KR101966945B1 - 냉감기능을 갖는 기능성 삼중직원단 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉감기능을 갖는 기능성 삼중직원단에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이불, 옷감 등으로 사용되는 삼중직원단에 냉감기능을 강화하고, 진득이 방지, 항균성 및 원적외선 방출 기능을 높여 효용성을 증대시키면서 특히, 덮거나 착용시 냉감 기능 강화에 따른 체온상승을 막고 청량감을 강화시켜 더운 여름에도 활동성을 높일 수 있도록 개선된 냉감기능을 갖는 기능성 삼중직원단에 관한 것이다.

Description

냉감기능을 갖는 기능성 삼중직원단{Functional triple staff with cold function}
본 발명은 냉감기능을 갖는 기능성 삼중직원단에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이불, 옷감 등으로 사용되는 삼중직원단에 냉감기능을 강화하고, 진득이 방지, 항균성 및 원적외선 방출 기능을 높여 효용성을 증대시키면서 특히, 덮거나 착용시 냉감 기능 강화에 따른 체온상승을 막고 청량감을 강화시켜 더운 여름에도 활동성을 높일 수 있도록 개선된 냉감기능을 갖는 기능성 삼중직원단에 관한 것이다.
생활수준이 향상되면서 기존의 의류 개념을 넘어서 인체를 더욱 편안하게 하고 쾌적하게 하면서 외관상 심미적기능을 갖는 기능성을 갖는 의류를 생산할 수 있는 원단의 출현이 기대되고 있으며, 섬유제조업체에서도 이와 같은 시장의 요구에 앞서 더 향상된 기능의 원사 및 원단을 출시하고 있다.
최근에는 합성섬유의 고기능화는 천연섬유의 취약점을 보완하는 물성의 개선과 동시에 합성섬유의 장점을 극대화시키는 방향으로 전개가 되고 있다.
그 대표적인 기능성 소재로는 속건, 제전, 자외선 차단 기능이 부여된 직물 및 이의 이차적 섬유제품 등이다.
이와 같은 의류에 기능성을 부여하기 위한 기능성 섬유소재는 크게 흡수성을 높이거나 흡수속건 기능의 수분을 제어하는 섬유소재, 겨울용인 발열기능의 보온성 또는 여름용인 냉감성 등의 온도를 제어하는 섬유소재, 원적외선이나 음이온 등 몸에 이로운 에너지를 방사는 섬유소재, 질병의 치료나 완화 기능을 갖는 의류용 섬유소재 등 다양한 기능성 섬유소재가 현재 개발되고 출시되고 있다.
이러한 다양한 기능성 섬유소재 중 온도를 제어하는 섬유소재는 다양한 기능성물질의 개발로 이를 통한 섬유에 함유시키거나 원단에 프린팅하는 방법으로 많은 발전이 되어왔다.
특히, 항균성을 부여하여 인체 유해성을 줄인 기술들도 개시되고 있으나, 이들 대부분은 단순히 섬유, 즉 원사에 항균제를 코팅하는 수준이기 때문에 세탁시 표백제나 세제류 등에 의해 벗겨지거나 혹은 용출되어 없어져 버리는 문제로 인해 항균효과를 지속시키기 어렵다는 한계를 가지고 있다.
