KR101960080B1

KR101960080B1 - 냉감 기능을 갖는 자외선 차단 섬유 및 원단

Info

Publication number: KR101960080B1
Application number: KR1020180031466A
Authority: KR
Inventors: 정재헌; 손태원; 정재훈; 최익성; 김지영
Original assignee: 주식회사 지클로
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2019-03-19

Abstract

본 발명은 유기계 섬광물질인 2,5-비스(5-t-부틸벤즈옥사졸-2-일)티오펜과 무기입자인 이산화티탄 및 세라믹 입자를 섬유에 함유시킴으로써 자외선 차단효과와 냉감 효과를 얻을 수 있는 냉감 기능을 갖는 자외선 차단 섬유 및 원단에 관한 것이다.
본 발명에 따른 섬유 및 원단은 유기계의 BBOT와 무기계의 이산화티탄이 조합되어 서로의 단점을 보완하면서 자외선 중 지상에 도달하는 UV-A 및 UV-B 자외선의 대부분을 차단하여 인체 피부가 자외선에 의해 손상되는 것을 방지하고, 또한 세라믹 입자가 함유되어 원단이 피부와 접촉시 시원한 냉감 효과를 제공하므로 자외선이 강한 무더운 여름철에 특히 유용하다.

Description

냉감 기능을 갖는 자외선 차단 섬유 및 원단{UV Light Protective Fiber and Fabric having Refrigerant Performance}

본 발명은 유기계 섬광물질인 2,5-비스(5-t-부틸벤즈옥사졸-2-일)티오펜과 무기입자인 이산화티탄 및 세라믹 입자를 섬유에 함유시킴으로써 자외선 차단효과와 냉감 효과를 얻을 수 있는 냉감 기능을 갖는 자외선 차단 섬유 및 원단에 관한 것이다.

태양광선은 파장이 다른 감마선, 엑스선, 자외선, 가시광선, 적외선, 라디오파 등으로 이루어지고 이 중 자외선은 100~400 ㎚ 범위의 파장을 갖는 전자기파로서, 이러한 단파장의 자외선은 대부분 대기의 오존층에 흡수되어 지상에 도달하지 못하나 최근 오존층의 파괴가 심각해지면서 자외선 복사량이 증대되어 자외선에 의한 피부손상이 문제시되고 있다.

자외선은 파장의 길이에 따라 UV-A(320~400 ㎚), UV-B(280~320 ㎚), UV-C(100~290 ㎚)로 구분되고 UV-A는 다시 UV-A I(340~400 ㎚)과 UV-A Ⅱ(320~340 ㎚)로 나누어지며, 이들 중 UV-C는 대기상의 오존층, 수증기, 먼지 등에 흡수·산란되기 때문에 지표면 상에는 인체에 유해한 UV-A 및 UV-B만이 도달하므로 보통 UV-A와 UV-B가 차단 대상이 된다.

자외선에 노출된 후 수 시간이 지나면 피부가 빨갛게 되는 홍반이 발생하고 다량의 자외선에 노출된 경우에는 더욱 진전되어 물집이 생기는 등 화상을 입을 수 있는데 이러한 현상들은 주로 UV-B 자외선으로 인해 발생한다.

상기와 같이 직접 피부에 화상을 일으켜 바로 느낄 수 있는 UV-B와 달리 UV-A는 피부 깊숙이 침투하여 서서히 기미와 주근깨를 만들어 피부를 망가뜨리며, 면역체계를 손상시키고 피부세포의 조기노화, 피부암과도 관련이 깊어서 이에 대한 대책 마련이 요구되고 있다.

최근에는 대기오염에 의한 오존층의 파괴와 여가 활동의 증가로 인하여 자외선의 위험에 인체는 더 많이 노출되고 이에 따라 자외선으로부터 인체를 보호하기 위한 방안이 요구되고 있으며, 이러한 방안 중에는 자외선 차단 기능을 가진 섬유소재가 개발되어 의류에 적용되고 있다.

자외선 차단 기능을 갖는 소재는 자외선을 흡수하여 열, 파동, 형광 및 라디칼과 같은 다양한 형태로 에너지를 변환시켜 자외선 작용을 소실시키는 유기계 자외선 흡수제와 자외선을 반사 또는 산란시키는 무기계 자외선 산란제로 구분할 수 있다.

