KR102069499B1 - 닥나무 융합사 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 고분자 물질을 주성분으로 하고 길게 실 형태로 형성되는 원사 바디 및 닥나무 껍질을 분쇄하여 500 내지 1,000 메쉬(mesh) 크기의 알갱이 형태로 이루어지고 상기 원사 바디 내에 서로 소정 간격을 두고 분산되어 배치되는 복수의 닥 마이크로 분말을 포함함으로써, 평평하고 매끄러운 표면과 균일한 두께를 가지며, 압출사 타입으로 제조가 가능하여 잔실 또는 부푸러기가 발생하는 것을 방지할 수 있는 닥나무 융합사 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

닥나무 융합사 및 그 제조 방법{YARN CONTAINING PAPER MULBERRY AND METHOD FOR MANUFACTURING OF THE SAME}

본 발명은 전국 산지에서 자생하는 친환경 소재인 닥나무를 밀입자 가공하여 압출을 통해 제조되는 닥나무 융합사 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 방법으로 미세분말화 할 수 없었던 닥나무 껍질을 복수의 조각으로 절단하고 수분 함유량이 5 내지 30%가 되도록 가습한 후 급속 질소 냉각하여 얼음과 같은 형태로 동결시키고 얼음 형태의 닥나무 껍질 조각들을 분쇄하여 500 내지 1,000 메쉬 크기의 미세한 알갱이 형태로 이루어진 복수의 닥 마이크로 분말로 만든 후 상기 닥 마이크로 분말들을 고분자 물질과 혼합하고 방사 공정으로 압출하여 고분자 물질 내에 복수의 닥 마이크로 분말이 서로 소정 간격을 두고 고르게 분산되게 배치되는 융합사로 성형함으로써, 평평하고 매끄러운 표면과 균일한 두께를 가지고, 압출사 타입으로 제조가 가능하여 원사로부터 잔실 또는 부푸러기가 발생하는 현상이 방지되도록 하고, 닥나무의 우수한 항균성과 소취성 등을 통해 위생 장갑과 같이 식품을 취급하는 분야에 사용되는 섬유 제품 또는 수술용 장갑과 같이 의료 분야와 관련하여 사용되는 섬유 제품의 재료 등으로 용이하게 활용할 수 있는 닥나무 융합사 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

닥나무는 뽕나무과 낙엽 활엽 관목으로 한국, 중국의 중부와 남부 및 일본 등에 주로 서식하며, 한지의 주재료로 사용되고 무구정광대다라니경을 보면 우수한 내구성이 입증되어 있다. 특히, 4계절이 뚜렷한 한국의 닥나무는 섬유장이 길어 인결 강도 및 인장 강도가 매우 우수하다. 그러나, 이러한 닥나무의 껍질에서 채취되는 닥나무 섬유질은 동종 계통의 인피 섬유 중에서도 섬유질이 비교적 강하고 섬유장은 길기 때문에 섬유 제품으로는 거의 활용되지 않으며 주로 한지와 같은 종이류의 제조에 이용되어 왔다. 즉 닥나무는 기본적으로 경도와 섬유질이 높아 가공에 어려움이 많고, 여러 공정을 거친 뒤 종이포를 만들어 재가공한 조직을 얇게 찢어 솜을 만들어 혼합하는 것이 일반적인 가공기술이다.

다만, 상기 닥나무 섬유질은 천연 성분으로 항균성, 생분해성, 내취성, 내구성 및 염색성 등의 우수한 특성 및 기능을 가지고 있어 이러한 닥나무 섬유질을 이용하여 섬유사와 같은 제품을 제조하고자 하는 개발 시도는 계속 있어왔다. 종래에는 닥나무로 초지를 만들어 스플릿사(split yarn)을 만들고 꼬아서 종이 섬유를 제조하는데, 조현 산업에서 닥나무 인피 섬유를 활용하여 종이 섬유, 즉 닥섬유를 제조하고 P&G 코리아에서 "닥센"이란 상품으로 판매하고 있다. 현재 주로 한지사는 전주 익산에 있는 ㈜쌍영방적에서 생산되며, 닥나무로 만든 전통 한지를 얇게 썰어낸 후 이를 꼬아서 만들고 있다.

