KR101611386B1 - 24시간 항시 보온원단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 24시간 항시 보온기능을 갖는 보온원단에 관한 것으로, 섬유로 형성되는 상기 원단의 일면에는 태양광을 받으면 발열하는 광발열 물질을 함유하는 태양광 발열부가 형성되고, 상기 원단의 타면에는 체열을 반사하는 체열반사부가 형성되는 것을 특징으로 하는 24시간 항시 보온원단에 관한 것이다.

Description

24시간 항시 보온원단{A 24 HOURS KEEP-WARM FABRIC}

본 발명은 24시간 항시 보온기능을 갖는 보온원단에 관한 것으로 태양광 등의 광에너지를 열에너지로 변환하여 발열효과을 갖으며, 신체에서 발생되는 체열을 이용하여 체온을 유지하는 보온원단에 관한 것이다.

보온의 개념은 인체에서 방출되는 열을 외부로 손실되지 않게 하는 소극적 방법과 외부에서 적극적으로 열을 부여하는 적극적 개념으로 구별될 수 있다. 전자의 방법으로 이용되는 것은 인체로부터 발생하는 열을 직물의 공기층에 의해 단열 보온하는 방식과 인체에서 발산한 복사열을 의복 외로 발산시키지 않는 적외선 반사소재를 사용하는 방법, 인체 방사 에너지를 흡수하는 소재를 사용하는 방법 등이 제안되고 있고, 후자의 방법으로는 전기 발열소재, 화학반응 발열보온소재, 태양광 축열 보온소재를 피복에 도입하는 방식이 제안되고 있다.

전자의 방식 중 공기층에 의한 단열보온방식은 피복을 구성하는 직물의 두께를 증가시키는 이유가 되어 활동성이 낮아지는 원인이 되며, 기타 소재를 이용하는 방식은 피복의 세탁성이나 내구성을 저하시키는 요소가 되어 범용적으로 사용하기 어려운 단점이 있다.

한편 열전도도는 열의 전달 정도를 나타내는 물질에 관한 상수로서 열전도율이라고도 한다. 물체 내부 임의의 점에서 등온면(等溫面)의 단위면적을 지나 이것과 수직으로 단위시간에 통과하는 열량과 이 방향의 온도 기울기 와의 비를 말한다. 즉, 열의 전달 정도를 나타내는 물질에 관한 상수인데, 온도나 압력에 따라 달라진다. 등방성 물질의 경우에는 스칼라량, 비등방성 물질의 경우에는 텐서량이 된다. 특히 금속은 자유전자에 의한 열전도때문에 큰 값을 가지며, 열전도도와 전기전도도 사이에는 비데만-프란츠의 법칙이 성립한다. 열전도도는 밀도, 비열, 점도에 의해 영향을 받는다. 옷감을 예를 들면 열전도도가 큰 아마섬유는 시원한 섬유이고, 열전도도가 작은 양모는 가장 따뜻한 섬유이다.

대한민국 공개특허 제1991-3210호에서는 원적외선 방사 특성에 의한 보온성이 우수한 코팅직물의 제조방법이 제안되었는데 구체적으로 합성섬유직물의 한면에 디메틸 포름아미드를 용제로 사용한 고형분 30±1％의 폴리우레탄 용액과, 20-80％의 마이크로클라인, 5-30％의 산화베릴륨, 5-20％의 산화아연 및 5-15％의 이산화주석을 소결, 분쇄하여 얻은 원적외선 방사특성을 갖는 미립자와, 제올라이트 에이(Zeolite A)로 구성된 혼합물로 코팅피막을 형성시킨 코팅 직물의 제조방법에 관한 것이다. 본 방법은 상기에서 언급한 바와 같이 직물에 코팅층이 형성되므로 세탁성 및 내구성에 문제가 있다.

