KR101467628B1 - 기능성 직물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기능성 직물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 과일향을 비롯한 다양한 향물질과 시온안료 및 광변색 물질을 혼합하여 마이크로캡슐을 만들고, 이러한 마이크로캡슐을 직물의 유연 처리시 함께 도포하거나 염료 처리단계에서 적용함으로써, 은은한 향기가 지속되도록 하고 체온 및 광량에 따라 색상이 다양하게 변하도록 하며, 마이크로캡슐에 바인더를 혼합하여 적용함으로써 세탁견뢰도를 향상시키고 향 지속성이 우수하도록 할 뿐만 아니라, 나노실버용액으로 후처리함으로써 항균, 소취 등의 우수한 효과를 나타내는 기능성 직물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 (a) 원사를 제조하는 단계; (b) 상기 원사를 직조하여 직물을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 직물의 유연처리시 또는 염료처리시 향물질이 삽입된 마이크로캡슐과, 시온안료가 삽입된 마이크로캡슐과, 광변색 물질이 삽입된 마이크로캡슐을 나노실버용액에 분산시킨 혼합용액을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 직물의 제조방법을 제공한다.

Description

기능성 직물 및 그 제조방법{Functional fabric and Method for making the same}

본 발명은 기능성 직물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 과일향을 비롯한 다양한 향물질과 시온안료 및 광변색 물질을 혼합하여 마이크로캡슐을 만들고, 이러한 마이크로캡슐을 직물의 유연 처리시 함께 도포하거나 염료 처리단계에서 적용함으로써, 은은한 향기가 지속되도록 하고 체온 및 광량에 따라 색상이 다양하게 변하도록 하며, 마이크로캡슐에 바인더를 혼합하여 적용함으로써 세탁견뢰도를 향상시키고 향 지속성이 우수하도록 할 뿐만 아니라, 나노실버용액으로 후처리함으로써 항균, 소취 등의 우수한 효과를 나타내는 기능성 직물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

손수건은 우리 생활에서 손세척, 세면, 목욕 등의 일반적인 경우 이외에도 폭넓은 용도로 사용되고 있다. 손수건을 지참하고 필요시에 이를 제공하는 것은 에티켓으로 여겨지기도 한다.

이러한 손수건은 여러 이물질을 닦아내는 용도로 사용하는 관계로 표면에 쉽게 세균이 번식할 수 있으며, 여름철의 경우 심하면 악취가 발생하기도 한다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 손수건을 세척한 후 은은한 향기를 발산하도록 섬유린스 처리를 하기도 하고, 손수건 건조 후 미량의 향수를 뿌리기도 한다.

그러나, 이러한 방식은 순간적인 효과만 낼 뿐, 지속시간이 오래가지 못하는 단점이 있다.

또한, 손수건에 항균과 살균작용을 부여할 수 있도록 여러 가지 첨가제를 넣은 손수건도 개발되고 있다. 예컨대 은 용액과 향기제를 수건제조시 수건의 재료인 면이나 면사, 부직포, 초극세사, 합성섬유 등에 일정량 배합하는 기술이 소개되고 있다.

그러나, 과일향이나 아로마 향, 허브향, 꽃향 등의 향기제를 액체나 분말 형태로 첨가하여 수건을 제조하더라도 이러한 액상 혹은 파우더상의 향기제는 손수건을 장시간 사용하고 세탁을 반복함에 따라 쉽게 증발되는 문제점이 있다. 이는 향기제와 손수건 섬유 간의 결합력이 떨어지고, 향기제가 향을 발산할 수 있는 수명에 한계가 있기 때문이다.

따라서, 인체에 무해하면서도 강한 살균력과 항균 및 소취력을 발휘하고, 장시간 사용후 세탁을 반복하더라도 지속적으로 은은한 향을 발산할 수 있는 손수건과 스카프, 그리고 나아가 응용제품을 제조할 수 있는 섬유에 대한 개발필요성이 대두된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 인체에 무해하면서도 강한 살균력과 항균 및 소취력을 발휘하고, 장시간 사용후 세탁을 반복하더라도 지속적으로 은은한 향을 발산하며, 온도와 빛에 따라 특정 형상으로 색이 변하도록 할 수 있는 기능성 직물과 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 기능성 직물은 향물질이 삽입된 마이크로캡슐과 시온안료가 삽입된 마이크로캡슐이 도포된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기능성 직물은 광변색 물질이 삽입된 마이크로캡슐이 더 도포될 수 있다.

