수되어 지표면에 거의 도달하지 않는다. 그러나, 최근 오존층의 파괴가 가속화되면서 생명체에 유해한 자외선이 지표면에 도달하는 양이 증가하는 추세이다. 또한, 280 내지 320 nm 범위의 자외선에 피부가 노출되면 일광화상이나 홍반을 일으키며, 심한 경우는 피부암을 일으키기까지 한다. 게다가, 320 내지 400 nm 범위의 자외선은 피부의 표피, 진피, 피하지방층까지 깊숙이 침투하여 피부 그을림이 일어나게 된다.

따라서, 상기 유해한 자외선을 차단하는 방법으로 이산화티탄, 산화 아연 등의 무기물을 섬유에 방사 시 투입하거나, 자외선 흡수제를 섬유 표면에 코팅하여 원단으로 제조된 의복을 착용함으로서 90% 이상 차단 효과를 지니게 된다.

또한, 피부에 자외선 차단제를 발라서 자외선으로부터 피부를 보호하는 방법이 있는데, 실내의 경우, SPF 15 이상의 제품을 사용하여 피부의 물기를 제거한 후 차단제를 바르고, 실외의 경우, SPF 20 내지 30 인 제품을 사용하여 장시간 야외 활동을 대비해 차단제를 발라서 자외선을 차단시킨다.

상기 SPF는 Sun Protect Factor의 약자로 SPF 15는 300(=15X20)분 동안 햇빛으로부터 피부를 보호하여 홍반이 나타나지 않는 기준을 의미한다.

한편, 적외선에 있어서, 원적외선은 생체를 내부로부터 데워서 모세혈관을 비롯한 미세 동맥 및 정맥을 확장하여 전신의 혈액순환을 활성화 시키지만, 태양의 복사열에 가장 까까운 800 내지 1,400 nm 영역의 근적외선은 복사의 형태로 태양의 뜨거운 열이 전달되고, 침투력이 강해서 열선 역할을 하게 되어 의복 내부까지 침투하여 온도를 상승시켜 땀을 유발시킨다.

특히, 여름에는 이러한 적외선의 복사열이 더 강하게 느껴지게 되기 때문에 한여름에 더위를 덜 느낄 수 있도록 하는 소재가 필요하다.

상기의 이유로 얇고 밝은 원단으로 된 의복을 착용하면 시원하기는 하지만, 자외선이 통과되어 피부가 타게 된다. 반면, 두껍고 진한색의 원단으로 된 의복은 자외선이 차단되기는 하나, 가시광선 흡수율이 높아 의복 내부 온도가 상승하여 더위가 더욱 가중된다.

상기의 문제를 해결하기 위해 기존에는 흡습성이 양호한 천연섬유인 면이 이용되었는데, 이는 건조속도가 늦어 일정수분 이상 흡수하면 건조되지 않아 체온 상승을 유발시키게 된다.

따라서, 여름에는 얇고 밝은 원단 외에도 어떤 색상이나 구조를 지니더라도 자외선뿐만 아니라 적외선도 차단되고, 더위를 느끼지 않도록 지속적인 냉감성이 부여된 원단의 필요성이 더욱 절실하다.

이러한 문제를 해결하고자, 최근에는 기능성 소재의 개발로, 대한민국 특허공개 제2001-91286호에서는 태양광 반사 특성에 의한 냉감 효과를 갖는 섬유, 좀더 상세하게는 태양광을 흡수하지 않고, 외부로 모두 반사하는 특성을 지닌 티탄산아연마그네슘을 함유함으로써 섬유 자신의 온도 상승을 억제하여 냉감효과를 갖는 섬유에 관한 것으로, 산화아연-산화마그네슘-이산화티탄 3성분을 고온에서 소결 처리하여 복합산화물인 티 탄산아연마그네슘(ZMT)을 제조하고, 이를 혼입하여 자외선을 효율 좋게 반사함으로써 태양광 에너지의 흡수를 방지하여 냉감효과를 지닌 새로운 섬유 및 그 첨가물이 제안된 바 있다.

그러나, 상기에서 사용된 무기물은 자외선은 차단되나, 열이 복사되는 적외선 차단에 있어서는 미흡한 단점이 있다.

