KR102149700B1 - 그래핀이 포함된 원단 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 완충 및 보온 소재로 사용되는 솜; 상기 솜의 상부에 위치하는 상부원단; 상기 솜의 하부에 위치하는 하부원단; 및 상기 누빔 공정을 통해 엠보 패턴을 형성하며 솜과 상부원단 및 하부원단을 일체화하는 그래핀 원사;를 포함하는, 그래핀이 포함된 원단 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 그래핀이 포함된 원단은 원적외선 방사에 의한 혈액순환 촉진 및 섬유나 인체에 흐르는 정전기 등과 같은 미세전류를 흡수 및 소멸시킴으로써 피부 건조, 소양증 및 아토피 등과 같은 피부 질환을 완화시킬 수 있다.

Description

그래핀이 포함된 원단 및 이의 제조방법{Fabric including grapheme and manufacturing method of the same}
본 발명은 그래핀이 포함된 원단 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그래핀이 포함되어 섬유의 보온성을 높이고, 원적외선 방사에 의한 혈액순환 촉진 및 섬유나 인체에 흐르는 정전기 등과 같은 미세전류를 흡수 및 소멸시킴으로써 피부 건조, 소양증 및 아토피 등과 같은 피부 질환을 완화시킬 수 있는 원단 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
침구는 사람들의 수면이나 휴식 시에 보다 편안하고 안락하게 잠을 잘 수 있도록 도와주는 역할을 하는데, 사람들은 하루의 일상생활 후에 수면을 취함으로써, 피로를 풀게 되고 다음 날의 활동을 재개함에 있어 육체적인 충전을 할 수 있게 한다. 이에, 침구는 체온을 보존하는 기능과 딱딱한 바닥의 불편함을 보완하여 푹신하고 부드러운 소재의 원단으로 이루어진다. 이러한 원단의 침구를 이용하여 사람들은 수면 시에 체온을 유지할 수 있고 부드럽고 푹신한 촉감으로 취침 시에 포근하게 잠을 잘 수 있다.
일반적으로 요, 이불, 패드, 매트리스 커버 등과 같은 침구류는 수면 시 체온 유지를 돕기 위해 소정 두께를 갖도록 형성되며, 예를 들어 솜과 같은 쿠션부와 이러한 쿠션부를 수용하도록 천이 솜을 둘러싸는 형태로 형성되어 솜에 의한 보온효과를 얻을 수 있다.
이때, 솜을 둘러싸는 천은 인체에 직접 접촉되는 부분으로, 천과 천 사이의 마찰 혹은 천과 인체 사이의 마찰에 의해 정전기를 발생시키며, 이렇게 발생된 정전기는 피부를 건조하게하고 소양증을 유발하는 문제가 있으며, 정전기 발생시의 불쾌함을 야기하여 사용자에게 불만을 유발하므로, 이와 같은 문제를 방지하기 위해 천을 제직할 때 대전방지제와 같은 물질을 첨가하여 제직하나, 이를 통한 충분한 정전기 제거 효과는 얻어지지 않고 있다.
한편, 섬유제품분야에 있어서 섬유제품 자체의 기능성을 향상시키려는 기술 개발 연구가 오래전부터 이루어져 왔으며, 특히 인체에 유용한 효과를 발휘하는 새로운 기능성 섬유소재가 끊임없이 개발되어 출시되고 있다.
이러한 기능성 섬유소재 중, 근래에는 인체의 혈액순환 촉진작용과 같이 인체에 유용한 효과를 발휘하는 원적외선 방사 기능을 갖는 소재가 각광받고 있는데, 일반적으로 원적외선 섬유 및 원단은 함유된 여러가지 광물질로 인하여 체온이나 외부의 가시광선에 의해서 인체의 체액이 흡수할 수 있는 파장대의 원적외선을 방사하고 이것이 인체의 대부분을 차지하는 체액을 활성화시켜 보온, 온열, 효과를 가져 혈액순환 등에 영향을 주며, 인체 내에 땀을 분비시켜 신진대사를 촉진하는 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
이러한 기능을 부여하기 위해 게르마늄, 모나자이트, 토르말린과 같은 물질을 섬유 또는 원단에 코팅하거나, 섬유의 방사액에 첨가시켜 섬유를 제조하여 원적외선 방사 섬유를 제조하였으나, 최근 이러한 물질들에서 방사능이 방출되어 의류나 침구, 자동차 내장재 등의 섬유 제품으로 사용하기 부적합하다는 평가를 받아, 원적외선 방사 효과를 갖는 새로운 원단 제품의 개발이 필요한 실정이다.
