KR102289470B1 - Tpu 필름 내장형 친환경 기능성 섬유 원단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방수와 통풍 등의 기능을 발휘하는 각종 원단을 일체로 접합하여 기능적으로 우수할 뿐 아니라 부드러운 촉감 대비 내구성과 형태 보존이 탁월하고, 천연접착제를 적극 채용함에 기인한 안전성이 확보되면서 나아가 생분해성 소재의 채택으로 환경보호에 기여할 수 있는 TPU 필름 내장형 친환경 기능성 섬유 원단에 관한 것으로, TPU(Thermoplastic polyurethane) 필름층(10)과, TPU 필름층 양면에 도포되어 접착력을 부여하는 친환경 소재의 접착층(20)과, 접착층에 의해 TPU 필름층 상면에 부착되는 Fabric 소재의 표면층(30)과, 접착층에 의해 TPU 필름층 저면에 부착되는 Raising Fabric 소재의 바닥층(40)으로 일체화 구성된다.

Description

TPU 필름 내장형 친환경 기능성 섬유 원단{Eco-friendly fiber fabric}

본 발명은 친환경 기능성 섬유 원단에 관한 기술사상을 개진한 것으로, 더욱 상세하게는 방수와 통풍 등의 기능을 발휘하는 각종 원단을 일체로 접합하여 기능적으로 우수할 뿐 아니라 부드러운 촉감 대비 내구성과 형태 보존이 탁월하고, 천연접착제를 적극 채용함에 기인한 안전성이 확보되면서 나아가 생분해성 소재의 채택으로 환경보호에 기여할 수 있는 TPU 필름 내장형 친환경 기능성 섬유 원단에 관한 것이다.

최근 의류 산업의 발전으로 기능이 우수한 합성 섬유가 개발되어 널리 제공되고 있다. 그러나 합성 섬유는 제조과정에서 극심한 환경오염을 유발하고, 또한 해당 섬유로 제작된 의복을 착용시 섬유에 잔존하는 각종 화학 물질에 고스란히 노출되어 각종 피부 트러블을 유발하거나 건강에 심각한 악영향을 끼치는 등 다양한 문제점이 동반되었다.

상기의 이유로 정부에서는 환경오염을 방지하기 위해 친환경 제품 사용을 적극 권장하고 있으며, 섬유 관련 업체에서도 친환경 섬유 원단 개발에 박차를 가하고 있다.

이러한 노력으로 다양한 종류의 친환경 섬유 원단이 개발되었으며, 일례로 등록특허공보 제10-2127595호 "친환경 섬유 원단 및 그 제조방법"이 게재되어 있다. 해당 기술은 은행 나무와 편백 나무 및 동백 나무로 이루어진 군에서 어느 하나 이상의 천연 식물 추출물을 획득하고, 섬유에 천연 식물 추출물을 포함시켜 원단을 제조하는 기술이다.

상기 기술은 섬유에 함유된 천연 식물 추출물로 하여금 혈액순환 촉진과 신진대사 증진 및 심신을 안정화시키는 등의 효능을 발휘하지만, 원단 자체로써는 기존의 합성 섬유에 비해 내구성이나 기능성 그리고 원단의 질감 표현 등에 부족함이 있었다.

한편, 친환경 섬유 원단의 다른 예로 등록특허공보 제10-1997096호 "친환경 섬유 원단의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 섬유 원단"이 게재되어 있으며, 해당 기술은 아라미드 및 레이온의 섬유 원사를 준비하는 단계와, 준비된 아라미드 원사 및 레이온 원사에 에어(air)를 불어 넣어 줌으로써 아라미드 원사 및 레이온 원사를 벌키(Bulky)하게 형성하는 단계와, 에어 텍스처링 처리된 섬유 원사에 혼합 코팅액을 도포하는 단계와, 혼합 코팅액이 도포된 섬유 원사를 건조하여 혼합 코팅액이 섬유 원사의 표면에 부착되도록 하는 단계와, 건조된 섬유 원사를 제직하여 섬유 원단을 제조하는 단계로 이루어진다.

상기 기술은 세탁시 치수 변화가 작고 세탁이나 마찰, 물, 땀 견뢰도가 우수하며 포름알데히드나 염소화페놀류 등과 같은 유해물질의 검출량이 현저하게 적어 안전한 제품을 제공할 수 있으나, 방수와 통풍 등을 비롯하여 원단으로써의 기능이 현저히 떨어지고 신축시 복원력이 낮아 장기간 반복적인 사용에 불리하였다.

따라서, 본 발명은 합성 섬유 대비 부족한 기능과 내구성이 적극 보완된 친환경 섬유 원단을 제공하고자 하며, 덧붙여 다양한 기능의 친환경 섬유 원단을 천연 접착제로 접합 제조함으로써 유해물질로부터 더욱 안전하고 친환경적인 제품을 개발하게 되었다.