또한, 최근에 문종이로 사용되는 한지사를 가늘게 커팅한 후 폴리 또는 나일론으로 외피를 커버링하는 방법으로 제조되어 높은 시장성 평가를 취하고 있는 방적사가 있다. 그러나, 상기 가공 방법에 의해 제조된 방적사는 원사의 연산이 편직 요건에 맞지 않아 제조하는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 방적사를 제조하더라도 닥섬유 고유의 구조가 파괴되면서 닥나무가 가지는 고유의 특성 및 기능이 현저히 저하되어 당 업계에서 요구하는 수준에 부합하지 못하여 제조된 섬유 제품의 품질이 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 도 13에서와 같이 닥나무 껍질은 길이 방향으로 긴 선형의 형태를 띄는 섬유질을 가지며, 통상의 기계적 방법으로는 닥나무를 아무리 잘게 부수더라도 도 14에서와 같이 이러한 길이 방향으로 일정 길이를 갖는 섬유질의 형태가 계속하여 유지되기 때문에, 닥나무 껍질을 이용하여 원사를 제조하면 원사에 포함된 닥나무 섬유질의 길이가 원사의 굵기 보다 더 길거나 하여 닥나무 섬유질의 단부가 원사의 내측면을 누르거나 원사의 표면을 통해 돌출되면서 전체적으로 원사의 굵기가 일정하지 않고 원사의 표면이 우들두들한 형태가 되는 문제와 원사에 균일도와 장력(힘)이 약해 원사가 쉽게 끊어지는 문제가 발생하였다. 더욱이 이러한 문제는 원사의 굵기가 가늘어질수록 더욱 심화되는 것이다.

이렇게 원사의 굵기가 일정하지 않으면 귀의 구멍 크기가 원사의 평균 굵기와 크게 차이가 나지 않는 바늘의 경우 바느질을 하는 도중에 원사가 귀의 구멍에 걸려 제대로 작업을 할 수가 없게 되므로 옷이나 장갑 등의 섬유 제품을 제대로 재봉하여 제조하기 힘든 것은 물론, 제품을 완성하더라도 시각적으로 또는 촉감적으로 제품의 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 밖에 없었다.

한편, 상기 닥나무 섬유사를 방적사 타입으로 제조하는 기술이 일부 개시되어 있는데, 이 경우 원사로부터 잔실 또는 부푸러기가 많이 발생하게 되고, 만약 이러한 닥나무 섬유사로 식품을 취급하는 분야 등에서 사용하는 섬유 제품을 제조한다면 잔실 또는 부푸러기가 음식의 습기와 흡착되어 빠지게 되면서 심한 경우 식품에 이물질이 들어갈 수 있는 가능성이 높고, 수술실과 같은 곳에서 사용하는 섬유 제품을 제조한다면 잔실 또는 부푸러기가 빠지면서 수술 중에 환자 몸에 묻거나 들어가는 등의 문제가 발생할 수 있으므로 사용할 수 있는 분야에도 제한을 받게 된다.

또한, 직물 제품의 품질을 결정하는 필수 요건은 원사의 구조와 성질에 있으며, 시장 적합성을 위해 닥나무 성분의 함량 이외에도 유연성, 장력, 탄성 등 제품 생산시 편직 조건을 충족해야 한다.

대한민국 등록특허공보 제10-1325839호 (2013.10.30. 등록) 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0041808호 (2007.4.20. 공개)

본 발명의 목적은, 균일한 굵기를 가지고 표면이 평평하며 우들두들한 형태가 되지 않도록 하여 재봉이 용이하고 이를 이용하여 제조된 섬유 제품의 품질의 저하를 방지할 수 있으며, 잔실 또는 부푸러기의 발생을 방지하여 위생성이 요구되는 식품을 취급하는 분야 또는 의료 분야 등 다양한 분야에 사용되는 섬유 제품의 재료로 용이하게 활용될 수 있는 닥나무 융합사를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 닥나무의 우수한 특성이 그대로 반영되도록 하여 닥나무의 기능성 저하를 방지하면서 매끄러운 표면과 균일한 굵기를 가지며 잔실 또는 부푸러기의 발생이 방지될 수 있도록 압출사 타입으로 제조가 가능한 닥나무 융합사의 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 측면은, 고분자 물질을 포함하고, 길게 실 형태로 형성되는 원사 바디; 및 닥나무 껍질을 분쇄하여 500 내지 1,000 메쉬(mesh) 크기의 알갱이 형태로 이루어지고, 상기 원사 바디 내에 서로 소정 간격을 두고 분산되어 배치되는 복수의 닥 마이크로 분말; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 닥나무 융합사를 제공한다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 닥나무 융합사는 전체 중량에 대하여, 상기 닥 마이크로 분말이 10 내지 30중량% 포함될 수 있다.