또한, 상기 기능성 직물은 향물질이 삽입된 마이크로캡슐과, 시온안료가 삽입된 마이크로캡슐과, 광변색 물질이 삽입된 마이크로캡슐을 나노실버용액에 분산시킨 혼합용액 형태로 도포될 수 있다.

본 발명에 따른 기능성 직물의 제조방법은 (a) 원사를 제조하는 단계; (b) 상기 원사를 직조하여 직물을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 직물의 유연처리시 또는 염료처리시 향물질이 삽입된 마이크로캡슐과, 시온안료가 삽입된 마이크로캡슐과, 광변색 물질이 삽입된 마이크로캡슐을 나노실버용액에 분산시킨 혼합용액을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (c)단계에서 향물질이 삽입된 마이크로캡슐에 바인더가 혼합될 수 있다.

본 발명에 의하면 과일향을 비롯한 다양한 향물질과 시온안료 및 광변색 물질을 혼합하여 마이크로캡슐을 만들고, 이러한 마이크로캡슐을 직물의 유연 처리시 함께 도포하거나 염료 처리단계에서 적용함으로써, 은은한 향기가 지속되도록 하고 체온 및 광량에 따라 색상이 다양하게 변하도록 하며, 마이크로캡슐에 바인더를 혼합하여 적용함으로써 세탁견뢰도를 향상시키고 향 지속성이 우수하도록 한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 나노실버용액으로 후처리함으로써 항균, 소취 등의 우수한 효과를 나타내게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 직물의 제조에 적용되는 향 마이크로캡슐의 현미경 사진,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 직물의 제조에 적용되는 시온안료의 감온 과정을 설명하기 위한 도면,
도 3은 시온안료의 원리를 설명하기 위한 도면,
도 4는 시온안료의 색이 변화되는 구조도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 직물의 제조에 적용되는 광변성소재의 광변성 과정을 도시한 구조도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 직물의 제조에 적용되는 나노실버 용액의 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 직물의 제조에 적용되는 향 마이크로캡슐의 현미경 사진이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 직물의 제조에 적용되는 시온안료의 감온 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 시온안료의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 시온안료의 색이 변화되는 구조도이다. 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 직물의 제조에 적용되는 광변성소재의 광변성 과정을 도시한 구조도이다. 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 직물의 제조에 적용되는 나노실버 용액의 사진이다.

1. 지속적인 향 제공을 위한 향 마이크로캡슐

향 마이크로 캡슐은 반응성이 있거나 불안정한 물질을 안정화시키기 위한 것으로, 불안정한 물질의 표면을 고분자 막으로 둘러싸서 안정화시키는 것이다. 향의 경우에도 대부분 휘발성이 있고 표면반응성이 커서, 공기중에서 쉽게 증발되는 성질이 있다. 이러한 향물질의 표면을 마치 계란과 같이 고분자 캡슐로 둘러싸서 향이 쉽게 공기 중으로 휘발되지 않도록 하고, 속옷을 터치하였을 때 향기가 발산되도록 한다.

향 마이크로 캡슐은 대략 2~3 마이크로미터의 크기를 갖게 되며, 특정 계 내에서 불안정한 물질인 향물질을 장시간 유지시켜 주거나, 향 물질을 특정 시간까지 보존하고, 터치에 의한 충격이 있을 경우 캡슐이 오픈되어 캡슐 내의 향물질이 강하게 발산될 수 있도록 한다.

도 1을 참조하면, 향 마이크로 캡슐은 유백색 에멀전(emulsion)의 외관을 나타내고, pH는 대략 6.5~8.5 로 약산성, 중성 내지 약알칼리성을 나타낸다.

고형분은 향물질 별로 차이가 있으나 대략 30±10%의 함량을 보인다.

