KR101577403B1 - 광에 의해 발열하는 항균섬유 및 원단 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 섬유 및 원단에 함유된 산화철화합물과 탄소화합물이 광에 의해 발열하여 별도의 발열장치가 없어도 광 조사만으로 자체적으로 발열할 수 있으면서 항균성을 갖는 발열 항균섬유 및 상기 섬유로 제조된 원단에 관한 것이다.
본 발명에 따른 섬유 및 원단은 태양광에 의해 자체적으로 발열하므로 별도의 발열장치가 없어도 보온효과를 제공할 수 있고 보온 유지성이 우수하여 외기온도의 변화에 의해 인체가 받는 영향이 줄어들며, 발열효과를 제공하는 입자가 항균력을 가지므로 이를 함유하는 섬유 및 원단 또한 항균성을 나타낼 수 있으며, 상기 발열 항균입자가 미세 입경을 가지므로 방사시 절사의 우려가 없고 섬유를 구성하는 수지에 균일하게 분산되어 수지와 결합하고 있어서 세탁 등의 외력에 의해 섬유로부터 이탈되지 않으므로 장기간 사용하여도 지속적으로 발열 및 항균효과를 제공할 수 있다.

Description

광에 의해 발열하는 항균섬유 및 원단{Antibacterial Fiber and Fabric Heated by Electromagnetic Wave}
본 발명은 섬유 및 원단에 함유된 산화철화합물과 탄소화합물이 광에 의해 발열하여 별도의 발열장치가 없어도 광 조사만으로 자체적으로 발열할 수 있으면서 항균성을 갖는 발열 항균섬유 및 상기 섬유로 제조된 원단에 관한 것이다.
나일론, 폴리에스테르 등 의류용 합성섬유 소재 분야는 소비자의 변화하는 요구에 따라 기능성 및 감성이 추가된 새로운 섬유소재가 끊임없이 개발되어 출시되고 있다.
이들 중 아웃도어용 섬유소재는 운동성, 심미성, 안전성, 생리학적 쾌적성이 요구되기 때문에 기술적으로 보온성, 발수성, 경량성, 흡수성, 투습·방수성, 통기성 등을 종합적으로 갖추어야 하고 특히 겨울용 아웃도어 섬유는 보온기능이 중요시된다.
이러한 보온효과를 향상시키는 방법은 크게 2 가지로 분류할 수 있는데, 하나의 방법으로서 의복의 직물구조를 변경하거나 섬유를 중공(中空)이나 다공질로 하는 것 등에 의해 의복 내부에 공기층을 물리적으로 많이 형성하는 방법 등을 통하여 인체에서 발생하는 열의 발산을 감소시켜 보온성을 유지하는 소극적인 방법이 있다.
상기 방법은 의복 중에 공기층을 많이 형성시키거나 옷감을 두껍게 하거나 틈새를 작게 하거나 또는 색을 진하게 하는 방법 등이 이용되어 왔으며, 예를 들어 동절기 스포츠용 의복의 겉감과 안감 사이에 솜을 넣어 솜의 공기층 두께로 보온성을 유지하는데, 의복에 솜을 넣으면 무겁고 부피가 커지기 때문에 동작의 용이성이 요구되는 스포츠용으로는 적합하지 않다.
보온효과를 향상시키는 다른 방법으로서, 의복 원단 전체 또는 의복을 구성하는 섬유에 화학적·물리적 가공을 가하여 인체에서 발생하는 열을 다시 인체로 반사하거나, 의복이 받은 태양광의 일부를 열로 변환시키는 등의 방법으로 열을 축적하여 보온성을 향상시키는 적극적인 방법이 있다.