본 발명의 다른 측면은, 닥나무 껍질을 복수의 조각으로 절단하는 제1 단계; 상기 닥나무 껍질 조각들을 수분 함유량이 5 내지 30중량%가 되도록 가습하는 제2 단계; 수분 함유량이 맞춰진 닥나무 껍질 조각들을 -200 내지 -250℃에서 급속 질소 냉각하여 얼음과 같은 형태로 동결하는 제3 단계; 얼음 형태의 닥나무 껍질 조각들을 분쇄하여 500 내지 1,000 메쉬 크기의 알갱이 형태로 이루어진 복수의 닥 마이크로 분말로 미세분말화 하는 제4 단계; 고분자 물질과 상기 복수의 닥 마이크로 분말을 혼합하여 혼합물을 마련하는 제5 단계; 및 상기 혼합물을 방사 공정으로 압출하여 상기 고분자 물질 내에 상기 복수의 닥 마이크로 분말이 서로 소정 간격을 두고 분산되게 배치된 융합사를 성형하는 제6 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 닥나무 융합사의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 제5 단계는, 상기 혼합물의 전체 중량에 대하여, 상기 닥 마이크로 분말이 10 내지 30중량% 포함되도록 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 제1 단계 이후에, 상기 닥나무 껍질 조각을 천연 잿물로 세척하는 단계; 닥나무 껍질 조각을 증기로 찐 후 흑피를 벗겨 백피를 추출하는 단계; 및 상기 백피를 세척하는 단계; 를 순서대로 더 진행할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 닥나무 융합사는, 닥나무 껍질이 분쇄되어 500 내지 1,000 메쉬의 미세한 크기를 갖는 알갱이 형태의 닥 마이크로 분말로 이루어져 고분자 물질을 주성분으로 하는 원사 바디 내에 복수 개가 서로 소정 간격을 두고 고르게 분산되도록 배치되어, 융합사가 표면은 평평하고 매끄러워지며 두께는 균일해져 재봉이 용이할 뿐만 아니라 이러한 닥나무 껍질이 포함된 융합사로 섬유 제품을 제조하더라도 섬유 제품의 시각적 및 촉감적인 품질의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 의한 닥나무 융합사의 제조 방법에 따르면, 닥나무 껍질을 이용하여 원사를 제조하되 종래의 방적사 타입이 아닌 압출사 타입으로 제조할 수 있어서, 닥나무의 우수한 특성이 그대로 반영되면서 융합사의 기능성 및 위생성이 우수하게 나타나고, 제조된 닥나무 융합사는 평평하고 매끄러운 표면과 균일한 두께를 가지며 잔실 또는 부푸러기가 발생하는 것이 방지되며, 닥나무의 우수한 항균성과 소취성 등을 통해, 위생성이 요구되는 식품을 취급하는 분야 또는 수술실과 같은 의류 분야 등 다양한 분야에 사용되는 섬유 제품의 재료로 용이하게 활용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 닥나무 융합사가 감긴 보빈의 사시도와 닥나무 융합사의 일부를 절개하여 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래의 방적사 타입으로 제조되는 닥솜 섬유를 5배 확대하여 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 제조되는 닥나무 융합사로서 폴리 나이론을 5배 확대하여 나타낸 사진이다.
도 4는 KS K 0693:2011의 시험방법으로 황색포도상구균과 폐렴간균에 대해 항균성을 시험한 결과를 나타낸 표이다.
도 5a 및 도 5b는 황색포도상구균의 대조편과 시료편의 18시간 배양 후의 상태를 각각 나타낸 사진이다.
도 6a 및 도 6b는 폐렴균의 대조편과 시료편의 18시간 배양 후의 상태를 각각 나타낸 사진이다.
도 7은 닥섬유의 소취성을 나타낸 표이다.
도 8은 각종 재료의 원적외선 방사율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 각종 재료의 건조 성능을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 의한 닥나무 융합사의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 11은 닥나무 융합사의 제조 공정 중 천연 잿물로 세척 후 닥나무 껍질의 흑피를 나타낸 사진이다.
도 12는 흑피 제거 후 추출된 백피를 나타낸 사진이다.
도 13은 닥나무 껍질의 닥나무 섬유질을 확대하여 나타낸 현미경사진이다.
도 14는 도 13의 닥나무 껍질을 기계적인 방법으로 절단 후 섬유질을 확대하여 나타낸 현미경사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 실시 예는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 닥나무 융합사가 감긴 보빈의 사시도와 닥나무 융합사의 일부를 절개하여 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시 예의 닥나무(Paper Mulberry) 융합사(10)는 원사 바디(1)와, 원사 바디(1) 내에 고르게 분산되어 배치되는 복수의 닥 마이크로 분말(2)을 포함한다.

