KR101222694B1

KR101222694B1 - 화생방 방어용 원단 및 이를 이용한 화생방 방어복

Info

Publication number: KR101222694B1
Application number: KR1020120084940A
Authority: KR
Inventors: 김용권
Original assignee: (주)성한코퍼레이션
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2013-01-16

Abstract

본 발명은 화생방의 피폭 위험을 차단함과 아울러 간접적인 피폭 위험도 충분히 차단할 수 있고 경량으로서 착용감과 활동성이 우수하면서 인체에 무해한 화생방 방어용 원단 및 이를 이용한 화생방 방어복을 제공하려는데 목적이 있다.
본 발명에 의한 화생방 방어용 원단은, 외부에서부터 발수무독성화 코팅층(2), 외피층(1), 감마선 차폐층(3), 나노웹 섬유층(4), 활성탄소 섬유층(5), 나노살균 섬유층(6), 무독성화 코팅층(7)의 체계에서 선택되어 층상 구조로 이루어진다.

Description

화생방 방어용 원단 및 이를 이용한 화생방 방어복{The fabric for CBR defense and the CBR defense clothes using the same}

본 발명은 화생방 방어용 원단 및 화생방 방어복에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화생방의 피폭 위험을 차단함과 아울러 간접적인 피폭 위험도 충분히 차단할 수 있고 경량으로서 착용감과 활동성이 우수하면서 인체에 무해한 화생방 방어용 원단 및 이를 이용한 화생방 방어복에 관한 것이다.

전쟁, 테러 및 사고, 재난에 의한 화생방 상황시 인명 및 생명체에 피폭 또는 접촉될 경우 사망, 발암, 유전적 장애, 백내장과 같은 심각한 질병과 장애를 일으키는 등 사람 및 생명체에게 매우 유해하므로 원천적으로 피폭 방지 또는 제한적으로 피폭되는 것이 바람직하다. 따라서, 병사, 예비군, 특수임무 종사자, 병원 및 원전 관계자 등 업무 특성상 지속적으로 화생방에 피폭될 수 있는 사람들은 특히 유의하여야 한다.

이를 위해 화생방의 피폭을 최대한 줄일 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있다.

일반적으로 방어복(보호의/방호복)은 독성이 강한 화학무기 및 산업용 물질 중에서 피부에 닿기만 하여도 상해를 주고 피부에 침투하여 인체에 치명적인 영향으로부터 방호하기 위해 제작되었다.

종래의 군용 보호의는 침투성 보호의로 활성탄을 처리한 내피와 직물을 사용한 외피로 구성되었다. 내피는 증기나 기체 상태의 화학작용제가 활성탄에 흡착되어 피부에까지 도달하는 것을 막으며, 외피는 액체 상태와 고체 상태의 화학 작용제를 일차적으로 차단하고 내피를 보호하며 전투복으로서의 역할을 한다. 내피로 활성탄을 처리한 우레탄 폼이나 보강천을 덧대어서 사용하고 있다.

이와 같이 구성된 종래의 보호의/방호복은 활성탄을 사용하기 때문에 무겁고(3.5 ~ 10kg) 두꺼우며 재생이 어렵고 활성탄 가루가 보강천을 통과하여 검게 묻어나거나, 땀을 흘릴 경우 군복을 검게 만드는 원인이 되며, 빨래가 되지 않아 한번 사용한 후 폐기해야 하는 단점이 있다. 또한 공기 투과성이 떨어져 더운 날씨에는 체열이 쌓이고 땀 배출이 어려워 열사상자가 발생하고 있다.

