KR101157898B1

KR101157898B1 - 화학 방호복

Info

Publication number: KR101157898B1
Application number: KR1020080000645A
Authority: KR
Inventors: 용 환 이; 흥 렬 오; 준 규 이
Original assignee: 코오롱패션머티리얼 (주)
Priority date: 2008-01-03
Filing date: 2008-01-03
Publication date: 2012-06-22
Also published as: KR20090074928A

Abstract

본 발명은 나노섬유 웹들로 구성된 화학방호복에 관한 것으로서, 극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(A)과 비극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(B)의 적층체를 포함하며, 상기 나노섬유 웹(A,B)들을 구성하는 나노섬유들의 표면에는 평균직경이 0.5~100nm인 미세공극들이 분포되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 화학 방호복은 경량성과 땀 배출성능이 우수하고, 유해한 화학물질의 차단성능이 뛰어나며, 화학 방탄복의 자체 소재로 인한 피부 오염도 방지하는 효과 등이 있다.

화학 방호복, 나노섬유, 웹, 미세공극, 극성, 폴리머, 비극성

Description

화학 방호복{Chemical protecting cloth}

본 발명은 독성 가스등을 효과적으로 차단하는 화학 방호복에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 나노섬유 웹들로 구성되어 경량감과 땀 배출성이 우수하고 외부 화학물질이나 방호복 자체의 소재로 인해 사람의 피부가 오염되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 화학 방호복에 관한 것이다.

화학 방호복은 독성가스 등과 같은 유해 화학물질이 많이 배출되는 산업 현장이나 화생방?전쟁 등에 대비한 군수용 분야에 널리 사용되어 왔다.

종래의 화학 방호복으로는 활성탄이 분산, 함유된 직물 또는 부직포를 화학 방호복의 내층으로 사용한 제품이 주로 사용되어 왔다.

그러나, 상기 종래 화학 방호복의 경우에는 독성가스를 효과적으로 차단하기 위해서는 다량의 활성탄이 화학 방호복의 내층에 함유되어야 하므로, 구체적으로는 상의 1벌당 약 5~10㎏의 활성탄이 함유되어야 하므로, 중량이 너무 무거워 착용감이 저하되는 문제가 있었다.

또한, 상기 종래의 화학 방호복은 유해 화합물에 의해 화학 방호복 내의 공극들이 모두 막혀 인체에서 발생되는 땀을 배출하기 어렵게 되고, 또한 화학 방호복의 내층에 함유된 활성탄이 화학 방호복 밖 외부로 빠져나와 착용자의 피부를 오염시키는 등의 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 표면에 미세공이 분포된 나노섬유 웹의 적층체를 포함하여 경량감과 땀 배출성 및 유해 화학물의 차단효과가 우수한 화학 방호복을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 다른 화학 방호복은 극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(A)과 비극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(B)의 적층체를 포함하며, 상기 나노섬유 웹(A,B)들을 구성하는 나노섬유들의 표면에는 평균직경이 0.5~100nm인 미세공극들이 분포되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 있어서 나노섬유는 평균직경이 1,000nm 이하인 섬유를 의미하는 용어로 사용되며, 나노섬유 웹은 상기 나노섬유 들로 이루어진 웹(Web)을 의미하는 용어로 사용된다.

본 발명은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(A)과 비극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(B)이 적층된 적층체를 포함한다.

상기 나노섬유 웹(A,B) 들의 적층체는 본 발명에 따른 화학 방호복의 내측 안감으로 주로 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명은 직물 등의 외피를 추가로 더 포함할 수도 있다.

도 1 내지 도 2는 나노섬유 웹들의 적층체의 단면 개략도이다.

보다 구체적으로, 상기 적층체는 도 1과 같이 극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(A) 1개층과 비극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(B) 1개층이 적층된 구조일 수도 있고, 도 2와 같이 극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(A)과 비극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(B)이 교호로 1회 이상 반복 배열된 구조일 수도 있다.

본 발명은 상기와 같이 극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(A)과 비극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(B)을 동시에 포함하므로 비극성 독가스와 극성 독가스 모두를 효과적으로 흡착, 차단하는 효과가 있다.