원사 바디(1)는 압출 성형하여 길게 실 형태로 형성되며, 표면이 평평하고 매끄러운 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 원사 바디(1)는 고분자 물질을 주성분으로 하여 형성되고, 이때 상기 고분자 물질은 바람직하게 열가소성 수지일 수 있다. 상기 열가소성 수지는 예를 들어 폴리아크릴(Polyacryl)계 수지, 폴리에스테르(Polyester)계 수지, 올레핀계(Olefinic) 수지, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol)계 수지 및 폴리우레탄(Polyurethane) 수지 등에서 선택된 적어도 1종 이상이 사용될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

닥 마이크로 분말(2)은 닥나무 껍질을 분쇄하여 알갱이 형태로 이루어지고, 원사 바디(1) 내에 서로 소정 간격을 두고 복수 개가 분산되어 혼합 배치된다. 최근에 유럽, 미국, 중국, 일본 등 국가별 환경 규제 지침에 의해 납, 수은, 카드뮴, 6가 크롬, 폴리브로미네이티드 비페닐(PBB), 폴리브로미네이티드와 같은 유해 물질의 사용을 제한하고 있다. 닥나무는 상기의 유해 물질은 물론 장기 접촉시 피부암 등을 유발하는 아릴아민 및 새집 증후군 발생 물질로서 호흡기를 자극하고 폐수증 및 비염 유발의 원인이 되는 포름알데히드 등의 독성 성분이 없는 친환경 소재로서, 화학 소재에 대한 면역력이 부족한 유아와 노약자에게도 무해한 이점을 가진다. 닥나무와 인간의 상생 관계는 오랜 문헌에도 기록될 만큼 옛 선조 때부터 생필품과 식품, 의약품에서 중요한 요소로 쓰이고 있다.

이러한 각각의 닥 마이크로 분말(2)은 원사 바디(1)의 굵기 보다 현저히 작은 크기를 가지며, 더 구체적으로는 500 내지 1,000 메쉬(mesh)의 크기를 가진다. 이때, 닥 마이크로 분말(2)의 크기를 500 메쉬 미만으로 하더라도 효과가 더 크게 상승되지는 않기 때문에 비용 측면에서 닥 마이크로 분말(2)의 최소 크기는 500 메쉬로 하는 것이 바람직하다. 또한, 닥 마이크로 분말(2)의 크기가 1,000 메쉬를 초과하면 복수의 닥 마이크로 분말(2)이 원사 바디(1) 내에 고르게 분산되지 못하고 일부가 서로 뭉치면서 원사 바디(1)의 표면을 가압하거나 심한 경우 원사 바디(1) 밖으로 돌출되어 융합사(10)의 표면이 매끄럽지 못하게 되고 심한 경우 융합사(10)의 표면이 우들두들해지는 문제가 발생될 수 있다. 이러한 문제는 융합사(10)가 가늘게 제조될수록 더욱 심화되므로, 200데니어 이하의 매우 가늘게 제조되는 미세사에서도 이러한 문제를 발생시키지 않기 위해서는 닥 마이크로 분말(2) 크기의 상한 값이 위와 같이 1,000 메쉬 이하여야 한다.

또한, 닥 마이크로 분말(2)은 융합사(10)의 전체 중량에 대하여 10 내지 30중량%가 포함될 수 있다. 닥 마이크로 분말(2)의 총 함량이 10중량% 미만인 경우 융합사(10)의 내구성이 저하되고 닥나무 섬유질의 여러 특성 및 기능이 제대로 구현되지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 닥 마이크로 분말(2)의 총 함량이 30중량%를 초과하면 원사 바디(1) 내에서 닥 마이크로 분말(2)이 고르게 분산되지 못하고 국부적으로 뭉치는 현상이 발생하여 원사 바디(1)가 지나치게 딱딱해지거나 또는 복수의 닥 마이크로 분말(2)이 서로 뭉치면서 원사 바디(1)의 표면을 가압하여 융합사(10)의 표면이 매끄럽지 못하게 되고 심한 경우 닥 마이크로 분말(2)이 원사 바디(1)의 표면으로 돌출되면서 융합사(10)의 표면이 우들두들해지는 문제가 발생될 수 있다. 즉, 종래의 닥 섬유와 같은 지사(종이)를 커팅하여 사용하는 솜 방적 분말이 가지는 문제를 해소할 수 없으며, 얇은 굵기로 된 실을 생산할 수 없게 된다.

한편, 본 실시 예의 닥나무 융합사(10)는 여러 특성 및 기능을 더 향상시키기 위한 첨가제로서, 필요에 따라 가소제, 난연제, 산화방지제, 내마모성 향상제 및 항균제 등을 더 포함할 수 있다.