등록특허공보 제10-2127595호 "친환경 섬유 원단 및 그 제조방법" 등록특허공보 제10-1997096호 "친환경 섬유 원단의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 섬유 원단"

본 발명은 상기의 제반 문제점을 보다 적극적으로 해소하기 위하여 창출된 것으로, 모든 원단을 친환경 소재들로 구성하되 기존의 합성 섬유와 대비하여도 손색없을 수준의 기능을 보유한 친환경 섬유 원단을 제공하는 것이 주된 해결과제이다.

또한, 본 발명은 각 원단을 일체로 접합하는 과정에서도 천연 접착제를 사용함으로써 인체에 완전 무해한 제품을 제공하고자 하며, 더불어 천연 접착제에 섬유 원단의 품질을 보호 및 개선할 수 있는 기능을 부여하는 것이 다른 해결과제이다.

또한, 본 발명은 자체적으로 바이러스를 차단 및 항균 기능을 갖춘 제품 제공을 또 다른 해결과제로 한다.

상기의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서 제안하는 천연접착제를 활용한 TPU 필름 내장형 친환경 기능성 섬유 원단의 구성은 다음과 같다.

본 발명의 친환경 기능성 섬유 원단은 복수의 원단 사이에 TPU 필름층(10)이 일체로 접합되어 투습과 방수 및 신축성과 형태 복원력이 부여되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 TPU 필름층(10)은 양면에 도포된 천연 접착소재로 이루어진 접착층(20)에 의해 서로 다른 소재의 원단이 상하 접합되어 일체화 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 친환경 기능성 섬유 원단은 TPU(Thermoplastic polyurethane) 필름층(10)과, TPU 필름층 양면에 도포되어 접착력을 부여하는 접착층(20)과, 접착층에 의해 TPU 필름층 상면에 접합되는 Fabric 소재의 표면층(30)과, 접착층에 의해 TPU 필름층 저면에 접합되는 Raising Fabric 소재의 바닥층(40)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접착층(20)은 다시마 점액질로부터 획득한 알긴산 나트륨과 송진의 혼합으로 이루어지는 천연 접착소재와, 천연 접착소재의 접착력을 보강하는 핫멜트로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천연 접착소재는 탄소 분말과 구연산이 첨가된 미온수에 다시마 뿌리를 투입하여 천연 점액질을 획득하며, 상기 천연 점액질을 열수 수출한 후 건조하여 확보된 알긴산 나트륨에 송진을 첨가하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 TPU 필름층(10)은 양면에 접합되어 바이러스의 차단 내지 박멸에 기여하는 항균성 필름층(50)이 포함되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 표면층(30)은 벨벳 소재의 원단인 것을 특징으로 한다.

또 한편, 상기 항균성 필름층(50)은 TPU 필름층(10)과 대응하는 형상으로 이루어지는 PLA(Poly Lactic Acid, 생분해성 폴리유산) 필름층(51)과, PLA 필름층 일면에 도포되어 접착력을 부여하는 접합층(52)과, 접합층에 의해 PLA 필름층과 결합되어 PLA 필름층의 형태 보존 및 신축성을 부여하는 탄소섬유 소재의 메쉬층(53)과, PLA 필름층 표면에 도포되어 바이러스를 박멸하는 항균층(54)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또 다른 한편, 상기 메쉬층(53)은 접착층(52)을 이루는 접착제의 도포 범위 확장과 자체적인 신축성 부여를 위해 허니콤 패턴의 메쉬망으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또 다른 한편, 상기 PLA 필름층(51)은 옥수수와 율각 및 호두 외피로부터 추출한 탄소분말을 용융하고, 탄소분말 용융액에 불소를 혼합하여 얇은 두께로 압출 냉각하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 의하면, 라이징 패브릭이 일체로 구비되어 부드러운 질감은 물론 시각적으로도 기존과 차별화된 이미지 연출이 가능하고, TPU 필름층이 내장되면서 내구성과 신축성 및 신축 후 형태 보존이 용이하며, 벨벳 소재의 원단이 일체로 구비되어 방수 기능을 발휘할 뿐 아니라 전체적으로 통풍성이 뛰어나 다양한 의류에 적용 가능한 친환경 섬유 원단을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 송진과 해초류에서 추출한 천연 접착제를 이용하여 다겹의 원단을 제조함으로써 유해물질이 적극 최소화되는 친환경 섬유 원단 제조가 가능할 뿐 아니라 핫멜트를 이용하여 부족한 접착력을 적극 보강함으로써 기능적으로 적정 수준을 유지할 수 있는 다른 효과가 있다.