또한, 여름용인인 냉감기능을 갖는 원단을 3중직 방식으로 구현하고 있으나, 단순히 섬유가 겹을 이루도록 3중 직조하는 방식이라 차열성을 높인 단순 보온성에 불과할 뿐 냉감 기능을 구현되지 못하므로 혹서기, 외부 작업자들이 착용할 때 냉감에 따른 청량감이 없고, 이불로 사용될 경우에는 잠을 설치게 되는 한계가 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2001-0007755호(2001.02.05), '3중직 직물의 제직방법 및 3중직 직물' 대한민국 특허 등록번호 제10-0865713호(2008.10.22.), '3중직 파일원단 제조방법 및 그 3중직 파일원단' 대한민국 특허 등록번호 제10-1608406호(2016.03.28.), '고수분 전이성을 갖는 냉감성 섬유시트' 대한민국 특허 등록번호 제10-1339949호(2013.12.04.), '냉감조성물이 함유된 기능성 원단의 제조방법'
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 이불, 옷감 등으로 사용되는 삼중직원단에 냉감기능을 강화하고, 진득이 방지, 항균성 및 원적외선 방출 기능을 높여 효용성을 증대시키면서 특히, 덮거나 착용시 냉감 기능 강화에 따른 체온상승을 막고 청량감을 강화시켜 더운 여름에도 활동성을 높일 수 있도록 개선된 냉감기능을 갖는 기능성 삼중직원단을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 표면사와 이면사 사이에 충전사가 배치되게 삼중 직조된 삼중직원단에 있어서; 상기 충전사는 충전사용 쉘과, 상기 충전사용 쉘에 충전되는 기능성 충전물로 이루어지되, 상기 충전사용 쉘은 폴리에스테르 수지로 이루어지고; 상기 기능성 충전물은 자일리톨과 에리스리톨이 1:1의 중량비로 혼합된 제1혼합물 10중량%, 멘톨(Menthol)과 DL-Camphor(DL-캄파)가 1:1의 중량비로 혼합된 제2혼합물 5중량%, DBNPA(2,2-Dibromo-3-nitrilopropionamide) 5중량%, 1-2㎛의 입도를 갖는 원적외선 방출용 분쇄물 15중량%, 냉감성을 갖는 수용액 10중량%, 페닐트리메톡시실란 5중량%, 시트로넬라(citronella) 오일 3중량%, 하이드록시프로필메틸셀룰로우즈 2중량% 및 나머지 폴리우레탄수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉감기능을 갖는 기능성 삼중직원단을 제공한다.
본 발명에 따르면, 이불, 옷감 등으로 사용되는 삼중직원단에 냉감기능을 강화하고, 진득이 방지, 항균성 및 원적외선 방출 기능을 높여 효용성을 증대시키면서 특히, 덮거나 착용시 냉감 기능 강화에 따른 체온상승을 막고 청량감을 강화시켜 더운 여름에도 활동성을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
먼저, 3중직 원단은 주로 방한용으로 널리 사용되는 직물이지만, 최근에는 냉감성분을 포함시킴으로써 혹서기 냉감용으로도 많이 활용되고 있다.
다만, 본 발명은 단순히 세 겹의 직물을 서로 포갠 상태로 재봉하여 누빈 형태가 아닌 원사를 처음부터 3중으로 직조한 형태의 3중직 원단에 효율적이면서 세탁 후에도 장기간 냉감기능을 구현할 수 있도록 한 것이다.
즉, 본 발명은 표면사, 이면사, 충전사로 나뉘어 이 3가지 원사가 직조되어 이루어진 3중직 원단으로서, 충전사는 표면사와 이면사 사이에 배치된다. 즉, 표면사와 이면사가 교차하는 부분에 상하로 엇갈리게 충전사가 배치된다.
이때, 상기 표면사와 이면사는 제품의 종류에 따라 다양한 원사가 선택 사용되는데, 이를 테면 폴리에스터사, 폴리에틸렌사 등 다양한 원사가 될 수 있다.
또한, 상기 충전사도 다양한 원사를 사용할 수 있지만, 본 발명에서는 냉감기능, 진득이 방지기능, 항균기능, 원적외선 방출기능을 갖도록 충전사를 구성하는 원사 자체를 다음과 같이 배합하여 방사함으로써 충전사를 제조한다.
즉, 본 발명에 따른 충전사는 충전사용 쉘과 상기 충전사용 쉘에 충전되는 기능성 충전물로 이루어진다.
이러한 충전사는 이중다이스를 이용하여 기능성 충전물을 방출하면서 그 밖을 감싸도록 충전사용 쉘 소재를 방출하여 충전사용 쉘이 충전물을 감싸는 형태가 되도록 만들어진다.
이때, 상기 충전사용 쉘은 폴리에스테르 수지이고, 상기 기능성 충전물은 자일리톨과 에리스리톨이 1:1의 중량비로 혼합된 제1혼합물 10중량%, 멘톨(Menthol)과 DL-Camphor(DL-캄파)가 1:1의 중량비로 혼합된 제2혼합물 5중량%, DBNPA(2,2-Dibromo-3-nitrilopropionamide) 5중량%, 1-2㎛의 입도를 갖는 원적외선 방출용 분쇄물 15중량%, 냉감성을 갖는 수용액 10중량%, 페닐트리메톡시실란 5중량%, 시트로넬라(citronella) 오일 3중량%, 하이드록시프로필메틸셀룰로우즈 2중량% 및 나머지 폴리우레탄수지로 이루어진다.