종래의 공지된 방법으로는 닥나무 섬유사를 미세한 가루와 같은 알갱이 형태로 만드는 것이 매우 어려웠다. 그러나, 위와 같이 구성된 본 실시 예의 닥나무 융합사(10)는 닥나무가 섬유질이 아니라 미세한 크기를 갖는 파쇄형 소입자 형태의 닥 마이크로 분말(2)로 되어, 이러한 닥 마이크로 분말(2) 복수 개가 원사 바디(1) 내에 서로 소정 간격을 두고 고르게 분산되어 배치되는 구조가 될 수 있다. 따라서, 융합사(10)가 전체적으로 균일한 두께를 가지게 되어 종래의 바늘의 귀에 울퉁불퉁한 원사의 중간 부분이 걸리던 현상을 방지하여 재봉에 의해 섬유 제품을 용이하게 제조할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 면 섬유 대비 가벼우면서도 인열 강도 및 인장 강도가 우수하고, 기존의 닥나무 섬유질을 이용한 원사에 비해 실의 밀도와 장력 및 실의 굵기 대비 닥의 투입 함량(입자 분포) 등을 크게 향상시킬 수 있다.

도 2는 종래의 방적사 타입으로 제조되는 닥솜 섬유를 5배 확대하여 나타낸 사진이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 제조되는 닥나무 융합사로서 폴리 나이론을 5배 확대하여 나타낸 사진이다.

도 2를 참조하면, 기존의 닥솜 섬유는 표면이 우들두들하고 두께가 불균일하며 잔실 또는 부푸러기가 심하게 발생하는 것을 알 수 있다. 그러나, 본 실시 예에 따르면, 도 3에서와 같이, 융합사가 닥나무 껍질을 이용하여 제조됨에도 불구하고 표면이 평평하고 매끄럽게 형성되고 균일한 두께를 가지며 잔실 및 부푸러기의 발생이 억제되는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시 예의 닥나무 융합사(10)를 이용하여 제조된 섬유 제품은 시각적으로 또는 촉감적으로 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 실시예의 닥나무 융합사(10)는 원사 바디(1) 내에 포함된 복수의 닥 마이크로 분말(2)에 의해 우수한 항균성, 소취성 및 속건성 등의 특성을 더 제공할 수 있다. 이하 각 시험의 설명에서 닥섬유 또는 한지, 한지사는 본 실시 예의 닥 마이크로 분말과 실질적으로 동일한 성분으로 간주한다.

상기 항균성은 전염성 질환의 원인이 되는 박테리아, 곰팡이 등을 사멸시키는 작용을 하는 특성을 의미한다. 도 4는 일정시간 경과 후 감소세균수/ml와 정균감소율(%)을 평가하기 위해 KS K 0693:2011의 시험방법으로 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)과 폐렴균(Klebsiella pneumonia ATCC 4352)에 대해 항균성을 시험한 결과를 나타낸 표이다. 도 5a 및 도 5b는 황색포도상구균의 대조편과 시료편의 18시간 배양 후의 상태를 각각 나타낸 사진이고, 도 6a 및 도 6b는 폐렴균의 대조편과 시료편의 18시간 배양 후의 상태를 각각 나타낸 사진이다. 여기서 대조편은 면사를 사용하고 시료편은 한지사를 사용하였다.

도 4와 도 5a 내지 6b를 참조하면, 시료편의 경우 황색포도상구균에 대해서는 99.9%, 폐렴균에 대해서도 99.9%의 정균감소율(%)을 나타내므로, 본 실시 예의 닥나무 융합사(10)가 우수한 항균성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 실질적으로 본 실시 예의 닥나무 융합사(10)는 총 중량에 대하여 닥 마이크로 분말(2)이 7중량% 포함되는 경우 황색포도상구균에 대해 33.3%, 폐렴균에 대해 15.0%의 정균감소율을 가질 수 있다. 또한, 닥 마이크로 분말(2)의 함량을 증가시키면 이러한 항균성은 더 향상될 수 있다. 이와 같이 본 실시 예의 닥나무 융합사(10)는 우수한 항균성을 가지므로 아토피 어린이용 의류, 치료용 거즈 또는 바이오 필터류 등의 재료로 활용하기에 적합하다.

도 7은 닥섬유의 소취성을 나타낸 표로서, 가스검지관법에 의해 탈취율을 평가한 것이다. 상기 가스검지관법은 5L의 테트라백에 (10x10)㎝의 제시 시료를 넣고 초기 농도로 조정한 가스 3L를 주입한 후 2시간 후 가스 농도를 검지관으로 측정하여 악취 제거 특성인 소취성을 평가하는 것이다. 도 7을 참조하면, 본 실시 예의 닥 마이크로 분말(2)은 3대 악취 중 하나인 암모니아에 대하여 99.5% 이상의 매우 우수한 제거율을 나타낸다. 더불어, 본 실시 예의 닥 마이크로 분말(2)은 포름알데히드에 대해서는 33.3%, 벤젠에 대해서는 15.0%, 톨루엔에 대해서는 15.0%의 제거율을 나타낸다. 이와 같이 본 실시 예의 닥나무 융합사(10)는 소취성이 우수하기 때문에 병원복이나 노년층의 의류와 같은 섬유 제품의 재료로 활용하기에 적합하다.