등록특허 제10-1920420호(2018.11.14 등록)
본 발명에서는 섬유의 보온성을 높이고, 원적외선 방사에 의한 혈액순환 촉진 및 섬유나 인체에 흐르는 정전기 등과 같은 미세전류를 흡수 및 소멸시킴으로써 피부 건조, 소양증 및 아토피 등과 같은 피부 질환을 완화시킬 수 있는 그래핀이 포함된 원단 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 완충 및 보온 소재로 사용되는 솜; 상기 솜의 상부에 위치하는 상부원단; 상기 솜의 하부에 위치하는 하부원단; 및 누빔 공정을 통해 엠보 패턴을 형성하며 상기 솜과 상부원단 및 하부원단을 일체화하는 그래핀 원사;를 포함하는, 그래핀이 포함된 원단에 관한 것이다.
상기 그래핀 원사는, 열가소성 수지 100 중량부에 대하여 그래핀 분말 0.5~5.8 중량부를 포함할 수 있다.
상기 그래핀 분말은 입자크기 50~170nm일 수 있다.
상기 열가소성 수지는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 상부원단, 솜 및 하부원단을 순차적으로 배치하는 배치 단계; 그래핀 원사를 이용하여 순차적으로 배치된 상부원단, 솜 및 하부원단을 일체화하는 누빔 단계;를 포함하는, 그래핀이 포함된 원단을 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기 배치 단계 이전에, 열가소성 수지와 그래핀 분말이 포함된 방사액을 방사하여 그래핀 원사를 제조하는 그래핀 원사 제조 단계;가 수행될 수 있다.
상기 그래핀 원사 제조 단계는, 열가소성 수지를 용융하여 용융액을 제조하는 단계; 상기 용융액에 그래핀 분말을 혼합하여 방사액을 제조하는 단계; 상기 방사액을 용융 방사하여 그래핀 원사를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 그래핀이 포함된 원단은 섬유의 보온성을 높이고, 원적외선 방사에 의한 혈액순환 촉진 및 섬유나 인체에 흐르는 정전기 등과 같은 미세전류를 흡수 및 소멸시킴으로써 피부 건조, 소양증 및 아토피 등과 같은 피부 질환을 완화시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀이 포함된 원단의 단면을 간략하게 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 그래핀이 포함된 원단의 원적외선 시험성적서이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 그래핀이 포함된 원단의 안전 시험성적서이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.
본 발명은 그래핀이 포함된 원단 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀이 포함된 원단(100)의 단면을 간략하게 도시한 것으로, 상기 그래핀이 포함된 원단(100)은 완충 및 보온 소재로 사용되는 솜(110); 상기 솜(110)의 상부에 위치하는 상부원단(120); 상기 솜(110)의 하부에 위치하는 하부원단(130); 및 누빔 공정을 통해 엠보 패턴을 형성하며 상기 솜(110)과 상부원단(120) 및 하부원단(130)을 일체화하는 그래핀 원사(140);를 포함한다.
상기 솜(110)은 완충 및 보온을 위한 것으로, 목화솜, 양모솜, 명주솜 등과 같은 천연 솜 또는 폴리에스터솜과 같은 화학 솜이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 상부원단(120)과 하부원단(130)은 솜(110)의 상부와 하부에 배치되어 솜(110)이 외부로 유출되는 것을 방지하는 것으로, 누빔 공정을 통해 솜(110)과 일체화된다. 상부원단(120)과 하부원단(130)은 면, 실크, 린넨, 텐셀, 모달, 폴리에스테르 등의 재질로 형성될 수 있으며, 서로 동일한 재질로 형성될 수도 있고 또는 서로 다른 재질로 형성될 수도 있다.
이때, 상부원단(120)의 신도가 하부원단(130)의 신도보다 높은 것이 바람직하며, 이 경우, 하부원단(130)은 평탄한 상태를 유지하고 상부원단(120)에만 엠보 패턴이 형성되어 상면에서의 쿠션 성능이 향상되고, 하부원단(130)과 바닥면과의 밀착력이 향상되는 장점이 있다.
