KR101368253B1

KR101368253B1 - 항균성 온열 보존 섬유의 제조방법, 이로부터 제조되는 섬유 및 이를 사용한 원단

Info

Publication number: KR101368253B1
Application number: KR1020120081154A
Authority: KR
Inventors: 손형진; 정재헌; 손태원; 손창목
Original assignee: 주식회사 지클로
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2014-02-28
Also published as: WO2014017690A1; HUE044187T2; EP2878715B1; KR20140014636A; EP2878715A1; US11371168B2; EP2878715A4; US20140308504A1

Abstract

본 발명은 방사액 중의 탄소입자와 무기입자를 메탈 알콕사이드 커플링제를 이용하여 수지에 분산시킴으로써 방사 중 섬유가 사절되는 것을 방지하고, 섬유에 함유되는 탄소입자 및 무기입자가 섬유의 보온기능과 항균기능을 부여하며, 상기 섬유로 제조되는 원단의 세탁견뢰도가 저하되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것으로서, 섬유형성 수지에 탄소입자 1.0~6.0 중량%; 금속분말, 세라믹분말 또는 금속분말과 세라믹분말의 혼합분말로 이루어진 무기입자 0.5~3.0 중량%; 및 티탄산 염, 알루민산 염 및 규산염으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 메탈 알콕사이드 커플링제 0.2~2.0 중량%;를 포함하는 방사액을 방사하여 제조되며, 상기 방사액은 탄소입자와 무기입자의 혼합입자를 메탈 알콕사이드 커플링제로 처리한 후 수지와 혼합하여 마스터배치를 제조하고, 이를 섬유형성 수지와 혼합 및 용융하여 제조되는 것을 특징으로 하는 항균성 온열 보존 섬유의 제조방법, 상기의 방법으로 제조되는 섬유 및 이를 사용하여 제조되는 원단에 관한 것이다.

Description

항균성 온열 보존 섬유의 제조방법, 이로부터 제조되는 섬유 및 이를 사용한 원단{method for manufacturing antimicrobial heat-retaining fiber, fiber produced thereby, and fabric using the fiber}

본 발명은 방사액 중의 탄소입자와 무기입자를 메탈 알콕사이드 커플링제를 이용하여 수지에 분산시킴으로써 방사 중 섬유가 사절되는 것을 방지하고, 섬유에 함유되는 탄소입자 및 무기입자가 섬유의 보온기능과 항균기능을 부여하며, 상기 섬유로 제조되는 원단의 세탁견뢰도가 저하되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

섬유제품의 보온성에 관한 관심과 기술개발을 위한 연구는 오래전부터 이루어져 왔으며, 일반적으로 섬유제품의 보온성을 향상시키는 방법으로는 주로 단열에 의한 보온효과를 생각해 왔으나 최근에 개발되고 있는 축열·보온 소재는 종래의 보온가공의 개념을 전환·발전시킨 것이라고 할 수 있다.

축열·보온 가공(thermal storage and warmth proofing)은 종래의 합성섬유 제조기술을 바탕으로 하여 세라믹 및 원적외선에 관한 연구 등을 조합하여 이루어진 것으로서, 원사제조 업체 및 섬유가공 업체들이 앞다투어 원적외선을 응용한 축열·보온 가공제품을 개발·생산하고 있다.

섬유집합체로서 의복에 보온성을 주는 목적은 가볍고 얇으면서 보온성이 우수한 소재를 얻는 데 있으며, 이러한 가공제품은 주로 종래의 합성섬유 제품에 축열·보온 기능을 추가하고 여기에 몇 가지 인자의 조합으로 섬유집합체의 단위 두께에 대한 보온성을 향상시킬 수 있다.

현재 개발되고 있는 축열·보온 소재로서, 전기에너지 등에 의해 열로 변환하는 물질인 스테인리스스틸 극세섬유와 유기섬유(폴리에스터 섬유, 아라미드 섬유 등)를 균일하게 혼섬하거나 전기전도성 고분자 물질을 섬유에 내포시킨 발열성의 기능성 섬유가 연구되고 있다.

그러나 상기와 같은 기능성 섬유는 제조과정이 복잡하고 내구성과 각종 견뢰도 면에서 아직 부족한 점이 많아서 의류산업 분야에 활발하게 적용되지 못하는 실정이다.

따라서 현재 의류에 기능성을 부여하기 위하여 주로 제조된 섬유 또는 의류를 후가공하는 방식에 거의 의존하고 있으나, 이러한 방식으로 부여되는 기능성은 효능 면에서 제한적일 수밖에 없다.

특히, 내 축열성 및 복합 기능을 얻기 위한 후가공 방식에는 한계가 있을 수밖에 없는데, 예를 들어 의류에 바인더를 이용하여 기능성 입자를 고착시키는 방식은 바인더의 첨가량이 제한적일 수밖에 없고 따라서 부착되는 기능성 입자의 양 또한 한정될 뿐만 아니라, 수회의 세탁만으로 기능성 입자가 의류로부터 이탈되어 기능이 사라지는 문제가 있다.