또한, 흡한속건 소재가 개발되어 신체에서 배출된 땀을 효과적으로 흡수하여 신속히 배출시키나, 일정량 이상의 운동시 땀의 역류현상으로 외부의 더운 기운이 몸에 전달되는 소극적인 냉감 소재이다.

그밖에 접촉 냉감 소재는 초기 착용 시에는 효과가 양호하나 운동 중에 체온이 상승하면 평형을 이뤄 효과가 미흡해지게 된다.

상기의 이유로 본 발명의 목적은 자외선 및 적외선을 포함하는 외부열인 태양열이 차단되고, 내부열인 열기나 땀을 냉기로 전환시켜 복사열을 방출시켜 냉감성이 부여되는 원단을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 피부의 땀을 조절하여 땀이 순간적으로 제거되어 운동 시에도 지속적으로 체온을 유지시키며 쾌적성이 부여되는 원단을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 복합 냉감성 원단에 있어서, 10 내지 150 데니어의 멀티필라멘트 가연사로 제조되어 표면이 고밀도이고, 이면이 저밀도인 원단으로 이루어진 2중 구조인 흡수속건성 원단에 태양열 반사기능이 수행되는 세라믹의 적외선 블록이 5 내지 15%o.w.f로, 인체의 땀과 반응하여 기화현상이 촉진되는 냉감성 성분이 1 내지 10% o.w.f로, 원단에 포함됨을 특징으로 하는 복합 냉감성 원단을 제공한다.

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이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 다른 의미임을 필요로 하거나 다른 의미로 표시되지 않는 한 제시된 의미를 갖는다. 또 달리 언급되지 않는 한 단수형은 복수형을 포함하고, 복수형은 단수형을 일반적으로 포함하는 것으로 해석한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 명세서에서 사용되는 원단이라 함은 모든 의복의 원료가 되는 천으로 제직 또는 편직에 의해 제조되는 물품, 부직포 및 섬유상 웹 등을 모두 포함하는 의 미로 사용한다.

도 1은 바람직한 일실시예에 따른 복합 냉감성 원단의 구성을 나타낸 도면이다.

상기 도 1을 참조하여 본 발명의 복합 냉감성 원단을 설명하면, 상기 복합 냉감성 원단은 원단 100, 적외선 블록 10 및 냉감성 성분 20 으로 구성된다.

상기 원단 100 은 내부열인 열기나 땀에 의한 불쾌감을 없애고, 발생한 땀을 순간적으로 피부표면에서 제거토록 신속하게 외부로 전달시키는 흡수속건성 원단이 사용될 수 있다. 상기 흡수속건성 원단은 표면이 고밀도이고, 이면이 저밀도로 직조된 2중 구조로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 원단 100 은 폴리에스테르, 나일론, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 모노 또는 멀티사 등의 합성섬유, 레이온 등의 재생섬유, 면 등의 천연섬유로 10 내지 150 데니어(D)의 섬도를 지니는 단사 또는 합사일 수 있다. 바람직하게는 70/72^D/F 합사인 폴리프로필렌과 75/72^D/F인 폴리에스테르를 혼방한 섬유가 사용될 수 있다. 왜냐하면, 상기 섬도가 10 데니어 미만인 경우, 혼방 시 사절 등의 문제가 일어날 수 있으며, 150 데니어를 초과한 경우, 원단의 촉감이 거칠어지는 문제점이 있을 수 있기 때문이다.

상기 적외선 블록(Infra Red Block;IR Block) 10 은 태양열을 반사하여 원단 내부로의 침투를 막기 위한 세라믹 물질로서, 원단 100 에 5 내지 15 % o.w.f.(on the weight of fiber)가 포함됨이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 적외선 블록의 입자 크기와 함유량이 상기 범위 미만인 경우, 태양열이 반사되지 않고, 원단 내부로 복사열이 침투하게 되며, 상기 범위를 초과한 경우에는 반사 효과가 증가되지는 않고, 차이가 거의 없기 때문이다.