상기 그래핀 원사(140)는 그래핀이 포함된 원사로, 상기 솜(110), 상부원단(120) 및 하부원단(130)을 일체화하기 위한 누빔실로 사용된다. 이러한 그래핀 원사(140)는 솜(110)과 상부원단(120) 및 하부원단(130)을 일체화하도록 누빔질 될 때 하나의 그래핀 원사(140)를 이용하여 누빔질 되거나, 둘 이상의 그래핀 원사(140)를 이용하여 누빔질될 수 있다.
이와 같이 둘 이상의 그래핀 원사(140)가 사용되는 경우, 각 그래핀 원사(140)가 서로 맞닿거나 교차되는 영역이 생기도록 재봉되어, 그래핀이 포함된 원단(100)에 재봉된 복수의 그래핀 원사(140)들이 서로 연속적으로 형성될 수 있으며, 이와 같이 그래핀 원사(140)가 연속적으로 형성됨에 따라 그래핀 원단(140)을 침구로 이용하는 경우, 마찰 등에 의해 형성된 정전기와 같은 미세 전류가 연속적으로 재봉된 그래핀 원사(140)를 따라 흐르며 방전되기 때문에 정전기에 의한 피부건조, 소양증 등의 문제를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 그래핀 원사(140)에 의해 솜(110), 상부원단(120) 및 하부원단(130)이 일체화 되는 경우, 그래핀 원사(140)에 의한 재봉선(141)이 형성되는 영역은 재봉선(141)에 의해 압축되어, 도 2에 도시된 바와 같이 하부원단(130)의 밑면에서 상부원단(120)의 윗면까지의 두께가 얇아지며 재봉선(141)이 형성되지 않은 영역과의 두께차로 인해 엠보 패턴을 형성하게 된다.
상기 재봉선(141)을 형성하는 각 스티치의 형태는 도 2에 도시된 바와 같이 직선 형태로 형성될 수도 있고, 사선 형태나 지그재그 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 재봉선(141)의 각 열을 형성하는 스티치는, 도 2에 도시된 바와 같이 서로 불연속한 형태로 배열되어 하나의 열을 형성할 수도 있고, 또는 연속적으로 배열되어 하나의 열을 형성할 수도 있다.
이때, 재봉선(141)은 1열 이상으로 형성될 수 있고, 바람직하게는 2열 이상으로 형성될 수 있다. 이와 같이 재봉선(141)이 2열 이상으로 형성되는 경우, 재봉선(141)에 의해 솜(110), 상부원단(120) 및 하부원단(130)이 압축되는 압축영역(A)과 재봉선(141)이 형성되지 않은 비압축영역(B)으로 나뉘며 엠보 패턴이 형성된다.
압축영역(A)에서는 그래핀 원사(140)에 의한 미세 전류 방전이 이루어지고, 비압축영역(B)은 내부의 솜(110)에 의한 쿠션감 및 보온력을 제공한다. 이때, 압축영역(A)에서 2열 이상의 재봉선(141)이 형성된 경우, 각 열은 1.5mm 이하의 간격을 갖도록 재봉되는 것이 바람직한데, 이는, 각 열의 간격이 1.5mm를 초과하면 각 열 사이가 충분하게 압축되지 않아, 압축영역(A) 내에서 재봉선(141)이 지나지 않는 부분이 돌출 형성되므로, 침구로 사용되는 경우에 이러한 돌출 부분에 의해 그래핀 원사(140)에 인체나 천 등이 직접 닿는 것이 곤란해지며, 이에 따라 미세 전류를 방전시키는 기능이 불충분하게 이루어지기 때문이다.
또한, 사용시 압축영역(A)의 인체나 천 등과의 접촉력을 높이기 위해, 압축영역(A)의 폭은 2.5mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 압축영역(A)의 폭은 2.5~3.5mm로 형성되고, 비압축영역(B)의 폭은 6.5~10mm로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우, 비압축영역(B)에 의한 쿠션감과 보온 효과를 유지하면서, 압축영역(A)과의 접촉 방해가 최소화될 수 있기 때문이다.