또한, 섬유에 항균성을 부여하는 방법으로서 유기 실리콘 제4급 암모늄염계, 인산지르코늄, 인산칼슘, 활성알루미나, 활성탄 등을 섬유에 함유하도록 하는 방법이 이용되고 있으나, 이러한 입자들은 불규칙한 모양을 지니고 있어서 분산성이 좋지 못하여 항균기능을 충분히 발현하지 못하고 후가공 방식에 따른 세탁견뢰도가 불량하며, 특히 염소계 세제를 사용할 경우 의류의 황변이 발생하는 단점이 있다.

일반적으로 섬유의 반영구적인 기능성을 발휘하도록 하기 위해서 방사공정 시 원사 내에 기능성 입자를 첨가하여 섬유를 제조하는 방법이 제안되고 있는데, 수지류에 기능성 입자를 용융혼합하고 방사시켜 기능성 입자가 섬유의 수지와 화학적으로 결합되도록 하여 세탁견뢰도 문제를 해결하는 방안이다.

그런데 종래의 기능성 입자들은 마이크론 크기에 머무르고 있기 때문에 섬유의 굵기를 원하는 대로 제어하기 어려우며, 약 2.0㎛ 정도의 세라믹 입자를 첨가하여 방사할 경우, 실의 굵기를 3.0 데니어 미만으로 하기 위한 방사조건 설정이 용이하지 않다.

또한, 기능성 입자는 방사공정에서 실을 끊어지게 하는 요인으로 작용하여 방사작업성을 현저하게 떨어뜨리므로, 방사액 중 기능성 입자의 함량을 일정 수준 이내로 제한할 수밖에 없는 단점으로 인하여, 이러한 방식으로 의류에 기능성을 부여하는 데에는 한계가 있다.

상기와 같은 문제를 해결하는 방안으로서, 한국공개특허공보 제2011-0123955호에는 콜로이드 또는 파우더 형태의 1~10 나노 크기의 금속을 w-메톡시-폴리(옥시에틸렌/옥시프로필렌)에테르, 옥시에틸렌/옥시프로필렌, 폴리알킬렌옥사이드변성폴리실록산, 폴리에틸렌글리콜, 에틸렌옥사이드, 1,2-프로필렌옥사이드, Ca-EDTA, Na-EDTA 등과 합성하고 수지와 함께 용융 및 방사하여 실을 제조하는 발명이 개시되어 있다.

상기 발명은 방사단계에서 수지에 기능성 무기성분을 결합시킴으로써 섬유의 기능성이 반영구적으로 작용할 수 있도록 하여 세탁을 반복하여도 기능성이 저하되지 않고 유지될 수 있도록 하였으며, 금속성분을 적절히 선택하여 빛을 흡광하는 축열성능과 소취력 및 항균력을 발휘할 수 있도록 하였다.

그런데 금속입자의 크기를 작게 하면 실의 굵기를 가늘게 할 수 있으나, 방사액 중 금속성분의 함량이 1 중량% 이상이면 방사공정에서 실의 사절현상이 발생하므로 금속성분 함량을 1 중량% 미만으로 설정할 수밖에 없어서 이로 인해 금속성분 첨가에 의한 기능성의 부여는 한계가 있다.

또한, 한국공개특허공보 제1999-0001108호에는 바이오세라믹의 미소분말과 폴리에스터칩을 가열교반하여 바이오세라믹의 미소입자가 폴리에스터칩의 표면층에 부착되도록 한 다음 이를 용융압출 및 방사하여 항균성 및 항곰팡이성 폴리에스터 멀티필라멘트사의 제조방법이 개시되어 있으며, 한국공개특허공보 제1997-0043390호에는 무기, 유기항균제를 각각 초부, 심부를 구성하는 고분자에 직접 용융 압출하여 복합방사하거나, 고농도의 항균제 마스터 배치를 제조하여 초부, 심부를 구성하는 고분자와 무기, 유기항균제를 혼합 후 용융 압출 및 복합 방사하여 항균 항곰팡이성 심초형 복합섬유의 제조방법이 개시되어 있다.