공개특허 제10-2002-0087917호 일본공개특허공보 평12-160475호 일본공개특허공보 평01-014306호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화생방의 피폭 위험을 차단함과 아울러 간접적인 피폭 위험도 충분히 차단할 수 있고 경량으로서 착용감과 활동성이 우수하면서 인체에 무해한 화생방 방어용 원단 및 이를 이용한 화생방 방어복을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 화생방 방어용 원단은, 외피층과; 감마선 차폐층과; 나노웹섬유층과; 활성탄소 섬유층과; 나노살균 섬유층과; 무독성화 코팅층의 층상 구조의 체계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 화생방 방어용 원단 및 이를 이용한 화생방 방어복에 의하면, 외피층의 발수나노무독성화 코팅, 나노 입자의 광촉매 코팅 등을 통해 독성물질(신경작용제, 질식작용제 등)이 인체에 침투하는 것을 원천적으로 차단하여 화생방으로 인한 인명피해를 극소화할 수 있고 다수회의 재사용이 가능하여 비용을 절감할 수 있으며, 또한, 활성탄소섬유층을 통해 화생방 방어복의 중량을 줄여 착용감과 활동성을 확보함으로써 전투력을 향상할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 화생방 방어용 원단 체계의 단층도.
도 2 내지 도 4는 각각 본 발명의 실시예에 화생방 방어용 원단 및 이를 이용한 화생방 방어복의 예시도.

본 발명에 따른 화생방 방어용 원단의 체계는 나이론 섬유로 이루어진 외피층(1) - 외피층(1)에 코팅되는 무독성화 코팅층(발수나노무독성화 코팅층)(2) - 감마선 차폐층(3) - 나노웹 섬유층(4) - 활성탄소 섬유층(5) - 나노살균 섬유층(6) - 무독성화 코팅층(7)의 층상 구조로 이루어진다. 먼저 도 1은 본 발명의 체계를 이해하기 쉽게 도시한 것일 뿐이며 각 층의 두께와는 무관하다.

1. 외피층.

외피층(1)은 나이론 섬유로서 적의 감시 적외선 장비의 적외선을 반사시켜 1200옹그스트롬까지 위장하는 디지털 프린팅(digital printing), 또는 삼림색(woodland printing)으로 인쇄되어 있고 수분, 액체, 먼지, 기름, 오염물질 등을 차단하며 몸으로부터 땀이 배출되도록 하는 것이다.

예를 들어, 상기 나이론 섬유는 50~100 데니아의 나이론 섬유가 사용되며, 신축성과 부드럽기 때문에 착용감과 활동성이 좋고 전투력을 향상할 수 있다.

2. 무독성화 코팅층(발수나노무독성화 코팅층).

발수나노무독성화 코팅층(2)은 발수제(액상 불소계 발수제) 및 30 내지 100 nm 크기의 산화물이 혼합되어 이루어진다.

상기 발수제는 나이론 섬유의 단점을 보완하여 수분(수분의 독성물질 등)이 침투하지 않도록 한다.

산화물은 모든 산화물(금속, 비금속) 모두 가능하며 각각 주촉매, 부촉매, 조촉매들로서의 각종 화학물의 분자를 산화시켜 독성물질을 다른 덜 유해한 화학물로 연속적으로 변형시키며, 각종 유기물 또한 단백질 세포 멤브레인 벽을 이온결합하여 파괴시켜 사멸하게 된다. 이와 같은 기능을 하는 산화물은 수많은 종류의 사용이 가능하고 각 종류마다 능력이 다르기 때문에 혼합비율에 차이가 있으며, 단 발수제와 산화물의 혼합비율은 중량비로 1 : 2 ~ 1 : 1,000으로 혼합된다. 산화물이 2중량부 미만으로 혼합되면 제기능을 수행하지 못하고 1,000중량부 초과로 혼합되더라도 기능에 큰 차이가 없다.

상기 산화물은 실리카(SiO2), 징크블렌드(ZnS), SrTiO5, 페라이트(Fe2O3), 산화구리(CuO), Fe2O5, 이산화티탄(TiO2), ZnO ,산화아연(ZnO2), 산화니켈(NiO), 산화마그네슘(MgO), ZrO2, 산화지르코늄(ZrO), 제올라이트, SiO2, Al2O3, CuS 중 하나 이상이 사용되며, 2개 이상이 혼합되는 경우 그들의 혼합비는 중량 기준 1 : 1 등 다양하게 변경 가능하다.