또한 국제공개공보 WO2002/34988에서는 전원으로부터 열을 발생시키기 위한 전도성 사로 제조된 직물로서 일 이상의 비전도성사와 일 이상의 양의 온도계수(PTC)가열사를 포함하고 상기 비전도성사 및 PTC 가열사가 조합되어 가열 직물을 형성하는 구조가 제안되었다. 본 제안도 별도의 전원을 발생시키는 구조가 필요하며 피복적합성이 저하되는 등 문제가 있다.

한편, 대한민국 실용신안공고 제200227811호에서는 방적사 또는 멀티필라멘트사인 경사와 위사가 서로 교차하여 제직된 원단에 있어서, 폴리아미드 섬유 상에 은이 도금되어 있는 은 도금사가 경사방향 또는 위사 양방향에 일정간격으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 다기성 원단이 제안되었다. 상기 원단은 은 도금사가 경사 또는 위사방향을 일정하게 배열되어 있어 제전효과 및 단열이나 보온효과가 우수한 특성이 있다고 하지만 직물에 일정 간격으로 배치된 은 도금사의 존재로 보온효과를 기대하기는 어렵고, 상기 은도금사와 함께 직조되는 더 많은 올 수의 열전도도에 차이가 없는 일반사로 인해 단열성이나 보온성을 발현하기가 어렵다. 더욱이 은 도금사가 배치된 부분 외에 대부분이 열전도도가 낮은 섬유로 구성된다는 점은 동일층의 직물에서 일부분의 열전도도 차이로 인해 단열성을 구현할 수 있는가에 실효성이 의심스럽다.

상기와 같은 종래의 보온의 개념은 원단이나 피복의 조건에만 의존하는 것이고 이를 착용하는 인체의 신진대사와 메커니즘은 전혀 고려치 못한 점이 있다.

본 발명의 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 외부의 태양광 등의 광에너지를 효율적으로 열에너지로 변환하여 원단이 발열함으로써 보온효과를 주며, 신체에서 발생되는 체열 및 적외선을 증폭 또는 발생시켜 체온을 유지하도록 하여 외부 에너지 및 신체 에너지까지 활용하여 보온기능을 지속시키는 24시간 항시 보온원단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 천연섬유, 인조섬유, 합성섬유 중 어느 하나 또는 2 이상 혼합하여 형성되는 원단의 일면에는 태양광을 받으면 발열하는 광발열 물질을 함유하는 태양광 발열부가 형성되되, 상기 원단의 타면에는 체열반사부가 형성되는 것을 특징으로 하는 24시간 항시 보온원단을 제공한다.

또한, 상기 태양광 발열부는 원단의 일면 표면의 전면 또는 10~90%로 형성되는 것을 특징으로 하는 24시간 항시 보온원단을 제공한다.

또한, 상기 광발열 물질은 탄소계 물질, ATO(Antimon Tin Oxide), ITO(Indium Tin Oxide), 4족 금속산화물 중 하나 또는 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 24시간 항시 보온원단을 제공한다.

또한, 상기 광발열 물질은 바인더와 함께 혼합되어 도포되는 것을 특징으로 하는 24시간 항시 보온원단을 제공한다.

또한, 상기 체열반사부는 금속박막 또는 금속재를 포함하는 수지가 도포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 24시간 항시 보온원단을 제공한다.

또한, 상기 체열반사부는 원단의 타면 표면의 전면 또는 30~90%로 형성되는 것을 특징으로 하는 24시간 항시 보온원단을 제공한다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

도 1은 본 발명에 따른 24시간 항시 보온원단의 단면을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양광 발열부와 체열반사부가 형성된 보온원단의 일실시예를 나타낸 도면이다.

본 발명은 태양광을 받으면 발열하는 광발열 물질을 함유하는 태양광 발열부와 체열반사부가 형성되어진 보온원단 10에 관한 것으로, 도 1에서와 같이 태양광이 직접적으로 닿는 바깥쪽에 위치한 원단의 일면에 상기 태양광 발열부가 형성되고, 피부측에 위치하는 상기 원단의 타면에 체열반사부가 형성되어 보온 기능을 갖는 보온원단에 관한 것이다.