유기계 자외선 흡수제로서, UV-A I 영역에서는 비스-에칠헥실옥시페놀메톡시페닐트리아진(bis-ethylhexyloxyphenol methoxyphenyl triazine), 부틸메톡시디벤조일메탄(butyl metoxydibenzoylmethane), 디에틸아미노하이드록시벤조일헥실벤조에이트(diethylamino hydroxybenzoyl hexyl benzoate), 디소듐페닐디벤즈이미다졸 테트라설포네이트(disodium phenyl dibenzimidazole tetrasulfonate), 드로메트리졸트리실록산(drometrizole trisiloxane), 멘틸안트라닐레이트(menthyl anthranilate), 테레프탈릴리덴디캠퍼설폰산(terephthalyidene dicamphor sulfonic acid), 메틸렌 비스-벤조트리아졸릴테트라메틸부틸페놀(methylene bis-benzotriazolyl tetramethylbutylphenol) 등을 들 수 있고, UV-A Ⅱ 및 UV-B 영역에서는 벤조페논-3((benzophenone-3), 벤조페논-4(benzophenone-4), 디에틸헥실부타미도트리아존(diethylhexyl butamido triazone), 에틸헥실살리실레이트(ethylhexyl salicylate), 에틸헥실트리아존(ethylhexyl triazone), 호모메틸살리실레이트(homomethyl salicylate), 이소아밀 p-메톡시신나메이트(isoamyl p-methoxycinnamate), 옥토크릴렌(octocrylene), 페닐벤지미다졸설폰산(phenylbenzimidazole sulfonic acid), 4-메틸벤질리덴캠퍼(4-methylbenzylidene camphor), 폴리실리콘-15(polysilicone-15) 등을 들 수 있다.

그런데 이러한 유기계 자외선 흡수제는 가격이 비싸고 고온에서의 내구성이 문제가 되며, 용매사용에 의한 환경문제가 발생할 우려가 크고 세탁에 의해 변색이나 자외선 차단 효과가 급격히 저하되는 단점이 있다.

이러한 단점을 개선하기 위하여, 무기계 자외선 산란제를 합성수지 중합 중에 소량 첨가해 분산시키거나 또는 합성수지와 무기계 자외선 산란제의 혼합물을 컴파운딩한 수지 조성물을 방사하여 합성섬유를 제조하는 방안이 있으며, 무기계 자외선 산란제 중 UV-A I 영역에서는 산화아연, 산화세륨 나노입자 등이 효과적이고 UV-A Ⅱ 및 UV-B 영역에서는 이산화티탄 나노입자가 대표적으로 사용된다.

그러나 이산화티탄은 결정 표면에 많은 수산기(-OH)를 가지고 있기 때문에 친수성이 강하여 대기 중의 수분과 결합하므로 입자와 입자 간의 응집이 발생하고 이를 섬유 내부에 혼입시키기 위해서는 입자 크기를 수 마이크론(micron) 이하로 조정되어야 하며, 이로 인해 이산화티탄 미립자의 비표면적이 증가하여 입자표면의 친수성기가 더욱 많아지므로 입자 간의 응집을 억제하기가 더욱 어려워진다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 한국등록특허공보 제0098115호에는 티탄계 산화물, 아연계 산화물 및 알루미늄계 산화물을 이소시아네이트기 함유 실리콘 화합물로 코팅하여 표면을 소수화시킨 무기 미립자 혼합물을 제조하고 이를 폴리에스테르 펠렛에 혼합하여 섬유 내부에 분산시킴으로써, 자외선은 차단하고 가시광선 및 적외선은 반사시키도록 한 자외선 차단성 및 냉감 효과를 갖는 폴리에스테르 섬유를 제안하였다.

상기 발명은 이산화티탄 표면을 이소시아네이트기 함유 실리콘 화합물로 소수화시켜 수산기의 수분 결합에 의한 입자 응집을 방지하였으며, 수지에서의 입자 응집이 억제되어 균일하게 분산됨에 따라 균일한 사조(絲條)와 염색가공 공정에서의 얼룩 발생을 억제하였다.

그런데 자외선은 겨울보다 여름에 인체에 강하게 영향을 미치고, 특히 여름철 자외선은 UV-B가 높아서 피부에 화상을 일으키는 등 더운 여름철에 더 문제시되는데, 금속산화물은 태양광의 단파장 파가 입자 표면을 가열하고 장파장 파는 표면효과에 의해 연속된 입자의 표면을 따라 전달되면서 인접한 입자에 가열효과를 유도하여 시원한 냉감효과를 얻기는 어렵고 단지 자외선 차단효과를 얻을 수 있을 뿐이다.

또한, 자외선 차단은 UV-A I, UV-A Ⅱ, UV-B의 모든 영역에서 효과를 발휘해야 하므로 통상 상기 자외선 차단제를 둘 이상 혼합하여 사용하는 방법이 많이 채택되고 있으나, 현재 개발된 유기계 및 무기계 자외선 차단제를 혼합하여 사용하여도 자외선 차단성능이 충분치 않고 특히 UV-A I 영역 중 가시광선에 인접한 360~400 ㎚ 범위에서의 자외선 차단성능은 많이 부족한 실정이다.