발수나노무독성화 코팅층(2)은 통상적으로 발수처리 형성되는 두께로 형성되며, 다양한 두께가 가능하기 때문에 수치로 한정할 이유가 없다.

3. 감마선 차폐층.

감마선 차폐층(3)은 폴리머 재질의 허니컴구조 내에 감마선 차폐코팅제(나노입도 예컨대 30 내지 100nm의 감마선 차폐분말 및 접착제(예컨대 폴리머 접착제) 혼합)의 도포 등으로 이루어진다. 상기 감마선 차폐분말은 철(Fe), 크롬(Cr),알루미늄(Al), 아연, 비스무스(Bi), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 황(S), 코발트(Co), 나트륨(Na), 칼슘(Ca)등의 나노분말이 사용되며 접착제와 1 : 0.01 ~ 0.2 비율(중량기준)로 혼합되고, 각각 다른 분말을 혼합하는 이유는 감마선의 산란, 흡수와 반사를 위하여 필요하며 또한 경제성이다. 상기 혼합비율을 벗어나면 감마선 차폐 능력이 약하고 접착력이 약하여 코팅층의 박리가 일어나며 과도한 접착력으로 작업성이 떨어진다.

4. 나노웹섬유층.

나노웹섬유층(4)은 나노 입도(전술한 재료들과 동일한 나노 입도일 수 있음)의 광촉매[또는 발수무독성화 코팅층(2)에서 사용되는 촉매, 빛이 약하거나 없는 조건에서도 독성물질의 해독이 가능한 촉매 포함)][이산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO2), 실리카(SiO2), 페라이트(Fe2O3), 산화니켈(NiO), 산화마그네슘(MgO), 산화구리(CuO3), 산화지르코늄(ZrO), 제올라이트] 중 하나 이상이 적용된다. 광촉매를 대신하여 발수무독성화 코팅층(2)에서 설명한 촉매(부촉매, 조촉매 등)가 적용될 수 있다.

여기서 광촉매는 별도의 코팅층을 형성하지 않고 나노웹섬유의 제조시 재료로서 혼합되어 사용된다.

나노웹섬유층(4)은 나노스케일의 물질로 이루어진 실의 형태가 전기방사라는 방법으로 방사되어 형성된 나노섬유의 웹을 말하고, 즉 나노웹섬유의 제조시 나노입도의 광촉매를 혼합함으로써 전기 방사시 나노 코포지트 형태로 삽입되어 전기 방사되어 제조된다. 광촉매 분말은 나노웹섬유의 원료 100중량부에 대하여 0.01중량부 ~ 10중량부가 혼합되며, 0.01중량부 미만이 혼합되면 해독 작용이 미약하고 1중량부 초과가 혼합되면 해독에 큰 변화가 없다.

광촉매에 의한 제독을 설명하면 다음과 같다.

화학작용제란 생리학적 효과를 통하여 사람을 살상시키거나, 무력화시키기 위한 목적으로 전쟁이나 테러에서 사용되는 화합물로써 주로 독성 화학제를 말하며, 인체에 치명적인 위협을 가하는 화학작용제로는 신경작용제 (nerve agents), 수포작용제 (blister agents), 혈액작용제 (blood agents), 질식작용제 (choking

agents) 등이 있다.

생물학작용제란 인체, 동물, 식물에 질병을 유발시키거나 물질을 변질시키기 위해 군사작전에 사용되는 미생물 (곰팡이, 박테리아, 리켓치아, 바이러스) 및 독소를 의미하며, 대표적인 생물학작용제에는 탄저병, 페스트, 콜레라, 천연두, 에볼라, 포도상구균 독소 등을 꼽을 수 있다.