상기 방법으로는 특수 배터리를 이용하는 전기 발열섬유, 철분이 공기 중의 산소와 접촉하여 산화할 때 발생하는 열을 이용하는 화학반응 발열섬유, 흡습에 의한 흡착열을 이용하는 흡습 발열섬유, 태양광을 열로 변환하는 태양광 축열섬유 등이 개발되어 있으나, 이들 방법들은 특수 목적에 한정되거나 한정된 시간에만 사용할 수 있고 내구성이 없는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 알루미늄이나 티탄 등의 금속을 의복의 안감 등에 증착 또는 코팅하고 체내에서 나오는 방사열을 상기 금속 증착면에서 반사시키는 것에 의해 적극적으로 열의 발산을 방지하는 방법이 제시되어 있는데, 예를 들어 한국등록특허공보 제10-1253032호에는 탄소섬유, 탄소나노섬유 및/또는 탄소나노튜브의 탄소소재를 이산화티탄, 산화아연, 알루미나, 지르코니아 및/또는 실리카의 무기소재와 함께 물 및/또는 유기용매에 분산시키고, 수득된 분산액을 섬유 또는 직물에 분무, 침지, 살포 또는 전사 방식으로 적용하는 방법이 제시되어 있다.
상기 공보에 따르면 탄소소재와 무기소재를 섬유 또는 직물에 코팅함으로써 발열, 보온 및 축열기능을 섬유 또는 직물에 경제적으로 부여할 수 있으나, 상기 방법은 섬유 또는 직물에 코팅된 탄소소재와 무기소재가 세탁과정에서 이탈되기 쉬우며, 이를 방지하기 위하여 증착을 통하여 높은 결착력을 부여할 경우 증착 가공비가 많이 들고 증착 얼룩 발생 등에 의해 생산효율이 저하되어 결과적으로 제품의 가격상승으로 연결된다.
다른 방법으로서, 알루미나계, 산화지르코늄계, 마그네시아계 등과 같은 세라믹 입자를 섬유 자체에 혼합하여 이들의 무기 미립자가 갖는 원적외선 방사 효과나 빛을 열로 전환하는 기능을 이용하는 방법 등 외부의 에너지를 적극적으로 섬유에 도입하는 방법이 제안되고 있다.
이러한 방법으로서, 한국공개특허공보 제10-1990-0003442호에는 탄소분말 등의 도전성 분말에 폴리프로필렌 용액을 혼합하여 수지상 도전성물질 용액을 제조하고, 세라믹스 분말에 우레탄 또는 아크릴 용액을 첨가하여 세라믹스 용액을 제조한 다음, 상기 도전성 물질용액과 세라믹스 용액을 혼합한 복합체 용액에 섬유사조 또는 섬유제품을 함침시켜 섬유조직 내에 복합체 용액이 침투되도록 한 후 표면에 절연성 용액을 도포한 도전성 발열섬유의 제법이 개시되어 있다.
상기 발명은 도전성 분말에 의한 발열과 세라믹스 분말에 의한 원적외선 발생을 동시에 갖추도록 하여 가온과 동시에 원적외선이 발생하므로 인체에 유익한 효과를 기대할 수 있으나, 복합체 용액이 섬유에 침투하는 데에는 한계가 있어서 복합체가 섬유사조 또는 섬유제품으로부터 탈리되기 쉽고 복합체를 얇게 도포하면 발열 및 원적외선 효과가 충분치 않고 두껍게 도포하면 섬유사조 또는 섬유제품의 유연성, 경량성 등의 여타 기능성이 저하되는 문제가 있다.
또한, 한국등록특허공보 제10-0337267호에는 주기율표 4족에 속하는 세라믹 충진제 0.3~10 중량%와 카본, 니켈, 황화구리, 금속화합물, 저융점 금속 등의 도전성 물질 1~15 중량%를 방사공정에 투입하여 보온성 섬유를 제조하는 방법이 개시되어 있는데, 상기 원적외선 방사율이 높은 세라믹 물질은 태양광을 받으면 근적외선을 흡수하여 열에너지로 축열하고 인체로부터의 열을 반사하는 특성이 있어서 이러한 물질을 혼입한 섬유는 섬유 그 자체가 태양광 에너지를 내부로 끌어들이는 역할을 하기 때문에 사용의 편리성은 일반섬유와 동등하고 에너지원은 영구적이라는 장점이 있다.