상기 냉감성 성분 20 은 피부에서 발생하는 땀이나 열기가 외부로 발산되도록 냉감성을 느끼게 하는 성분으로서, 자일리톨 또는 에리스리톨이 사용될 수 있으며, 원단에 1 내지 10 % o.w.f 포함됨이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 입자가 1 % o.w.f. 미만인 경우 냉감성 발현이 어렵게 되고, 10% o.w.f를 초과한 경우 피부 표면에 끈적거리는 촉감이 느껴질 수 있기 때문이다.

상기 냉감성 성분 중, 상기 자일리톨은 하기의 화학식 1 에 나타내었으며, 당의 구조를 지닌 5 탄당으로서 용해열이 -36.5 cal/g으로 다른 당보다 높아 수분과 반응하여 흡열반응을 일으켜 온기를 빼앗아가 냉감성을 느끼게 하는 것이다.

[화학식 1]

본 발명에서 사용되는 자일리톨은 문헌(미국 특허 제 4,008,825호)에 기재되어 있는 바와 같이, 식물성 원료에 함유된 자일란을 가수분해하여 얻은 자일로스(xylose)를 촉매 존재하에 환원시킨 것이다. 자일리톨은 충치 예방 효과가 있는 것으로 알려져 있어 주로 추잉검, 의약품, 구강 위생제 등에 적합한 천연 감미료로 주로 인식되어 왔다. 이외에도 물에 용해 시 흡열반응을 통해 주변을 시원하게 해 주는 청량효과가 있다고 알려져 있으며, 본 발명에서 사용되는 자일리톨은 건조된 파우더 형태로 사용되는 것이 바람직하다.

상기 적외선 블록 10 및 냉감성 성분 20 은 원단 100 의 표면, 원단의 이면 및 원단의 내면으로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상 선택되어 포함될 수 있다.

한편, 상기의 냉감성 성분 및 적외선 블록은 바인더(Binder) 성분과 함께 함유될 수 있는데, 상기 바인더 성분은 폴리올레핀계, 폴리아크릴계 또는 폴리우레탄계 고분자로서, 원단 표면에 1 내지 5 % o.w.f. 도포됨이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 바인더가 1 % o.w.f. 미만인 경우, 결합 효과가 거의 없고, 5 % o.w.f. 를 초과하면, 상기 적외선 블록 효과 발현에 방해가 될 수 있기 때문이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 냉감성 원단의 냉감효과 발현 메커니즘의 예시도이다.

상기 도 2를 참조하여 본 발명의 복합 냉감성 원단에서 작용하는 냉감효과의 메커니즘을 설명하면, 태양광선 입사 시 상기 원단 100 에 포함된 상기 적외선 블록 10 이 상기 태양광선을 반사하여 상기 원단에 침투되는 외부열을 막아 온도 상승을 억제시킴과 동시에, 상기 적외선 블록과 함께 원단 100 에 포함되어 있는 상기 냉감성 성분 20 이 피부 200 에서 발생하는 내부열인 땀 및 체열과 접촉하여 흡열반응을 일으켜 기화열로서 신속히 원단 100 의 외부로 배출시켜 냉감효과가 발현된다.

상기 태양광선은 자외선 및 근적외선을 포함하며, 상기 외부열은 상기 태양광선에서 비롯된 태양열을 의미한다. 또한, 내부열은 활동 시 피부에서 생성되는 땀 및 열기가 포함된다.

따라서, 적외선 블록 10 및 냉감성 성분 20 은 상기 원단 100 의 표면, 이면 및 내면으로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상 선택되어 포함되어 있으며, 보다 바람직하게는 원단 표면에서 적외선 블록이 외부열을 차단시키고, 원단 이면에서는 냉감성 성분이 내부열과 반응하여 냉매로 전환후 기화됨으로써, 원단의 외부 복사열의 차단 및 내부의 냉감효과로 인해 복합 냉감성이 발휘되는 것이다.

또한, 상기 원단 100 은 흡수속건성 원단으로 구성시켜 내부열을 순간적으로 피부면에서 제거시켜 쾌적성과 함께 냉감효과가 더욱 촉진되게 된다.

상술한 바와 같이 복합 냉감성 원단에 있어서 태양열에서 부여되는 외부 열을 차단하고, 내부열이나 땀을 냉기로 전환시켜 냉감성이 부여되는 효과가 있다.