신경작용제는 신경계통의 신경자극 전달에 영향을 주는 작용제로서, 주로 인산 (phosphoric acid)의 유기인산염 (organophosphate) 에스테르의 유도체들인 플루오르 (fluorine)나 시안화물 (cyanide), 황 (sulfur)을 포함하는 유기인 화합물로 구성되어 있다. 각 신경작용제의 분자 구조는 다르지만 사람에 대한 생리 작용은 모두 동일하다. 신경작용제의 중요한 화학반응들은 인(phosphorus) 원자에서 직접 일어난다. 일반적으로 P-X 결합은 물이나 수산화이온(OH-)과 같은 친핵성 시약(nucleophilicreagents)에 의해서 쉽게 끊어진다.

가. 신경작용제의 제독.

본 발명에 적용된 나노웹섬유층(4) 표면에는 대기 중에서 증기상태로 존재하다가, 광촉매 표면에 흡착되어 흡착수(吸着水)라 불리는 물이 있고, 광촉매에 빛이 조사되었을 때에 이것이 정공(h+)에 의해 산화되면 산화분해력이 높은 수산화라디칼(·OH)이 발생한다. 여기서 발생한 수산화라디칼은 자체 산화분해력이 매우 뛰어나서, 활성성분 없이도 신경작용제의 일반 구조식 상에서 P-X결합을 쉽게 분해할 수 있게 된다. 즉, 수산화라디칼은 X성분들에 비해 환원력이 월등하므로, 신경작용제의 주요 성분인 인(P)과의 결합 순위에서 우선순위가 되어 P-X결합을 분해하게 되는 것이며, P-X결합이 분해되고 나면, 분해된 중간체가 라디칼 연쇄반응에 의해 인체에 독성이 적은 최종 생성물인 인산을 형성함으로써 제독이 가능하게 된다.

나. 수포작용제의 제독.

수포작용제는 호흡기, 소화기 혹은 피부를 통하여 흡수되어 염증과 수포를 유발시켜 신체조직을 파괴하는 작용제로서, 겨자계(mustards), 비소계(arsenicals) 및 발진성(urticants) 수포작용제로 나눌 수 있다. 겨자계에는 염소화 티오에테르(chlorinated thioethers)인 황겨자(sulfur mustards)와 암모니아 유도체인 질소 겨자(nitrogen mustards)가 있으며, 질소 겨자는 질소 원자가 중심이며, 수소 원자 대신 다양한 유기 치환기가 결합된 화합물이다. 비소계는 비소(As)가 중심 원자인 일련의 화합물을 말하며, 아르신(AsH3)의 수소들이 여러 가지 유기체와 염화물(chloride) 혹은 시안화물(cyanide)로 치환된 것이다.

수포작용제의 경우 반응은 2단계로 진행된다. 1단계에서는 수포작용제 분자 내에 전자친화력을 지닌 S(또는 N, As)와 전기음성도가 큰 Cl이 분자 내 반응을 일

으켜 반응성이 큰 설포늄(sulfonium)이온을 자체적으로 형성한다.

2단계에서는 설포늄이 DNA, RNA, 글루타민산 및 단백질 등 생체분자들과 반응하여 생체 내에서 유해한 결과를 초래하는 것이다. 이러한 설포늄 이온은 산화제

가 있는 경우 산화반응에 의하여 쉽게 제독될 수 있으므로, 빛을 조사받은 광촉매 표면에서 생성되는 수산화라디칼(·OH)로 쉽게 산화시킬 수 있다. 수산화라디칼은 수포작용제에서 독성을 발휘하게 하는 설포늄 이온을 형성하는 황(S)을 산화시켜 설폭사이드(sulfoxide), 설폰(sulfone)을 형성하지만, 염소를 제거하여 화학적으로 안정한 반응성이 없는 여러 가지 저독성 물질을 생성하게 된다.

또한 광촉매는 질식작용제도 제독함이 알려져 있다.

5. 활성탄소 섬유층.

활성탄소 섬유층(5)은 미세의 구멍들로 이루어져 비표면적이 활성탄보다 매우 크기 때문에 기체상 독성물질의 제거(흡착제거)효율이 탁월하며 활성탄 보다 무게가 1/10이상 가벼우므로 화생방 방어복의 무게를 줄일 수 있다. 활성탄소섬유는 공지의 제품이므로 구체적인 설명(특성, 두께 등)을 생략한다.