이에, 한국등록특허공보 제1641921호에는 폭넓은 자외선 영역에서 차단성능이 우수한 자외선 차단성 수지 조성물이 제시되어 있으며, 상기 조성물은 고유점도가 0.5 내지 0.8인 폴리에스테르 및 상대점도가 2.0 내지 3.5인 폴리아마이드 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 합성수지 및 바나듐으로 도핑된 금속산화물(산화세륨, 산화아연, 이산화티탄) 나노입자를 포함하여 구성되며, 상기 금속산화물 나노입자는 바나듐으로 도핑된 양이 5 내지 50 중량%로 이루어진다.

자외선 영역은 3.1 eV 이상의 에너지 레벨에 해당하고 이것은 반도체 재료에서 원자가전자대와 전도대의 에너지 갭에 해당하는 에너지로서, 상기 바나듐이 도핑된 산화세륨, 산화아연, 이산화티탄 나노입자는 상기 에너지 갭의 시프트를 야기하여 UV-A I 영역 중 370~400 ㎚ 범위에서의 자외선 흡수성능을 개선함으로써 UV-A 및 UV-B의 모든 영역에 걸쳐 우수한 자외선 차단성능을 구현하도록 하였다.

그러나 바나듐(V)은 가격이 비교적 비싼 전이금속으로서, 다른 여러 전이금속과 마찬가지로 여러 가지 이온을 만들어 다른 금속과 쉽게 결합함에 따라 상기 바나듐이 도핑된 금속산화물은 금속광택의 화려한 색깔을 띠게 되어, 이를 섬유에 적용시 투명성이 손상되어 선명한 염색성을 확보하기 어렵다.

또한, 바나듐은 전이금속의 전자가(electrovalence) 에너지가 낮은 3d 오비탈에서 에너지가 높은 3d 오비탈로 전이할 때 가시광선의 빛을 흡수하여 다양한 색을 나타내면서 흡광 및 축열 작용을 하므로, 상기 발명 또한 자외선 차단 성능은 가질 수 있으나 냉감효과를 발휘하기는 어렵다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로서, UV-A I, UV-A Ⅱ, UV-B의 모든 영역에서 자외선 차단 효과를 구현하면서 무더운 여름철 시원한 냉감 효과를 얻을 수 있는 섬유 및 원단을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 2,5-비스(5-t-부틸벤즈옥사졸-2-일)티오펜 0.1~1.0 중량%, 이산화티탄 0.1~0.5 중량%, 질화알루미늄, 질화붕소 및 산화베릴륨으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 세라믹 입자 0.5~5.0 중량% 및 잔량의 수지로 구성되는 냉감 기능을 갖는 자외선 차단 섬유를 제공한다.

이때, 상기 이산화티탄과 세라믹 입자는 수지 내부에 혼입되고 2,5-비스(5-t-부틸벤즈옥사졸-2-일)티오펜은 상기 이산화티탄, 세라믹 입자 및 수지로 구성되는 섬유 표면에 코팅되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 2,5-비스(5-t-부틸벤즈옥사졸-2-일)티오펜 0.1~3.0 중량%, 이산화티탄 0.5~2.5 중량%, 질화알루미늄, 질화붕소 및 산화베릴륨으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 세라믹 입자 1.0~5.0 중량% 및 잔량의 수지가 섬유 표면에 코팅되어 있는 냉감 기능을 갖는 자외선 차단 섬유를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기의 방법으로 제조되는 원단을 제공한다.

또한, 본 발명은 외기와 접하는 표면층과 피부와 접하는 이면층으로 이루어진 이중직 원단으로서, 상기 표면층을 구성하는 섬유는 이산화티탄 0.1~0.5 중량%와 수지 99.5~99.9 중량%로 구성되는 섬유 표면에 2,5-비스(5-t-부틸벤즈옥사졸-2-일)티오펜 0.1~3.0 중량%와 수지 97.0~99.9 중량%로 구성되는 조성물이 코팅되어 있고, 상기 이면층을 구성하는 섬유는 질화알루미늄, 질화붕소 및 산화베릴륨으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 세라믹 입자 0.5~5.0 중량%와 수지 95.0~99.5 중량%로 구성되어 있는 냉감 기능을 갖는 자외선 차단 이중직 원단을 제공한다.