그러나 상기와 같이 원적외선 방사율이 높은 세라믹 물질을 섬유 내에 혼입할 경우 세라믹 충전제의 함량이 낮으면 목적하는 보온성을 얻을 수 없고 도전성 물질의 함량이 낮으면 세라믹 물질에 의해 발생하는 정전기를 제거하지 못하며, 반대로 이들 성분들의 함량이 높으면 방사 작업성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 수지 내에서 광에 의해 발열하면서 항균성을 갖는 물질을 섬유의 방사시에 혼합하여 별도의 발열장치 없이 태양광만으로 발열할 수 있으면서 상기 발열 항균물질에 의해 섬유의 방사성과 생리학적 쾌적성이 저하되지 않는 발열 항균섬유 및 원단을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 탄소화합물 25~95 중량%와 산화제일철, 산화제이철 및 사산화삼철로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로서 구형도 0.5 이상의 구형입자로 이루어진 산화철화합물 5~75 중량%로 구성되고 입자크기가 10 ㎚~100 ㎛이며 주파수 300 ㎒~300 ㎔의 장파장 파에 의해 발열하는 산화철-탄소 조성물이 섬유의 1~10 중량% 함유되어 있으며, 상기 산화철-탄소 조성물은 산화 알루미늄, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화아연, 이산화망간, 이산화규소 및 이산화티탄으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 금속산화물을 조성물 전체중량 기준 1~50 중량% 더 포함하는 광에 의해 발열하는 항균섬유를 제공한다.
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이때, 상기 탄소화합물은 카본블랙, 숯 분말, 탄소분말, 흑연분말, 탄소섬유분말, 탄소나노튜브 및 그라핀으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것이 바람직하고, 상기 금속산화물은 제올라이트, 일라이트, 벤토나이트, 몬모릴로나이트, 페라이트, 마그네타이트, 페그마타이트, 토르말린, 견운모 및 황토로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 분말로부터 제조된 것이 바람직하다.
또한, 상기 산화철-탄소 조성물은 방사원액에 혼합되어 방사되는 과정을 통하여 섬유에 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기의 광에 의해 발열하는 항균섬유로 제조된 원단을 제공한다.
본 발명에 따른 섬유 및 원단은 태양광에 의해 자체적으로 발열하므로 별도의 발열장치가 없어도 보온효과를 제공할 수 있고 보온 유지성이 우수하여 외기온도의 변화에 의해 인체가 받는 영향이 줄어들며, 발열효과를 제공하는 입자가 항균력을 가지므로 이를 함유하는 섬유 및 원단 또한 항균성을 나타낸다.
또한, 상기 발열 항균입자가 미세 입경을 가지므로 방사시 절사의 우려가 없고 섬유를 구성하는 수지에 균일하게 분산되어 수지와 결합하고 있어서 세탁 등의 외력에 의해 섬유로부터 이탈되지 않으므로 장기간 사용하여도 지속적으로 발열 및 항균효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발열 항균원단을 한국의류시험연구원에 의뢰하여 보온성을 측정한 시험성적서이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 발열 항균원단을 한국의류시험연구원에 의뢰하여 광조사에 의한 발열성을 측정한 시험성적서이다.
도 4는 상기 도 2 및 도 3의 발열성을 측정하는 장치 및 조건을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 발열 항균원단을 한국의류시험연구원에 의뢰하여 항균성을 측정한 시험성적서이다.
본 발명은 광에 의해 발열하는 산화철화합물과 탄소화합물이 혼합된 산화철-탄소 조성물을 섬유의 구성 수지 내에 함유하여, 별도의 발열장치 없이 광 조사만으로 발열하는 항균섬유, 항균섬유제품 또는 항균섬유가공물을 제공한다.
