KR101504693B1 - 난연 및 전자파 차폐성능을 가지는 항균성 헬스케어 직물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항균 및 난연특성을 가지는 비수축 섬유와 수축 특성을 지니는 섬유를 입체적으로 구성하여 직물을 제직함으로써 직물이 3차원의 다층조직을 구성하면서 내부에 에어쉘(airshell)을 형성하도록 하여 직물에 항균성, 난연성 및 단열성을 부여하고, 금속사를 부가하여 전자파 차폐성능을 가지도록 하는 헬스케어 직물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 헬스케어 직물은 가열에 의해 형성되는 에어쉘이 보온단열성을 제공하고 지조직이 통기성을 제공하므로 에어쉘 조직과 지조직의 비율을 조절함으로써 용도에 맞게 보온단열성과 통기성을 적절하게 조절할 수 있으며, 항균성, 난연성, 전자파 차폐 및 자외선 차단성능을 용이하게 향상시킬 수 있고 직물 구조상 에어쉘이 외력에 의한 압력을 균일하게 분산시키므로 형태의 안정성과 복원성이 우수하여 장기간 사용하여도 직물의 입체구조가 그대로 유지되며, 특히 화재안전성, 위생성 및 내구성이 우수하므로 생활용품, 인테리어용품, 침구용품, 의료용품, 안전용품, 소방용품 또는 산업용품 등 산업 전반의 다양한 분야에 폭넓게 이용할 수 있다.

Description

난연 및 전자파 차폐성능을 가지는 항균성 헬스케어 직물{Anti-microbial Health Care Fabric with Flame-retardant and Electromagnetic Wave Shielding}

본 발명은 항균 및 난연특성을 가지는 비수축 섬유와 수축 특성을 지니는 섬유를 입체적으로 구성하여 직물을 제직함으로써 직물이 3차원의 다층조직을 구성하면서 내부에 에어쉘(airshell)을 형성하도록 하여 직물에 항균성, 난연성 및 단열성을 부여하고, 금속사를 부가하여 전자파 차폐성능을 가지도록 하는 헬스케어 직물에 관한 것이다.

일반적으로 직물은 의류용, 침구용, 인테리어용, 의료용, 산업용 등 다양한 용도에 사용되고 있는데 그 종류가 다양하고 각각 고유의 특성이 있으며, 용도에 따라 보온성, 흡수성, 신축성, 단열성, 난연성, 항균성, 투습성, 세탁용이성 등의 기능이 요구된다.

섬유산업이 발전함에 따라 이러한 여러 기능향상에 대한 요구가 점점 높아지고 있고 이에 부응하여 직물제조방식을 개선하여 기능성이 향상된 직물을 얻고자 하는 노력이 계속해서 진행되어 왔으며, 이 결과 다양한 형태와 기능을 가진 직물이 출시되고 있다.

종래의 직물은 주로 의류용으로 사용되어 신체를 외부로부터 보호하는 기능을 수행하여 왔으나, 섬유산업기술이 발전함에 따라 직물에 다양한 기능을 복합적으로 구현하여 고기능성 복합직물소재를 개발하는데 관심이 모아지고 있다.

이에 따라 근래에는 환경오염의 증가에 따른 항균성능, 화재에 대한 방염성능, 전자기기에서 발생하는 전자파에 대한 차단성, 경량성, 통기성과 단열성 등의 기능을 직물에 구현함으로써 고기능성 복합소재에 대한 연구개발이 주를 이루고 있다.

직물에 이러한 복합 기능성을 가지도록 하기 위하여, 일반적으로 직물조직을 3차원 구조의 입체성을 가지도록 하고 직물을 구성하는 섬유의 종류, 섬유 간의 접결방식 등을 변화시켜 직물에 여러 기능성을 부여하는 방식으로 이루어지며, 의류분야뿐만 아니라 토목건축분야, 의료분야, 항공·우주산업에 이르기까지 널리 이용되고 있고, 또한 향후 적용분야가 더욱 광범위해질 것으로 예상된다.

이러한 입체직물을 구현한 예로서, 최근 경사와 위사로 이루어진 직물층을 상층과 하층으로 구성하고 두 층이 일정한 간격을 유지하도록 연결사를 이용하여 상층과 하층 사이를 접결함으로써, 탄력성과 통기성을 발휘하도록 하는 입체 직물형 쿠션재가 개발되어 가구류나 침장류 등 다양한 분야에 사용되고 있다.

그런데 이러한 입체 직물형 쿠션재는 복층으로 구성되는 직물층의 경사를 연결사와 엮어서 제직하는 구성으로 이루어지기 때문에 외부 하중에 대한 탄력성이나 복원성이 떨어지고 통기성이 큰 대신에 보온성이 낮아지는 문제점으로 인하여 그 적용 범위에 제한이 따르는 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 한국공개특허공보 제2005-0084812호에는 표면층과 이면층이 서로 접하지 않고 결접층에 의해 연결이 이루어지는 입체 직물에 관한 발명이 개시되어 있다.

상기 입체 직물은 직물 조직을 갖는 표면층과 이면층 및 경사 방향 또는 위사 방향으로 물결형으로 굴곡되면서 직물조직을 갖는 결접층으로 구성되며, 상기 표면층 및 이면층에서 경사 및 위사의 적어도 일방에 단사섬도 0.05~1.5 dtex 및 필라멘트수 30~150 개의 폴리에스테르 멀티필라멘트 얀을 1 구성성분으로 함유하는 2 이상의 구성 성분으로 이루어지는 복합사가 배치되어 이루어진다.