한편, 상기 그래핀 원사(140)는, 열가소성 수지 100 중량부에 대하여 그래핀 분말 0.5~5.8 중량부를 포함하는 것으로, 그래핀이 포함되어 전도성을 갖는다. 이러한 그래핀 원사(140)는 본 발명의 누빔실로 사용됨으로써 그래핀이 포함된 원단(100)을 사용할 때 정전기와 같은 미세전류를 제거하는 효과를 제공한다.
그래핀 원사(140)에 사용되는 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 그래핀은 열가소성 수지 100 중량부에 대하여 0.5~5.8 중량부로 포함될 수 있는데, 0.5 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 그래핀에 의한 미세 전류 제거 효과를 얻기 곤란하고, 5.8 중량부를 초과하는 경우에는 원사의 탄성이 저하되고, 그래핀이 그래핀 원사(140)로부터 탈리되는 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 그래핀 원사(140) 내에 그래핀은 상술한 중량 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 그래핀 분말은 항균, 피부진정 및 원적외선 방사에 의한 혈액순환 촉진, 세포조직 생성, 노화방지, 신진대사 촉진, 만성피로와 성인병 예방 등의 효과를 나타낸다. 이러한 그래핀 분말은 구형, 판상형, 침상형, 로드형 및 튜브형 중 적어도 어느 하나 이상의 입자 형태를 가질 수 있는데, 그래핀 분말은 반데르발스 인력으로 적층되려는 경향이 커 쉽게 응집체를 형성하므로, 응집체 형성을 방지하여 그래핀 분말의 그래핀 원사(140) 내의 분산력을 향상시키기 위해 바람직하게는 구형의 그래핀 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 그래핀 분말의 입자크기는 50~170nm일 수 있는데, 입자크기가 50nm 미만인 경우, 그래핀 원사(140)를 제조하는 과정에서 그래핀 분말이 열가소성 수지 내에 균일하게 분포되지 않고 그래핀 분말끼리 응집되어 그래핀 원사(140)의 물성을 저하시키기 때문이고, 170nm를 초과하는 경우에는 그래핀 원사(140)에서 쉽게 탈리될 수 있기 때문이다.
이때, 바람직하게는 그래핀 원사(140)의 원사로써의 신도나 탄성을 유지시키면서 도전성을 높이기 위해 도전성 유기 분말이 추가로 더 포함될 수 있으며, 이러한 도전성 유기 분말로 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린 및 폴리아센으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 도전성 유기 분말이 사용될 수 있다. 이러한 도전성 유기 분말의 입자크기는 30~150nm인 것이 바람직하다.
도전성 유기 분말은 열가소성 수지 100 중량부에 대하여 2~5 중량부로 포함될 수 있으며, 2 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 도전성 향상이 미미하고, 5 중량부를 초과하여 포함되는 경우에는 그래핀 원사(140)의 신도나 탄성을 오히려 저하시켜 누빔실로써의 스트레치성이 저하되므로, 상술한 중량 범위내에서 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는, 상기 그래핀이 포함된 원단(100)을 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 실시예를 통해 제조된 그래핀이 포함된 원단(100)은 앞서 본 발명의 일 실시예에서 설명한 것과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀이 포함된 원단을 제조하는 방법은, 상부원단(120), 솜(110) 및 하부원단(130)을 순차적으로 배치하는 배치 단계; 그래핀 원사(140)를 이용하여 순차적으로 배치된 상부원단(120), 솜(110) 및 하부원단(130)을 일체화하는 누빔 단계;를 포함한다.
상기 배치 단계는 상부원단(120), 솜(110) 및 하부원단(130)을 순차적으로 배치하는 단계로, 상부원단(120)과 하부원단(130) 사이에 솜(110)이 배치되기만 한다면 각 요소의 배치 순서는 특별히 제한되지 않는다.
상기 누빔 단계는, 상부원단(120), 솜(110) 및 하부원단(130)을 일체화하기 위해 누빔 재봉을 하는 단계로, 앞서 설명한 압축영역(A)과 비압축영역(B)이 형성되도록 누빔 재봉이 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 상기 배치 단계 이전에, 열가소성 수지와 그래핀 분말이 포함된 방사액을 방사하여 그래핀 원사를 제조하는 그래핀 원사 제조 단계가 수행될 수 있다.