상기 광에 의해 발열하는 산화철-탄소 조성물은 안정한 형태의 산화제일철(FeO), 산화제이철(Fe2O3), 사산화삼철(Fe3O4) 또는 그 혼합물의 산화철화합물과 카본블랙, 숯 분말, 탄소분말, 흑연분말, 탄소섬유분말, 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그라핀(graphene) 또는 그 혼합물의 탄소화합물을 포함하며, 또한 일정 크기 이하의 입경을 가지고 있어서 빛에 의해 균일하고 급속하게 발열할 수 있다.
따라서 상기의 산화철-탄소 조성물을 사용하여 섬유를 제조할 경우 별도의 발열장치 없이도 섬유가 광에 의해 자체적으로 발열할 수 있으며, 발열효과를 제공하는 조성물 입자가 항균력을 가지므로 이를 함유하는 섬유 및 원단 또한 항균성을 나타낸다.
구체적으로, 본 발명은 카본블랙, 숯 분말, 탄소분말, 흑연분말, 탄소섬유분말, 탄소나노튜브 및 그라핀 중 하나 이상의 탄소화합물 25~95 중량%와 산화제일철, 산화제이철 및 사산화삼철 중 하나 이상의 산화철화합물 5~75 중량%로 구성되는 산화철-탄소 조성물이 섬유의 총 중량기준 1~10 중량%로 함유되며, 상기 조성물은 입자크기가 10 ㎚~100 ㎛이고 광에 의해 발열하는 항균성 섬유와 상기 섬유로 제조된 원단으로 이루어진다.
상기 산화철-탄소 조성물은 안정한 상태의 산화물인 산화제일철, 산화제이철 또는 사산화삼철의 산화철화합물을 일정량 이상 함유하고 일정크기 이하의 입경을 가지기 때문에 광(光)을 조사(照射)하면 산화철화합물의 쌍극자 회전에 의한 가열 및 흡수가열 방식에 의해 균일하고 급속하게 발열할 수 있다.
본 발명에서 산화철-탄소 조성물이 발열할 수 있는 최적의 파장범위는 주파수 300 ㎒~300 ㎔(파장 1 m~1 ㎛)의 범위에 있는 전자파로서, 적외선, 원적외선, 마이크로파 등을 포함하며, 적외선과 원적외선 에너지는 상기 탄소화합물의 탄소입자에 흡수되어서 열을 발생하고 마이크로파 에너지는 산화철화합물에 흡수되어 열을 발생한다.
300 ㎒~300 ㎓ 사이의 주파수를 갖는 마이크로파는 유전체의 분자운동과 이온전도를 유도하여 열을 발생시키며, 물의 경우 마이크로파 전계 변화보다 물 분자(전기쌍극자)의 전계 변화가 늦기 때문에 마이크로파 전계 변화의 저항으로 작용하여 진동 발열이 생겨 가열되게 된다.
반면에 금속은 마이크로파의 대부분을 반사하기 때문에 가열에 이용되지 못하나, 본 발명에서와 같이 안정한 형태로 존재하는 극성의 산화제일철, 산화제이철 및 사산화삼철 입자에 마이크로파를 조사하면 마이크로파가 상기 입자를 진동시키면서 비전도성인 산화철화합물에 마이크로파가 침투하여 흡수 가열되면서 발열한다.
본 발명의 산화철-탄소 조성물은 도체와 부도체의 중간적인 반도체의 성격을 가지기 때문에 흡수 가열과 유도 가열이 이루어지며, 충전 상태에 따라 내부 장파장 파의 전달이 이루어진다.
즉, 연속되어 있는 구형의 산화철화합물과 탄소화합물 입자에 장파장 파가 가해질 경우 표면효과에 의해 연속된 입자를 따라 장파장 파가 전달되면서 인접한 입자에도 흡수 가열과 유도 가열이 이루어진다.