여기에서, 상기 폴리에스테르 수지는 에틸렌글리콜과 테레프탈산으로부터 생성되는 긴 사슬구조를 갖는 내화학성이 뛰어난 수지로서 본 발명에서는 충전사의 충전사용 쉘을 구성하게 된다.
그리고, 상기 자일리톨과 에리스리톨은 당알코올로 수분과 반응하여 흡열반응을 일으켜 주변의 열을 빼앗아 냉감성을 느끼게 하며, 또한 피부와 접촉시에는 강한 청량감(시원한 느낌)을 주므로 이러한 청량감 확보와 흡열에 따른 냉감성 확보를 위해 첨가된다.
아울러, 상기 멘톨(Menthol)과 DL-Camphor(DL-캄파)는 혈관을 확장시켜 시원한 느낌을 주는 청량감을 강화시킴으로써 냉감기능을 증대시키기 위해 첨가된다.
또한, 상기 DBNPA(2,2-Dibromo-3-nitrilopropionamide)는 액상 항균제로서 알카리 환경에서도 항균 특성이 우수한 물질로서, 특히 포도상구균, 대장균, 폐렴균 및 진드기와 곰팡이에 대한 항균특성이 매우 우수한 것으로 알려져 있다.
따라서, 본 발명에서는 액상 항균제가 바인더인 폴리우레탄 수지에 완전히 점착되어 충전사용 쉘을 통해 미세하게 오랜시간동안 서서히 방출됨으로써 원단의 수명이 다할 때까지 항균특성을 유지할 수 있도록 구성된다. 이것은 후술하는 바와 같이, 충전사용 쉘에 충전된 기능성 충전물이 마이크로 크기의 물줄기를 통해 워터젯 가공된 표면의 미세한 바늘구멍에 의해 달성될 수 있다.
아울러, 상기 원적외선 방출용 분쇄물은 통상적으로 알려진 숯이나 토르말린, 제올라이트, 맥반석 등을 사용하지 않고 특별히 가공된 것으로서, 이것은 2500-3000nm 파장 대역의 파장을 진동시키도록 유도하여 이 파장대역에 반응하는 혈류의 순환을 촉진하기 위한 것이다. 또한, 이 분쇄물은 실험결과 악취를 분해 제거하는 특성도 있음이 확인되었다.
이러한 원적외선 방출용 분쇄물은 산화규소 20중량%, 붕산 10중량%, 초산 10중량%, 산화아연 20중량%, 바륨 10중량%, 산화코발트 10중량%, 지르코늄 10중량%, 산화티타늄 10중량%를 혼합교반한 후 1500℃에서 용융 냉각한 다음 1-2㎛의 입도로 분쇄한 것이다.
이들 성분들은 원적외선 방출 기능을 갖는 것들과, 방출되는 원적외선을 상기 파장대역으로 유지시키는 성분들이 상보기능하도록 구성된 것이다.
따라서, 이들의 효용성을 높이기 위해 본 발명에서는 이들 혼합물을 용융 냉각한 후 분쇄하여 초미분 상태로 투입하여 사용토록 한다.
또한, 상기 냉감성을 갖는 수용액은 물 70중량%에 빙초산(Glacial Acetic Acide) 15중량%, 리튬브로마이드(LiBr) 15중량%를 녹인 것을 사용한다.
이때, 빙초산은 어느점이 14.5℃ 이상으로서 상온에서도 어는 특성이 있어 냉감성을 강화시키며, 리튬브로마이드는 흡습성이 매우 커 주변의 수분을 끌어 당기면서 냉감성을 증대시키므로 첨가 사용된다.
아울러, 상기 페닐트리메톡시실란은 일종의 실란커플링제로서, 소수화 특성도 가져 내습성은 물론 발수성도 제공하며, 특히 본 발명의 기능성 충전물의 바인더로 첨가되는 폴리우레탄수지와, 상기 충전사용 쉘을 구성하는 폴리에스테르수지간의 접합특성을 강화시켜 일체화되게 작용하며, 내열성도 확보하기 위해 첨가된다.
또한, 상기 시트로넬라(citronella) 오일은 방충성을 높이고, 점도 조절 및 배합성을 촉진하기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 상기 하이드록시프로필메틸셀룰로우즈는 상기 기능성 충전물의 신축변형성과 굴신성을 높이기 위해 첨가된다.