상기 그래핀 원사 제조 단계는, 열가소성 수지를 용융하여 용융액을 제조하는 단계; 상기 용융액에 그래핀 분말을 혼합하여 방사액을 제조하는 단계; 상기 방사액을 용융 방사하여 그래핀 원사를 제조하는 단계;를 포함한다.
상기 용융액을 제조하는 단계는, 열가소성 수지를 가열하여 용융시키는 단계이다. 이때 용융 온도는 예를 들어, 100~300℃일 수 있는데, 특별히 이에 한정되지 않고 열가소성 수지의 종류에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
상기 방사액을 제조하는 단계는, 앞서 얻어진 용융된 열가소성 수지에 그래핀 분말을 혼합하는 단계이다. 그래핀 분말은 열가소성 수지 100 중량부에 대하여 0.5~5.8 중량부로 혼합될 수 있으며, 그래핀 분말이 균일하게 혼합되도록 150~500RPM의 교반 속도로 5~20분간 교반되는 것이 바람직하다.
이때, 방사액을 제조하는 단계는 용융된 열가소성 수지에 그래핀 분말을 혼합하여 교반한 뒤 도전성 유기 분말을 추가로 더 혼합하고 교반하여 수행될 수 있다. 이 경우, 그래핀 원사(140)의 미세 전류 제거 효율이 향상되면서 원사로써의 신율과 탄성이 우수하게 유지되는 장점이 있다.
구체적으로, 용융된 열가소성 수지에 그래핀 분말을 혼합하고, 150~500RPM의 교반 속도로 5~20분간 교반한 뒤, 도전성 유기 분말을 추가로 더 혼합하고 동일한 교반 속도로 5~20분간 교반하여 방사액을 제조할 수 있다. 그래핀 분말과 도전성 유기 분말은 동시에 투입되는 경우 입자들끼리 서로 뭉쳐 응집체를 형성하므로, 이와 같이 단계적으로 투입되어 혼합되는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 방사액 제조 후, 방사액을 초음파 분산시키는 후처리 공정을 수행함으로써, 그래핀 분말과 도전성 유기 분말을 입자 상태로 열가소성 수지 내에 균일하게 분산시킬 수 있다.
다음으로, 상기 방사액을 용융 방사하여 그래핀 원사(140)가 얻어질 수 있다.
한편, 이와 같은 단계를 통해 얻어진 그래핀이 포함된 원단(100)은, 그래핀 원사(140)에 의해 형성된 재봉선(141)을 따라 전도성을 나타내, 의류나 침구로 이용되는 경우, 정전기와 같은 미세 전류가 재봉선(141)을 따라 흘러서 방전되므로, 정전기에 의한 불쾌감, 피부 건조, 소양증 등의 문제를 방지할 수 있으며, 그래핀 자체에서 방출되는 원적외선에 의한 혈액순환 촉진, 세포조직 생성, 노화방지, 신진대사 촉진, 만성피로와 성인병 예방 등의 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 그래핀이 포함된 원단(100)은 요, 이불, 패드, 침대 매트리스와 같은 침구로 이용될 수 있으며, 이에 제한되지 않고 의류나 차량 내장재 등 다양한 용도의 원단으로 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명의 구체적인 작용과 효과를 설명하고자 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로서 제시된 것으로, 실시예에 따라 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
[ 제조예 ]
그래핀 원사 제조
먼저, 폴리에스테르 칩을 270℃로 가열하여 용융한 뒤, 여기에 폴리에스테르 100 중량부에 대하여 1 중량부의 그래핀 분말을 첨가하고, 200RPM의 속도로 7분간 교반한 뒤, 20분 동안 초음파 분산시켜 방사액을 제조하고, 이를 방사 및 권취하여 두께 약 100㎛인 실시예 1의 그래핀 원사를 제조하였다. 이때, 그래핀 분말은 입자크기 50~90nm인 것을 사용하였다.
그래핀이 포함된 원단 제조
다음으로, 폴리에스터 재질의 상부원단(120)과 하부원단(130) 사이에 폴리에스터 솜(110)을 배치하고, 재봉하여 누빔 원단을 제조하되, 각 재봉선이 3열로 배치되어 엠보 패턴을 형성하도록 재봉하였다.
[ 실험예 1]
앞서 제조된 그래핀이 포함된 원단을 한국원적외선응용평가연구원에 의뢰하여 원적외선 방사율과 방사에너지를 측정하고, 그 결과인 시험성적서를 도 3에 도시하였다.