일상생활에서 널리 사용되고 있는 장파장 파는 전자레인지에서 사용되는 마이크로파를 예로 들 수 있으며, 이 경우의 마이크로파는 2.45 ㎓의 주파수에 일반적으로 0.2~3 ㎾의 출력을 가지고 있다.
본 발명의 산화철-탄소 조성물을 포함하는 섬유를 전자레인지의 주파수에 해당하는 2.45 ㎓로 조사할 경우 약 1 분 만에 10 ℃ 이상으로 온도가 상승할 수 있으며, 이러한 온도상승 속도 및 범위에 따른 조건은 구체적인 용도에 따라 변경할 수 있다.
상기 조성물이 광, 특히 장파장 파에 의해 발열할 수 있도록 하기 위해서는 조성물 중 산화철화합물이 최소 5 중량% 이상인 것이 효과적이고 바람직하게는 10 중량% 이상이며, 더욱 바람직하게는 10~50 중량%인데, 5 중량% 미만이면 발열효율이 낮아 실질적인 발열효과를 기대하기 어렵다.
상기 산화철화합물은 자철광 분말, 적철광 분말, 철광석 분말, 제강슬래그 분말, 동제련 슬래그 분말, 아연제련 슬래그 분말, 레드머드 분말, 석탄회 분말, 황토 분말 등으로부터 얻을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 조성물의 발열 및 항균효과를 좀더 향상시키기 위하여, 상기 조성물은 탄소화합물과 산화철화합물 외에 산화 알루미늄(Al2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO), 이산화망간(MnO2), 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2) 또는 그 혼합물의 금속산화물을 조성물 전체중량 기준 1~50 중량% 더 포함할 수 있다.
산화제일철, 산화제이철 및 사산화삼철과 같은 극성물질은 상기 금속산화물의 세라믹 물질과 적절하게 혼합·분포되어, 서로 간의 작용에 의해 안정된 구조를 가진다.
이러한 안정된 형태로 존재하는 입자에 마이크로파가 조사되면 마이크로파 에너지가 극성의 산화철화합물과 금속산화물 입자들을 진동시키면서 비전도성인 세라믹 재료에 마이크로파가 침투하여 흡수 가열되면서 발열한다.
이와 더불어, 상기의 금속산화물은 태양광이나 형광등에서 방사되는 빛, 특히 단파장의 광이 표면에 조사되면 매우 고온으로 가열되는데, 이러한 고온은 금속산화물의 표면에 부착된 유기물이나 세균을 소각·분해시키고 악취를 제거하며, 금속산화물 자체가 유해물과 세균을 분해하는 촉매역할을 수행하여 본 발명의 섬유 및 원단에 항균효과를 제공한다.
이때, 상기 금속산화물 입자의 입경이 작을수록 이들 입자가 광에 의해 급속하고 안정적으로 가열되면서 항균효과가 증대하며, 따라서 상기 금속산화물 입자의 입경 또한 탄소화합물, 산화철화합물 입자의 입경과 같은 10 ㎚~100 ㎛ 범위를 갖는 것이 바람직하다.
금속산화물에 의한 발열 및 항균효과를 얻기 위해서는 금속산화물이 1 중량% 이상 함유되면 가능하나, 좀더 나은 효과를 얻기 위해서는 5 중량% 이상 함유되는 것이 바람직하고 5~30 중량% 함유되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 금속산화물은 제올라이트, 일라이트, 벤토나이트, 몬모릴로나이트, 페라이트, 마그네타이트, 페그마타이트, 토르말린, 견운모, 황토 등의 분말로부터 얻을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 금속산화물 함유 소재에 대한 마이크로파의 침투 깊이는 물보다 수십 배 정도 되기 때문에 마이크로파의 에너지가 금속산화물 함유 소재 내부로 깊이 침투할 수 있다.