상기 이산화티탄은 저급알코올 10~20 중량%, 고급알코올 10~20 중량%, 물 30~40 중량% 및 유기용제 30~40 중량%를 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계; 상기 혼합액에 이산화티탄 나노분말을 넣고 교반하여 교반액을 제조하는 단계; 상기 교반액에 20~30 ㎑의 초음파를 25~35 분간 조사하는 단계; 상기 초음파가 조사된 교반액을 여과하여 혼합액을 제거하는 단계; 상기 혼합액이 제거된 이산화티탄 나노분말을 건조하는 단계; 및 상기 건조된 이산화티탄 나노분말을 불활성가스 환경에서 400~500 ℃의 온도로 10~15 시간 가열하는 단계;를 포함하는 과정으로 제조되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 섬유 및 원단은 유기계의 BBOT와 무기계의 이산화티탄이 조합되어 서로의 단점을 보완하면서 자외선 중 지상에 도달하는 UV-A 및 UV-B 자외선의 대부분을 차단하여 인체 피부가 자외선에 의해 손상되는 것을 방지하고, 또한 세라믹 입자가 함유되어 원단이 피부와 접촉시 시원한 냉감 효과를 제공하므로 자외선이 강한 무더운 여름철에 특히 유용하다.

본 발명은 유기계 섬광물질인 2,5-비스(5-t-부틸벤즈옥사졸-2-일)티오펜{(2,5-bis(5-t-butylbenzoxazol-2-yl)thiophene), BBOT}과 무기입자인 이산화티탄(titanium dioxide) 나노분말을 혼합하고 여기에 질화알루미늄(aluminum nitride, AlN), 질화붕소(boron nitride, BN) 및 산화베릴륨(beryllium oxide, BeO) 중에서 1종 또는 2종 이상의 세라믹 입자를 혼합하여 섬유에 함유시킴으로써, BBOT와 이산화티탄에 의한 자외선 차단효과와 세라믹 입자에 의한 방열효과를 얻는다.

상기 BBOT는 방사선을 계측하는데 사용되는 섬광물질로서, 약 390 ㎚에서 광흡수 피크를 가지고 450 ㎚에서 재발산하여 광파장을 자외선 영역에서 가시광선 영역으로 전환시킴으로써 인체에 미치는 자외선의 영향을 차단할 수 있으며, 자외선 흡수영역이 넓고 독성이 없으며 높은 투명도와 화학적 내구성, 쉬운 가공특성을 가져서 섬유의 투명도를 저해하지 않고 섬유에 견고히 결착하여 세탁에 의해 쉽게 이탈하지 않으므로 자외선 차단효과를 지속적으로 유지할 수 있다.

이산화티탄 나노분말은 자외선을 산란시켜 차단하는데, 피부에 부작용을 일으키지 않고 자외선에 분해되지 않는 장점을 가지고 있으며, 유기물을 분해하는 광촉매로서 널리 이용되고 있다.

그런데 이산화티탄은 표면에 친수성의 수산기를 가지고 있어서 대기 중의 수분과 결합하여 입자 간의 응집이 발생하고 이는 수지 내의 분산성을 악화시키는 문제를 야기하므로 표면을 소수성으로 가공처리할 필요가 있으며, 이를 위하여 이산화티탄에 탄소수 6 이상의 지방족 알코올인 고급 알코올(higher alcohol)로 처리한 후 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 이산화티탄을 저급 알코올(lower alcohol)로 처리하여 자외선 차단능을 향상시킬 수 있으며, 이산화티탄은 UV-A Ⅱ 및 UV-B의 자외선 영역에서 광 활성을 우수한데 저급 알코올로 처리하면 UV-A I 영역에서도 광 감응하여 자외선 차단 범위를 좀 더 증가시킬 수 있다.

상기 알코올 처리는 이산화티탄에 고급(저급) 알코올과 유기용제(물)을 혼합하고 교반한 후 초음파를 조사(照射)하며, 이를 여과하여 알코올과 유기용제(물)을 제거하고 건조하여 이산화티탄을 회수한다.

이산화티탄과 고급 알코올/유기용제 혼합액에 초음파를 조사하면 이산화티탄 표면에 친수성의 수산기와 소수성의 알킬기가 함께 형성되어 이산화티탄이 수분과 결합하는 것을 억제하며, 이산화티탄과 저급 알코올/물 혼합액에 초음파를 조사하면 이산화티탄의 산소원자를 저급 알코올의 탄소원자로 치환시켜 387 ㎚ 이상의 파장 영역에서도 광 활성이 증가된다.

상기 유기용제로서 고급 알코올을 용해할 수 있는 유기용제이면 그 종류에 제한되지 않으며, 예를 들어 탄화수소류, 알코올류, 알데히드류, 에테르류, 에스테르류, 케톤류 등으로부터 선택할 수 있다.