상기 발명의 입체 직물은 쿠션성과 소프트한 촉감이 우수하여 다용도로 사용할 수 있는 장점을 갖는 반면에, 통기성이 부족하여 인체에서 발산하는 열과 땀을 흡수하는 능력이 부족하고 외부로부터의 반복된 압력에 대한 내구성이 낮아서 장기간 사용시 결접층 구조가 무너져 쿠션성과 복원성이 사라지므로 침장류나 산업용 등의 용도에 적합하지 않은 단점이 있다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 한국등록특허공보 제0869375호에는 평직으로 형성된 상판과 하판의 경사를 연결사와 지그재그로 엮어서 접결하여 상판과 하판 사이에 일정한 간격으로 공간부가 형성되도록 하여 쿠션성과 통기성을 확보하고 상기 연결사에 다수의 고정사를 횡방향으로 엮어서 연결사의 고정력과 지지력을 보강함으로써 반복된 압력에 의하여 조직 구성이 손상되는 것을 방지하는 입체 직물형 쿠션재에 대한 발명이 개시되어 있다.

그러나 상기 발명은 상판과 하판 사이의 공간부에 연결사 뿐만 아니라 다수의 고정사가 삽입되므로 공간 내 밀도가 상승하므로 통기성이 감소하여 쾌적성이 저하되고 무게가 커지게 되며, 연결사에 고정사를 횡방향으로 엮기 위한 장치가 매우 복잡한 구조를 가지야 하므로 설비비가 상승하고 쿠션재의 밀도가 높아서 섬유소재의 사용량이 많아지므로 제조원가가 상승하는 문제가 있다.

또한, 한국등록특허공보 제0217976호에는 표면 공간층 부분 및 중간 공간층 부분으로 이루어진 3차원 다중 직조 조직의 완충 구조물에 관한 발명이 개시되어 있는데, 상기 완충 구조물은 표면층 부분의 한편 또는 양편에 적어도 단일 방향으로 돌출부가 형성되고, 돌출부의 평균 높이가 2 내지 15 ㎜이고, 돌출부 한편의 평균 폭이 2 내지 30 ㎜이며, 중간층 부분이 단일 방향으로 평행하게 배열된 다수의 연통 동공부를 지닌 층을 1층 이상으로 적층시켜 형성된다.

상기의 완충 구조물은 구조적 특성에 기인하는 통기성, 완충성, 압력 분포의 균일성, 내구성, 세탁성이 우수하여 침구용, 의료용, 산업용 등에 유용하게 이용할 수 있는 장점이 있으나, 표면층에 돌출부가 튀어나온 구조이므로 표면 촉감이 불량하여 피부에 강한 자극을 주게 되고, 돌출부를 지지하는 수단이 없어서 장기간 사용에 의한 반복된 압력이 표면에 가해지면 돌출부가 쉽게 휘어져서 표면층으로 눕혀지므로 통기성, 완충성, 압력 분포의 균일성 등의 성능이 저하되는 문제가 발생한다.

이와 같이, 근래의 섬유산업분야에서는 섬유소재로서 항균성, 난연성, 위생성, 쾌적성 등 섬유에 요구되는 여러 기능적 물성을 고루 갖추도록 하여 산업 전반의 다양한 분야에 보다 폭넓게 적용할 수 있는 고기능성 복합기능소재의 개발이 요구되고 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 직물에 항균성, 난연성, 전자파 차폐성을 부여하고 직물의 입체적인 구조를 통한 통기성과 보온단열성을 균형있게 갖추도록 하여, 쾌적하고 편안한 느낌을 주면서 장기간 사용하여도 기능적 물성이 그대로 유지될 수 있는 헬스케어 직물을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 표면층(10), 이면층(20) 및 표면층(10)과 이면층(1) 사이에 중간층(30)이 형성되고, 표면층(10)과 이면층(20)은 직물로 구성되고 중간층(30)은 수축사(31)로 구성된 에어쉘 조직(1);과 상기 에어쉘 조직(1)에서 수축사(31)와 직교하는 방향으로 접결사(41)가 삽입되어 표면층(10) 상부와 이면층(20) 하부를 상하 반복적으로 가로질러서 표면층(10), 이면층(20) 및 중간층(30)을 일체로 형성시키는 지조직(2);이 반복형성되어 이루어지며, 상기 표면층(10)과 이면층(20)을 구성하는 섬유는 난연사를 심사로 하고 은사를 피복사로 한 커버링 복합사이고, 상기 에어쉘 조직(1)은 일정 구획을 점유하고 있고 인접한 에어쉘 조직(1)들은 서로 격리된 상태를 유지하면서 주변의 지조직(2)을 통하여 서로 연결되어 있는 헬스케어 직물을 제공한다.

이때, 상기 표면층(10)과 이면층(20)은 평직인 것이 바람직하고, 상기 표면층(10)과 이면층(20)은 경사섬도 70~80 데니어, 경사밀도 160~180 ends per inch이고 위사섬도 140~160 데니어, 위사밀도 130~150 picks per inch이며, 중간층(30)의 수축사(31)는 섬도 280~320 데니어이고 수축률 20~40 %인 것이 바람직하다.

또한, 상기 헬스케어 직물을 구성하는 섬유는 방사원액에 인계 난연제를 혼합하여 방사한 난연사이거나 방사원액에 항균제를 혼합하여 방사한 항균처리 섬유이고, 상기 수축사(31)는 흑색 원착사인 것이 바람직하다.

또한, 상기 헬스케어 직물은 생활용품, 인테리어용품, 안전용품, 침구용품, 의료용품, 소방용품 또는 산업용품에 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 헬스케어 직물은 가열에 의해 형성되는 에어쉘이 보온단열성을 제공하고 지조직이 통기성을 제공하므로, 에어쉘 조직과 지조직의 비율을 조절함으로써 용도에 맞게 보온단열성과 통기성을 적절하게 조절할 수 있다.

또한, 항균성, 난연성, 전자파 차폐 및 자외선 차단 성능을 용이하게 향상시킬 수 있으며, 직물 구조상 에어쉘이 외력에 의한 압력을 균일하게 분산시키므로 형태의 안정성과 복원성이 우수하여 장기간 사용하여도 직물의 입체구조가 그대로 유지된다.