그러나 소재의 두께가 침투 깊이보다 얇으면 공급된 마이크로파의 에너지 중 일부만이 재료에 흡수되고 흡수되지 않은 에너지는 소재로부터 방사되어 이용되지 못하나, 소재에 산화제일철, 산화제이철 및 사산화삼철 입자가 존재하면 흡수되지 않은 에너지는 상기의 금속이온에 의해 반사되어 다시 금속산화물 함유 소재에 흡수될 수 있다.
이때, 상기 산화철화합물 입자의 형상이 각형, 침상형, 불규칙형, 판상형, 다각형 등의 형태를 가지면 반사율이 낮아져 에너지 손실이 발생하므로, 마이크로파의 균일하고 보다 많은 반사를 위하여 상기 산화철화합물 입자의 형상은 구형이 바람직하고 구형도(sphericity)가 0.5 이상인 것이 더욱 바람직하다.
상기 구형도는 입자의 형상이 얼마나 구(sphere)에 가까운 가를 표시하는 척도로서 입자의 가장 긴 쪽 지름에 대한 가장 작은 쪽 지름의 비율을 의미하는데, 구형도가 0.5 미만이면 입자가 찌그러진 모양을 하게 되어 마이크로파가 입자 모서리의 첨단부분으로 수렴하여 스파크가 발생할 우려가 있으며, 구형도 0.5 이상에서 마이크로파에 의한 입자의 진동이 활발하여 가열과 흡수 가열의 효과를 나타내게 된다.
상기의 산화철-탄소 조성물은 섬유제조시 방사원액에 혼합되어 방사됨으로써 섬유에 발열 및 항균효과를 제공하고 미세 입경을 가지므로 방사시 절사의 우려가 없으며, 또한 상기 조성물이 함침, 증착 등에 의해 섬유와 접착된 형태가 아니라 섬유를 구성하는 수지에 균일하게 분산되어 결합한 형태로 존재하므로 세탁 등의 외력에 의해서 섬유로부터 이탈되지 않으므로 지속적으로 발열 및 항균효과를 제공할 수 있다.
상기와 같이 작용하는 산화철-탄소 조성물을 섬유, 섬유제품 및 섬유 가공물에 적용하면 별도의 발열장치 없이도 광에 의해 자체적으로 발열할 수 있어서 직물, 편물, 부직포, 의류, 보온복, 아웃도어, 사냥복, 등산복, 스키복, 신발, 등산용구, 텐트, 이불, 침구, 매트리스, 비닐하우스, 온실, 온돌, 보온용기, 축사, 보온기기 등 발열, 보온 또는 항균효과가 필요한 다양한 용도에 사용될 수 있으며, 특히 적은 에너지 소모량으로도 기존 보온설비를 대체할 수 있을 뿐만 아니라 추위가 심한 경우에도 전기, 석유 등의 에너지 사용을 줄이면서 보온을 유지할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 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> 섬유의 발열효과 측정
이하에서는 본 발명에 따른 발열 항균섬유에 광을 조사하고 온도변화를 측정하여 섬유의 발열효과를 확인하였다.
카본블랙, 숯 분말, 탄소분말, 흑연분말, 탄소섬유분말, 탄소나노튜브 및 그라핀이 동일 중량비로 혼합된 탄소화합물 6 ㎏과 각각의 산화제일철, 산화제이철 및 사산화삼철의 산화철화합물 4 ㎏을 혼합하여 3 종류의 산화철-탄소 조성물 10 ㎏을 제조하였다.
또한, 상기 조성물 각각에 산화 알루미늄, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화아연, 이산화망간, 이산화규소 및 이산화티탄이 동일 중량비로 혼합된 금속산화물 3 ㎏씩을 혼합하여 금속산화물이 함유된 3 종류의 산화철-탄소 조성물 13 ㎏을 추가로 제조하였다.
상기 6 종의 조성물 각각에 대하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 방사 원액에 2 중량% 함량으로 첨가하고 용융방사하여 발열 항균섬유를 제조하였다.