또한, 본 발명은 TPU 필름층에 항균성 필름층이 일체로 접합 구성됨에 따라 적극적인 바이러스 차단과 침투 중인 바이러스들을 사멸시켜 섬유 원단은 물론, 섬유 원단의 주변을 더욱 쾌적한 환경으로 조성할 수 있는 또 다른 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 친환경 섬유 원단의 적층 구성도.
도 2는 본 발명이 제안하는 항균성 필름층의 적층 구성도.

이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구성 및 이로 인한 작용, 효과에 대해 일괄적으로 기술하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그리고 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명은 친환경 기능성 섬유 원단의 기술사상에 관하여 개시된다.

무엇보다 본 발명은 방수와 통풍 등의 기능을 발휘하는 각종 원단을 일체로 접합하여 기능적으로 우수할 뿐 아니라 부드러운 촉감 대비 내구성과 형태 보존이 탁월하며 이를 구성하는 원단과 접착제가 친환경 소재로 이루어져 유해물질로부터 안전성이 적극 확보됨과 더불어 생분해성 소재의 채택으로 환경보호에 이바지할 수 있는 천연접착제를 활용한 TPU 필름 내장형 친환경 기능성 섬유 원단에 관련됨을 주지한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 친환경 섬유 원단의 적층 구성도이다.

도 1과 같이 본 발명의 친환경 섬유 원단(100)은 TPU(Thermoplastic polyurethane) 필름층(10)과, TPU 필름층 양면에 도포되어 접착력을 부여하는 친환경 소재의 접착층(20)과, 접착층에 의해 TPU 필름층 상면에 부착되는 Fabric 소재의 표면층(30)과, 접착층에 의해 TPU 필름층 저면에 부착되는 Raising Fabric 소재의 바닥층(40)이 일체화 구성된 것이다.

상기 원단의 구성을 층별로 설명하면, Raising Fabric 소재의 바닥층(40)이 구비되고, 바닥층 상단에 접착층(20)이 도포되며, 접착층으로 하여금 TPU 소재의 필름층(10)이 구비되고, 필름층 상단에 또 다시 접착층이 도포되며, 접착층으로 하여금 Fabric 소재의 표면층(30)이 일체화 구성된다.

상기 TPU 필름층(10)은 설정 두께의 TPU 필름을 원하는 형상으로 재단하여 준비한 것으로, 여기에서 TPU 필름이란 열가소성 폴리우레탄 필름(Thermoplastic Polyurethane film)의 약자로써 내구성과 경량성 그리고 신축성과 형태 보존력이 뛰어난 소재이다. 이러한 소재의 특성상 스마트폰 케이스나 운동화 밑창 그리고 축구공 등 다양한 분야에서 활용하고 있으며, 열을 가하면 형태 변형이 생겨 잘 휘어지고 충격 흡수력이 뛰어나 다양한 형태의 성형 또한 가능한 장점을 가지고 있다.

상기 TPU 필름층(10)은 아주 얇은 두께의 투명 필름으로 상기 언급한 바와 같이 원하는 형상으로 재단하여 준비한다.

상기 접착층(20)은 TPU 필름층(10)의 평면과 저면에 균일하게 도포되어 아래 후술할 표면층(30)과 바닥층(40)의 접합을 유도한다. 상기 접착층(20)은 시중에 유통중인 일반 접착제와 천연 접착제로 구성될 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면 천연 접착소재를 활용한 천연 접착제를 사용하는 것을 권장한다.

여기에서 천연 접착소재란 해초류에서 추출한 알긴산 나트륨을 송진과 혼합한 것을 말한다. 상기 알긴산 나트륨은 식물 또는 해초류에서 점성물질을 채취하여 만들어지며, 식물의 종류 및 해초류의 종류에 한정되지 않고, 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가공될 수 있는 모든 알긴산 나트륨을 포함하며, 바람직하게는 다시마나 미역에서 추출한 알긴산 나트륨을 사용한다.

예컨대 바람직한 실시 예에 따른 알긴산 나트륨 추출방법은 하기와 같다.

추출에 사용된 해초류는 다시마이며, 다시마 중에서도 뿌리 부위를 잘라 삼각플라스크 2개에 각각 넣고, acetic acid와 citric acid를 각각의 삼각플라스크에 넣은 후 50℃에서 1시간 동안 항온수조에서 중탕한다. 중탕에 의한 여액은 따로 회수하고, 1% Na₂CO를 각각의 삼각플라스크에 넣은 후 다시 50℃에서 3시간 동안 항온수조에서 중탕한다. 중탕이 완료된 삼각플라스크는 저온실에 보관하였다가 삼각플라스크에 뷰흐너 깔데기를 끼운 후 여과지를 깔고 Aspirator와 연결한 다음 냉각수를 가동하고 압을 걸어준다. 저온실에 보관된 삼각플라스크를 준비해 여과지를 교체하면서 여과하며, 여기에 100% 알콜을 붓고 중탕으로부터 회수한 여액을 부으면 불용성이 되어 알긴산이 덩어리 형태로 생성된다. 다시 알긴산 덩어리를 여과시켜 액을 제거한 다음 Acetone에 담고 재차 여과하여 액을 제거하고 건조함으로써 알긴산 나트륨을 획득한다.