상기 극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(A)과 비극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(B) 각각은 1층 또는 2층 이상이다.

상기 극성 폴리머는 폴리아크릴로니트릴 등이고, 비극성 폴리머는 폴리비닐리덴플루오라이드 등이다.

상기의 나노섬유 웹(A,B)들을 구성하는 나노섬유들은 나노섬유 표면 자체에 평균직경이 0.5~100nm인 미세공극들이 분포된 상태로 형성된 구조를 갖는다.

상기 미세공극의 평균직경이 0.5nm 미만이면 유해 화합물 차단효과가 저하되고, 100nm를 초과하면 나노섬유의 직경도 증가해야 하므로 표면적이 저하되는 문제가 발생된다.

독성가스가 화학 방호복을 뚫고 착용자의 피부에 도달하지 않도록 하기 위해서는 상기 나노섬유 웹(A,B)들을 구성하는 나노섬유의 평균직경이 30~1,000nm인 것이 바람직하다. 나노섬유의 평균직경이 30nm 미만인 경우에는 너무 가늘어 나노섬유 자체의 제조가 어렵고 나노섬유 표면에 미세공들을 형성하기도 어렵다.

나노섬유의 평균직경이 1,000nm을 초과하는 경우에는 화학 방호복 표면적이 낮아져 유해 화학물의 차단효과가 저하된다.

상기 나노섬유 웹(A,B)들 내에 형성된 미세공극의 크기, 다시말해 나노섬유 웹(A,B)들을 구성하는 나노섬유들 간의 빈 공간의 크기는 0.1~3㎛인 것이 적합하다.

상기 미세공극이 0.1㎛ 미만인 경우에는 착용자 몸에서 발생되는 땀의 배출능력이 저하되어 쾌적감과 작업효율이 떨어지고, 3㎛를 초과하는 경우에는 나노섬유의 밀도가 낮아 독성가스의 포집효율이 떨어지고 액체상태의 유해 화합물의 차단효과도 결여되는 문제가 발생된다.

나노섬유 웹(A,B)들 내에 형성된 미세공극의 크기는 ASTM F-316-03 방법으로 측정한다.

상기 나노섬유 웹들의 적층체는 전체두께가 30~200㎜인 것이 바람직하다.

상기 전체두께가 30㎜미만인 경우에는 방호복 착용 후 시간이 지날수록 독성가스들의 방호 효과가 떨어져 방호 효과의 지속시간이 단축되고, 200㎜를 초과하는 경우에는 중량이 무거워져 착용감이 나빠지고 땀 배출이 어려워 체온이 상승하는 등의 문제가 발생될 수 있다.

상기의 나노섬유는 도 3에 도시된 통상적인 전기방사 방식 등으로 제조할 수 있다.

전기방사는 직경이 수십 내지 수백 ㎚인 나노섬유를 제조할 수 있는 비교적 간단한 방법으로 이미 1930년대에 독일에서 첫 선을 보였다. 그러나, 당시의 기술로는 이를 상품화하는 데에 한계가 있어 관심을 받지 못하다가 1970년대에 이르러서야 연구가 다시 시작되었다가 2000년대 이후에서야 본격적인 연구가 시작되었다.

전기방사는 고분자용액에 수천 내지 수만 볼트의 높은 전압을 가하여 고분자 용액으로부터 용매의 표면장력을 넘는 접선벡터의 힘이 가해져서 고분자용액으로부터 미세한 폴리머 제트가 형성되어 고분자용액에 가해진 전하와 반대의 전하를 띠는 물체를 향해 빠른 속도로 진행하게 된다. 분사된 고분자 제트는 이어 수많은 미세 섬유로 다시 분산되어 뿌려지게 되는데 이때의 미세 섬유의 직경은 수십내지 수백 나노미터의 굵기를 가진다.

전기방사를 이용하면 고분자용액으로부터 수십 내지 수백 나노미터의 굵기를 가지는 나노섬유로 이루어진 도 2와 같은 나노섬유 웹을 제조할 수 있으며, 이를 이용하여 고기능성 의류, 초정밀 필터, 세포배양용 소재(scaffold) 등의 고성능 제품을 얻을 수 있다.