입자의 크기는 대략 2~3 마이크로미터의 수준으로, 입자의 크기가 매우 작아 하나의 캡슐 내에 수용되는 향물질의 양은 적게 하되, 전체 캡슐의 개수는 증가되도록 촘촘하게 배치함으로써 나노 입자의 물성을 나타내도록 할 수 있다.

또한, 향 마이크로 캡슐은 약한 음이온성을 나타내며, 분산성이 매우 양호하다.

향 마이크로 캡슐을 손수건의 향발현 물질로 도포할 경우, 다음과 같은 특성 내지 장점이 있다.

(1) 포르말린 함량 기준치 이하 검출(8ppm)

(2) 20회 세탁 반복 후에도 향기능 유지(한국섬유기술연구소 시험성적서)

(3) 30회 드라이크리닝 후에도 향기능 유지(한국섬유기술연구소 시험성적서), 향세탁성은 향 종류별로 차이가 있음.

(4) 자연상태에서 2년 이상 유지

(5) 손수건의 디자인에 영향을 주지 않음

(6) 이온성이 일치할 경우 다른 약품과 혼합사용 가능

기능성 직물의 직조 및 이를 이용한 손수건 또는 스카프의 제조시 적용가능한 향 마이크로캡슐에 삽입할 향물질로는 다음과 같은 종류가 있다.

2. 체온에 따라 색이 변하도록 하는 감온소재

온도변화에 따라 물질의 화학구조가 달라지고 따라서 색상이 변화하는 현상은 써모크로미즘(thermochromism)이라 하고, 써모크로미즘을 나타내는 물질을 시온안료(감온색소)라 한다.

기준 온도에 도달함에 따라 색깔이 없어지기 시작했다가 기준 온도에 도달하면 투명하여 졌다가 다시 온도가 내려가면 원래의 색깔로 되돌아가느냐 않느냐에 따라 가역성, 비(불)가역성으로 나뉘어지며 현재 실용되고 있는 가역성 시온잉크는 금소착염, 코레스텔릭액정, 메타모컬러 3종류이다.

일부에서는 온도 외에 특정 조건(예 : 온도와 습도가 동시에 만족할 때)에 부합되어야 원래의 색으로 돌아오는 안료를 준가역성 안료로 분류하기도 한다. 가역성은 원래의 색상으로 되돌아와 반복 사용이 가능하며 비가역성은 원래의 색상으로 되돌아가지 않는 1회성이며 일반적으로 가역성 안료는 기준 온도가 -15 ~ 70도씨를 사용하여 컵, 온도계 등 팬시, 판촉물 등 일상용품 등에 사용되며 비가역성 안료는 40 ~ 450 도씨를 사용하며 전기, 전자, 제조 공정 등 주로 산업용에 응용 된다. 현재까지는 산업용으로 주로 사용 되어왔으며 맥주병, 프라이팬, 고데기 등에 적용하듯이 실생활에 도움이 되는 상품은 아직 초기 단계이다. 시온 안료는 기본적으로 기준 온도 이하에서는 고유 색상을 갖고 (유색) 기준온도 이상에서는 투명하며 역으로 투명에서 유색으로 변하는 안료는 없으며 단지 기준 온도를 달리하여 그 효과를 보는 것이다.

도 2를 참조하면, 기준 온도가 20도씨인 흑색 안료 즉 20도씨 이상에서 투명으로 변하는 안료인 경우 실온이 10도씨인 환경에선 흑색으로 보이다 20도씨가 넘어가면 투명으로 바뀌나, 주변 온도가 30도씨인 경우 실온에서는 투명하다가 20도씨 이하로 떨어지면 색상이 나타난다.

도 3에는 마이크로캡슐에 삽입된 시온안료의 작용원리가 도시되어 있다.