상기 제조된 발열 항균섬유를 실온(room temperature)으로 냉각하여 섬유온도를 20 ℃로 동일하게 맞춘 다음, 상기 발열 항균섬유에 마이크로파(주파수 2.45 ㎓, 출력 2 ㎾)를 1 분간 조사한 다음 온도를 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비교평가를 위하여 상기 3 종류의 산화철-탄소 조성물(탄소화합물+산화철화합물)을 대조군 1로 하고 시중의 폴리에틸렌테레프탈레이트 소재의 일반섬유를 대조군 2로 하여 상기와 동일한 방법으로 온도를 측정하였으며, 각각 3 종의 산화철화합물과 탄소화합물이 첨가된 발열 항균섬유; 산화철화합물, 탄소화합물 및 금속산화물이 첨가된 발열 항균섬유; 및 대조군 1;은 각 군별 평균값을 표시하였다.
광에 의한 발열효과 측정결과
평균온도(℃)
발열 항균섬유(탄소화합물+산화철화합물) 42
발열 항균섬유(탄소화합물+산화철화합물+금속산화물) 39
대조군 1 165
대조군 2 23
상기 결과에서 알 수 있듯이, 일반섬유인 대조군 2는 마이크로파를 조사한 후에도 온도 변화가 크지 않았으며, 본 발명에 따른 발열 항균섬유는 마이크로파에 의해 발열하는 산화철-탄소 조성물 자체에 마이크로파를 조사한 대조군 1보다는 온도가 낮았으나 종래의 일반섬유보다 온도상승효과가 현저하게 큰 것을 알 수 있다.
이러한 결과는 발열 항균섬유 내부의 마이크로파에 의해 발열하는 산화철-탄소 조성물이 마이크로파의 조사에 의해 가열되어 발열 항균섬유 내부에서 열을 발생시키는 데서 기인한다.
본 발명에 따른 발열 항균섬유는 광에 의해 발열하는 산화철-탄소 조성물 자체에 마이크로파를 조사한 경우와는 달리 상기 조성물이 수지와 혼합되어 섬유 내부에 분산되어 있어서 광에 의해 온도가 상승한 탄소 조성물로부터 열전도에 의해 섬유 전체로의 온도 상승이 필요하므로, 섬유의 상승 온도는 탄소 조성물 자체의 상승 온도보다 작다는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 필요로 하는 용도에 따라 본 발명에 따른 산화철-탄소 조성물의 양과 종류, 섬유에 함께 포함되는 수지의 양과 종류, 광의 조사 시간과 출력 등을 조절하여 원하는 온도를 얻을 수 있다.
<실시예 2> 원단의 발열효과 측정
상기 실시예 1의 발열 항균섬유(탄소화합물+산화철화합물)로 제직된 원단(#1 - BIO-Heatsol)과 시중에서 유통되는 발열 원단(#2 - U.A. Thermal cloth)을 한국의류시험연구원(KATRi)에 의뢰하여 보온성 및 발열성을 분석하였다.
도 1에는 KS K 0560:2011(천의 보온성 측정방법)의 방법으로 보온효과를 측정한 결과가 도시되어 있는데, 본 발명의 발열 항균원단은 32.9 %의 보온율을 보이는 반면에 시중의 발열 원단은 28.7 %의 보온율을 나타내어, 본 발명에 따른 발열 항균원단의 보온효과를 확인할 수 있었다.
도 2 및 도 3에는 도 4의 방법으로 발열효과를 측정한 결과가 도시되어 있는데, 220 V, 500 W, 3200 K의 백열전구로 50 ㎝ 이격된 거리에서 60 분간 조사한 결과, 양 원단은 처음 10 분간 온도가 급격히 상승하다가 이후 온도상승폭이 점차 감소하였으며, 60 분 경과시 본 발명의 발열 항균원단은 14.84 ℃의 온도상승폭을 나타내었으나, 시중의 발열 원단은 12.40 ℃ 상승하는데 그쳤다.