상업적으로 나노섬유 웹을 제조하기 위해서 한국등록특허 제0412241호, 한국등록특허 제0422459호 및 한국공개특허 제2005-15610호 등에서는 고분자 용액을 다수의 노즐을 통해 전기방사하는 방법을 제안하고 있다.

구체적으로, 상기의 방법은 도 3에 도시된 바와 같이 고분자 용액을 계량펌프(2)를 통해 고전압이 걸려있는 다수의 노즐(3)에 공급한 다음, 이를 노즐과 반대 전하를 띠는 고전압이 걸려있는 컬렉터(4)상에 위치하는 섬유기재상에 전기방사하여 나노섬유 웹을 제조한다.

도 3은 전기방사 방식 일례의 공정 개략도이다.

본 발명에서는 상기 컬렉터(4) 상에 극성 폴리머 용액과 비극성 폴리머 용액을 순차적으로 각각 1회 전기방사하거나 이들 용액들을 2회 이상 교호로 반복해서 전기방사하는 방식으로 나노섬유 웹의 적층체를 제조할 수 있다.

이때 나노섬유의 표면에 미세공들을 형성하기 위해서는 상기 전기방사시 컬렉터(4)를 극성 폴리머 용액과 비극성 폴리머 용액 제조에 사용한 용매의 비등점 이상으로 가열해 컬렉터(4) 표면에 전기방사된 나노섬유에 잔존하는 용매를 휘발시켜 주어야 한다.

구체적인 예로서, 극성 폴리머와 비극성 폴리머로 각각 폴리아크릴니트릴 수지와 폴리비닐텐플루오라이드 수지를 사용하는 경우, 이들 폴리머 용액들을 제조하기 위한 용매로는 디메틸포름아미드(DMF), 메틸에틸케톤(MEK) 또는 이들의 혼합용매를 사용할 수 있고, 이들 용매를 사용하면 나노섬유의 표면에 미세공을 형성하기 위해 전기방사시 컬렉터 온도를 130~150℃로 가열해 주어야 한다.

본 발명을 구성하는 극성 폴리머의 나노섬유 웹(A)은 극성 유해물질의 포집 효율을 향상시키고, 비극성 폴리머의 나노섬유 웹(B)은 표면장력이 낮아 투과성을 향상시키는 역할을 한다.

본 발명에 따른 화학방호복은 경량성과 땀 배출성능이 우수하고, 유해한 화학물질의 차단성능이 뛰어나며, 화학 방탄복의 자체 소재로 인한 피부 오염도 방지하는 효과 등이 있다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 살펴본다.

그러나, 본 발명의 권리범위가 아래 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

먼저, 폴리아크릴로니트릴 수지를 디메틸포름아미드와 메틸에틸케톤의 혼합용매에 용해하여 극성 폴리머 용액(X)를 제조하였다.

한편, 폴리비닐리덴플로라이드 수지를 디메틸포름아미드와 메틸에틸케톤의 혼합용매에 용해하여 비극성 폴리머 용액(Y)을 제조하였다.

다음으로는 도 3에 도시된 전기방사 방식으로 상기 비극성 폴리머 용액(Y)을 먼저 150℃로 가열된 컬렉터(4) 상에 전기방사하여 비극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(B)을 제조하였다.

상기 비극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(B)내 미세공극의 크기는 1㎛ 이였고, 상기 나노섬유 웹(B)을 구성하는 나노섬유의 평균직경은 200nm 이였고, 상기 나노섬유의 표면에는 평균직경이 10nm인 미세공극들이 형성되어 있었다.

다음으로는, 상기 극성 폴리머 용액(X)을 150℃로 가열된 컬렉터(4) 위에 이미 전기방사되어 있는 상기의 비극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(B) 상에 전기방사하여 극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(A)을 제조하여 도 1과 같은 구조를 갖는 나노섬유 웹의 적층체를 제조하였다.

상기 극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(A)내 미세공극의 크기는 1.2㎛이 였고, 상기 나노섬유 웹(A)을 구성하는 나노섬유의 평균직경은 250nm이였고, 상기 나노섬유의 표면에는 평균직경이 15nm인 미세공들이 형성되어 있었다.