상기 획득방법은 본 발명의 실시예로써 이에 국한하지는 않는다.

한편, 상기와 같은 방법으로 획득한 알긴산 나트륨에 송진과 증류수를 5:3:2의 중량비로 혼합하면 알긴산 나트륨과 송진이 서서히 녹으면서 점성을 발생하여 천연 접착소재가 생성된다. 이렇게 생성된 천연 접착소재는 천연 소재로 제조된 만큼 인체에 완전 무해할 뿐 아니라 무색 무취로써 원단에 적용하기에 아주 적합한 대상이 된다.

다만, 상기 천연 접착소재는 일반 접착제에 비해 접착력이 다소 떨어지는 단점이 있기 때문에 천연 접착소재에 핫멜트를 첨가함으로써 부족한 접착력을 완벽하게 보완하였다. 상기 핫멜트는 복수의 원단을 서로 접합할 때 사용하기에 탁월하며 천연 접착소재와 마찬가지로 무색 무취로써 원단의 색상과 상관없이 사용 가능한 이점이 있다. 여기에서 상기 핫멜트는 테르핀 수지로 이루어지는 점착부여제와, 저분자량 PE 왁스와, Paraffin 왁스와, talc 및 CaCo₃로 이루어지는 충전제로 구성된 폴리아미드계 핫멜트 접착제로써 조성물의 용융 점도 저하, 도포시의 실늘어짐 현상 방지, 도포 후 블로킹 방지 및 Open time 조절 등의 기능을 보유하고 있다.

상기 천연 접착소재와 폴리아미드계 핫멜트 접착제가 함유된 본 발명의 접착층(20)은 인장 저항력, 전단 저항력, 개열 저항력 및 박리 저항력이 기존의 원단용 접착제에 비해 매우 뛰어나다.

또한, 본 발명의 천연 접착소재는 구연산이 소정 함유된 것을 포함한다. 상기 구연산은 트라이카복실산(tricarboxylic acid)으로서 C6H8O7의 화학식을 가지며, 약 유기산으로서 감귤이나 레몬 등에서 주로 발견된다. 구연산의 구연은 오렌지과인 시트론(citron)을 의미하는 한자어로써 매년 수백만 톤의 시트르산이 생산되어 식품의 감미제나 방향제로 사용된다. 또한, 구연산은 살균 효과가 있어서 베이킹소다 등과 함께 친환경 살균제로도 널리 이용되고 있으며, 이를 천연 접착제에 함유하여 원단의 접합제로 사용될 경우 구연산 일부가 원단으로 침투하여 항균 효과을 유도함과 아울러, 각종 유해 성분을 제거하고 섬유질을 일부를 복원시켜 섬유 품질을 적극 유지 보존시킨다.

아래 실시예 1은 접착층의 종류에 따른 접착력과 그 외 기능을 측정하여 비교한 것이다.

* 시편의 종류

- 시편 1: 일반 섬유용 접착제

- 시편 2: 일반 천연 접착제

- 시편 3: 본 발명이 제안하는 알긴산 나트륨(송진+다시마) 천연 접착제

- 시편 4: 본 발명이 제안하는 알긴산 나트륨(송진+다시마) 및 구연산 천연 접착제.

* 실험 방법

- 접착력: TPU 필름층에 시편을 개별 도포 후 표면층과의 접합력 측정(접합 강도가 높을수록 상, 중, 하로 표시)

- 유해 성분: 각 시편의 유해 성분을 측정(유해 성분이 높을수록 상, 중, 하로 표시)

- 섬유질 보존력: 각 시편을 표면층과 바닥층에 도포한 후 섬유질의 변질 정도를 측정(변질이 심한 순으로 상, 중, 하로 표시)

접착제의 종류에 따른 접합력과 기능의 비교 분석표
구성	접착력	유해 성분	섬유질 보존력
시편1	상	상	하
시편2	중	하	중
시편3	상	하	중
시편4	상	하	상

상기 표 1과 같이 일반 섬유용 접착제인 시편 1은 접착력이 우수한 장점을 제외하면 심각한 유해 성분의 검출과 이로 인한 섬유질의 일부 훼손이 발생하는 등의 단점만이 나타났다. 또한, 심각한 수준은 아니지만 접착제 특유의 냄새가 나기도 하였다. 한편, 시편 2는 유해 성분은 거의 검출되지 않았으나 접착력이 매우 부족하여 소정의 힘으로도 TPU 필름층으로부터 표면층이 분리되었다.