상기 발명들은 방사액에 항균제를 포함시켜 섬유에 항균 및 항곰팡이 효능을 부여하면서 세탁견뢰도를 향상시키고자 하였으나, 방사시 섬유가 사절되는 문제를 해결하지 못하였고, 후공정에서 염색 등의 가공성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 섬유에 보온기능 또는 보온기능과 항균기능을 동시에 부여하면서도 세탁견뢰도가 저하되는 것을 방지하기 위하여, 방사액에 탄소입자를 혼합하고 필요에 따라 무기입자를 추가하여 방사하되, 방사 중 섬유가 사절되는 것을 방지할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 섬유형성 수지에 탄소입자 1.0~6.0 중량%; 금속분말, 세라믹분말 또는 금속분말과 세라믹분말의 혼합분말로 이루어진 무기입자 0.5~3.0 중량%; 및 티탄산 염, 알루민산 염 및 규산염으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 메탈 알콕사이드 커플링제 0.2~2.0 중량%;를 포함하는 방사액을 방사하여 제조되며, 상기 방사액은 탄소입자와 무기입자의 혼합입자를 메탈 알콕사이드 커플링제로 처리한 후 수지와 혼합하여 마스터배치를 제조하고, 이를 섬유형성 수지와 혼합 및 용융하여 제조되는 것을 특징으로 하는 항균성 온열 보존 섬유의 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 탄소입자는 탄소분말, 흑연분말, 탄소섬유분말, 탄소나노튜브 및 카본블랙으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 상기 금속분말은 티타늄 분말, 알루미늄 분말 및 은 분말로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나이고, 상기 세라믹분말은 산화아연 분말, 산화티타늄 분말 및 산화알루미늄 분말로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 탄소입자 또는 무기입자는 지름 1 ㎛ 미만의 크기를 가지는 것이 바람직하다.

삭제

또한, 상기 마스터배치 제조시 혼합되는 수지는 공중합 폴리에스테르, 에폭시 수지, 또는 공중합 폴리에스테르와 에폭시 수지의 혼합물이고, 상기 마스터배치에서의 탄소입자, 또는 탄소입자와 무기입자의 혼합입자 함량은 20~30 중량%인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기의 방법으로 제조되는 항균성 온열 보존 섬유와 상기 섬유를 사용하여 제조되는 항균성 온열 보존 원단을 제공한다.

본 발명에 따른 항균성 온열 보존 섬유는 방사액 중의 탄소입자 또는 무기입자가 메탈 알콕사이드 커플링제를 통하여 수지와 화학적으로 결합함으로써 방사액 내 균일한 분산을 이루어 방사 중 섬유가 사절되는 것이 방지된다.

또한, 섬유에 함유된 탄소입자와 무기입자가 섬유에 보온 및 항균 기능을 부여하며, 상기 섬유로 제조되는 원단은 세탁견뢰도가 우수하여 반복 세탁하여도 보온 및 항균 기능이 저하되지 않는다.

도 1은 열화상카메라로 촬영한 온열 마네킹 의류착용사진이다.
도 2는 열화상카메라로 촬영한 인체 의류착용사진이다.

본 발명은 방사액 중의 수지에 보온기능을 발휘하는 탄소입자 및 상기 수지와 탄소입자를 화학적으로 결합시키는 커플링제를 혼합 용융시켜 방사함으로써 탄소입자가 섬유에 보온기능을 부여하도록 하고, 필요에 따라 상기 용융시킨 액에 항균기능을 발휘하는 무기입자를 첨가하여 섬유에 항균기능을 추가하며, 상기 탄소입자 및 무기입자가 수지와 화학적으로 결합하여 섬유 및 이를 사용한 원단의 세탁견뢰도가 저하되는 것을 방지하는 것이다.

본 발명에서 사용되는 수지는 용융액 또는 용액상태로 하여 방사 노즐에서 방사하여 섬유상으로 제조할 수 있는 필라멘트 형성능(形性能)을 가지는 폴리에스테르, 나일론 등의 고분자이면 그 종류에 제한되지 않는다.

상기 탄소입자는 태양광의 대부분의 파장 대역을 흡수하여 열을 지닌 적외선으로 전환시킨 후 외부로 복사열을 방출함으로써 섬유에 보온기능을 부여하는 성분으로서, 탄소분말, 흑연분말, 탄소섬유분말, 탄소나노튜브, 카본블랙 등을 들 수 있다.

상기 무기입자는 항균기능을 발휘하는 성분으로서, 티타늄 분말, 알루미늄 분말, 은 분말 등의 금속분말;과 산화아연 분말, 산화티타늄 분말, 산화알루미늄 분말 등의 세라믹분말;을 들 수 있으며, 상기 무기입자 중 1종 또는 2종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.

상기 금속분말과 세라믹분말은 각각 항균능력을 가지고 있어서 단독으로 사용하여도 무방하나, 학계에 보고된 금속이온들의 항균력은 대략 Ag > Hg > Cu > Cd > Cr > Pb > Co > Au > Zn > Fe > Mn > Mo > Sn의 순으로 높은 것으로 알려져 있어서 은을 제외한 다른 금속성분의 항균력은 그리 높지 않다.