한편, 상기 나노섬유 웹의 적층체는 전체 두께가 60㎜ 이였다.

상기와 같이 제조된 나노섬유 웹의 적층체를 내층으로 하고 통상의 평직물을 외층(외피)로하여 화학 방호복을 제조하였다.

제조된 화학 방호복의 독성가스 차단성을 평가한 결과는 표 1과 같다.

실시예 2

실시예 1의 극성 폴리머 용액(X)과 비극성 폴리머 용액(Y)을 150℃로 가열된 컬렉터(4) 상에 교호로 2회씩 전기방사하여 도 2와 같은 구조를 갖고 전체두께가 60㎜인 나노섬유 웹(A,B)들의 적층체를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 상기 적층체 및 화학 방호복을 제조하였다.

비교실시예 1

실시예 1의 극성 폴리머 용액(X)을 상온의 컬렉터 상에 실시예 1과 같이 1회만 전기방사하여 전체 두께가 60㎜인 나노섬유 웹을 제조한 다음, 이를 내층(안감)으로 하고 통상의 평직물을 외층(외피)로 하여 화학 방호복을 제조하였다.

비교실시예 2

실시예 1의 비극성 폴리머 용액(Y)을 상온의 컬렉터 상에 실시예 1과 같이 1회만 전기방사하여 전체 두께가 60㎜인 나노섬유 웹을 제조한 다음, 이를 내층(안감)으로 하고 통상의 평직물을 외층(외피)로 하여 화학 방호복을 제조하였다.

물성평가 결과

구분	실시예 1	실시예 2	비교실시예 1	비교실시예 2
나노섬유 표면에 미세공극 형성 여부	형성	형성	형성안됨	형성안됨
나노섬유 표면의 미세공극 평균직경	10nm	10nm	-	-
독성가스 차단성 (g/g)	0.41	0.40	0.15	0.14

상기 나노섬유 표면의 미세공 평균직경은 ASTM-F-316-03 방법으로 측정하였다. 또한 독성가스 차단성은 독성가스인 CCl4의 파과점에서 화학 방호복 1g이 상기 독성가스를 흡착하는 양(g)을 측정한 값이다.

상기 독성가스의 파과점이란 방호복 소재에 상기 독성가스를 통과시킬 때 방호복 소재를 통과한 처리가스 내 독성물질이 허용치에 달하는 상태이다.

도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 화학 방호복 원단의 단면 개략도.

도 3은 통상적인 전기방사 공정 개략도.

도 4는 나노섬유 웹 표면의 전자현미경 사진.

* 도면 중 주요부분에 대한 부호설명

A : 극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹

B : 비극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹

1 : 고분자 용액 주탱크 2 : 고분자 용액 공급탱크

3 : 노즐블록 4 : 켈렉터

5 : 전압 전달로드 6 : 전압발생장치

Claims

극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(A)과 비극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(B)의 적층체를 포함하며, 상기 나노섬유 웹(A,B)들을 구성하는 나노섬유들의 표면에는 평균직경이 0.5~100nm인 미세공극들이 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 방호복.
제1항에 있어서, 극성 폴리머로 나노섬유 웹(A) 및 비극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(B) 각각이 2층 이상인 것을 특징으로 하는 화학 방호복.
제1항에 있어서, 극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(A)과 비극성 폴리머로 이루어진 나노섬유 웹(B)이 교호로 1회 이상 반복 적층된 것을 특징으로 하는 화학 방호복.
제1항에 있어서, 나노섬유들의 평균직경이 30~1,000nm인 것을 특징으로 하는 화학 방호복.
제1항에 있어서, 상기 나노섬유 웹(A,B)들 내에 형성된 미세공극의 크기는 0.1~3㎛인 것을 특징으로 하는 화학 방호복.
제1항에 있어서, 상기 적층체의 전체 두께가 30~200㎜인 것을 특징으로 하는 화학 방호복.
제1항에 있어서, 극성 폴리머는 폴리아크릴로니트릴 이고, 비극성 폴리머는 폴리비닐리덴플루오라이드 인 것을 특징으로 하는 화학 방호복.
제1항에 있어서, 직물인 외피를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 방호복.