마지막으로, 상기 폴리우레탄 수지는 앞서 설명하여듯이, 기능성 충전물들을 바인딩시켜 점결화되게 일체화시키기 위해 첨가된다.
이와 같은 구성을 갖는 충전사를 제조하는 방법은, 먼저 상술한 기능성 충전물을 조성하는 제1단계; 상기 제1단계 후 이중다이스를 통해 기능성 충전물과 충전사용 쉘을 구성하는 폴리에스테르 수지를 방출하면서 정해진 데이어를 갖는 충전사용 쉘 및 충전사용 쉘에 충전된 기능성 충전물 구조의 충전사를 만드는 제2단계; 그리고 제2단계 후 인출되는 충전사가 냉각되기 전에 마이크로 단위의 워터젯(Water Jet)에 통과시켜 충전사의 둘레에 미세한 바늘구성을 형성하는 제3단계; 제3단계 후 액상의 나노 티타늄옥사이드에 함침시켜 바늘구성에 나노 티타늄옥사이드가 쐐기상으로 박히도록 하는 제4단계;를 통해 이루어진다.
이렇게 제조하는 이유는 보통 티타늄옥사이드가 자외선을 분산 교란시켜 자외선이 피부에 닫지 못하도록 억제하는 용도로 화장품에 주로 첨가되지만, 본 발명에서는 용출량 조절특성 및 항균성 특성을 강화하기 위한 것으로 충전사의 바늘구멍에 쐐기상으로 박혀 있으면서 바늘구멍을 통한 내부 기능성 충전물이 단시간에 빠져나가지 못하고 미세하게 용출되도록 하여 기능성 충전물의 특성이 장기간 동안 발현되게 하면서 용출량 조절특성이 함께 표출되게 하기 위함이다.
이러한 방법으로 제조된 충전사를 이용하여 표면사와 이면사 사이에 배치된 삼중직원단을 직조하여 만들고, 이를 사용하게 되면 용출량 조절이 확보되고, 항균성이 강화되어 곰팡이, 진득이는 물론 포도상구균, 대장균, 폐렴균 등을 사멸할 수 있을 뿐만 아니라, 세탁시에도 기능성 충전물이 충전사용 쉘로 감싸져 있기 때문에 세제나 표백제로부터 영향을 받지 않아 기능 표출의 장수명화를 달성할 수 있다.
뿐만 아니라, 원적외선 방출은 인체의 혈류 촉진에 따른 건강증진에 기여하며, 냉감 특성은 혹서기 인체 활동성을 높여 준다.
이에 더하여, 오염물질에 대한 분산작용, 연화작용을 강화시키기 위해 상기 기능성 충전물에는 상기 폴리우레탄수지 100중량부를 기준으로 이온결정 구조를 갖는 규산나트륨의 수화물인 오르토규산나트륨을 3중량부 더 첨가할 수 있고, 또한 열분해되는 것을 최대한 억제하고 쉽게 변질되지 않도록 하여 형상 유지성을 높이기 위해 리시놀레인산 바륨을 3중량부 더 첨가할 수 있다.
이하, 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
자일리톨과 에리스리톨이 1:1의 중량비로 혼합된 제1혼합물 10중량%; 멘톨(Menthol)과 DL-Camphor(DL-캄파)가 1:1의 중량비로 혼합된 제2혼합물 5중량%; DBNPA(2,2-Dibromo-3-nitrilopropionamide) 5중량%; 산화규소 20중량%, 붕산 10중량%, 초산 10중량%, 산화아연 20중량%, 바륨 10중량%, 산화코발트 10중량%, 지르코늄 10중량%, 산화티타늄 10중량%를 혼합교반한 후 1500℃에서 용융 냉각한 다음 1-2㎛의 입도로 분쇄한 원적외선 방출용 분쇄물 15중량%; 물 60중량%에 우레아(Urea) 34중량%, 육수화질산아연(Zn(NO3)2ㆍ6H2O) 2중량% 및 물 70중량%에 빙초산(Glacial Acetic Acide) 15중량%, 리튬브로마이드(LiBr) 15중량%를 녹인 냉감성을 갖는 수용액 20중량%; 페닐트리메톡시실란 5중량%; 시트로넬라(citronella) 오일 3중량%; 하이드록시프로필메틸셀룰로우즈 2중량% 및 나머지 폴리우레탄수지로 이루어진 기능성 충전물을 폴리에스테르 수지로 된 충전사용 쉘에 충전시켜 충전사를 만들고, 이 충전사를 폴리에스테르 수지로 된 이면사와 표면사 사이에 배치되게 3중 직조하여 제1시료인 삼중직원단을 만들었다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일하게 하되, 상기 기능성 충전물에 상기 폴리우레탄수지 100중량부를 기준으로 오르토규산나트륨 3중량부, 리시놀레인산 바륨 3중량부를 더 첨가하여 제2시료를 만들었다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일하게 하되, 충전사는 워터젯처리 후 액상의 나노 티타늄옥사이드에 함침시킨 것을 사용하여 제3시료를 만들었다.