특히, 화재안전성, 위생성 및 내구성이 우수하므로 생활용품, 인테리어용품, 침구용품, 의료용품, 안전용품, 소방용품 또는 산업용품 등 산업 전반의 다양한 분야에 폭넓게 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 헬스케어 직물 중 에어쉘 조직의 단면형상을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 헬스케어 직물 중 지조직의 단면형상을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헬스케어 직물의 평면형상을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 헬스케어 직물을 한국의류시험연구원에 의뢰하여 견뢰도, 치수변화율, 필링시험 및 마모 강도 시험을 실시하고 그 결과를 나타낸 시험성적서이다.

본 발명에 따른 헬스케어 직물은 표면층, 이면층 및 표면층과 이면층 사이에 중간층이 형성되며, 표면층과 이면층은 직물로 구성되고 중간층은 수축사로 구성된 에어쉘 조직;과 상기 에어쉘 조직에서 수축사와 직교하는 방향으로 접결사가 삽입되어 표면층 상부와 이면층 하부를 상하 반복적으로 가로질러서 표면층, 이면층 및 중간층을 일체로 형성시키는 지조직;이 반복형성되어 이루어지며, 상기 에어쉘 조직은 일정 구획을 점유하고 있고 인접한 에어쉘 조직들은 서로 격리된 상태를 유지하면서 주변의 지조직을 통하여 연결되어 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 헬스케어 직물 중 에어쉘 조직(1)의 단면형상이 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 에어쉘 조직(1)은 표면층(10), 이면층(20) 및 표면층과 이면층 사이의 중간층(30)으로 구성되고, 표면층(10)과 이면층(20)은 평직, 능직 또는 주자직일 수 있고 중간층(30)은 열에 의해 수축되는 수축사(31)로 구성되며, 에어쉘 조직(1)의 표면층(10), 이면층(20) 및 중간층(30)은 서로 간에 연결되어 있지 않고 각각 분리된 상태를 유지한다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 헬스케어 직물 중 지조직(2)의 단면형상이 도시되어 있으며, 지조직(2)은 상기 에어쉘 조직(1)에 접결사(41)가 추가된 형태이다.

상기 접결사(41)는 수축사(31)와 직교하는 방향으로 삽입되며, 표면층(10)의 상부로부터 이면층(20)의 하부를 통과한 다음 다시 표면층(10)의 상부로 연장되며, 이러한 형태가 지조직(2) 상에서 반복적으로 이루어진다.

상기와 같이 구성되는 지조직(2)은 표면층(10), 이면층(20) 및 중간층(30)이 접결사(41)에 의해 일체화되어 서로 견고히 결합된 상태를 유지한다.

도 2에는 접결사(41)가 표면층(10)의 상부에서 이면층(20)의 하부로 수직 관통한 후 이면층(20)의 위사(21), 수축사(31) 및 표면층(10)의 위사(11)를 순차적으로 1 칸씩 옆으로 이동하면서 표면층(10)의 상부로 연장되는 형태를 도시하였으나, 필요에 따라 접결사(41)가 표면층(10)의 상부와 이면층(20)의 하부를 1 칸씩 이동하면서 상하 교호로 수직 관통하거나, 상하방향 모두 순차적으로 1 칸씩 또는 2 칸씩 옆으로 이동하면서 관통하도록 하여 표면층(10), 이면층(20) 및 중간층(30)의 결합 상태를 견고히 하거나 느슨하게 형성할 수도 있다.

본 발명의 헬스케어 직물은 에어쉘 조직(1) 주위로 지조직(2)이 둘러싸는 형태로 구성되고 에어쉘 조직(1)은 헬스케어 직물 상에서 다수 개 형성되며, 인접한 에어쉘 조직(1)은 주변의 지조직(2)을 통하여 연결되면서 에어쉘 조직(1) 간에는 서로 격리된 상태를 유지한다.

상기 도 1의 에어쉘 조직(1)의 표면층 위사(11), 수축사(31) 및 이면층 위사(21)는 각각 도 2의 지조직(2)의 표면층 위사(11), 수축사(31) 및 이면층 위사(21)와 동일한 실로서, 즉 표면층 위사(11), 수축사(31) 및 이면층 위사(21)는 각각 에어쉘 조직(1)과 지조직(2) 모두에서 하나의 실로 연결되어 있다.

상기와 같이 구성되는 헬스케어 직물의 표면층(10), 이면층(20) 및 중간층(30)은 에어쉘 조직(1)에서는 서로 분리된 상태로 존재하고 지조직(2)에서는 서로 견고히 결합된 상태를 유지한다.

이러한 상태에서 헬스케어 직물에 열을 가하면 중간층(30)의 수축사(31)가 수축하게 되는데, 에어쉘 조직(1)에서는 중간층(30)이 수축되고 표면층(10)과 이면층(20)은 수축하지 않으므로 표면층(10)과 이면층(20)이 상하로 만곡되어 표면층(10)과 이면층(20) 사이에 에어쉘(공기층)이 형성된다.

반면에 지조직(2)에서는 표면층(10), 이면층(20) 및 중간층(30)이 접결사(41)에 의해 서로 결합되어 있어서 열을 가해도 에어쉘이 형성되지 않으나, 표면층(10)/이면층(20)과 중간층(30) 사이의 수축률 차이에 의해 지조직(2)의 표면층(10)과 이면층(20)이 중간층(30)이 수축되는 만큼 에어쉘 조직(1) 쪽으로 밀려나면서 에어쉘 조직(1)에서 형성되는 에어쉘의 크기(높이)를 증가시키는 역할을 한다.

에어쉘의 크기를 좀더 증가시키기 위해서는 상기 표면층(10)과 이면층(20)의 직물로서 평직이 바람직한데, 평직은 능직과 주자직에 비하여 조직이 치밀하여 압축력에 의한 수축률이 낮으므로 지조직(2)에서의 미는 힘과 에어쉘 조직(1)에서의 형태안정성이 높아서 에어쉘의 크기와 안정도가 좀더 높아지게 된다.