상기 속건성은 인체의 땀과 수분을 신속히 흡수하고 발산시키는 특성으로서, 본 실시 예의 닥나무 융합사(10)로 제조된 섬유 제품은 면 제품 대비 착용 또는 사용시 쾌적한 상태를 오랜 시간 유지할 수 있다.

도 8은 각종 재료의 원적외선 방사율(10~30㎛)을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 8의 원적외선 방사율은 FT-IR spectrometer를 이용하여 40℃에서 시험한 것이며 한지를 흑체(black body) 대비 측정한 결과이다. 도 8을 참조하면, 본 실시 예의 닥나무 융합사(10)는 닥 마이크로 분말(2)에 의해 면 소재의 일반적인 섬유류 보다 적어도 9배 이상의 원적외선 방사 투과율을 가질 수 있으며, 참숯, 자기 또는 황토와 유사한 0.9 수준의 원적외선 방사 투과율을 가지는 것을 알 수 있다. 상기 원적외선은 인체의 생리작용을 활성화시키고 살균력 등의 유익한 기능성 효과를 제공할 수 있다.

도 9는 각종 재료의 건조성능을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 9의 건조성능은 유사한 조직과 중량을 가진 면섬유(Cotton), PET섬유와의 수분에 대한 증산성(보켄법 II)을 평가한 것이다. 도 9를 참조하면, 닥섬유(한지)는 면사와 PET 섬유의 중간 정도의 발산성을 가질 수 있으며, 면 섬유 보다 2배 이상의 빠른 수분 발산성을 나타낸다. 따라서, 본 실시 예의 닥나무 융합사(10)는 닥 마이크로 분말(2)에 의해 적절한 수분 함유량을 지니고 있어 보습성이 있다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 본 실시 예의 닥나무 융합사(10)는 건조성능이 우수하기 때문에 아웃도어, 양말, 속옷 등의 섬유 제품의 재료로 활용하기에 적합하다.

한편, 본 실시 예의 닥 마이크로 분말(2)은 약 6.7pH의 산도를 가지고 있고 앞서 설명한 바와 같이 닥 마이크로 분말(2)이 원사 바디(1) 내부에서 서로 소정 간격을 두고 분산되게 배치되도록 고분자 물질과 융합하는 방식으로 제조되므로, 세탁을 여러 번 하더라도 원사 바디(1)에 의해 커버된 닥 마이크로 분말(2)의 항균성 및 소취 효과 등이 오랜 동안 지속될 수 있다. 이에 닥나무 융합사(10)를 아동섬유류, 내의류, 중의류, 외의류, 침구류, 장갑, 양말, 위생의류, 타올, 인솔, 메디컬 제품 및 그 외 기타 특수 목적의 직조물 등 다양한 종류의 섬유 제품과, 더욱이 잔실 또는 부푸러기의 발생이 없어 필요시 식품을 취급할 때 사용하는 위생 장갑과 같은 섬유 제품이나 또는 수술용 장갑과 같은 의료 분야 등 위생이 요구되는 분야의 제품 재료로 용이하게 활용할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 의한 닥나무 융합사의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

도 10을 참조하여, 본 발명의 닥나무 융합사를 제조하는 방법을 일 실시 예를 들어 구체적으로 설명한다.

본 실시 예의 닥나무 융합사를 제조하기 위해서는 닥나무 껍질과 원사 바디를 형성하기 위한 주성분으로 사용되는 고분자 물질이 필요하다.

본 실시 예에서는 먼저 닥나무 껍질을 세절기와 같은 장치를 이용하여 소정 크기의 조각들로 절단하는 제1 단계(S11)를 진행한다. 일반적으로 닥나무 껍질은 흑피와 백피로 이루어져 있고, 본 실시 예에서는 상기 닥나무 껍질 조각을 천연 잿물로 세척한 후(S12), 닥나무 껍질 조각을 증기로 찐 후 흑피를 벗겨 백피를 추출한다(S13). 도 11은 천연 잿물로 세척 후 닥나무 껍질의 흑피를 나타낸 사진이고, 도 12는 흑피 제거 후 추출된 백피를 나타낸 사진이다.

그리고, 이후 백피를 포함하는 닥나무 껍질 조각들은 후 공정에서 사용하기 위해 차아염소산 수용액과 같은 표백제 등을 이용하여 세척(S14)함으로써 닥나무 껍질에 묻어 있는 이물질을 제거한 기본 재료를 마련하게 된다.