본 발명이 제안하는 시편 3은 송진과 다시마에서 추출한 천연 점액질을 주원료로 사용하기 때문에 유해성분이 전혀 검출되지 않았으며, 부족한 접착력을 핫멜트로 보강함으로써 시편 1에도 대응할 정도의 접착력을 자랑하였다. 다만, 섬유질을 훼손하지는 않지만 장시간의 사용으로 훼손된 섬유질을 복원할 수는 없었다. 한편, 구연산이 더 첨가된 시편 4는 시편 3과 동일한 기능을 나타내었으며 특히, 구연산이 항균성과 섬유질 개선 효과를 발휘함에 따라 섬유질 보존력이 매우 뛰어남을 알 수 있었다.

상기 비교 실험에서 알 수 있듯이 본 발명의 접착제는 기존 대비 극히 우수한 기능을 발휘하고, 특히 뛰어난 섬유질 보존력으로 원단의 장수명이 기대됨에 따라 섬유 원단 제작에 탁월하다.

상기 표면층(30)은 TPU 필름층(10) 상단에 적층되며 TPU 필름층 상면에 도포된 접착층(20)에 의해 일체화 접합된다. 상기 표면층(30)은 Fabric 소재로써 본 발명에 따르면 벨벳(Velvet) 소재로 구성하는 것이 바람직하며, 여기에 국한되지 않고 Suede 소재를 포함한 모든 직물 소재로 대처 가능하다.

특히, 벨벳 소재의 경우 전면에 짧고 부드러운 털이 촘촘하게 형성되어 뛰어난 보온성과 비단 소재로 이루어져 주름이 발생하지 않는 등 기능적으로 우수할 뿐 아니라 심미성까지 뛰어나다.

예컨대 표면층(30) 소재로 Suede를 사용할 경우 풀 그레인(full grain), 그레인 스프리트(grain split), 플래시 스프리트(flesh split), 이너 스프리트(inner split) 중 어느 하나의 Suede로 구성하며, 일반적으로 Suede 소재는 표면의 냅으로 인해 물과 오염에 취약한 특성이 있기 때문에 표면을 방수 스프레이로 코팅하여 물에 대한 저항성을 증가시키고 오구 침착을 방지한 후 사포나 에머리보드를 사용하여 냅을 복원시켜 사용한다.

상기 바닥층(40)은 TPU 필름층(10) 하단에 적층되며 TPU 필름층 저면에 도포된 접착층(20)에 의해 일체화 접합된다. 상기 바닥층(40)은 질감이 매우 부드러운 Raising Fabric 소재로써 PU 필름층(10)과 동일한 형태로 재단되어 접착층(20)에 의해 TPU 필름층과 일체화 구성된다.

도 2는 본 발명이 제안하는 항균선 필름층의 적층 구성도이다.

도 2와 같이 본 발명의 TPU 필름층(10)은 바이러스의 침투를 적극 방지하는 항균성 필름층(50)을 더 포함하여 구성된다.

상기 항균성 필름층(50)은 TPU 필름층(10)의 상면과 저면에 각각 일체화 접합되어 각종 균의 침투 방지와 침투 중인 균의 사멸에 목적이 있으며, 당연하게도 TPU 필름층 양면에 도포된 접착층(20)에 의해 접합되기 때문에 표면층(30)과 바닥층(40)을 접합하기 위해서는 TPU 필름층 양면에 접합된 항균성 필름층에 또 한번 접착층(20)이 도포되어야 한다.

상기 항균성 필름층(50)은 TPU 필름층(10)과 대응하는 형상으로 이루어지는 PLA(Poly Lactic Acid, 생분해성 폴리유산) 필름층(51)과, PLA 필름층 일면에 도포되어 접착력을 부여하는 접합층(52)과, 접합층에 의해 PLA 필름층과 결합되어 PLA 필름층의 형태 보존 및 신축성을 부여하는 탄소섬유 소재의 메쉬층(53)과, PLA 필름층 표면에 도포되어 바이러스를 박멸하는 항균층(54)으로 구성된다.

상기 PLA 필름층(51)은 전세계에서 각광받고 있는 친환경 소재인 PLA(Poly Lactic Acid, 생분해성 폴리유산) 소재로 제작된 필름층으로써 TPU 필름층(10)과 일대일 대응하는 형태로 재단하여 준비한다.