이와 같이 본 발명의 헬스케어 직물은 열이 가해짐으로써 에어쉘 조직(1)의 3차원적 에어쉘 구조와 지조직(2)의 2차원적 평면 구조가 직물 상에 반복 형성되므로, 에어쉘에 의한 보온단열성과 평면 구조에 의한 통기성을 균형있게 갖출 수 있으며, 필요에 따라 헬스케어 직물 제직시 에어쉘 조직(1)과 지조직(2)의 크기를 조절하여 보온단열성 또는 통기성의 강도를 조절할 수 있다.

또한, 외부로부터 헬스케어 직물의 에어쉘에 가해진 압력은 에어쉘의 휨 변형과 지조직(2)의 표면층(10)과 이면층(20)에 작용하는 미는 힘의 상쇄에 의해 완충 및 분산되고 압력이 사라지면 에어쉘은 원래 형태로 회복되어, 헬스케어 직물에 형성된 에어쉘의 탄력성과 복원성을 지속적으로 유지할 수 있다.

상기 에어쉘은 에어쉘 조직(1)의 넓이, 수축사(31)의 수축력, 표면층(10)과 이면층(20)의 경·위사 섬도 및 경·위사밀도 등에 의해 에어쉘의 크기, 보온성, 통기성, 형태안정성, 압력분포의 균일성, 탄력성, 복원성 등이 정해지며, 본 발명에서와 같이 헬스케어용 직물에 적합하도록 하기 위하여는 각 층을 구성하는 섬유의 섬도와 밀도조절이 요구된다.

즉, 표면층(10)과 이면층(20)은 경사섬도 70~80 데니어(denier), 경사밀도 160~180 ends per inch이고 위사섬도 140~160 데니어, 위사밀도 130~150 picks per inch이며, 중간층(30)의 수축사(31)는 섬도 280~320 데니어이고 수축률 20~40 %인 것이 에어쉘의 보온성, 통기성, 형태안정성, 압력분포의 균일성, 탄력성, 복원성 면에서 헬스케어용 직물에 적합하다.

도1 및 도 2에서는 이해의 편의를 위하여 수축사(31)가 위사인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 수축사(31)를 경사로 하고 접결사(41)를 위사방향으로 하여 제직하는 것도 물론 가능하다.

상기 표면층(10)과 이면층(20)을 구성하는 경·위사, 수축사(31) 및 각 층을 연결하는 접결사(41)는 필라멘트 섬유 또는 방적사일 수 있으며, 섬유 소재로는 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 방향족 폴리아미드 섬유, 폴리비닐알코올 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유를 예로 들 수 있고 이들을 2 종 이상 병용할 수도 있는데, 특히 폴리에스테르 섬유가 좀더 바람직하다.

또한, 상기 필라멘트 섬유는 모노필라멘트 또는 멀티필라멘트일 수 있고 상기 방적사는 단사 또는 합연사일 수 있다.

본 발명의 헬스케어 직물에 사용되는 섬유는 난연사로 구성되어 직물에 난연성능을 부여하는 것이 바람직하며, 난연사로는 무기섬유(inorganic fiber), 내열성 섬유 또는 난연처리된 섬유가 있으며, 예를 들어 실리카 섬유, 바잘트 섬유, 유리섬유, 알루미나 섬유, 아라미드계 섬유, 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylenesulfide) 섬유 등이 있고, 난연처리 섬유는 섬유에 난연제를 코팅처리한 후가공 난연사보다는 방사과정에서 방사원액에 난연제를 혼합하여 방사한 난연사가 바람직하고, 이때 난연사에 함유되는 난연제는 인(phosphorus)계 난연제가 좀더 바람직하다.

난연제를 코팅처리한 후가공 난연사는 세탁시 난연제가 섬유로부터 이탈되어 난연성능이 저하되고 이탈된 난연제는 수질을 오염시키는 요인으로 작용한다.

또한, 난연제로서 브롬계 난연제는 인체에 치명적인 영향을 미치고 할로겐계 난연제는 화재시 유독가스를 발생시켜 인명피해가 커지는 문제가 있는 반면에, 인계 난연제는 인체에 무해하고 세탁견뢰도가 우수하며, 자기소화성과 195 ℃ 이상의 온도에서 화염 방어막을 형성하여 연기나 잔염(殘炎)의 발생을 억제하는 장점이 있다.

상기 인계 난연제로는 인산(phosphoric acid), 트리페닐포스페이트 (triphenyl phosphate), 트리크레실포스페이트(tricresyl phosphate), 트리클로로에틸포스페이트(trichloroethyl phosphate) 등을 예로 들 수 있으며, 방사원액에 혼합하여 난연성을 부여할 수 있는 인계 난연제이면 사용에 제약받지 않는다.

또한, 본 발명의 헬스케어 직물에 항균성능을 부여하여 의료용도에 적합하도록 하는 것이 바람직하며, 표면층(10)과 이면층(20)을 구성하는 경·위사, 수축사(31) 및 각 층을 연결하는 접결사(41) 모두에 항균제가 함유되도록 하는 것이 가장 바람직하고, 적어도 표면층(10)과 이면층(20)을 구성하는 경·위사에 항균제가 함유되도록 한다.