이러한 결과를 바탕으로, 본 발명에 따른 발열 항균원단은 섬유에 함유된 산화제일철, 산화제이철 및 사산화삼철의 산화철화합물과 탄소화합물의 상호 보완 및 상승작용에 의하여 광 에너지를 효율적으로 이용할 수 있어서, 종래의 방법으로 제조된 일반섬유 및 발열 원단에 비하여 보다 향상된 발열 및 보온효과를 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.
<실시예 3> 섬유의 항균효과 측정
상기 실시예 1의 발열 항균섬유(탄소화합물+산화철화합물)를 솜의 형태로 시료를 제조하였으며, 이를 한국의류시험연구원에 의뢰하여 건조속도, 마찰대전압, 소취율 및 항균도를 분석하였다.
도 5에는 건조속도와 마찰대전압의 측정결과가 도시되어 있으며, 건조속도는 KS K 0815,6.28.1:2008 A법으로 측정한 결과 600 분이었고, 마찰대전압은 KS K 0555:2010 B법(마찰대전압 측정법)으로 측정하였을 때 면마찰포가 8400 V, 모마찰포가 6300 V로 측정되었다.
도 6은 암모니아(NH3) 가스를 대상으로 가스검지관법을 이용하여 소취율을 측정한 결과를 보여주고 있으며, 소취율이 61 %(30 분), 65 %(60 분), 70 %(90 분), 75 %(120 분)로 측정되어 본 발명의 산화철-탄소 조성물이 함유된 발열 항균섬유가 시간이 지남에 따라 암모니아를 지속적으로 분해하여 냄새를 점차 제거하는 것을 알 수 있다.
황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538) 및 폐렴균(Klebsiella pneumoniae ATCC 4352)을 대상으로 KS K 0693:2011 방법을 준용하여 항균도를 측정하였으며, 그 결과 도 7에서와 같이 양 균주 모두 99.9 % 이상의 정균감소율을 보였다.
도 8에는 발열 항균가공을 하지 않은 시중의 일반 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유소재의 솜을 대조편으로 하여 비교시험한 결과가 도시되어 있으며, 대조편의 페트리 접시에는 양 균주 모두 다수의 콜로니가 형성되어 있으나 본 발명의 시험편에서는 콜로니의 형성이 관찰되지 않았으며, 이로부터 본 발명에 따른 발열 항균섬유의 항균효과를 확인할 수 있다.

Claims (7)

  1. 탄소화합물 25~95 중량%와 산화제일철, 산화제이철 및 사산화삼철로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로서 구형도 0.5 이상의 구형입자로 이루어진 산화철화합물 5~75 중량%로 구성되고 입자크기가 10 ㎚~100 ㎛이며 주파수 300 ㎒~300 ㎔의 장파장 파에 의해 발열하는 산화철-탄소 조성물이 섬유의 1~10 중량% 함유되어 있으며,
    상기 산화철-탄소 조성물은 산화 알루미늄, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화아연, 이산화망간, 이산화규소 및 이산화티탄으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 금속산화물을 조성물 전체중량 기준 1~50 중량% 더 포함하는 광에 의해 발열하는 항균섬유.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄소화합물은 카본블랙, 숯 분말, 탄소분말, 흑연분말, 탄소섬유분말, 탄소나노튜브 및 그라핀으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광에 의해 발열하는 항균섬유.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속산화물은 제올라이트, 일라이트, 벤토나이트, 몬모릴로나이트, 페라이트, 마그네타이트, 페그마타이트, 토르말린, 견운모 및 황토로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 분말로부터 제조된 것을 특징으로 하는 광에 의해 발열하는 항균섬유.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화철-탄소 조성물은 방사원액에 혼합되어 방사되는 과정을 통하여 섬유에 함유되는 것을 특징으로 하는 광에 의해 발열하는 항균섬유.
  7. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 또는 청구항 6 중 어느 한 항의 광에 의해 발열하는 항균섬유로 제조된 원단.
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