시험 결과, 방사율 0.884㎛, 방사에너지 3.41×102 W/m2·㎛의 원적외선을 방출하는 것으로 확인되었다.
또한, 한국의류시험연구원에 의뢰하여 원단의 안전성에 관한 시험을 수행하고 그 결과를 도 3 내지 도 9에 도시하였다. 시험 결과, 본 발명에 따른 그래핀이 포함된 원단은, 포름알데히드가 검출되지 않고, 소취율이 뛰어나며, 폐렴간균 및 황색포도상구균에 대한 항균 효과가 있는 것으로 확인되었다.
뿐만 아니라, 알러지성 염료가 검출한계 미만으로 알러지성 염료에 의한 알러지 유발 문제를 방지할 수 있으며, 발암물질인 아릴아민 화합물도 검출한계 미만으로, 아릴아민 화합물에 의한 안전성 문제도 없는 것으로 확인되었다.
또한, ㈜한일원자력에 의뢰하여 라돈 방사능을 측정하였으며, 그 결과 5.4Bq/m3 미만의 방사능이 방출되는 것으로 확인되었으며, 라돈 권고 기준치인 148Bq/m3에 비해 현저히 낮아 방사능에 대해 안전한 원단인 것으로 확인되었다.
[ 실험예 2]
그래핀 원사 제조시 그래핀 분말의 입자크기를 하기 표 1과 같이 변경시켜가며 제조하고, 각 원사의 인장강도와 전기저항을 측정하여 그 결과를 표 1에 함께 기재하였다.
입자크기(nm) 인장강도(kfg/cm) 전기저항(Ω/cm)
비교예 1 10~50 12.5 3.8×107
실시예 1 50~90 17.5 2.6×107
실시예 2 80~120 18.3 2.9×107
실시예 3 120~170 16.2 2.5×107
비교예 2 170~200 10.1 3.3×107
상기 표 1의 실험 결과를 참조하면, 비교예 1과 비교예 2는 실시예 1 내지 실시예 3에 비해 인장강도 및 전기저항이 현저히 낮은 것을 확인할 수 있다.
비교예 1의 경우에는 그래핀 분말이 서로 응집되어 원사 내에 불균일한 분포를 갖기 때문에 이러한 결과가 나타난 것으로 보이고, 비교예 2의 경우에는 그래핀 분말의 입자크기가 과도하게 커서 원사 단면에서 입자가 차지하는 영역이 증가하기 때문에 인장강도가 저하되는 것으로 판단된다.
반면, 실시예 1 내지 실시예 3의 경우에는 그래핀 분말이 원사 내에 균일하게 분산되어 높은 인장강도와 전기전도도를 나타내므로, 본 실험 결과로부터 그래핀 분말의 입자크기는 50~170nm인 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
[ 실험예 3]
제조예와 동일한 방법으로 그래핀 원사를 제조하되, 그래핀 분말을 첨가하여 교반한 뒤, 입자크기 30~80nm의 폴리티오펜 분말 2 중량부를 추가로 더 혼합하고, 200RPM의 속도로 10분간 더 교반한 후, 20분 동안 초음파 분산시켜 얻어진 방사액을 방사 및 권축하여 두께 약 100㎛인 그래핀 원사를 제조하였다.
이와 같이 제조된 그래핀 원사의 인장강도와 전기저항을 측정하여 그 결과를 표 2에 기재하였으며, 폴리티오펜 분말의 함량을 변화시켜가며 그래핀 원사를 제조하여, 인장강도 및 전기저항을 측정하고 그 결과를 표 2에 함께 기재하였다.
폴리티오펜 분말의 중량(중량부/폴리에스테르 100 중량부) 인장강도(kfg/cm) 전기저항(Ω/cm)
실시예 1 - 17.5 2.6×107
실시예 4 1 18.2 1.8×107
실시예 5 2 24.6 1.1×107
실시예 6 3 25.8 0.8×107
실시예 7 4 28.0 0.6×107
실시예 8 5 25.5 0.5×107
실시예 9 6 19.7 0.3×107
실시예 10 7 14.6 0.3×107
상기 표 2의 실험 결과를 살펴보면, 폴리티오펜 분말이 추가로 더 포함되는 경우, 그 함량이 증가할수록 전기저항이 낮아지는 것으로 확인되었는데, 이는 전도성 고분자인 폴리티오펜 분말이 그래핀 분말과 함께 전기가 이동하는 통로를 형성하였기 때문에 나타난 결과로 보인다.