상기 항균제로는 천연항균제, 합성항균제, 항진균제 또는 항바이러스제가 사용될 수 있으며, 예를 들어 마크로리드계(macrolides), 아미노글리코시드계(aminoglycosides), 세펨계(cephems), 페니실린계(penicillins), 키토산계(chitosans), 키틴계(chitins), 히아루론산계(hyaluronic acids), 알긴산계(alginic acids), 카라기난계(carrageenans), 잔탄계(xanthans), 겔란계(gellans), 아미노산계(aminoacids), 단백질계(proteins) 등의 천연항균제, 퀴놀론계(quinolones), 설폰아미드계(sulfonamides), 디이미딘계(diamidines), 비스페놀계(bisphenols), 구아니딘계(guanidines), 바이구아니드계(biguanides), 이미다졸리움계(imidazoliums), 헥시딘계(hexidines), 설파닐산계(sulfanilic acids), 살리실산계(salicylic acids), 아미노벤조산계(aminobenzoic acids), 히단토인계(hydantoins), 이미다졸리디논계(imidazolidinones) 등의 합성항균제; 항진균제(antifungals); 항바이러스제(antivirals); 티타늄 분말, 알루미늄 분말, 은 분말 등의 금속분말; 산화아연 분말, 산화티타늄 분말, 산화알루미늄 분말 등의 세라믹분말; 등을 예로 들 수 있으며, 항균효과를 발휘하면서 인체에 안전한 화합물이면 그 종류에 특별히 제한되지 않는다.

항균제의 첨가 또한 섬유에 항균제를 코팅처리하는 방법보다는 방사과정에서 방사원액에 항균제를 혼합하여 방사하는 것이 세탁견뢰도를 향상시키는 면에서 바람직하다.

상기의 난연성능과 항균성능을 좀더 향상시키기 위하여, 상기 표면층(10)과 이면층(20)을 구성하는 경사, 위사, 또는 경사와 위사로서 난연사를 심사(芯絲)로 하고 은사를 피복사(被覆絲)로 한 커버링 복합사를 사용하는 것이 바람직하다.

금속 은(silver)은 우수한 항균성 및 방취기능을 지니고 있어서 예로부터 일상생활에 밀접하게 사용되어 왔으며, 은이 함유된 섬유는 상기의 항균방취기능 외에도 높은 정전기 방지능력, 전자파 차폐성, 고열전도성, 고반사율, 저방사율 및 인체의 건강증진효과 등의 특성을 나타낸다.

산업이 발전함에 따라 이동통신수단 등의 전자기기에서 발생하는 전자파가 인체에 미치는 영향이 점점 증가하고 있는데 은은 전자파를 차단하는데 매우 효과적이다.

또한, 은은 높은 열전도성과 고반사율 및 저방사율의 특성을 지니는데, 적외선 반사율이 95 %를 넘어서 모든 원소 중 가장 높은 반사율을 나타내는 반면에 방사율은 가장 낮은 원소 가운데 하나이다.

따라서 은이 포함된 직물을 인체에 착용시, 높은 열전도성으로 인해 짧은 시간에 외부의 열을 내부로 전도시킬 수 있으며, 고반사율은 신체로부터 방출되는 복사열의 대부분을 다시 신체 쪽으로 되돌리는 보온효과를 제공하고, 저방사율은 열에너지를 방출하는 속도를 느리게 하여 장시간 동안 몸의 따뜻함을 유지할 수 있게 한다.

특히, 은사가 포함된 직물을 의복이나 매트 등으로 제조하여 인체에 접촉시킬 경우 은사로 인한 혈류 및 혈액순환 효과가 증진되어 건강에 매우 유익한 효과를 얻을 수 있다.

상기 난연사와 은사의 커버링 복합사에서, 은사를 심사로 하고 난연사를 피복사로 하여 커버링사를 제조하거나 난연사와 은사를 합연하여 합연사를 제조할 수도 있으나, 은사를 심사로 사용한 커버링사의 경우 은사 표면의 매끄러움 때문에 제직과정에서 피복사가 밀리는 현상이 발생하고, 합연사의 경우 연사(撚絲) 후 열 고정시 은사와 난연사의 열 수축률 차이로 인하여 난연사 사이로 은사가 삐져나오거나 꺾임 현상이 발생하는 문제가 발생하므로 바람직하지 않다.

또한, 종래의 섬유에 적용된 은사는 대부분 은 증착사이기 때문에 염색 등 후가공에서 고온과 알칼리에 취약하고, 장기간 사용하는 경우 원단에 함유된 은이 쉽게 이탈되어 목적한 항균력, 정전기 방지 등의 기능을 발휘할 수 없게 되며, 세탁시 은이 이탈되어 은의 살균력에 의해 하수구의 미생물이 사멸되는 새로운 환경파괴의 원인으로 작용하는 문제를 야기하므로, 피복사로 사용되는 은사는 순은으로 이루어진 순사(pure yarn)이거나, 일반 금속섬유사에 은을 코팅한 코팅사(coated yarn) 또는 은과 여타 금속을 합금한 합금사(alloy metal fiber)인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 헬스케어 직물에 자외선 차단성능을 부여하기 위하여 수축사(31)를 짙은 색상으로 염색하는 것이 바람직한데, 흰색이나 밝은 색상보다 흑색과 남색처럼 짙은 색상이 자외선 방호성이 좀더 우수하므로 가장 진한 색상인 흑색으로 수축사(31)를 염색한다.

표면층(10)과 이면층(20)이 아닌 중간층(30)에 염색하는 이유는 외부에 드러나는 표면에 흑색 염색이 되어 있으면 본 발명의 헬스케어 직물 표면에 여러 가지 문양이나 색상을 부여하는데 어려움이 발생하게 된다.

상기 염색은 수축사(31)에 염료를 코팅처리한 후염사보다는 방사과정에서 방사원액에 염료를 혼합하여 방사한 원착사가 세탁견뢰도 면에서 바람직하다.