알코올과 유기용제(또는 물)의 혼합비는 알코올 20~40 중량%와 유기용제(또는 물) 60~80 중량%가 적당하고 초음파 조사는 20~30 ㎑의 초음파를 25~35 분간 제공하는 것이 바람직하며, 건조는 자연건조 또는 인공건조 모두 가능하고 수분이 충분히 제거되도록 한다.

상기 건조된 이산화티탄의 소수성 또는 광 활성의 안정화를 위하여 열처리할 수도 있으며, 열처리는 불활성가스 환경에서 400~500 ℃의 온도로 10~15 시간 가열하여 알킬기, 탄소원자를 이산화티탄에 안정하게 고정시킨다.

목적에 따라 이산화티탄을 고급 알코올/유기용제로 소수성 가공처리하거나 저급 알코올/물 혼합물로 광 활성 가공처리하거나 또는 이들 가공처리 과정을 한꺼번에 일괄처리할 수도 있으며, 일괄처리시에는 각 처리과정의 배합비율에 비례하여 저급알코올 10~20 중량%, 고급알코올 10~20 중량%, 물 30~40 중량% 및 유기용제 30~40 중량%를 혼합한 후 초음파를 조사한다.

상기와 같이 유기계 자외선 흡수제인 BBOT와 무기계 자외선 산란제인 이산화티탄을 함께 섬유에 함유시켜 무기계 이산화티탄이 자외선을 반사 및 산란시키고 산란된 자외선을 유기계 BBOT가 흡수하여 장파장 파로 변환시킴으로서 자외선이 피부에 침투하는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.

더불어, 무기계 자외선 산란제는 백탁현상이 있고 세탁내구성이 낮은 단점이 있으며, 유기계 자외선 흡수제는 피부에 자극을 줄 수 있고 적외선 방출로 온도가 상승하는 단점이 있으나, 무기계 자외선 산란제와 유기계 자외선 흡수제를 적정 비율로 혼합하여 사용함으로써 무기계 자외선 산란제의 우수한 자외선 차단능, 피부 안전성 및 방열효과와 유기계 자외선 흡수제의 백탁현상이 없으면서 세탁내구성이 우수한 기능이 서로의 단점을 보완하고 장점을 극대화시켜 섬유의 자외선 차단성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 이산화티탄을 섬유 내부에 혼입하고 BBOT를 섬유 표면에 고착시키는 것이 바람직한데, 이 경우 자외선이 섬유를 통과하다가 섬유 내부의 이산화티탄에 의해 반사 및 산란된 후 섬유 표면의 BBOT에 흡수되어 장파장 파로 변환되며, 장파장 파는 열작용이 있어서 섬유 표면에서 열이 발생하고 표면에서 발생한 열은 신속히 제거될 수 있으므로, 상기와 같은 자외선 차단 메커니즘이 섬유의 냉감 효과에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

반대로, BBOT를 섬유 내부에 혼입하면 자외선이 BBOT에 흡수되어 섬유 내부에서 열을 발생시키고 섬유 내부의 열은 신속히 제거되지 못하므로 본 발명의 섬유가 제공하는 냉감 효과를 저해하게 되며, 이산화티탄을 BBOT와 함께 섬유 표면에 고착시키면 자외선이 이산화티탄에 의해 표면에서 일부 반사되고 일부는 산란하면서 섬유 내부로 진행하여 섬유 표면의 BBOT에 흡수되는 기회가 줄어들므로 그만큼 자외선 차단효과가 줄어들게 된다.

질화알루미늄은 이론 열전도도(319 W/m·K)가 알루미나보다 10 배 이상이고 전기절연성(9×10¹³Ω·㎝)이 우수하며, 열팽창계수(4×10^-6)가 알루미나보다 작고 기계적 강도(430 ㎫)도 우수한 특징이 있는 연회색의 무정형 분말이고, 질화붕소는 300 W/m·K 이상의 열전도성을 가지고 있고 다른 수지들과 혼합하여도 25 W/m·K 이상의 열전도성을 가지며, 열충격저항이 크고 전기 절연성과 화학적 안전성이 우수한 무색 결정이며, 산화베릴륨은 열전도도가 330 W/m·K 정도로서 금속알루미늄에 맞먹는 높은 열전도성을 가지고 있으며 전기 저항이 우수하고 화학적으로 안정하며 산화물 중 최대의 내열충격성을 갖고 있는 무색 분말이다.