6. 나노살균 섬유층.

나노살균 섬유층(6)은 나노입자로 표면 개질 및 살균 처리된 나노살균섬유에 나노 입도(전술한 입도와 동일할 수 있음)의 해독용 촉매(광촉매, 부촉매, 조촉매 등)가 코팅되거나 나노살균섬유의 제조시 나노 입도의 광촉매가 재료로서 혼합되어 이루어질 수도 있다.

광촉매는 나노웹 섬유층(4)에서 설명한 광촉매와 동일한 재료가 사용된다.

7. 무독성화 코팅층.

무독성화 코팅층(7)은 외피층(1)에 코팅된 발수무독성화 코팅층과 동일한 조성으로 코팅될 수 있으며, 예를 들어, 외피층(1) - 감마선 차폐층(3) - 나노웹 섬유층(4) - 활성탄소 섬유층(5) - 나노살균 섬유층(6)을 융착 등으로 접합한 후 무독성화 코팅액에 담궈 형성하거나 분사하여 형성할 수 있다. 여기서, 발수무독성화 코팅층(2)과 무독성화 코팅층(7)은 동일한 재료이지만, 나노살균 섬유층(6)에 무독성화 코팅층(7)이 형성되는 경우 나노살균 섬유층(6)에 의해 발수 효과가 낮을 수 있기 때문에 명칭을 다르게 구분한 것일 뿐이다.

본 발명의 체계에서 각 층은 0.01mm 에서부터 5mm 등 다양한 조정이 가능하기 때문에 수치로 한정하지 않아도 실시가 가능하고, 물론, 전술한 수치로 한정되는 것도 아니다.

이하 전술한 바와 같은 화생방 방어용 원단 체계를 이용한 화생방 방어용 원단의 실시예에 대해 설명한다.

<실시예 1>

도 2에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 화생방 방어용 원단은, 발수무독성화 코팅층(2), 외피층(1) 나노웹 섬유층(4), 나노살균 섬유층(6), 무독성화 코팅층(7)으로 구성된다.

실시예 1은 행정병사, 항공기 조종사, 제독 병사 등의 방어복 원단으로 사용될 수 있다.

<실시예 2>

도 3에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 화생방 방어용 원단은, 발수무독성화 코팅층(2), 외피층(1), 감마선 차폐층(3), 나노웹섬유층(4), 활성탄소 섬유층(5), 나노살균 섬유층(6), 무독성화 코팅층(7)으로 구성된다.

감마선 차폐층은 화생방 방어복에 전체적으로 적용될 수도 있지만, 생식기, 갑상선 부분에만 적용될 수 있다.

본 실시예는 방사선 관련 병사용으로 사용될 수 있다.

<실시예 3>

도 4에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 화생방 방어용 원단은, 발수무독성화 코팅층(2), 외피층(1), 나노웹섬유층(4), 활성탄소 섬유층(5), 나노살균 섬유층(6), 무독성화 코팅층(7)으로 구성된다.

활성탄소 섬유층은 화생방 방어복에 전체적으로 적용될 수도 있고, 독성물질이 침투할 수 있는 부분(손목, 발목, 목, 안면 등)에만 부분 적용될 수도 있다.

이와 같은 층상 구조의 본 실시예는 전투병사용으로 사용될 수 있다.

본 발명의 원단을 이용한 화생방 방어복은 봉제(실시예 2, 도 3으로서 테두리부만 봉제), 임펄스 방식에 의한 열 압착으로 제조된다. 후자이 경우 바늘 구멍을 통한 독성물질의 침투가 일어나지 않도록 임펄스 방식에 의해 일시에 열 압착하여 앞판과 뒤판을 접합하는 방법이며, 즉 앞판과 뒷판의 접합부에 봉재로 인한 바늘 구멍이 없으므로 독성물질이 바늘 구멍을 통해 침투하는 것을 막을 수 있다. 참고로 화생방 방어복의 제조는 본 발명자에 의해 특허받은 제10-0255976호(기체/액체 밀폐복의 제조 방법 및 제조 장치)에 구체적으로 기재되어 있다.