그러나 일부 금속이온 등은 세균이나 진균의 생장에 필수요소로 작용하기 때문에 항균물질과 결합하여 세균의 유인물질로 활용할 수 있으므로 상기 항균성 물질들을 혼합사용시 항균력을 극대화시킬 수 있다.

예를 들어, 세라믹분말 2 중량%에 보조물질로서 금속분말을 미량 혼합하여 황색포도상구균(Staphylococcus aureus), 대장균(Escherichia coli), 사카로미세스속 알비칸스(Saccharomyces albicans), 살모넬라 티피뮤리움(Salmonella typhimurium) 등의 세균에 적용하면 99 % 이상의 항균력을 나타내므로, 항균기능을 얻고자 할 경우 상기 세라믹분말과 금속분말은 같이 사용하는 것이 좀더 바람직하다.

본 발명에서 수지와 탄소입자/무기입자를 결합시키는 커플링제로서 메탈 알콕사이드 계열의 커플링제를 사용하는데, 메탈 알콕사이드 커플링제는 수지와 상기 탄소입자/무기입자 사이의 계면 접착성을 높여 서로 화학적으로 결합하도록 한다.

상기 메탈 알콕사이드 커플링제로는 티탄산 염(titanate), 알루민산 염(aluminate) 및 규산염(silicate) 중에서 선택될 수 있으며, 상기 수지와 탄소입자/무기입자 사이에서 배위결합 및 수지와 알콕사이드 사이의 친화력을 통하여 수지와 탄소입자/무기입자를 결합시킨다.

상기 탄소입자와 무기입자는 지름 1 ㎛ 미만의 크기를 가지는 것이 바람직하고 20~100 ㎚가 더욱 바람직한데, 1 ㎛ 이상이면 수지와의 화학적 결합이 장애를 받아서 방사시 섬유 필라멘트가 끓어질 우려가 있으며, 섬유 필라멘트의 굵기를 가늘게 하는데에도 제약을 받는다.

방사액 중 탄소입자의 함량은 1.0~6.0 중량% 함유되는 것이 바람직하고, 추가되는 무기입자는 0.5~3.0 중량% 함유되는 것이 바람직하다.

상기 탄소입자와 무기입자의 함량이 상기 범위 미만이면 보온 또는 항균기능의 발현이 미미하고 상기 범위를 초과하면 방사시 섬유가 절단될 수 있으며, 탄소입자에 금속분말과 세라믹분말을 함께 혼합할 경우 보온성과 항균성을 극대화하면서 메탈 알콕사이드 커플링제와 작용하여 수지와의 결합을 최대화할 수 있는 혼합비율인 상기 함량비로 혼합되는 것이 바람직하다.

방사액 중 메탈 알콕사이드 커플링제의 함량은 0.2~2.0 중량% 함유하는 것이 바람직한데, 0.2 중량% 미만이면 수지와 탄소입자/무기입자와의 결합이 충분치 않아 반복 세탁 등에 의해 탄소입자/무기입자들이 섬유로부터 이탈될 우려가 있으며, 2.0 중량%를 초과하면 탄소입자와 무기입자의 함량이 상대적으로 적어지게 되어 보온성과 항균성이 낮아지는 문제가 있다.

상기와 같이 수지, 탄소입자, 무기입자 및 메탈 알콕사이드 커플링제를 혼합, 용융하여 방사액을 준비하고 이를 방사하여 항균성의 온열 보존 섬유를 제조할 수 있으나, 방사시 섬유가 끊어지지 않도록 하면서 탄소입자 또는 무기입자를 섬유에 고농도로 함유시키기 위해서는 먼저 탄소입자, 또는 탄소입자와 무기입자를 메탈 알콕사이드 커플링제로 처리한 후 수지와 혼합하는 마스터배치를 제조한 다음 이를 다시 PET, 나일론 등의 섬유형성 수지와 혼합, 용융 및 방사하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 마스터배치를 이용하면 입자들의 희석성, 분산성, 거름성, 방사성, 균일성 등이 향상되어 입자가 방사액에 고르게 분산되므로, 방사시 섬유의 절단이 발생하지 않으면서 탄소입자와 무기입자가 고농도로 고르게 분산된 섬유의 형성을 가능하게 한다.

수지의 균일성을 향상시키기 위하여, 상기 마스터배치 제조시 사용하는 수지로서 공중합 폴리에스테르, 에폭시 수지 등 저융점 캐리어 레진을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 마스터배치에서 탄소입자, 또는 탄소입자와 무기입자의 함량은 분산성을 고려하여 20~30 중량%가 적당하다.