본 발명의 헬스케어 직물은 2차원 구조로 제직되어 평면의 납작한 형태를 이루므로 적재공간을 작게 차지하여 보관 및 운반시 취급이 용이하고 열을 가하면 수축사가 수축하여 에어쉘 형성으로 인한 3차원의 입체직물로 전환되어 사용에 편리성이 있으며, 에어쉘의 보온단열성과 지조직의 통기성을 용도에 따라 적정비율로 조정하고 필요에 따라 난연사에 의한 난연성, 항균제 첨가에 의한 항균성, 난연사와 은사의 커버링 복합사에 의한 항균성 및 전자파 차폐성, 흑색 원착사에 의한 자외선 차단성 등의 물성을 헬스케어 직물에 부가하여 방석, 매트, 발판등의 생활용품; 커튼, 벽지, 장판, 커버 등의 인테리어용품; 보호구, 보호대 등의 안전용품; 침대커버, 이불, 요 등의 침구용품; 병원침대커버, 환자용 침대매트, 의료용 큐비클 등의 의료용품; 방화복, 방화장갑, 방화신발, 방화담요 등의 소방용품; 차량시트, 건설자재, 필터 등의 산업용품; 등 산업 전반의 다양한 분야에 폭넓게 이용할 수 있다.

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

단, 하기의 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>

경사섬도 75 데니어, 경사밀도 168 ends per inch인 경사와 위사섬도 150 데니어, 위사밀도 138 picks per inch인 위사로 제직된 평직을 상하 2 개층(표면층, 이면층)으로 배열하고, 상기 표면층과 이면층 사이에 섬도 300 데니어의 열 수축사를 표면층과 이면층의 위사방향과 평행하게 삽입하여 배열(밀도 138 picks per inch)하였다.

상기 표면층, 열 수축사 및 이면층이 배열된 직물 상에 경사 44 ends 길이를 장축으로 하고 위사 20 picks 길이를 단축으로 하는 크기의 타원형을 다수 개 배치(에어쉘 조직)하는데, 상기 각 타원형은 가로방향으로 5 ends 길이만큼 띄워서 반복배치되고 사선방향으로 3 ends × 3 picks 길이만큼 띄워서 반복배치되도록 디자인하였다.

상기 직물 상에 디자인된 에어쉘 조직부분 외의 부분(지조직)에, 수축사와 직교하는 방향으로 표면층 상부와 이면층 하부를 상하 반복적으로 가로지르는 접결사를 도 2와 같은 방식으로 삽입하여 표면층, 열 수축사 및 이면층을 하나로 엮어서 일체화하였다.

상기 표면층과 이면층의 경·위사, 열 수축사 및 접결사는 방사원액에 난연제인 폴리인산나트륨과 항균제인 은 분말을 혼합하여 방사한 폴리에스테르 모노필라멘트를 사용하였다.

상기와 같이 제조된 헬스케어 직물에 135 ℃의 열풍을 가하여 열 수축사를 수축시켰으며, 그 결과 도 3에서와 같이 상기 에어쉘 조직(1)의 표면층과 이면층이 각각 상하로 만곡되어 표면층과 이면층 사이에 에어쉘이 형성되었고, 지조직(2)은 표면층, 열 수축사 및 이면층이 접결사에 의해 일체로 고정된 상태를 그대로 유지하였다.

<실시예 2>

상기 실시예 1에서의 표면층과 이면층의 경·위사로서, 표면층과 이면층의 경·위사 각각을 심사로 하고 순은으로 이루어진 지름 30 ㎛의 섬유용 은사를 피복사로 하여 커버링 작업을 1회 실시한 커버링 복합사를 사용하였으며, 나머지 구성은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 헬스케어 직물을 제조하고 열수축시켰다.

이때 상기 복합사의 꼬임수는 900 tpm(twist per meter)이었다.

<실시예 3>

상기 실시예 1에서, 열 수축사로서 방사원액에 흑색염료를 혼합하여 방사한 흑색 원착사를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 헬스케어 직물을 제조하고 열수축시켰다.

<비교예 1>

상기 실시예 1에서, 지조직에 접결사를 삽입하지 않고 에어쉘 조직에 접결사를 삽입하였으며, 이에 따라 제조된 헬스케어 직물에 열을 가하여 열 수축사를 수축시켰을 때 지조직의 표면층과 이면층 사이에 공기층이 형성되고 에어쉘 조직에서는 표면층, 열 수축사 및 이면층이 접결사에 의해 일체로 고정된 상태를 그대로 유지하였다.

<비교예 2>

상기 실시예 1에서, 이면층을 제외하고 표면층과 열 수축사만으로 헬스케어 직물을 제조하고 열수축시켰다.

<시험예 1> 물성분석

상기 실시예 1~3 및 비교예 1, 2의 열수축된 헬스케어 직물의 항균성, 난연성, 보온성, 통기성, 전자파 차폐율, 자외선 차단율 및 내구성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

항균성 분석은 KS K 0693-2011 시험방법에 따라 포도상구균(Staphylococcus aureus) ATCC 6538과 폐렴막대균(Klebsiella pneumoniae) ATCC 4352를 시험균종으로 하여 시험하였으며, 접종균의 농도는 포도상구균과 폐렴막대균 모두 1.3×10⁵ CFU/㎖이었다.

대조편과 시험편을 준비한 후, 이들 각각의 생균수를 구하고, 18 시간 배양 후 시험편의 생균수(Mb)와 대조편의 생균수(Mc)를 구한 후 이들 값을 하기의 식에 대입하여 정균감소율을 계산하였다.

* 정균감소율(%)=(Mc-Mb)/Mb×100

난연성 측정은 실내장식물의 불연·준불연재료 인정기준(한국소방산업기술원) 및 건축물 내부마감재료의 난연성능기준(건설교통부 고시 제2006-476호, 국토해양부 고시 제2009-886호) 중 준불연재료 시험방법인 KS F ISO 5660-1과 KS F 2271에 의거하여 난연성을 측정하였다.

보온성 평가는 투습도 측정기(Sweating Guarded Hotplate, Measurement Technology Northwest사 제조, 미국)를 사용하여 ISO 11092에 의거 Rct(열저항도) 값을 측정하는 방법으로 실시하였으며, Rct 값이 클수록 열저항이 커서 보온성이 우수한 것을 의미한다.