질화알루미늄, 질화붕소, 산화베릴륨은 열전도도가 커서 광 조사에 의한 열과 BBOT에 의해 자외선이 장파장 파로 변환시킴에 따른 열을 의류 외부로 신속히 배출할 수 있으며, 또한 이들 모두는 색상을 거의 띄지 않아서 섬유에 적용시 투명성을 저해하지 않으므로 선명한 염색성을 확보할 수 있다.

본 발명의 기재(basic material)인 수지는 섬유상으로 제조할 수 있는 필라멘트 형성능(形性能)을 가지는 수지이면 그 종류에 제한되지 않으며, 예를 들어 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide), 폴리염화비닐(PVC) 등의 고분자 물질을 사용할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명에서는 자외선 차단효과를 부여하는 유기계 자외선 흡수제(BBOT)와 무기계 자외선 산란제(이산화티탄)를 혼용하고 여기에 높은 열전도성을 갖는 질화알루미늄, 질화붕소, 산화베릴륨을 1종 또는 2종 이상 추가하여 섬유에 자외선 차단 및 냉감 기능을 부여함으로써, 특히 자외선이 강렬한 무더운 여름철에 인체를 보호하고 쾌적한 느낌을 제공하는데 효과적이다.

본 발명에서 섬유에 자외선 차단 및 냉감 기능을 부여하는 조성물은 수지에 혼합하여 마스터배치 칩으로 제조한 후 방사하거나 섬유방사원액에 첨가하여 방사하는 방법으로 섬유 내부에 혼입하는 방법과, 제조된 섬유에 흡착시켜 표면에 고착시키는 흡착법과 패딩법 등으로 섬유 표면에 코팅하는 방법이 있다.

조성물을 섬유 내부에 혼입할 시 각 조성물의 함량은 수지 중 BBOT 0.1~1.0 중량%, 이산화티탄 0.1~0.5 중량%, 질화알루미늄, 질화붕소, 산화베릴륨 중에서 선택된 1종 또는 2종의 세라믹 입자 0.5~5.0 중량% 함유되도록 배합하는 것이 바람직하고, 조성물을 섬유 표면에 코팅할 경우 조성물의 함량이 상기 배합비보다 좀 더 증가되도록 수지 중 BBOT 0.1~3.0 중량%, 이산화티탄 0.5~2.5 중량%, 세라믹 입자 1.0~5.0 중량% 함유되도록 배합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 배합비 범위는 자외선 차단효과와 냉감 효과가 배합량 대비 최대치가 되는 범위로서, 상기 범위 미만이면 각 효과가 미진하고 상기 범위를 초과하면 사용량 증가분에 비례하여 효과의 상승률이 낮으므로, 경제성을 고려하여 상기 범위로 배합하는 것이 적절하다.

상기 자외선 차단효과에서 설명한 바에 더하여, 이산화티탄 나노입자와 질화알루미늄, 질화붕소, 산화베릴륨의 세라믹 입자는 입자형태이므로 섬유 표면에 코팅하면 세탁내구성이 저하될 수 있으므로 섬유 내부에 혼입하는 방법이 바람직하고, BBOT는 유기물질로서 섬유에 흡착되어 표면에 견고히 고착되므로 섬유 표면에 코팅하는 방법이 바람직하다.

자외선 차단효과와 냉감 효과를 좀 더 향상시키기 위하여 본 발명의 섬유로 이중직 원단을 제조하되, 외기와 접하는 표면층을 구성하는 섬유에 BBOT와 이산화티탄을 함유시키고 피부와 접하는 이면층에 질화알루미늄, 질화붕소, 산화베릴륨 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유시키는 것도 가능하며, 이때에도 표면층 섬유는 이산화티탄을 섬유 내부에 혼입시키고 BBOT를 섬유 표면에 코팅하며, 이면층 섬유는 질화알루미늄, 질화붕소, 산화베릴륨의 세라믹 입자를 섬유 내부에 혼입시키는 것이 바람직하다.

즉, 표면층에는 자외선 차단효과를 부여하고 이면층에는 냉감 효과를 부여하는데, 표면층이 외기와 접하므로 BBOT와 이산화티탄이 자외선을 반사하거나 흡수하여 제거하는 작용과 태양광의 열선에 의한 열 및 자외선의 광파장 변환에 의해 발생하는 열을 제거하는 것이 수월하게 이루어지며, 이면층이 피부와 접하므로 열전도성이 높은 상기 세라믹 입자가 피부의 열을 빼앗아서 외부로 배출하는 것이 신속히 이루어질 수 있다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 시험예에 의거하여 좀 더 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 1~15>

나일론 수지를 압출기(exturder)의 메인 피더(main feeder)에 투입하고, BBOT, 이산화티탄 나노분말, 세라믹 분말을 사이드 피더(side feeder)에 투입하여 가열운전되는 압출기 내에서 서로 용융·혼합시킨 다음, 방사구금을 통하여 방사속도 4000 m/min로 용융방사하여 하기 표 1의 조성비로 BBOT, 이산화티탄 나노분말, 세라믹 분말이 함유된 나일론 필라멘트 섬유를 제조하였다.