상기 PLA 필름층(51)은 옥수수 외피와 율각 및 호두 외피로부터 탄소분말을 추출하여 혼합하고, 압출기에 탄소분말을 장입하여 용융하며, 탄소분말용액과 불소를 혼련기에 투입하여 혼합하고, 탄소분말용액을 얇은 두께로 압출하고 냉각하여 필름지의 형태로 성형하며, TPU 필름층(10)과 대응하는 형상으로 재단하는 공정을 거쳐 구성된다.

예컨대 옥수수의 외피는 자체적으로 대량의 탄소분말이 함유되어 추출이 수월하기 때문에 PLA 소재를 제조하는데 일반적으로 많이 사용되는 소재이다. 상기 율각은 밤의 외피를 말하며 외피 중에서도 섬유질이 많은 내측 부분이 아닌, 단단하고 매끄러운 촉감을 가진 겉부분 위주로 사용한다. 상기 율각은 탄닌 성분이 대량으로 함유되어 있어 공기중에 포함된 바이러스를 자발적으로 흡수하여 신속하게 박멸하는 한편, 표면층(30)과 바닥층(40)의 섬유질을 보호하고 개선시켜 고품질의 상태를 장기간 유지되도록 도모하는 역할을 동반 수행한다.

하지만, 상기 옥수수 외피와 율각에서 추출한 탄소 분말만을 이용하여 PLA로 가공할 경우 식물성 소재의 특성상 내구성이 약하고 상호간 응집력이 낮아 고정밀의 성형이 불가능하다. 또한, 물에 접촉할 경우 단시간 내에 용해되기 때문에 액체 상태의 접착제가 도포될 경우 형태 변형이 발생할 수도 있다. 따라서, 본 발명에서는 동일한 식물성 소재이지만 옥수수와 율각과는 달리 자체 내강도가 뛰어난 호두 외피로부터 강력한 응집력을 가진 탄소 분말을 추출하고, 이를 옥수수 외피와 율각으로부터 추출한 탄소 분말과 혼합하여 미흡한 내강도성과 응집력을 보완하였다.

아래 실시예 2는 PLA 소재를 구성하는 성분의 차이에 대한 기능과 성질을 비교 분석한 그래프이다.

* 시편의 종류

- 시편 1: 옥수수 외피로 탄소분말을 추출하여 제작된 PLA소재

- 시편 2: 옥수수 외피와 율각으로부터 탄소분말을 추출하여 제작된 PLA소재

- 시편 3: 옥수수 외피, 율각, 호두 외피로부터 탄소분말을 추출하여 제작된 PLA소재

* 인장강도 측정

- 각 시편을 준비한 후 최초의 인장강도를 측정하고, 동일한 조건에서 5일 간격으로 한달간 인장강도의 변화량을 측정함.

<탄소분말의 종류에 따른 기간별 인장강도 측정 비교표>

상기 그래프와 같이 시편 1은 탄소분말의 섬유질이 가늘고 약하기 때문에 최대한 응축하고 압축하여 PLA를 제작한다고 하더라도 최초의 인장강도가 플라스틱 대비 85%를 초과할 수 없었고, 특히 시편 1의 인장강도는 기간이 지날수록 급격하게 하락함을 알 수 있었다. 그나마 율각에서 추출하여 섬유질이 두껍고 강한 탄소분말이 혼합된 시편 2는 약 95% 이상의 인장강도를 가진 PLA를 제작할 수 있었으나, 이 역시 10일이 경과하면서부터 인장강도가 급격하게 저하되었다. 반면, 본 발명이 권장하는 호두 외피로부터 추출한 탄소분말이 혼합된 시편 3은 일반 플라스틱과 대응하는 인장강도의 PLA를 제작할 수 있었으며, 또한 오랜시간이 지나더라도 성능의 저조가 미비함을 알 수 있었다.

결과적으로 본 발명이 제안하는 PLA 소재는 옥수수 외피를 사용하여 대량 생산이 가능하며, 율각이 첨가되어 원단의 품질이 적극 유지되고, 특히 호두 외피가 더 첨가되어 일반 플라스틱과 대응하는 내구성이 발휘된다.

상기 접합층(52)은 TPU 필름층(10)에 도포되는 접착층(20)과 동일한 천연 접착제로써 PLA 필름층(51) 일면에 도포되어 아래 후술할 메쉬층(53)과 항균층(54)의 적층 접합을 유도한다.