통기성은 JIS L-1079(프라지어형 통기도 시험) 방법에 준하여 측정하였으며, 공기를 압력차가 0.5 인치가 되도록 흡인시키고 이때의 단위면적 및 단위시간당 공기의 통과량을 통기성으로 표시하였다.

전자파 차폐율은 ASTM D 4935-10 방법에 준하여 측정하였으며, 지름이 133 ㎜인 시험편을 네트워크/스펙트럼/임피던스 분석기(JP1KE01038, Agilent사, 미국)와 전자기파 차폐측정기구(EM-2107A, Electro-Metrics Co.,Ltd, 미국)를 이용하여 30~1500 ㎒ 범위의 주파수 대역에서 측정하였다.

자외선 차단율은 섬유제품의 자외선 차단율 및 차단 지수 시험 방법(KS K 0850)에 의거 시험하였으며, 하기의 식에 대입하여 계산하였다.

* 자외선 차단율(%)=100-자외선 투과율

내구성 시험은 직물의 지름 20 ㎝ 면적에 200 ㎏의 하중을 500 회 반복하여 가한 다음, 시험 전의 직물 두께 대비 감소된 두께를 백분율로 나타내었다.

물성분석 결과

		실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
항균성 (정균감소율) (%)	포도상구균	>99.9	>99.9	>99.9	>99.9	>99.9
	폐렴막대균	99.9	99.9	99.9	99.9	99.9
난연성	총 방출열량 (MJ/㎡)	3.54	2.78	3.81	3.34	2.51
	최대 열방출률 (200 ㎾/㎡ 초과시간) (초)	0	0	0	0	0
	균열, 구멍, 용융	없음	없음	없음	없음	없음
	실험용 쥐 행동정지시간 (분)	12.5	14.8	11.6	13.2	14.4
보온성	Rct 측정치 (㎡·℃/W)	0.081	0.085	0.088	0.073	0.038
통기성 (㏄/㎠·sec)		857	759	842	883	925
전자파 차폐율 (dB)		27	23	29	37	45
자외선 차단율 (%)		89.4	93.6	96.1	90.2	83.8
내구성 (%)		5.9	7.1	6.0	10.3	12.7

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 항균성은 실시예와 비교예 모두에서 정균감소율이 포도상구균 99.9 % 이상, 폐렴막대균 99.9 %를 나타내어, 항균물질인 은 분말이 함유된 직물의 우수한 항균성을 확인할 수 있었다.

또한, 상기 헬스케어 직물을 KS K ISO 6330:2006 방법으로 10 회 세탁 및 건조한 후 상기와 동일한 방법으로 항균성을 측정한 결과 포도상구균과 폐렴막대균 모두에서 정균감소율이 99.9 %로 측정되어 항균력에 대한 세탁견뢰도가 우수함을 알 수 있었다.

난연성 시험에서, 한국산업규격 KS F ISO 5660-1[연소성능시험-열 방출, 연기 발생, 질량 감소율-제1부:열 방출률(콘칼로리미터법)]에 따르면, 가열시험 개시 후 10 분간 총방출열량이 8 MJ/㎡ 이하이고, 10 분간 최대 열방출률이 10 초 이상 연속으로 200 ㎾/㎡를 초과하지 않으며, 10 분간 가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 용융(복합자재의 경우 심재가 전부 용융, 소멸되는 것을 포함한다) 등이 없어야 한다.

상기 표 1의 결과를 보면, 실시예와 비교예 모두 10 분간 총 방출열량이 4 MJ/㎡ 미만으로 측정되었고, 최대 열방출률에서도 200 ㎾/㎡를 초과한 경우가 없었으며, 10 분간 가열 후 시험체에 균열 또는 관통구멍이 형성되거나 용융되지 않아서 화재시 충분히 방화기능을 수행할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 한국산업규격 KS F 2271 중 가스유해성 시험에서는 실험용 쥐의 평균행동정지 시간이 9분 이상이어야 하는데, 상기 시험결과 모두에서 상기 기준을 만족하는 것으로 나타났다.

실시예 중에서는 은 커버링 복합사를 사용한 실시예 2의 난연성이 가장 우수하게 측정되어 난연사에 은사로 커버링할 경우 난연성능이 좀더 향상됨을 알 수 있다.

보온성 측정결과, 실시예 1, 2, 3의 Rct 값은 0.081, 0.085, 0.088 ㎡·℃/W이고 비교예 1, 2의 Rct 값은 0.073, 0..038 ㎡·℃/W로 측정되어 실시예의 열저항도가 비교예에 비하여 우수한 것으로 나타났으며, 이면층이 없이 표면층과 열 수축사만으로 제직된 비교예 2는 에어쉘이 형성되지 않아서 보온기능이 매우 저하됨을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 에어쉘이 형성된 헬스케어 직물은 에어쉘이 형성되지 않거나(비교예 2) 에어쉘이 서로 연통하여 직물 내에서 열이 이동될 수 있는 구조의 직물(비교예 1)에 비하여 보온기능이 보다 더 우수함을 알 수 있다.

통기성은 비교예 2가 가장 우수하고, 에어쉘이 형성된 면적보다 에어쉘이 형성되지 않은 면적이 큰 비교예 1이 우수하게 나타나, 에어쉘 조직 부분이 보온성을 높이고 지조직 부분이 통기성을 높이는 역할을 수행하는 것으로 판단할 수 있으며, 이를 바탕으로 본 발명의 헬스케어 직물이 사용되는 용도에 따라 에어쉘 조직과 지조직의 면적비율을 조절함으로써 보온단열성과 통기성을 적절하게 조절할 수 있을 것으로 판단된다.

전자파 차폐율은 은 커버링 복합사를 사용한 실시예 2가 가장 양호하게 나타나 은사의 전자파 차폐능을 확인할 수 있으며, 이면층이 없는 비교예 2가 가장 불량하게 나타난 결과로부터 타 군에서의 이면층에 함유된 은 분말이 전자파를 차폐하는데 효과가 있음을 알 수 있다.