섬유 조성비(중량%)

	나일론 수지	BBOT	이산화티탄	질화알루미늄	질화붕소
실시예 1	100	-	-	-	-
실시예 2	99.9	0.1	-	-	-
실시예 3	99.7	0.3	-	-	-
실시예 4	99.5	0.5	-	-	-
실시예 5	99.9	-	0.1	-	-
실시예 6	99.3	-	0.3	-	-
실시예 7	99.5	-	0.5	-	-
실시예 8	99.2	0.5	0.3	-	-
실시예 9	98.7	0.5	0.3	0.5	-
실시예 10	98.2	0.5	0.3	1.0	-
실시예 11	97.7	0.5	0.3	1.5	-
실시예 12	98.7	0.5	0.3	-	0.5
실시예 13	98.2	0.5	0.3	-	1.0
실시예 14	97.7	0.5	0.3	-	1.5
실시예 15	98.2	0.5	0.3	0.5	0.5

<시험예 1> 자외선 차단율 측정

상기 실시예 1~8 및 15의 섬유를 KS K 0850:2014 시험법으로 자외선 차단율을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

자외선 차단율(%) 측정결과

	UV-R	UV-A	UV-B
실시예 1	62.0	59.5	71.3
실시예 2	75.7	75.8	75.3
실시예 3	78.7	79.4	76.2
실시예 4	80.6	81.3	78.2
실시예 5	99.4	99.4	99.4
실시예 6	99.5	99.5	99.6
실시예 7	99.6	99.6	99.6
실시예 8	99.8	99.7	99.9
실시예 15	99.9	99.8	99.9
주) ·측정기기: UV-VIS-NIR Spectrophotometer(Lambda 1050, PerkinElmer, 미국) ·파장범위: UV-R (290~400 ㎚) / UV-A (315~400 ㎚) / UV-B (290~315 ㎚) ·파장간격: 5 ㎚

상기 표 2를 보면, 나일론 수지만으로 제조된 섬유(실시예 1)는 UV-R, UV-A, UV-B의 자외선 차단율이 62.0 %, 59.5 %, 71.3 %이었으나, BBOT(실시예 2~4) 또는 이산화티탄(실시예 5~7)을 함유시키면 자외선 차단율이 향상되고 BBOT에 비하여 이산화티탄이 자외선 차단효과가 좀 더 우수하였으며, BBOT의 경우 함유량을 증가시키면 자외선 차단율이 약간 상승하고 이산화티탄의 경우 미세한 상승효과를 보였다.

또한, BBOT와 이산화티탄을 함께 함유시킬 경우(실시예 8) 이들을 각각 함유시킨 경우(실시예 2~7)에 비하여 자외선 차단효과가 좀 더 향상되고, BBOT, 이산화티탄 및 세라믹 분말을 모두 함유시키면(실시예 15) 가장 우수한 자외선 차단효과가 발휘되는 것으로 나타났다.

<시험예 2> 냉감 효과 측정

상기 실시예 1, 8~15의 섬유를 대표적인 접촉 냉감 평가방법인 Qmax법을 이용하여 접촉냉온감 효과를 측정하였으며, 10 회 반복측정하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

접촉냉온감 측정결과(J/sec/㎠)

	Qmax 값
실시예 1	0.4259
실시예 8	0.4268
실시예 9	0.4358
실시예 10	0.4691
실시예 11	0.4550
실시예 12	0.4397
실시예 13	0.4650
실시예 14	0.4417
실시예 15	0.4688
주) ·측정기기: KES-F7 Thermo Labo Ⅱ, Kato Tech, 일본 ·실험환경: 20 ℃, 65 %RH, ΔT=20 ℃

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 나일론 수지만으로 제조된 섬유(실시예 1)와 BBOT 및 이산화티탄을 함유한 섬유(실시예 8)의 Qmax 값은 0.4259 및 0.4268 J/sec/㎠인데 비하여 세라믹 분말을 함유한 섬유(실시예 9~15)는 0.4358~0.4691 J/sec/㎠로 측정되어 세라믹 분말이 섬유의 냉감 효과에 효과적임을 알 수 있다.