본 발명에 따른 충전사의 특성중 항균성을 테스트하기 위해, 제1,2,3시료 표면에 표면에 진균(Gliocladium virens ATCC 9645), 포도상구균(Staphylococcus aureus) 및 진득이를 노출시킨 다음에 이에 대한 항균 활성을 시험하였다.
시험은 균에 노출시킨 후 24시간이 경과한 시점에서 KICM-FIR-1002법으로 측정하여 항균력을 테스트하였고, 시험결과 각 시료에서 99.20%, 99.46%, 99.57%의 항균효과가 확인되었다.
그리고, 진득이는 모든 시료에서 모두 사멸되었다.
또한, 원적외선 방출 기능을 확인하기 위해, FT-IR 스펙트로메터를 이용하여 KFIA-F1-1005에 의거 제1,2,3시료에 대한 원적외선 방사시험을 실시하였다.
실시결과, 30℃에서 원적외선 방사율은 각각 0.813, 0.824, 0.859로 확인되었고, 방사에너지(W/㎡)도 2.43×102, 2.50×102, 2.69×102으로 각각 나타나 원적외선 방사효과가 있는 것으로 확인되었다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 충전사의 냉감성을 평가하기 위해 제1,2,3시료를 열풍에 의해 30℃로 유지되는 항습실에 각각 투입한 상태에서 열풍을 끄고 40분간 유지되게 하여 자연 냉각시켰다.
그런 다음, 적외선 온도계를 제1,2,3시료의 표면에 조사하여 냉감 여부를 확인하는 방식으로 진행하였으며, 시험결과 10분 경과시 제1,2,3시료의 표면온도는 각각 26.4℃, 25.7℃, 25.1℃였고, 20분 경과시에는 각각 24.1℃, 24.0℃, 23.4℃였으며, 30분 경과시에는 각각 22.3℃, 21.8℃, 20.9℃였다.
이를 통해, 상당한 시간이 경과할수록 온도가 떨어지면서 냉감기능을 발현함을 확인할 수 있었다.

Claims (2)

  1. 표면사와 이면사가 교차하는 부분에 상하로 엇갈리게 충전사가 배치되어 삼중 직조된 삼중직원단에 있어서;
    상기 충전사는 충전사용 쉘과, 상기 충전사용 쉘에 충전되는 기능성 충전물로 이루어지되,
    상기 충전사용 쉘은 폴리에스테르 수지로 이루어지고;
    상기 기능성 충전물은 자일리톨과 에리스리톨이 1:1의 중량비로 혼합된 제1혼합물 10중량%, 멘톨(Menthol)과 DL-Camphor(DL-캄파)가 1:1의 중량비로 혼합된 제2혼합물 5중량%, DBNPA(2,2-Dibromo-3-nitrilopropionamide) 5중량%, 1-2㎛의 입도를 갖는 원적외선 방출용 분쇄물 15중량%, 냉감성을 갖는 수용액 10중량%, 페닐트리메톡시실란 5중량%, 시트로넬라(citronella) 오일 3중량%, 하이드록시프로필메틸셀룰로우즈 2중량% 및 나머지 폴리우레탄수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉감기능을 갖는 기능성 삼중직원단.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 원적외선 방출용 분쇄물은, 산화규소 20중량%, 붕산 10중량%, 초산 10중량%, 산화아연 20중량%, 바륨 10중량%, 산화코발트 10중량%, 지르코늄 10중량%, 산화티타늄 10중량%를 혼합교반한 후 1500℃에서 용융 냉각한 다음 1-2㎛의 입도로 분쇄한 것이고;
    상기 냉감성을 갖는 수용액은, 물 70중량%에 빙초산(Glacial Acetic Acide) 15중량%, 리튬브로마이드(LiBr) 15중량%를 녹인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 냉감기능을 갖는 기능성 삼중직원단.
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