또한, 폴리티오펜 분말의 함량이 폴리에스테르 100 중량부에 대하여 2~5 중량부인 경우에는 그래핀 원사의 인장강도도 향상되는 효과가 나타났는데, 이는 폴리티오펜 분말이 유기물인 폴리에스테르 내에서 유기물간의 응집력 및 부착력을 향상시키는 핵으로 작용하여 원사의 인장력을 높이기 때문에 나타난 결과로 판단된다.
그러나, 그 함량이 부족한 경우에는 이러한 효과가 미미하고, 과도한 경우에는 오히려 원사 내의 이물질과 같이 작용하여 인장강도를 저하시키므로, 인장강도와 전기전도도를 높이기 위해 폴리티오펜 분말이 추가로 포함되는 경우에는 폴리에스테르 100 중량부에 대하여 2~5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한 것으로 확인되었다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
100: 그래핀이 포함된 원단
110: 솜
120: 상부원단
130: 하부원단
140: 그래핀 원사
141: 재봉선

Claims (7)

  1. 완충 및 보온 소재로 사용되는 솜(110);
    상기 솜(110)의 상부에 위치하는 상부원단(120);
    상기 솜(110)의 하부에 위치하는 하부원단(130); 및
    누빔 공정을 통해 엠보 패턴을 형성하며 상기 솜(110)과 상부원단(120) 및 하부원단(130)을 일체화하는 그래핀 원사(140);를 포함하고,
    상기 엠보 패턴은 상기 그래핀 원사(140)에 의해 형성된 재봉선(141)이 형성된 영역인 압축영역(A)과 재봉선(141)이 형성되지 않은 비압축영역(B)으로 나뉘며,
    상기 압축영역(A)의 폭은 2.5~3.5mm로 형성되고, 비압축영역(B)의 폭은 6.5~10mm로 형성되고,
    상기 그래핀 원사는, 열가소성 수지 100 중량부에 대하여 그래핀 분말 0.5~5.8 중량부 및 도전성 유기 분말 2~5 중량부를 포함하며,
    상기 그래핀 분말은, 입자크기 50~170nm인 구형의 그래핀 분말이고,
    상기 도전성 유기 분말은, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린 및 폴리아센으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상이며,
    상기 열가소성 수지는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 그래핀이 포함된 원단.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 열가소성 수지 100 중량부에 대하여 그래핀 분말 0.5~5.8 중량부 및 도전성 유기 분말 2~5 중량부를 포함하는 방사액을 방사하여 그래핀 원사(140)를 제조하는 그래핀 원사 제조 단계;
    상부원단(120), 솜(110) 및 하부원단(130)을 순차적으로 배치하는 배치 단계;
    상기 그래핀 원사(140)를 이용하여 순차적으로 배치된 상부원단(120), 솜(110) 및 하부원단(130)을 일체화하는 누빔 단계;를 포함하고,
    상기 그래핀 원사 제조 단계는,
    열가소성 수지를 용융하여 용융액을 제조하는 단계;
    상기 용융액에 그래핀 분말 및 도전성 유기 분말을 혼합하여 방사액을 제조하는 단계;
    상기 방사액을 용융 방사하여 그래핀 원사를 제조하는 단계;를 포함하며,
    상기 누빔 단계에서, 그래핀 원사(140)에 의해 엠보 패턴이 형성되고,
    상기 엠보 패턴은, 상기 엠보 패턴은 상기 그래핀 원사(140)에 의해 형성된 재봉선(141)이 형성된 영역인 압축영역(A)과 재봉선(141)이 형성되지 않은 비압축영역(B)으로 나뉘며,
    상기 압축영역(A)의 폭은 2.5~3.5mm로 형성되고, 비압축영역(B)의 폭은 6.5~10mm로 형성되고,
    상기 그래핀 분말은, 입자크기 50~170nm인 구형의 그래핀 분말이고,
    상기 도전성 유기 분말은, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린 및 폴리아센으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상이며,
    상기 열가소성 수지는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 그래핀이 포함된 원단을 제조하는 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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