1 : 외피층, 2 : 발수무독성화 코팅층
3 : 탄소전자판 차폐층, 3 : 감마선 차폐층
5 : 나노웹 섬유층, 6 : 활성탄소 섬유층
7 : 나노살균 섬유층, 8 : 무독성화 코팅층

Claims

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외부에서부터 발수무독성화 코팅층(2), 외피층(1), 나노웹 섬유층(4), 나노살균 섬유층(6), 무독성화 코팅층(7)의 층상 구조로 이루어지되,
상기 발수무독성화 코팅층(2)과 무독성화 코팅층(7)은, 발수제(액상 불소계 발수제) 및 30 내지 100 nm 크기의 산화물이 혼합된 코팅재를 통해 코팅되어 이루어지며,
상기 나노웹 섬유층(4)은, 광촉매를 포함하는 해독용 촉매가 나노웹섬유의 제조시 혼합되어 전기방사로 제조되거나 광촉매를 포함하는 해독용 촉매가 나노웹섬유에 코팅되어 이루어지고,
상기 나노살균 섬유층(6)은 나노살균 처리된 나노살균 섬유에 나노 입도의 광촉매를 포함하는 해독용 촉매가 혼합되어 코팅되어 이루어진 것을 특징으로 하는 화생방 방어용 원단.
외부에서부터 발수무독성화 코팅층(2), 외피층(1), 감마선 차폐층(3), 나노웹 섬유층(4), 활성탄소 섬유층(5), 나노살균 섬유층(6), 무독성화 코팅층(7)의 층상 구조로 이루어지되,
상기 발수무독성화 코팅층(2)과 무독성화 코팅층(7)은, 발수제(액상 불소계 발수제) 및 30 내지 100 nm 크기의 산화물이 혼합된 코팅재를 통해 코팅되어 이루어지며,
상기 감마선 차폐층(3)은, 폴리머 재질의 허니컴구조 내에 30 내지 100nm의 감마선 차폐분말 및 접착제의 혼합으로 이루어진 감마선 차폐코팅재를 통해 형성되고,
상기 나노웹 섬유층(4)은, 광촉매를 포함하는 해독용 촉매가 나노웹섬유의 제조시 혼합되어 전기방사로 제조되거나 광촉매를 포함하는 해독용 촉매가 나노웹섬유에 코팅되어 이루어지며,
상기 나노살균 섬유층(6)은 나노살균 처리된 나노살균 섬유에 나노 입도의 광촉매를 포함하는 해독용 촉매가 혼합되어 코팅되어 이루어진 것을 특징으로 하는 화생방 방어용 원단.
외부에서부터 발수무독성화 코팅층(2), 외피층(1), 나노웹 섬유층(4), 활성탄소 섬유층(5), 나노살균 섬유층(6), 무독성화코팅층(7)의 층상 구조로 이루어지되,
상기 발수무독성화 코팅층(2)과 무독성화 코팅층(7)은, 발수제(액상 불소계 발수제) 및 30 내지 100 nm 크기의 산화물이 혼합된 코팅재를 통해 코팅되어 이루어지며,
상기 나노웹 섬유층(4)은, 광촉매를 포함하는 해독용 촉매가 나노웹섬유의 제조시 혼합되어 전기방사로 제조되거나 광촉매를 포함하는 해독용 촉매가 나노웹섬유에 코팅되어 이루어지고,
상기 나노살균 섬유층(6)은 나노살균 처리된 나노살균 섬유에 나노 입도의 광촉매를 포함하는 해독용 촉매가 혼합되어 코팅되어 이루어진 것을 특징으로 하는 화생방 방어용 원단.
청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 화생방 방어복.