시온 안료는 기본적으로 Microcapsule 물질로 이루어져 있으며 그 크기는 약 1~10 ㎛이며 이 캡슐이 파괴되면 그 성질을 잃게 되어 사용 시 고압, 고진공, 전자렌지 등의 고주파 가열 등에는 사용하지 말아야 한다. 그 캡슐 안에는 Electro donor(전자 공여체)와 Electro acceptor(전자 수용체)를 구성 물질로 되어 온도 상승 시 이 물질들이 결합하여 색상을 투명하게 되고 온도하강 시 분리되어 색상을 나타낸다.

다른 방법으로는 액정 기술과 같이 기준 온도를 기점으로 분자의 배열 달리하여 유색과 투명을 나타낸다.

마이크로캡슐 속에는 색체 성분과 발색제(전자수용체)와 소색제(알코올류)가 있다. 변색의 원리는 색채성분(색을 결정한다)과 발색제(색의 농도를 정한다)가 접촉하면 순식간에 발색된다. 이것은 소색제(변색 온도를 정한다)가 작용하면 쉽게 해리되어 변색된다.

대표적인 것으로 트리페닐메탄프타리드계 전자공여성정색 색소와 각종 페놀 전자수용물질의 조합으로 만들어진 서모크로믹 재료를 코팅 수지 속에 혼합시키는 방법이 실용화되었다.

그러나 전자공여성색소와 전자수용물질을 접촉시키는 것으로는 위의 식에서 나타낸 반응만 일어날 뿐 서모크로믹이 되지 않는다.

그러므로 알코올과 같은 소색제를 제3성분으로 첨가하여, 위의 반응에 온도 의존성을 주며 이것을 마이크로캡슐에 봉해놓아 고온에서는 산이 알코올에 용해되고, 저온에서는 산이 로이코형 색소와 결합하여 발색하는 원리이다. 산이 알코올에 용해되고, 저온에서는 산이 로이코형 색소와 결합하여 발색하는 원리이다.

이러한 시온안료를 향물질과 함께 마이크로캡슐을 만들어 손수건과 스카프 등에 특정 문양으로 도포하면, 지속적인 향기 발산과 함께 체온에 따라 다양한 색상으로 변화함으로써 시선을 끌게 된다.

도 4에는 무색과 청색의 가역적인 색상변화가 발생하는 분자의 구조도가 도시되어 있다.

3. 빛에 따라 색이 변하도록 하는 광변색 소재

광 변색성이란 광의 작용에 의하여 단일의 화학종이 분자량은 변화하지 않고 화학결합이 변화되면서 흡수스펙트럼이 서로 다른 한 쌍의 이성질체가 가역적으로 생성되는 현상이다.

광 변색성을 나타내는 대표적인 물질인 spiropyran은 자외선에 노출되면 착색되고, 빛을 차단하거나 가시광선에 조사되면 본래의 엷은 색을 띄게 된다. 이것은 spiropyran(SP)이 보통상태에서는 안정된 닫힌 형으로 존재하는데 UV 광에 노출되면 도 5와 같이 빛을 흡수하여 전자 들뜬 상태를 거친 후 이성질화 반응에 의해 C-O결합이 깨지면서, 유색의 merocyanine(MC) 형태로 변화하는 것에 기인한다. 불안정한 MC는 가시광선 또는 열에 의해 다시 안정된 닫힌 형으로 돌아간다.

Sol-gel법은 고순도의 금속 알콕사이드를 전구체로 사용하여 용액중에서 가수분해 및 중축합 반응을 거쳐 기능성 코팅용액, 금속산화물 나노입자 및 기능성 세라믹스를 경제적으로 제조하는 방법이다. 이 방법에서는 높은 화학적 균일성을 지닌 생성물을 얻을 수 있으며, 특히 상온에서 화학반응이 진행되므로 무기물인 실리카 망목 구조에 광 변색 유기물질을 “host”로서 도입하여 분자단위로 cross-linking 시킴으로서, 광 변색 코팅 용액을 쉽게 제조할 수 있다.

일례로, 실란커플링제인 glycidoxypropyl trimethoxysilane(GPTMS)과 vinyltriethoxysilane(VTES)을 출발물질로 하여 sol-gel법에 의해 유-무기 혼성 용액을 제조하고, 이 용액에 spiropyran계 광변색 물질인 1,3,3-trimethylindolino-6'-nitrobenzopyrylospiran을 첨가하여 광 변색 용액을 제조할 수 있다.