상기와 같이 제조되는 섬유는 함유된 탄소입자와 무기입자가 섬유의 보온기능과 항균기능을 부여하며, 상기 섬유로 제조되는 원단은 탄소입자와 무기입자가 수지성분과 화학적으로 결합되어 있어서 반복 세탁하여도 섬유로부터 이탈되지 않으므로 보온 및 항균기능이 오랫동안 유지될 수 있다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예, 비교예 및 시험예에 의거하여 좀더 상세하게 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

<실시예 1~15>

PET 수지를 압출기(exturder)의 메인 피더(main feeder)에 투입하고, 방사액에 티탄알콕사이드 0.5 중량%와 하기 표 1의 조성비로 탄소입자/무기입자가 함유되도록 사이드 피더(side feeder)를 통하여 티탄알콕사이드와 탄소입자/무기입자를 투입하여, 가열운전되는 압출기 내에서 서로 용융 혼합시켜 방사액을 제조한 다음, 방사구금을 통하여 방사속도 4000 m/min로 용융방사하여 섬도가 2 데니어인 섬유를 제조하였다.

방사액 중 탄소입자와 무기입자의 조성비(중량%)

	탄소분말	산화아연	산화티타늄	산화알루미늄	티타늄	은	알루미늄
실시예 1	1	-	-	-	-	-	-
실시예 2	1	1	-	-	-	-	-
실시예 3	1	-	1	-	-	-	-
실시예 4	1	-	-	1	-	-	-
실시예 5	1	-	-	-	1	-	-
실시예 6	1	-	-	-	-	1	-
실시예 7	1	-	-	-	-	-	1
실시예 8	1	1	-	-	-	-	1
실시예 9	2	-	-	-	-	-	-
실시예 10	2	1	-	-	-	-	1
실시예 11	3	1	-	-	-	-	1
실시예 12	4	1	-	-	-	-	1
실시예 13	5	1	-	-	-	-	1
실시예 14	6	1	-	-	-	-	1
실시예 15	6	2	-	-	-	-	1

방사액 중 무기분말의 총 함량을 10 중량%로 혼합하여 방사하였을 시 섬유가 끊어지는 현상이 발생하여 방사작업이 중단되는 현상이 발생하였다.

<시험예 1> 보온성 측정시험

상기 실시예의 섬유를 직조하여 직물원단을 제직하고, 제직된 직물원단에 백열전구의 광을 15 분간 조사한 후 광 조사를 차단하였으며, 이때의 직물원단의 경시적 온도변화를 측정하였다.

측정조건은 하기와 같으며, 시중에 유통되는 보온직물원단을 대조군으로 하여 측정한 결과를 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다.

1) Chamber : EBR(Walk-in Type), Espec

2) Humidity and Temperature logger :LT-88, Gram

3) Heating Element : Light bulb(IWASAKKI Co., 220V/500W/3200K)

4) Light Exposure Distance : 30 ㎝

5) Light Exposure Side : Surface

6) Measuring Side : Back Side

7) Temperature : 20±2 ℃

8) Relative Humidity : 65±4 % RH

광 조사에 따른 온도변화 측정(℃)

	광 조사 시간(분)
	0	1	2	3	5	7	10	13	15
실시예 1	26.5	36.4	41.3	43.6	46.8	49.2	57.1	59.6	61.5
실시예 2	27.2	35.4	39.6	41.4	44.4	45.7	55.7	56.8	57.5
실시예 3	27.7	35.8	40.0	41.9	45.2	46.5	56.1	57.3	58.4
실시예 4	27.0	35.5	40.3	42.2	45.7	46.3	55.9	56.7	57.8
실시예 5	29.2	43.6	46.8	49.2	51.3	52.8	55.2	58.8	59.7
실시예 6	28.1	42.4	46.0	48.0	50.9	52.6	54.9	59.0	59.2
실시예 7	27.6	41.3	45.6	47.0	49.6	51.1	54.3	58.5	59.0
실시예 8	23.7	37.0	42.4	45.5	48.5	50.2	56.3	57.8	58.2
실시예 9	27.4	39.5	44.8	47.2	51.0	52.5	61.7	63.7	64.6
실시예 10	27.6	38.7	43.2	46.4	50.2	51.0	59.3	60.7	61.3
실시예 11	27.5	39.9	44.6	48.5	52.3	53.4	60.2	61.4	62.3
실시예 12	28.4	40.3	45.2	49.3	53.4	55.0	61.7	62.4	63.1
실시예 13	28.3	40.5	46.3	49.6	54.1	56.8	62.4	63.2	63.7
실시예 14	28.8	40.9	46.7	50.4	55.0	57.9	63.7	64.4	64.9
실시예 15	28.9	40.9	43.6	45.0	47.4	48.8	51.0	53.6	54.5
대조군 1	24.1	30.0	33.4	34.7	36.3	37.8	41.0	42.4	43.4
대조군 2	28.0	33.3	35.6	36.8	38.5	39.9	41.2	42.3	42.9
대조군 3	28.1	33.3	35.3	36.4	38.0	39.5	41.0	42.3	43.0
대조군 1 : Cabelas 대조군 2 : Champion 대조군 3 : Kapa