상기 원단 100은 천연섬유, 인조섬유, 합성섬유 중 어느 하나 또는 2 이상 혼합하여 형성된 제직, 편직, 부직포 등 일반적인 원단을 사용할 수 있으며, 상기 원단은 가공성을 높이기 위해 친수화가공을 하는 것이 바람직할 것이다. 상기 친수화 가공은 일반적인 가공을 통해 실시할 수 있을 것이다.

또한 상기 원단은 본 발명의 보온원단 10의 사용용도에 따라 흡수속건성, 항균성 등의 기능성이 부여된 기능성 원단을 사용할 수 있을 것이다.

상기 태양광 발열부 110는 광발열 물질을 함유되어 상기 원단 100의 일면에 형성되는 것으로 상기 원단의 일면 표면의 전면에 형성되거나 또는 10~90%로 형성될 수 있다.

상기 태양광 발열부 110는 상기 원단 100의 일면 표면의 전면에 형성될 경우 발열효과가 가장 높지만 본 발명의 보온원단의 사용 용도에 따라 발열량을 조절하는 것이 바람직할 것이다.

상기 태양광 발열부 110가 상기 원단 100의 일면 표면의 10%미만으로 형성되면 발열 효과가 미미할 수 있으며, 상기 원단의 일면 표면의 90%를 초과하며 전면에 형성되는 것과 큰 차이 없으므로 태양광 발열부 110는 원단 100의 일면 표면의 10~90%로 형성되는 것이 바람직할 것이다.

상기 태양광 발열부 110는 광발열 물질을 함유하는 것으로 상기 광발열 물질을 태양광을 받으며 발열되는 특성을 가지는 물질로 이러한 물질로는 카본블랙, 탄소나노튜브 등의 탄소계 물질, 티탄늄, 지르코늄, 하프늄 등의 4족 금속물의 산화물 또는 탄화물, ATO(Antimon Tin Oxide) ITO(Indium Tin Oxide) 등이 있다.

본 발명에서 사용할 수 있는 광발열 물질은 탄소계 물질, ATO(Antimon Tin Oxide), ITO(Indium Tin Oxide), 4족 금속산화물 중 하나 또는 2 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직할 것이다.

상기 태양광 발열부 110는 상기 광발열 물질을 함유한 필름을 상기 원단 100의 일면에 접합시키거나 또는 상기 광발열 물질과 바인더와 함께 혼합되어 도포할 수 있으나, 상기 광발열 물질을 바인더와 함께 혼합하여 도포하는 것이 바람직할 것이다.

또한 상기 탄소계 물질, ATO(Antimon Tin Oxide), ITO(Indium Tin Oxide), 4족 금속산화물 중 하나 또는 2 이상의 혼합물의 광발열 물질과 바인더와 혼합하여 상기 원단 일면에 프린팅, 라미네이팅 등의 방법으로 도포하여 태양광 발열부 110를 형성할 수 있을 것이다.

상기 바인더는 아크릴계, 우레탄계, 실리콘계 바인더를 사용할 수 있으며, 상기 광발열 물질과 바인더와의 혼합율은 중량비 30:70~70:30으로 혼합하는 것이 바람직할 것이다.

상기 태양광 발열부 110가 형성되는 형상은 한정되지 않고 상기 광발열 물질이 태양광을 이용하여 발열할 수 있으면 어떠한 형태로 형성되어도 관계없으며, 줄무늬 형태 또는 도 2와 같은 도트(dot) 형태로 형성될 수 있을 것이다.

상기 체열반사부 120는 인체에서 발생되는 체열을 반사하여 다시 인체로 되돌리는 기능으로 보온성을 향상시키며, 상기 체열반사부는 금속박막 또는 금속재를 포함하는 수지를 도포하여 형성할 수 있다.