자외선 차단율은 흑색 열 수축사를 사용한 실시예 3이 높고 이면층이 없는 비교예 2가 가장 낮게 측정되어, 흑색으로 염색하면 자외선이 좀더 차단됨을 알 수 있고 은 분말이 함유된 이면층이 없을 경우 자외선 차단율이 그만큼 낮아짐을 알 수 있다.

내구성은 수치가 낮을수록 형태의 무너짐이 적어서 내구성이 우수한 것을 의미하는데, 표면층, 이면층 및 중간층으로 구성되고 서로 분리 배치된 에어쉘 조직이 지조직으로 연결된 실시예 1과 열 수축사로서 흑색 원착사를 사용한 실시예 3이 우수하였으며, 비교예 2가 가장 불량하고 비교예 1이 다음으로 불량하게 나타나 에어쉘이 형성되지 않을 경우(비교예 2) 탄력성과 복원성이 낮아서 외력에 의해 직물형태가 쉽게 무너지고 에어쉘이 서로 연통되어 있는 형태일 경우(비교예 1) 구조적으로 에어쉘의 원래 형태로의 복원율이 낮은 것으로 판단된다.

또한, 상기 실시예 1의 헬스케어 직물을 한국의류시험연구원에 의뢰하여 견뢰도, 치수변화율, 필링시험 및 마모 강도 시험을 실시하고 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다.

KS K ISO 105-C04:2012 법으로 측정한 세탁견뢰도는 4~5로 분석되었고, KS K ISO 105-B02:2010 Xenon arc Method (Method 2:Blue scale) 방법으로 측정한 인공광견뢰도는 4로 분석되어 본 발명의 헬스케어 직물이 세탁 및 빛에 의하여 쉽게 변색되지 않음을 알 수 있다.

또한, KS K ISO 5077:2007 (KS K ISO 6330:2011, 9B) 법으로 측정한 치수변화율에서는 경사방향과 위사방향 모두 -0.5 % 만큼 수축되어 수축이 거의 일어나지 않는 것으로 분석되었다.

또한, KS K 0501:2010 (Brush & Sponge Method) 법으로 측정한 필링시험에서는 4등급(good resistance - slight pilling)으로 분석되어 브러쉬와 스펀지의 마찰에 의한 필링이 거의 발생하지 않음을 알 수 있으며, KS K 0604:2006 Martindale Abrasion Method 방법으로 측정한 직물의 마모 강도 시험에서는 20000 이상으로 측정되어 마모에 대한 저항성이 매우 우수함을 알 수 있다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 헬스케어 직물은 가열에 의해 형성되는 에어쉘이 보온단열성을 제공하고 지조직이 통기성을 제공하므로, 에어쉘 조직과 지조직의 비율을 조절함으로써 용도에 맞게 보온단열성과 통기성을 적절하게 조절할 수 있다.

또한, 항균성, 난연성, 전자파 차폐 및 자외선 차단성능을 용이하게 향상시킬 수 있으며, 직물 구조상 에어쉘이 외력에 의한 압력을 균일하게 분산시키므로 형태의 안정성과 복원성이 우수하여 장기간 사용하여도 직물의 입체구조가 그대로 유지되며, 특히 화재안전성, 위생성 및 내구성이 우수하므로 생활용품, 인테리어용품, 침구용품, 의료용품, 안전용품, 소방용품 또는 산업용품 등 산업 전반의 다양한 분야에 폭넓게 이용할 수 있다.

1:에어쉘 조직, 2:지조직, 10:표면층, 11:표면층 위사, 20:이면층, 21:이면층 위사, 30:중간층, 31:수축사, 41:접결사

Claims (8)

1. 표면층(10), 이면층(20) 및 표면층(10)과 이면층(1) 사이에 중간층(30)이 형성되고,
   표면층(10)과 이면층(20)은 직물로 구성되고 중간층(30)은 수축사(31)로 구성된 에어쉘 조직(1);과 상기 에어쉘 조직(1)에서 수축사(31)와 직교하는 방향으로 접결사(41)가 삽입되어 표면층(10) 상부와 이면층(20) 하부를 상하 반복적으로 가로질러서 표면층(10), 이면층(20) 및 중간층(30)을 일체로 형성시키는 지조직(2);이 반복형성되어 이루어지며,
   상기 표면층(10)과 이면층(20)을 구성하는 섬유는 난연사를 심사로 하고 은사를 피복사로 한 커버링 복합사이고,
   상기 에어쉘 조직(1)은 일정 구획을 점유하고 있고 인접한 에어쉘 조직(1)들은 서로 격리된 상태를 유지하면서 주변의 지조직(2)을 통하여 서로 연결되어 있는 헬스케어 직물.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 표면층(10)과 이면층(20)은 평직인 것을 특징으로 하는 헬스케어 직물.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 표면층(10)과 이면층(20)은 경사섬도 70~80 데니어, 경사밀도 160~180 ends per inch이고 위사섬도 140~160 데니어, 위사밀도 130~150 picks per inch이며, 중간층(30)의 수축사(31)는 섬도 280~320 데니어이고 수축률 20~40 %인 것을 특징으로 하는 헬스케어 직물.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 헬스케어 직물을 구성하는 섬유는 방사원액에 인계 난연제를 혼합하여 방사한 난연사인 것을 특징으로 하는 헬스케어 직물.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 헬스케어 직물을 구성하는 섬유는 방사원액에 항균제를 혼합하여 방사한 항균처리 섬유인 것을 특징으로 하는 헬스케어 직물.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 수축사(31)는 흑색 원착사인 것을 특징으로 하는 헬스케어 직물.
8. 청구항 1 내지 청구항 5, 또는 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 헬스케어 직물은 생활용품, 인테리어용품, 침구용품, 의료용품, 안전용품, 소방용품 또는 산업용품에 사용되는 것을 특징으로 하는 헬스케어 직물.

Images