광 조사 후 차단에 따른 온도변화 측정(℃)

	광 차단 후 경과시간(분)
	1	2	3	4	5	7	10	15
실시예 1	47.2	39.0	36.5	34.8	33.2	32.0	30.7	29.5
실시예 2	43.9	37.6	35.0	34.5	33.6	32.3	31.0	29.9
실시예 3	44.2	38.6	36.4	34.7	33.6	32.9	31.8	30.3
실시예 4	45.1	38.9	36.9	35.1	34.0	33.2	32.5	30.7
실시예 5	45.9	40.2	37.7	36.0	35.1	33.8	32.0	30.6
실시예 6	45.5	39.5	36.7	35.5	34.3	33.2	31.7	30.1
실시예 7	45.1	39.0	35.4	35.1	33.9	32.7	31.2	29.5
실시예 8	46.5	39.5	36.0	34.3	33.3	32.7	31.3	29.8
실시예 9	49.0	40.7	37.3	35.6	34.6	33.1	31.7	30.5
실시예 10	48.7	41.4	37.6	35.9	35.0	34.1	32.7	31.0
실시예 11	49.2	42.0	38.5	36.7	35.8	34.7	33.0	31.3
실시예 12	50.5	43.1	40.8	38.1	36.4	35.4	33.3	31.5
실시예 13	51.5	45.3	41.7	39.8	37.0	36.1	33.7	31.8
실시예 14	52.7	46.8	43.4	40.6	37.7	36.5	33.9	31.9
실시예 15	46.7	41.5	39.1	37.7	36.5	35.3	33.8	32.1
대조군 1	37.0	34.5	33.0	32.0	31.3	30.4	29.4	28.3
대조군 2	37.9	35.5	34.2	33.3	32.7	31.8	30.6	28.4
대조군 3	37.7	35.3	34.1	33.2	32.6	31.7	30.6	28.5

상기 표 2와 표 3의 결과를 보면, 탄소분말만 첨가되고 금속분말 또는 세라믹분말이 첨가되지 않은 실시예 1 및 9의 경우 광 조사시 온도상승률이 가장 크고 광 차단시 온도하강률이 가장 크게 나타났으며, 탄소분말 1 중량% 혼합시 금속분말과 세라믹분말이 모두 혼합된 실시예 8과 탄소분말 2 중량% 이상 혼합시 금속분말과 세라믹분말이 가장 많이 혼합된 실시예 15의 경우 온도상승률이 가장 작게 측정되어, 금속분말 또는 세라믹분말이 광 조사 및 차단에 따른 온도변화를 둔화시키는 것으로 판단된다.

또한, 탄소분말 함량이 점차 증가하는 실시예 10~14를 비교하면, 탄소분말의 함량이 증가할수록 광 조사에 따른 직물의 온도가 좀더 상승하고 광을 차단한 후 15 분 경과시에도 좀더 높은 온도를 보임으로써 섬유에 탄소분말이 많이 함유될수록 섬유의 보온성이 향상됨을 알 수 있다.

전체적으로 본 발명에 따른 실시예의 직물원단이 대조군의 일반 보온직물원단에 비하여 광 조사에 의한 온도상승폭이 크고 광 차단 후에도 보다 높은 온도를 나타내는 것으로 측정되어, 본 발명에 따른 섬유 및 이를 사용한 원단의 보온성 향상효과를 확인할 수 있었다.

<시험예 2> 온열 마네킹 착용시험

상기 실시예 7의 PET 수지 97.5 중량%, 탄소분말 1 중량%, 알루미늄 분말 1 중량% 및 티탄알콕사이드 0.5 중량%로 이루어진 방사액을 방사하여 섬유를 제조하고, 상기 섬유로 셔츠를 제조하였다.

시중에 유통되는 보온직물원단의 셔츠를 대조군으로 하여, 상기 셔츠를 내부에 가열장치가 구비된 온열 마네킹에 착용시킨 다음, 셔츠 표면의 경시적 온도변화를 측정하고 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

측정환경은 온도 20 ℃, 습도 65 % RH의 조건이었다.

온열 마네킹 착용시 온도변화 측정(℃)