상기 금속박막은 금박, 은박, 알루미늄 박막 등의 금속박막을 상기 원단 100의 타면에 접합시켜 상기 체열반사부를 형성할 수 있을 것이다.

또한, 금, 은, 알루미늄 등 파우더 형태의 금속재를 포함하는 수지를 프린트(print), 코팅(coating), 라미네이트(lamination), 패딩(padding) 등 다양한 방법을 사용하여 상기 원단 100에 도포함으로써 상기 체열반사부 120를 형성할 수 있을 것이다.

상기 체열반사부 120는 상기 금속박막 또는 금속재를 포함하는 수지를 원단 100의 타면 표면의 전면에 형성하거나 또는 30~90%로 형성하는 것이 바람직할 것이다.

상기 체열반사부 120는 상기 원단 100의 타면 표면의 전면에 형성될 경우 반사효과가 가장 높지만 본 발명의 보온원단의 사용 용도에 따라 반사량을 조절하는 것이 바람직할 것이다.

상기 체열반사부 120는 상기 태양광 발열부 110와 같이 형성되는 형상이 한정되지 않고 상기 체열반사부가 체열을 반사할 수 있으면 어떠한 형태로 형성되어도 관계없으며, 줄무늬 형태, 도트 형태 또는 도 2와 같은 사각 형태로 형성될 수 있을 것이다.

상기와 같이 형성되는 본 발명에 따른 태양광 발열부 110와 체열반사부 120가 형성된 보온원단 10은 태양광에 직접적으로 노출되도록 원단 100의 바깥쪽에 위치한 일면에 태양광 발열부를 형성하여 낮은 온도에서도 효율적으로 발열효과를 가짐으로써 보온성을 높이며, 피부 쪽을 향한 원단의 타면에 체열반사층을 형성하여 신체로부터 발생하는 체열을 바깥으로 방출하지 않고 인체로 되돌려 보온성이 뛰어난 다양한 의류를 제조할 수 있도록 할 것이다.

본 발명에 따른 24시간 항시 보온기능을 갖는 보온원단은 원단에 기능성을 부여하여 상기 원단의 일면에 형성된 태양광 발열부를 통해 태양광 등의 광을 흡수하여 열에너지를 변환시키는 작용으로 낮아진 온도를 높이고 보온할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 보온원단은 상기 원단의 타면에 형성된 체열반사부를 통해 신체에서 발생되는 체열을 이용하여 신체의 체온을 유지시킴으로써 보온성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 24시간 항시 보온원단의 단면을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발열부와 체열반사부가 형성된 보온원단의 일실시예를 나타낸 도면이다.

이하 본 발명에 따른 24시간 항시 보온원단을 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예

나일론 섬유를 사용하여 제조한 직물의 일면에 ATO와 폴리우레탄계 바인더를 중량비 1:1로 혼합하여 롤프린팅 방법으로 도 1에 도시된 형태로 도포하여 태양광 발열부를 형성하였고, 상기 직물의 타면에 알루미늄 파우더와 폴리우레탄계 바인더를 중량비 7:3으로 혼합하여 롤프린팅 방법으로 도 1에 도시된 형태로 도포하여 체열반사부를 형성하였다.

◎ 광발열평가실험

광발열 평가실험은 상기 실시예에서 제조된 태양광 발열부와 체열반사부가 형성된 보온원단과 아무런 처리가 되지 않은 나일론 직물을 비교예로 사용하여 평가실험을 실시하였다.

1. 광발열 평가

아래의 실험방법으로 상기 실시예의 원단과 비교예의 원단의 광발열을 평가하였다. 실험결과는 표 1에 나타내었다.

* 실험방법

가. 실험실 온·습도: (25±2)℃ , (35±5)% R.H

나. 시료를 실험실에서 온도가 같아지도록 안정화하였다.

다. 500W의 전구를 시료와 45㎝ 떨어진 상태에서 점등하여 시료에 광발열을 유도하였으며, 시료 뒷면에 온도계를 부착하여 온도를 측정하였다.