4. 나노실버 삽입기술(후처리 공정)

은(Ag)은 지구상의 모든 원소 중에서 전기전도와 열전도도가 가장 우수한 금속원소이다. 은은 박테리아, 바이러스, 진균류 등 단세포동물의 산소, 소화대사 작용을 하는 특수한 효소에 작용하여 이를 무력화시킴으로서 단세포동물의 생장을 방지하는 촉매제이다.

나노실버는 은을 나노 사이즈의 극미세 크기로 합성하여 물과 같은 용매에 분산시킨 용액으로, 이러한 나노실버를 손수건에 삽입할 경우 항균, 탈취 등의 효과가 두드러진다.

도 6을 참조하면, 나노실버는 반투명 미청색의 외관을 가지며, pH 7로 중성을 나타낸다. 입도는 3 ~ 7 나노미터로 매우 미세하며, 냄새는 무취이다.

손수건에 나노원실버용액이 적용될 경우, 다음과 같은 특성 내지 장점이 있다.

(1) 강력한 살균력을 보이면서도 인체에 무해함

(2) 무변색, 무독성으로 색상 및 제품에 구애를 받지 않음

(3) 항균력이 우수함(항균력 99%, 한국원사직물연구원)

(4) 피부자극이나 알르레기 반응이 없음.

과일향, 꽃향, 식물향 등과 시온안료를 갖는 향 마이크로캡슐을 나노실버용액에 분산시킨 후, 손수건 제조과정에서 이러한 혼합용액을 도포할 경우 손수건에 지속적인 향기를 제공하고 체온에 따라 색이 변함과 더불어, 항균, 소취 등의 우수한 효과를 나타내게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성 직물을 다음과 같이 제조된다.

먼저, 원사를 제조한다.

다음으로, 원사를 직조하여 직물을 제조한다.

다음으로, 직물의 유연처리시 또는 염료처리시 향물질이 삽입된 마이크로캡슐과, 시온안료가 삽입된 마이크로캡슐과, 광변색 물질이 삽입된 마이크로캡슐을 나노실버용액에 분산시킨 혼합용액을 도포한다.

직조하기 전의 원사에 향물질과 시온안료 및 광변색 물질이 삽입된 마이크로캡슐과 나노실버용액을 도포할 경우, 직조 과정에서 향과 시온안료가 파괴될 수 있어 지속성이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 직조 후에 유연처리시 향물질과 시온안료 및 광변색 물질이 삽입된 마이크로캡슐과 나노실버용액을 함께 처리하는 후가공이 바람직하다. 즉, 섬유유연 처리과정(텐타)에 일정량을 희석하여 사용하며, 다른 방법으로 염료 처리단계에서도 적용 가능하다.

향의 경우, 세탁견뢰도를 유지하기 위해 바인더를 혼합하여 가공하는 것이 바람직하다. 향캡슐의 경우 입자가 마이크로 단위인 관계로 섬유속에 파고 들어가기는 어렵고 섬유올에 바인더를 이용하여 부착되는 방식이 유리하다. 따라서, 혼합용액의 도포시 향물질이 삽입된 마이크로캡슐에는 바인더가 혼합되는 것이 바람직하다.

이와 같이 제조된 기능성 직물을 이용하여 손수건, 스카프 등 직접 인체와 접촉하는 섬유제품을 제조할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. (a) 원사를 제조하는 단계;
   (b) 상기 원사를 직조하여 직물을 제조하는 단계; 및
   (c) 상기 직물의 유연처리시 또는 염료처리시 향물질이 삽입된 마이크로캡슐과, 시온안료가 삽입된 마이크로캡슐과, 광변색 물질이 삽입된 마이크로캡슐을 나노실버용액에 분산시킨 혼합용액을 도포하는 단계
   를 포함하며,
   상기 (c)단계에서 향물질이 삽입된 마이크로캡슐에 바인더가 혼합되는 것을 특징으로 하는 기능성 직물의 제조방법.
   
   
5. 삭제

Images