상기 메쉬층(53)은 압출기를 이용하여 탄소섬유를 용융한 후, 수백개의 오리피스가 구비된 방사노즐을 통해 기설정 패턴의 메쉬망으로 성형하여 준비된다. 상기 메쉬층(53)은 압출기를 이용하여 탄소섬유를 용융한 후 수백개의 오리피스가 구비된 방사노즐을 통해 원사 형태로 토출하는 공정과, 토출 중인 탄소섬유 원사를 급랭시킨 후 보빈에 권취하는 공정과, 편조기 또는 권선기를 이용하여 탄소섬유 원사를 기설정된 패턴의 메쉬망으로 성형하는 공정으로 구성된다. 특히, 상기 메쉬층(53)은 허니콤의 패턴으로 구성함으써 균형잡힌 구조는 물론 우수한 신축성이 부여될 수 있도록 구성하였다.

상기 항균층(54)은 항바이러스제와 천연 항균제를 혼합하여 필름지에 라미네이팅함으로써 구성된다.

여기에서 항바이러스제란 면역글로불린 또는 인터페론 또는 핵산 유사물질로 이루어진 3대 축으로 구성된다. 상기 면역글로불린은 중화항체라고 불리는 것으로 바이러스와 결합하여 바이러스의 독성을 제거하며, 주로 B형 감염 발병을 예방하고, 상기 인터페론은 cytokine의 하나로서 원래는 생체내에 존재하는 단백질이며, α, β, γ의 3종류로 구성되어 있다. 상기 인터페론은 주로 B형 감염 발병 예방과 C형 감연 발병을 예방하고, 각종 항종양 작용을 발휘한다. 상기 핵산 유사물질은 Acyclovir, vidarabine, Ganciclovir, reverse transcriptase inhibitor 등으로 구성된다. 상기와 같은 종류로 구성되는 항바이러스제는 면역글로불린 또는 인터페론 또는 핵산 유사물질 중 적어도 하나 이상의 물질을 혼합한 것으로 이루어진다.

상기 천연 항균제는 숯 분말 또는 쑥 분말 또는 락토페린 분말 또는 옴모크롬 분말로 구성된다. 상기 숯 분말과 쑥 분말은 당연하겠지만 숯과 건조된 쑥을 분말 형태로 분쇄하여 구성되며, 표면층(30)과 바닥층(40)을 침투 중인 바이러스 및 공기중에 포함된 바이러스를 박멸시키는 역할을 수행한다. 상기 락토페린 분말이란 항바이러스와 항균성 기능을 보유한 물질로서 특히 사람과 젖소의 초유에서 획득 가능한 자연 발생 단백질을 고체의 형태로 건조한 후 분말형태로 가공한 것이다. 상기 락토페린은 항산화작용, 철과 결합한 후 제거하여 산화스트레스를 감소, 각종 면역체계를 향상, 공기중에 함유된 각종 알레르기 물질을 제거하고, 그 외에 각종 바이러스 예방, 항진균, 항기생충, 발암효과 감소 등의 효능이 있다. 상기 옴모크롬 분말이란 두족류의 피부 내 색소세포에서 추출한 것으로, 상기 옴모크롬은 금속과 결합하여 세포 손상을 일으키는 자유라디칼을 제거할 수 있으며, 항돌연변이로서는 균류에서 발견되는 독소인 아플라톡신 B1의 돌연변이 유발성을 방해할 수 있다. 이는 옴모크롬이 항균성을 비롯해 산화방지제와 항돌연변이까지 3가지 주요 물질을 가진 강력한 성분이라는 점을 입증하는 것으로, 실제 연구결과에 따르면 이 색소는 칸다 알비칸스와 헤모필루스 인플루엔자, 황색포도상구균의 성장을 50% 이상 억제하였다. 상기와 같은 종류로 구성되는 항균제는 숯 분말 또는 쑥 분말 또는 락토페린 분말 또는 옴모크롬 분말 중에서 적어도 하나 이상의 물질을 혼합하여 이루어진다. 상기와 같이 항바이러스제와 항균제를 다시 혼합하고, 해당 혼합물을 용액화하여 PLA 필름층(51)과 메쉬층(53)에 균일하게 도포한 후 건조하여 완성된다.

아래 실시예 3은 항균성 필름층의 유무에 따른 바이러스 균의 침투량과 항균성을 비교 분석한 표이다.

* 시편의 종류

- 시편 1: TPU 필름층, 접착층, 표면층, 바닥층으로 구성됨.

- 시편 2: TPU 필름층, 항균성 필름층, 접착층, 표면층, 바닥층으로 구성됨.

* 실험 방법

- 침투 정도: 각 시편을 동일한 외부 조건에서 표면층이 상부를 향하도록 10일간 방치한 후 수거하여 바닥면에 포집된 바이러스 균의 분포량을 측정.

- 항균성: 각 시편을 동일한 외부 조건에서 표면층이 상부를 향하도록 10일간 방치한 후 수거하여 표면층에 포집된 바이러스 균의 분포량을 측정.