다음으로, 상기 가본 재료인 닥나무 껍질 조각들을 수분 함유량이 5 내지 30중량%가 되도록 가습하는 제2 단계(S20)를 진행한다. 이때, 가습 후 닥나무 껍질 조각의 수분 함유량은 더 바람직하게는 10 내지 20중량%가 될 수 있다. 이러한 가습 공정은 후술하는 급속 질소 냉각 공정을 위해 닥나무 껍질 조각에 적정량의 수분을 공급하는 것으로서, 이때 상기 가습 공정은 분무 또는 함침 등의 여러 방법을 이용할 수 있고, 해당 공정은 필요시 동일한 조건에서 수 차례 반복하여 진행할 수 있으며, 닥나무 껍질 조각의 최종 수분 함유량이 상기 범위 내에 오게 된다면 가습 조건 및 가습 횟수, 구체적인 방법 등이 특정한 내용으로 한정되는 것은 아니다.

이때, 닥나무 껍질 조각들의 최종 수분 함유량이 5중량% 미만이 되면 후술하는 냉각 공정에서 얼음과 같은 형태로 제대로 얼지 않게 되어 그 이후의 미세분말화 공정이 원활하게 진행되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 닥나무 껍질 조각들의 최종 수분 함유량이 30중량%를 초과하게 되면 후술하는 냉각 공정에서 얼음의 두께가 너무 두꺼워져 미세분말화 공정에서 닥나무 껍질 조각이 1,000 메쉬 이하로 분쇄되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.

다음으로, 수분 함유량이 5 내지 30중량%로 맞춰진 닥나무 껍질 조각들을 -200 내지 -250℃에서 급속 질소 냉각하여, 얼음과 같은 상태로 동결시키는 제3 단계(S30)를 진행한다. 이때, 냉각 온도가 -250℃ 보다 더 낮으면 효율 대비 작업 공정상 과다한 비용이 지출되는 문제가 발생할 수 있고, 냉각 온도가 -200℃ 보다 높으면 닥나무 껍질 조각들 중 일부가 얼음 형태로 완전히 냉각되지 않는 문제가 발생할 수 있다.

다음으로, 급속 냉각된 얼음 형태의 닥나무 껍질 조각들을 공지된 분쇄기 등을 이용하여 500 내지 1,000 메쉬의 미세한 크기를 갖는 알갱이 형태로 이루어지는 복수의 닥 마이크로 분말로 미세분말화 하는 제4 단계(S40)를 진행한다. 이때, 닥 마이크로 분말의 입자 크기가 500 내지 1,000 메쉬의 범위를 벗어나면, 후술하는 고분자 물질과의 혼합 과정에서 만족스러운 결과가 도출되지 못하고 완성된 닥나무 융합사의 두께가 고르지 못하거나 표면이 매끄럽지 못하게 되는 현상과 같은 불량이 발생할 수 있다.

다음으로, 90 내지 300℃의 용해 온도 조건을 갖는 압출 용해로에 고분자 물질과 복수의 닥 마이크로 분말을 투입하고 혼합하여 혼합물을 마련하는 제5 단계(S50)를 진행한다.

상기 고분자 물질은 융합사의 원사 바디를 구성하는 주성분 재료로서, 바람직하게 열가소성 수지일 수 있고, 상기 열가소성 수지는 예를 들어 폴리아크릴계 수지, 폴리에스테르계 수지, 올레핀계 수지, 폴리비닐알코올계 수지 및 폴리우레탄 수지 등에서 선택된 적어도 1종 이상이 사용될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

이때, 닥 마이크로 분말의 총 함량은 상기 혼합물의 전체 중량에 대하여 10 내지 30중량%가 포함되도록 할 수 있다. 닥 마이크로 분말의 총 함량이 10중량% 미만인 경우 제조된 융합사의 내구성이 저하되고 닥나무의 여러 특성 및 기능이 제대로 구현되지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 닥 마이크로 분말의 총 함량이 30중량%를 초과하면 제조된 융합사가 지나치게 딱딱해지거나 융합사의 표면이 매끄럽지 못하게 되거나 심한 경우 융합사의 표면이 우들두들해지는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 압출 용해로의 온도가 90℃ 미만인 경우 이상 유동 현상이 발생하여 작업성이 저하되어 융합사의 품질도 같이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 상기 압출 용해로의 온도가 300℃를 초과하면 열분해가 발생하여 고분자 물질의 분자량이 저하되어 융합사의 강도가 낮아지면서 융합사의 일부가 손실되는 문제가 발생할 수 있다.