또한, 내부 온기를 순간적으로 피부 표면에서 제거하는 흡수속건성 원단을 사용하여 냉감성뿐만 아니라 쾌적성이 제공되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 복합 냉감성 원단은 습도의 상승과 태양열 노출시간의 증가가 현저한 여름에 땀이 조절되는 시원한 소재로서 이용될 수 있는 효과가 있다.

하기의 실시예를 통하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다.

실시예 1

70/72^D/F인 폴리프로필렌과 75/72^D/F인 폴리에스테르를 혼방한 가연사로 평직으로 원단을 직조한 다음, 자일리톨 4% o.w.f., 적외선 블록 10% o.w.f., 아크릴계 바인더 3% o.w.f. 가 도포되도록 40 ℃ 온도에서 20분 동안 침지시킨 후, 픽업률 70 내지 95%로 100 ℃ 온도에서 1분 동안 열처리하여 복합냉감성 원단을 제조하였다.

비교예 1

70/72^D/F인 폴리프로필렌과 70/68^D/F인 나일론66를 혼방한 가연사로 평직으로 원단을 직조하여 피부에 접촉하는 이면층, 표면층의 2층으로 구성하되, 이면층은 표면층에 비해 상대적으로 저밀도로 제직하여 흡수속건성 원단을 제조하였다.

비교예 2

상기 비교예 1과 동일하되, 상기 폴리프로필렌을 스판덱스로 사용하였다.

비교예 3

상기 비교예 1과 동일하되, 상기 나일론66를 폴리에스테르로 사용하였다.

시험방법

1. 주사현미경 (Scanning Electron Microscope; SEM)

본 발명에서 복합 냉감성 원단의 형태를 확인하기 위해 시료를 백금-팔라듐 코팅으로 전처리하여 HITACHI S4700 FE-SEM으로 고분해능 5 kv에서 측정하였다.

2. 적외선 반사율

Infrared Test Machine을 이용하여 파장에 따른 적외선 반사율을 측정하였다.

(1) Instrument: Lambda 900 UV/VIS Spectraphotometer with intergrated sphere

(2) Test Condition: UV Range: 750~2450 nm

Ordinate mode: Reflectance

Slite: 2.0 nm

Response: 0.5 s

3.원단의 온도 측정

1) 시료를 항온 항습기에서 60℃, 2시간 동안 건조한다.

2) 항온항습기를 온도 51±0.3℃, 습도 50±3.0%의 조건으로 준비한다.

3) 측정용 시험기구를 항온항습기에 넣는다.

4) 준비된 시료를 두겹으로 접어 데시케이터에 넣고 온도계를 고정한 후, 0.5cc의 이온교환수를 떨어뜨려서 초기 5분 동안은 1분간, 이후 30분 동안은 5분 간격으로 온도를 측정한다.

4. 열화상 및 온습도 측정

* 촬영조건

- 실내 온도: 30℃

- 실내 습도: 68% RH

-실험기기: 인공기후실, 적외선 열화상 카메라, 피부온습도 측정기(센서8X2 대)

(1) 원단을 착용한다.

(2) 인공기후실에 입실 직후의 사진을 촬영하고, 피부 및 원단의 온습도를 측정한다.

(3) 입실 후 인공기후실에서 움직임없이 있다가 10 분 후에 사진을 촬영하고, 피부 및 원단의 온습도를 측정한다.

(4) 10 분간 운동한다.

(5) 운동 종료하고 나서 5분 후 사진을 촬영하고, 피부 및 원단의 온습도를 측정한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉감 성분이 포함된 복합 냉감성 원단의 SEM 사진으로서, 적외선 블록에 의해 태양열이 차단되고, 자일리톨에 의해 피부의 복사열을 배출시키는 입자가 도포된 형태이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 적외선 반사율 그래프이다.