질화알루미늄이 첨가된 섬유(실시예 9~11)의 Qmax 값은 0.4358~0.4691 J/sec/㎠이고 질화붕소가 첨가된 섬유(실시예 12~14)의 Qmax 값은 0.4397~0.4650 J/sec/㎠이며 질화알루미늄과 질화붕소가 모두 첨가된 섬유(실시예 15)의 Qmax 값은 0.4688 J/sec/㎠으로서, 세라믹 분말의 종류에 따른 차이는 크지 않으나 함유량에서는 세라믹 분말이 1.0 중량% 함유되었을 때 가장 높은 Qmax 값을 나타내어 세라믹 분말 함유량을 적정 수준으로 제한하는 것이 필요함을 알 수 있다.

본 발명에 따른 냉감 기능을 갖는 자외선 차단 섬유 및 원단은 지상에 도달하는 UV-A 및 UV-B 자외선의 대부분을 차단할 수 있고 피부와 접촉시 시원한 냉감 효과를 제공하여 자외선이 강한 무더운 여름철에 특히 유용한 장점이 있다.

Claims

2,5-비스(5-t-부틸벤즈옥사졸-2-일)티오펜 0.1~1.0 중량%, 이산화티탄 0.1~0.5 중량%, 질화알루미늄, 질화붕소 및 산화베릴륨으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 세라믹 입자 0.5~5.0 중량% 및 잔량의 수지로 구성되는 냉감 기능을 갖는 자외선 차단 섬유.
청구항 1에 있어서,
상기 이산화티탄과 세라믹 입자는 수지 내부에 혼입되고 2,5-비스(5-t-부틸벤즈옥사졸-2-일)티오펜은 상기 이산화티탄, 세라믹 입자 및 수지로 구성되는 섬유 표면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 냉감 기능을 갖는 자외선 차단 섬유.
2,5-비스(5-t-부틸벤즈옥사졸-2-일)티오펜 0.1~3.0 중량%, 이산화티탄 0.5~2.5 중량%, 질화알루미늄, 질화붕소 및 산화베릴륨으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 세라믹 입자 1.0~5.0 중량% 및 잔량의 수지가 섬유 표면에 코팅되어 있는 냉감 기능을 갖는 자외선 차단 섬유.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이산화티탄은,
저급알코올 10~20 중량%, 고급알코올 10~20 중량%, 물 30~40 중량% 및 유기용제 30~40 중량%를 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계;
상기 혼합액에 이산화티탄 나노분말을 넣고 교반하여 교반액을 제조하는 단계;
상기 교반액에 20~30 ㎑의 초음파를 25~35 분간 조사하는 단계;
상기 초음파가 조사된 교반액을 여과하여 혼합액을 제거하는 단계;
상기 혼합액이 제거된 이산화티탄 나노분말을 건조하는 단계; 및
상기 건조된 이산화티탄 나노분말을 불활성가스 환경에서 400~500 ℃의 온도로 10~15 시간 가열하는 단계;를 포함하는 과정으로 제조되는 것을 특징으로 하는 냉감 기능을 갖는 자외선 차단 섬유.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항의 섬유로 제조되는 원단.
외기와 접하는 표면층과 피부와 접하는 이면층으로 이루어진 이중직 원단으로서,
상기 표면층을 구성하는 섬유는 이산화티탄 0.1~0.5 중량%와 수지 99.5~99.9 중량%로 구성되는 섬유 표면에 2,5-비스(5-t-부틸벤즈옥사졸-2-일)티오펜 0.1~3.0 중량%와 수지 97.0~99.9 중량%로 구성되는 조성물이 코팅되어 있고,
상기 이면층을 구성하는 섬유는 질화알루미늄, 질화붕소 및 산화베릴륨으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 세라믹 입자 0.5~5.0 중량%와 수지 95.0~99.5 중량%로 구성되어 있는 냉감 기능을 갖는 자외선 차단 이중직 원단.
청구항 6에 있어서,
상기 이산화티탄은,
저급알코올 10~20 중량%, 고급알코올 10~20 중량%, 물 30~40 중량% 및 유기용제 30~40 중량%를 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계;
상기 혼합액에 이산화티탄 나노분말을 넣고 교반하여 교반액을 제조하는 단계;
상기 교반액에 20~30 ㎑의 초음파를 25~35 분간 조사하는 단계;
상기 초음파가 조사된 교반액을 여과하여 혼합액을 제거하는 단계;
상기 혼합액이 제거된 이산화티탄 나노분말을 건조하는 단계; 및
상기 건조된 이산화티탄 나노분말을 불활성가스 환경에서 400~500 ℃의 온도로 10~15 시간 가열하는 단계;를 포함하는 과정으로 제조되는 것을 특징으로 하는 냉감 기능을 갖는 자외선 차단 이중직 원단.