		착용 후 경과시간(분)
		1.7	3.3	5.0	6.7	8.1	10.0
마네킹	max.	31.38	-	-	-	-	-
	min.	29.08	-	-	-	-	-
	avg.	30.46	-	-	-	-	-
실시예 7	max.	29.66	29.86	31.07	31.05	30.67	30.86
	min.	26.51	26.91	27.95	28.67	28.37	28.83
	avg.	28.73	28.98	30.06	30.19	29.87	30.02
대조군 1	max.	30.68	30.80	30.14	30.50	30.10	30.57
	min.	28.69	28.44	28.09	28.29	28.03	28.33
	avg.	29.77	29.76	29.39	29.54	29.22	29.48
대조군 2	max.	30.61	30.42	30.34	30.24	29.90	29.93
	min.	28.44	28.26	28.39	28.14	27.56	27.51
	avg.	29.45	29.25	29.36	29.16	28.87	28.88
대조군 3	max.	30.84	30.84	30.83	30.50	30.62	30.34
	min.	28.79	28.85	28.51	28.56	28.51	28.54
	avg.	29.85	29.86	29.75	29.51	29.63	29.64
대조군 4	max.	31.55	31.01	31.06	30.42	30.79	30.44
	min.	29.13	28.67	29.24	28.68	28.78	28.31
	avg.	30.40	30.04	30.31	29.80	29.95	29.54
대조군 5	max.	29.13	28.92	28.92	28.74	29.25	29.14
	min.	27.42	27.07	27.39	27.20	27.54	27.35
	avg.	28.21	27.90	28.12	27.99	28.33	28.09
대조군 1 : 일반폴리원단 대조군 2 : GC-126-007 "Bio Cooltek 7" 대조군 3 : GC-126-008 "Bio Cooltek 8" 대조군 4 : GC-126-005 HEATEK5 (C2) 대조군 5 : 양면니트 기모 발열원단

상기 표 4의 결과를 보면, 마네킹의 평균온도가 30.46 ℃이고 10 분 경과시 실시에 7의 평균온도가 30.02 ℃로서, 0.44 ℃ 차이가 있으나, 대조군의 경우 0.82~2.37 ℃의 차이가 있음을 알 수 있다.

특히, 기모원단의 경우 열의 손실이 가장 큰 것으로 측정되었으며, 상기 결과로부터 본 발명에 따른 실시예 7의 셔츠는 마네킹에서 발산되는 열을 셔츠에 붙잡아둘 수 있는 능력, 즉 보온성이 대조군에 비하여 우수한 것으로 나타났다.

또한, 열화상카메라를 이용하여 의류 착용 후 1.7 분 및 8.1 분 경과시의 표면상태을 촬영하여 도 1에 도시하였다.

도면에서 부호 1은 마네킹 착용 후 1.7 분 경과시 사진이고 부호 2는 8.1 분 경과시의 사진이며, A는 마네킹, B는 실시예 7, C는 대조군 1, D는 대조군 2, E는 대조군 3, F는 대조군 4, G는 대조군 5를 나타낸다.

도면에서 마네킹의 표면온도가 가장 높아서 가장 붉게 보이고 1.7 분 경과시 대조군 4의 온도가 높아서 붉은 색을 띠었다.

8.1 분 경과시에는 대조군 4 > 실시예 7 > 대조군 3 > 대조군 1 > 대조군 2 > 대조군 5의 순으로 높았으며, 사진에서도 상기 순으로 붉은 색이 점점 엷어짐을 확인할 수 있다.

<시험예 3> 인체 착용시험

상기 실시예 9의 PET 수지 97.5 중량%, 탄소분말 2 중량% 및 티탄알콕사이드 0.5 중량%로 이루어진 방사액을 방사하여 섬유를 제조하고, 상기 섬유로 셔츠를 제조하였다.

상기 셔츠와, 상기 시험예 2에서 대조군 중 10 분 경과시 평균온도가 가장 높았던 대조군 3의 셔츠를 건강한 성인 남성에 착용시킨 다음, 착용 직후, 10 분 경과시 및 20 분 경과시 셔츠 표면의 온도를 측정하고 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

측정환경은 상기 시험예 2와 동일한 온도 20 ℃, 습도 65 % RH의 조건이었다.

인체 착용시 온도변화 측정(℃)

		착용 후 경과시간
		착용 직후	10 분 경과시	20 분 경과시
실시예 9	max.	33.01	34.43	35.32
	min.	29.69	30.48	31.17
	avg.	31.04	32.26	33.21
대조군 3	max.	31.98	33.77	31.30
	min.	28.85	28.96	28.78
	avg.	31.71	30.73	30.49

상기 표 5를 보면, 착용 직후 실시예 9는 대조군 3에 비하여 최고온도, 최저온도가 높으면서 평균온도가 더 낮았는데, 이는 온도 20 ℃의 환경에 있던 셔츠가 체온에 의해 가열되면서 실시예 9의 셔츠가 대조군 3의 셔츠보다 전체적으로 좀더 느리게 승온되나, 신체의 높은 온도부위에서는 승온이 빠르게 진행되고 신체의 낮은 온도부위에서는 승온이 비교적 고르게 진행된 결과로 판단된다.

10 분 및 20 분 경과시에는 실시예 9의 셔츠가 대조군 3의 셔츠보다 모두 높게 측정되었는데, 이는 실시예 9의 셔츠가 인체의 열을 보관하여 외부로 방출하지 않는 능력, 즉 보온성이 대조군 3의 셔츠보다 우수하다는 것을 의미한다.