* 수치 기록: 면적당 분포량을 퍼센테이지로 기록하였음. 예컨대 수치가 100%와 근접할수록 분포량이 높음.

항균성 필름층 유무에 따른 기능 비교표
구성	침투량	항균성
시편1	38.72%	71.98%
시편2	8.55%	25.61%

상기 표 2와 같이 항균성 필름층(50)이 배제된 시편 1은 표면층(30)에서 바닥층(40)으로 침투한 바이러스 균이 약 38.72%로 나타났으며, 항균성 필름층이 적용된 시편 2는 표면층에서 바닥층으로 침투한 바이러스 균이 약 8.55%로 나타났다. 그리고 항균성 필름층(50)이 배제된 시편 1은 표면층(30)에 포집된 바이러스 균이 약 71.98%로 거의 사멸하지 않고 서식하는 것으로 밝혀졌으나, 항균성 필름층이 적용된 시편 2는 항균성 필름층의 항균층(54)이 바이러스균을 적극 사멸시켜 약 25.61%만이 살아남은 것으로 밝혀졌다.

상기와 같이 항균성 필름층(50)의 유무에 따라 바이러스 차단 기능이 약 3배 이상 차이나는 것을 알 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 친환경 섬유 원단은 라이징 패브릭이 일체로 구비되어 부드러운 질감을 나타내고, TPU 필름층이 내장되어 내구성과 신축성 및 신축 후 형태 보존이 용이하며, 벨벳 소재의 원단이 일체로 구비되어 방수 기능을 발휘하고, 전체적으로 통풍성이 뛰어나 다양한 의류에 적용 가능한 친환경 섬유 원단을 제공할 수 있다.

또한, 송진과 해초류에서 추출한 천연 접착소재를 이용하여 다겹의 원단을 제조함으로써 유해물질이 적극 최소화되는 친환경 섬유 원단 제조가 가능할 뿐 아니라, 핫멜트를 이용하여 부족한 접착력을 적극 보강함으로써 기능적으로 적정 수준을 유지할 수 있다.

또한, TPU 필름층에 항균성 필름층이 일체로 접합 구성됨에 따라 적극적인 바이러스 차단과 침투 중인 바이러스들을 사멸시켜 섬유 원단은 물론, 섬유 원단의 주변을 더욱 쾌적한 환경으로 조성할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10. TPU 필름층
20. 접착층
30. 표면층
40. 바닥층
50. 항균성 필름층
100. 친환경 기능성 섬유 원단

Claims (6)

1. 서로 다른 소재의 원단이 복수 적층되고, 적층된 원단 사이에 TPU 필름층(10)이 일체로 접합되어 투습과 방수, 신축성, 형태 복원력이 부여되되, 상기 원단은 TPU 필름층의 양면에 도포된 접착층(20)에 의해 일체화 구성되는 섬유 원단에 있어서,
   TPU(Thermoplastic polyurethane) 필름층(10);과, TPU 필름층 양면에 도포되어 접착력을 부여하는 천연접착소재의 접착층(20);과, 접착층에 의해 TPU 필름층 상면에 접합되는 Fabric 소재의 표면층(30);과, 접착층에 의해 TPU 필름층 저면에 접합되는 Raising Fabric 소재의 바닥층(40);으로 구성되고,
   상기 접착층(20)은 다시마의 점액질에서 추출한 알긴산 나트륨과 송진의 혼합물인 천연접착소재;와, 천연접착소재의 접착력을 보강하는 핫멜트;로 이루어지는 것을 포함하고,
   상기 천연 접착소재는 탄소 분말과 구연산이 첨가된 미온수에 다시마 뿌리를 투입하여 천연 점액질이 획득되는 것을 포함하고,
   상기 천연 점액질은 열수 수출한 후 건조하여 확보된 알긴산 나트륨에 송진을 첨가하여 구성되는 것을 특징으로 하는 TPU 필름 내장형 친환경 기능성 섬유 원단.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 TPU 필름층(10)은 양면에 접착되어 바이러스의 차단 내지 박멸에 기여하는 항균성 필름층(50)을 포함하고,
   상기 항균성 필름층(50)은,
   TPU 필름층(10)과 대응하는 형상으로 이루어지는 PLA(Poly Lactic Acid, 생분해성 폴리유산) 필름층(51);
   PLA 필름층 일면에 도포되어 접착력을 부여하는 천연접착소재의 접합층(52);
   접합층에 의해 PLA 필름층과 결합되어 PLA 필름층의 형태 보존 및 신축성을 부여하는 탄소섬유 소재의 메쉬층(53);
   PLA 필름층 표면에 도포되어 바이러스를 차단 내지 박멸하는 항균층(54);
   을 더 포함하는 TPU 필름 내장형 친환경 기능성 섬유 원단.

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