시간 (min)	비교예 (℃)	실시예 (℃)	온도차이 (℃) (실시예-비교예)
0	25.1	25.1	0.0
2	36.4	45.2	8.8
4	38.0	46.9	8.9
6	38.7	47.8	9.1
8	38.9	48.5	9.6
10	39.2	48.9	9.7
15	39.7	49.4	9.7
20	40.2	49.9	9.7

표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예는 전구가 점등과 동시에 원단의 온도가 단시간에 급상승하였으며, 비교예는 실시예와 비교하여 서서히 원단의 온도가 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 20분 후에도 9℃이상 차이가 있음을 알 수 있는 것으로, 본 발명에 따라 태양광 발열부가 형성된 보온원단은 외부 광원으로부터 온 열에너지를 이용하여 단시간에 광발열하여 발열 효율이 매우 우수함을 알 수 있다.

2. 체열반사 평가

아래의 실험방법으로 상기 실시예의 원단과 비교예의 원단의 체열반사를 평가하였다. 실험결과는 표 2에 나타내었다.

* 실험방법

가. 실험실 온·습도: (25±2)℃ , (35±5)% R.H

나. 시료를 실험실에서 온도가 같아지도록 안정화하였다.

다. 실험실의 밝기를 5lux로 조절하여 외부의 광원이 없는 상태에서 각 시료를 양 손등 위에 올려 체열반사를 유도하였으며, 시료 겉면에 온도계를 부착하여 온도를 측정하였다.

시간 (min)	비교예 (℃)	실시예 (℃)	온도차이 (℃) (실시예-비교예)
0	26.1	26.1	0
2	25.9	26.1	0.2
4	26.0	26.5	0.5
6	26.2	27.0	0.8
8	26.3	27.5	1.2
10	26.1	27.4	1.3
15	26.2	27.9	1.7
20	26.2	28.3	2.1

표 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예는 신체에 올려놓은 후 온도가 서서히 상승하였으며, 비교예는 실시예와 비교하여 원단의 온도가 미약하게 변동한 것을 알 수 있었다. 또한 20분 후에도 2.6℃이상 차이가 있음을 알 수 있는 것으로, 본 발명에 따라 체열반사부가 형성된 보온원단은 어두운 환경에서도 신체에서 발생하는 체열 및 적외선을 이용하여 열을 인체로 돌려주어 보온 및 발열 효율이 우수함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 태양광 발열부 및 체열반사부가 형성된 보온원단은 외부 광원의 유무와 상관없이 24시간 동안 지속적으로 보온효과를 나타낼 수 있어 보온 효율이 일반적인 원단에 비해 월등하게 우수하다는 것을 알 수 있다.

<도면의 주요부에 대한 설명>
10 : 보온원단 100 : 원단
110 : 태양광 발열부 120 : 체열반사부

Claims (6)

1. 천연섬유 또는 인조섬유로 형성되는 원단의 일면에는 태양광을 받으면 발열하는 광발열 물질을 함유하는 태양광 발열부가 형성되고, 상기 원단의 타면에는 체열반사부가 형성되되,
   상기 광발열 물질은 ATO(Antimon Tin Oxide), ITO(Indium Tin Oxide), 4족 금속산화물 중 하나 또는 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 24시간 항시 보온원단.
2. 제1항에 있어서,
   상기 태양광 발열부는 원단의 일면 표면의 전면 또는 10~90%로 형성되는 것을 특징으로 하는 24시간 항시 보온원단.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 광발열 물질은 바인더와 함께 혼합되어 도포되는 것을 특징으로 하는 24시간 항시 보온원단.
5. 제1항에 있어서,
   상기 체열반사부는 금속박막 또는 금속재를 포함하는 수지가 도포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 24시간 항시 보온원단.
6. 제1항에 있어서,
   상기 체열반사부는 원단의 타면 표면의 전면 또는 30~90%로 형성되는 것을 특징으로 하는 24시간 항시 보온원단.

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