도 2에는 열화상카메라를 이용한 촬영사진이 도시되어 있으며, 도면에서 부호 3은 착용 직후, 부호 4는 10 분 경과시, 부호 5는 20 분 경과시의 사진이며, H는 실시예 9, I는 대조군 3을 나타낸다.

시간 경과에 따라 모두 붉은 색이 점점 진해지나 본 발명에 따른 실시예 9의 색상이 좀더 강하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

<시험예 4> 항균시험

상기 실시예 7, 실시예 10, 실시예 15의 방사액을 방사하여 섬유를 제조하고, 상기 섬유를 직조하여 직물원단을 제직하였다.

면직물을 대조군으로 하여 상기 제직된 직물원단을 KS K 0693:2011 시험법에 의하여 항균도를 측정하였으며, 공시균주는 황색포도상구균(ATCC 6538)을 사용하였고 측정결과를 하기 표 6에 나타내었다.

항균시험 결과(cfu/㎖)

	초기균주	18시간 경과 후	정균감소율(%)
실시예 7	2.5×10⁴	3.8×10³	99.9
실시예 10		3.5×10³	99.9
실시예 15		3.3×10³	99.9
대조군		4.4×10⁵	-

상기에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 직물의 정균감소율이 99.9 %를 나타내어, 본 발명에 따른 섬유 및 이를 사용한 원단의 항균성이 우수함을 확인할 수 있었다.

또한, 상기 직물을 30회 세탁 및 건조한 후 상기와 동일한 방법으로 항균성을 측정한 결과 정균감소율을 99.9 %로 유지하였으며, 이는 본 발명의 방법에 의하여 제조된 섬유에 탄소입자와 금속분말, 세라믹분말의 무기입자가 잘 결합되어 있음을 의미하는 것으로 판단된다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 항균성 온열 보존 섬유는 방사액 중의 탄소입자 또는 무기입자가 메탈 알콕사이드 커플링제를 통하여 수지와 화학적으로 결합함으로써 방사액 내 균일한 분산을 이루어 방사 중 섬유가 사절되는 것이 방지되고 섬유에 함유된 탄소입자와 무기입자가 섬유에 보온 및 항균 기능을 부여하며, 상기 섬유로 제조되는 원단은 세탁견뢰도가 우수하여 반복 세탁하여도 보온 및 항균 기능이 저하되지 않는다.

1:마네킹 착용 후 1.7 분 경과시 촬영한 사진, 2:마네킹 착용 후 8.1 분 경과시 촬영한 사진, 3: 인체 착용 직후 촬영한 사진, 4: 인체 착용 후 10 분 경과시 촬영한 사진, 5: 인체 착용 후 20 분 경과시 촬영한 사진,
A:마네킹, B:실시예 7, C:대조군 1, D:대조군 2, E:대조군 3, F:대조군 4, G:대조군 5, H: 실시예 9, I:대조군 3

Claims

섬유형성 수지에 탄소입자 1.0~6.0 중량%; 금속분말, 세라믹분말 또는 금속분말과 세라믹분말의 혼합분말로 이루어진 무기입자 0.5~3.0 중량%; 및 티탄산 염, 알루민산 염 및 규산염으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 메탈 알콕사이드 커플링제 0.2~2.0 중량%;를 포함하는 방사액을 방사하여 제조되며,
상기 방사액은 탄소입자와 무기입자의 혼합입자를 메탈 알콕사이드 커플링제로 처리한 후 수지와 혼합하여 마스터배치를 제조하고, 이를 섬유형성 수지와 혼합 및 용융하여 제조되는 것을 특징으로 하는 항균성 온열 보존 섬유의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 탄소입자는 탄소분말, 흑연분말, 탄소섬유분말, 탄소나노튜브 및 카본블랙으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 항균성 온열 보존 섬유의 제조방법.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 금속분말은 티타늄 분말, 알루미늄 분말 및 은 분말로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나이며, 상기 세라믹분말은 산화아연 분말, 산화티타늄 분말 및 산화알루미늄 분말로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 항균성 온열 보존 섬유의 제조방법.
청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄소입자 또는 무기입자는 지름 1 ㎛ 미만의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 항균성 온열 보존 섬유의 제조방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 마스터배치 제조시 혼합되는 수지는 공중합 폴리에스테르, 에폭시 수지, 또는 공중합 폴리에스테르와 에폭시 수지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 항균성 온열 보존 섬유의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 마스터배치에서의 탄소입자, 또는 탄소입자와 무기입자의 혼합입자 함량은 20~30 중량%인 것을 특징으로 하는 항균성 온열 보존 섬유의 제조방법.
청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 5 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 항균성 온열 보존 섬유.
청구항 10의 섬유를 사용하여 제조되는 항균성 온열 보존 원단.