한편, 필요에 따라, 상기 혼합물 마련시 상기 압출 용해로에 가소제, 난연제, 산화방지제, 내마모성 향상제 및 항균제 등의 첨가제를 더 투입할 수 있다.

다음으로, 상기 압출 용해로에 마련된 미세 노즐에 실린더로 기계적 압력을 가하여 상기 혼합물을 방사 공정으로 압출하여 길게 실 형태로 된 융합사를 성형하는 제6 단계(S60)를 진행한다. 이때, 융합사는 고분자 물질 내에 복수의 닥 마이크로 분말이 서로 소정 간격을 두고 고르게 분산되게 배치되는 구조를 가질 수 있다. 이렇게 성형된 융합사는 필요시 별도의 권취 공정을 통해 도 1에서와 같이 보빈 등에 감아둘 수 있다.

이후 건조 과정을 거쳐 완성되는 닥나무 융합사는 앞서 혼합물을 마련하는 단계에서 첨가제를 조정하고 본 압출 단계에서 미세 노즐의 규격을 조절하여 필요에 따라 폴리 나이론, 마이크로 화이바 및 극세사 등의 다양한 종류와 굵기를 갖는 원사로 제조할 수 있다. 상기 닥나무 융합사는 바람직하게 60 내지 200 데니어의 특성을 가질 수 있지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

종래의 기계적인 방법으로는 닥나무 껍질을 아무리 잘게 부수어도 닥나무의 섬유질이 일정 길이를 갖는 형태가 유지되어 닥나무 섬유사의 굵기가 일정하지 않고 표면이 우들두들해질 수 밖에 없다. 하지만, 본 실시 예에서와 같이 닥나무 껍질을 일정한 수분 함유량을 갖도록 가습한 후 급속 질소 냉각하여 분쇄하면 500 내지 1,000 메쉬 크기의 미세한 알갱이로 만들 수 있으므로, 이러한 닥 마이크로 분말이 고분자 물질로 된 원사 바디 내에서 서로 소정 간격을 두고 분산되게 배치되어 제조된 융합사의 굵기가 균일해지면서 표면이 우들두들해지는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

한편, 필요에 따라 제6 단계 이후에 염색 단계(S70)를 더 수행할 수 있다. 상기 염색 단계는 닥나무 융합사에 사용자가 원하는 임의의 색을 입히는 공정으로, 성형이 완료된 닥나무 융합사를 천연 또는 인공 염료에 담가 색을 입힐 수 있다.

본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

1: 원사 바디
2: 닥 마이크로 분말
10: 닥나무 융합사

Claims (5)

1. 고분자 물질을 포함하고, 길게 실 형태로 형성되는 원사 바디; 및
   닥나무 껍질을 분쇄하여 500 내지 1,000 메쉬(mesh) 크기의 알갱이 형태로 이루어지고, 상기 원사 바디 내에 서로 소정 간격을 두고 분산되어 배치되는 복수의 닥 마이크로 분말; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 닥나무 융합사.
2. 제1항에 있어서, 전체 중량에 대하여, 상기 닥 마이크로 분말이 10 내지 30중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 닥나무 융합사.
3. 닥나무 껍질을 복수의 조각으로 절단하는 제1 단계;
   상기 닥나무 껍질 조각들을 수분 함유량이 5 내지 30중량%가 되도록 가습하는 제2 단계;
   수분 함유량이 맞춰진 닥나무 껍질 조각들을 -200 내지 -250℃에서 급속 질소 냉각하여 얼음과 같은 형태로 동결하는 제3 단계;
   얼음 형태의 닥나무 껍질 조각들을 분쇄하여 500 내지 1,000 메쉬 크기의 알갱이 형태로 이루어진 복수의 닥 마이크로 분말로 미세분말화 하는 제4 단계;
   고분자 물질과 상기 복수의 닥 마이크로 분말을 혼합하여 혼합물을 마련하는 제5 단계; 및
   상기 혼합물을 방사 공정으로 압출하여 상기 고분자 물질 내에 상기 복수의 닥 마이크로 분말이 서로 소정 간격을 두고 분산되게 배치된 융합사를 성형하는 제6 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 닥나무 융합사의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 제5 단계는, 상기 혼합물의 전체 중량에 대하여, 상기 닥 마이크로 분말이 10 내지 30중량% 포함되도록 하는 것을 특징으로 하는 닥나무 융합사의 제조 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 제1 단계 이후에, 상기 닥나무 껍질 조각을 천연 잿물로 세척하는 단계; 상기 닥나무 껍질 조각을 증기로 찐 후 흑피를 벗겨 백피를 추출하는 단계; 및 상기 백피를 세척하는 단계; 를 순서대로 더 진행하는 것을 특징으로 하는 닥나무 융합사의 제조 방법.

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