상기 적외선 블록을 처리한 원단인 실시예 1이 흡수속건성 원단인 비교예 1 보다 20 % 높은 적외선 반사율을 나타냈으며, 이는 온도로서 -2.5 ℃ 낮아져 적외선 차단 효과를 나타낸다. 또한, 노출시간이 길어짐에 따라 적외선 반사율이 낮아지며, 근적외선 부근 1,600 nm까지 서서히 낮아지다가 그 지점에서 급격히 낮아져 1,700 nm 최저점에서부터 상승하고, 1,800 nm부터 다시 감소하는 형태로 태양열이 차단됨을 확인하였다.

따라서 상기의 결과로 적외선 블록이 태양열 차단 효과가 탁월함을 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 원단의 온도 변화 그래프이다.

상기 본 발명의 실시예 1이 비교예 1의 흡수속건성 원단 보다 시간에 따라 2.5 ℃ 낮게 나타남을 확인할 수 있다. 따라서 도 3에 있어서도 본 발명의 원단이 냉감효과를 발휘함을 확인하였다. 이는 실시예 1의 자일리톨 성분의 냉감 효과 발현에 기인한 것이라 할 수 있다.

도 6a 및 도 6b 는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 입실 후 및 운동 후의 열화상 측정결과이다.

상기 도에 있어서 수치는 원단 표면의 온도를 의미하는 것이다.

우선, 도 6a에 있어서, 입실 직후에는 실시예 1과 비교예 1는 유사하나, 입실 후 10분 후에는 본 발명의 복합냉감성 의류인 실시예 1이 오히려 상승하였으며, 흡수속건성 원단인 비교예 1의 경우에는 입실 직후 및 10 분 후, 거의 차이 없이 온도를 유지하였다.

상기의 실시예 1의 온도 상승의 원인은 냉감성의 발현으로 피부와 맞닿아 있는 원단 내부열이 외부로 배출되어 원단의 표면 온도가 상승하게 된 것에 기인한다.

또한, 도 6b에 있어서, 운동 직후와 운동 종료 5분 후의 의복 온도 비교 결과, 흡수속건성 원단인 비교예 1의 경우에는 운동 후 원단이 땀을 흡수하여 감소된 온도가 오히려 소폭 상승한 반면, 복합냉감성 의류인 실시예 1의 경우는 운동 후 상승된 온도가 운동 5분 후에 자일리톨의 냉감성 발현으로 온도가 저하됨을 확인하 였다.

또한, 하기의 표 1은 피부내 온습도와 쾌적성과의 관계를 나타낸 것으로, 피부 평균온도가 32.5 ℃ 내지 34 ℃이고 피부 포습면적율이 6일 때 가장 쾌적성을 느끼는 것으로 알려져 있는데, 상기 도6a 및 6b는 모두 쾌적성 및 부드러운 착용감을 나타내었다. 특히 도 5b의 경우 실시예 1의 복합 냉감성 원단에 있어서 최고의 쾌적성을 느끼는 33 ℃ 부근의 온도를 유지함을 확인 할 수 있다.

쾌적감	피부평균온도(℃)	피부포습면적률
불쾌	30	불쾌
조금불쾌	32	조금불쾌
쾌적	33	6
조금불쾌	35.5	20
매우불쾌	38	40
적응한계	39	80

상기 피부 포습 면적률은 피부 발한량/최대증발량을 나타낸다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 복합 냉감성 원단의 구성도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 냉감성 원단의 냉감효과 발현 메커니즘의 예시도.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 냉감 성분이 포함된 복합 냉감성 원단의 SEM 사진.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 적외선 반사율 그래프.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 원단의 온도 변화 그래프.

도 6a 및 도 6b 는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 입실 후 및 운동 후의 열화상 측정결과.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

100: 원단, 200: 피부, 10: 적외선 블록, 20: 냉감성 성분

Claims (6)

1. 복합 냉감성 원단에 있어서,

   10 내지 150 데니어의 멀티필라멘트 가연사로 제조되어 표면이 고밀도이고, 이면이 저밀도인 원단으로 이루어진 2중 구조인 흡수속건성 원단에 태양열 반사기능이 수행되는 세라믹의 적외선 블록이 5 내지 15%o.w.f로, 인체의 땀과 반응하여 기화현상이 촉진되는 냉감성 성분이 1 내지 10% o.w.f로, 원단에 포함됨을 특징으로 하는 복합 냉감성 원단.
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