KR102568170B1 - 의료용 방사선 차폐 원단 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 제1 파라 아라미드 필라멘트사로 제직된 제1 레이어; 상기 제1 레이어의 후면에 결합되며, 제2 파라 아라미드 필라멘트사로 제직된 제2 레어어; 및 상기 제1 레이어의 표면부터 형성된 텅스텐 코팅 레이어를 포함할 수 있다. 이때, 상기 텅스텐 코팅 레이어는, 플라즈마 열에 용융되지 않는 텅스텐 분말 및 플라즈마 플라즈마 열에 용융되는 무기 바인더 분말을 혼합하여, 상기 제1 레이어로 분사되는 플라즈마 플레임을 통해 공급하는 플라즈망 열분사 방식에 따라 형성된 것일 수 있다.

Description

의료용 방사선 차폐 원단{medical Radiation Shielding Fabric}
본 발명은 방사선 차폐 원단에 관한 것으로, 납에 준하는 우수한 방사선 차폐 성능을 가지면서도 경제성, 가공성 및 착용감이 뛰어난 의료용 방사선 차폐 원단에 관한 것이다.
의료기관에서 방사선 차폐제로 주로 사용되는 재료는 납이다. 납은 의료진단영역에서 X-ray 차폐성능이 우수하며, 가공성과 경제성도 좋아서 의료기관에서 여러 형태로 많이 사용되고 있다. 그러나 납 사용량이 증가하면서 의료진과 환자에 대한 납 노출 증가로 납중독 위험성을 내포하고 있으며, 폐기 시 환경오염의 문제점을 안고 있다.
이러한 문제점을 해결하고자 텅스텐, 비스무트, 황산바륨, 안티몬 등 다양한 친환경 차폐재료와 무기질을 혼합한 재료들이 최근 방사선 차폐용로 많이 이용되고 있고, 나아가 이에 대한 연구 개발이 꾸준히 이루어지고 있다.
그러나 납과 유사한 방사선 차폐성능을 지니면서, 우수한 가공성, 뛰어난 경제성, 및 의류로 제조하였을 경우에 우수한 착용감을 제공할 수 있는 등의 조건을 충족시키는 원단을 제조하는 것을 쉬운 것이 아니다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 납에 준하는 우수한 방사선 차폐 성능을 가지면서도, 가공성, 경제성 및 착용감이 뛰어난 의료용 방사선 차폐 원단을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 의료용 방사선 차폐 원단은, 제1 파라 아라미드 필라멘트사로 제직된 제1 레이어; 상기 제1 레이어의 후면에 결합되며, 제2 파라 아라미드 필라멘트사로 제직된 제2 레어어; 및 상기 제1 레이어의 표면부터 형성된 텅스텐 코팅 레이어를 포함할 수 있다.
상기 텅스텐 코팅 레이어는, 플라즈마 열에 용융되지 않는 텅스텐 분말 및 플라즈마 열에 용융되는 무기 바인더 분말을 혼합하여, 상기 제1 레이어 방향의 플라즈마 플레임(plasma flame)을 통해 분사하여 수행되는 플라즈마 열분사 방식에 따라 형성될 수 있다.
상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어는 이중직으로 제조된 것일 수 있다.
상기 제2 파라 아라미드 필라멘트사는, 상기 제1 파라 아라미드 필라멘트사보다 굵은 것일 수 있다.
상기 제2 레이어는, 상기 제1 레이어보다 치밀한 조직을 가질 수 있다.
상기 텅스텐 코팅 레이어는, 상기 제2 레이어의 이면까지 형성되는 것이 바람직하다.
상기 의료용 방사선 차폐 원단은, 상기 제2 레이어의 후면 및 상기 제1 레이어의 전면 중 적어도 하나에 결합된 제3 레이어를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 레이어는, 방사선 차폐 물질이 코팅된 방적사로 제직된 것일 수 있다.
상기 방사선 차폐 물질은, 텅스텐, 황산바륨, 비스무트, 안티몬 중 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 의료용 방사선 차폐 원단은 납에 준하는 우수한 방사선 차폐 성능을 가지면서도, 가공성, 경제성 및 착용감이 뛰어난 장점을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 의료용 방사선 차폐 원단(100)의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 의료용 방사선 차폐 원단(100)의 제조공정 중 텅스텐 코팅 레이어(130)를 형성하는데 이용되는 플라즈마 열분사 코팅 장치(200)의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 의료용 방사선 차폐 원단의 제조에 이용되는 파라 아라미드 필라멘트사의 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 의료용 방사선 차폐 원단의 제조에 이용되는 파라 아라미드 필라멘트사의 사진이다.
도 4는 도 3에 도시된 파라 아라미드 필라멘트사를 이용하여 제조된, 제1 레이어(110)와 제2 레이어(120)의 표면 확대사진이다.
도 5는 도 4에 도시된 제1 레이어(110) 표면의 텅스텐 코팅 레이어의 표면 확대사진((a))과 제2 레이어(120) 이면의 텅스텐 코팅 레이어의 표면을 확대하여 촬영한 사진((b))이다.
도 6은 텅스텐 코팅 전후의 아라미드 이중직 원단의 단면 확대사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따란 제조된 가로, 세로 약 1m의 의료용 방사선 차폐 원단(100)의 사진이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료용 방사선 차폐 원단(100)의 구조를 나타내는 개념도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상 또는 기능상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것일 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 의료용 방사선 차폐 원단(100)의 구조를 나타내는 개념도이다.
상기 의료용 방사선 차폐 원단(100)은 플라즈마 열분사 코팅 방식으로 파라 텅스텐 분말을 아라미드 원단에 코팅하여 제조되어 납에 미치지는 못하지만 매우 높은 방사선 차폐 성능을 가진다. 그리고 상기 의료용 방사선 차폐 원단(100)은 직물 기반으로 제조되어 가공성과 경제성 역시 뛰어나며, 착용감 역시 나쁘지 않은 것을 특징으로 한다.
상기 의료용 방사선 차폐 원단(100)은 제1 레이어(110), 제2 레이어(120), 텅스텐 코팅 레이어(130) 및 제3 레이어(140)를 포함한다. 상기 제3 레이어(140)는 선택적 구성일 수 있다.
상기 제1 레이어(110)는 제1 파라 아라미드 필라멘트사(111)로 제직되며, 사기 제2 레이어(120)는 제2 파라 아라미드 필라멘트사(121)로 제직된 직물이다. 상기 텅스텐 코팅 레이어(130)는 상기 제1 레이어(110)의 표면부터 형성된다.
상기 텅스텐 코팅 레이어(130) 플라즈마 열에 용융되지 않는 텅스텐 분말 및 플라즈마 열에 용융되는 무기 바인더 분말을 혼합하여, 상기 제1 레이어(110)로 분사되는 플라즈마 플레임 공급하는 플라즈마 열분사 방식에 따라 형성된 것이다.
텅스텐은 대표적인 친환경 방사선 차폐재료이나 이를 이용하여 의료용 원단을 위한 실을 제조하거나 제직하는 공정이 까다로운 편에 속하는데, 본 발명에서는 직물 위에 텅스텐 코팅을 하는 방식으로 이러한 문제점을 해소하였다.
상기 텅스텐 코팅 레이어(130)는 플라즈마 열분사 코팅 방식으로 코팅되는데, 텅스텐이 코팅되는 원단에도 강한 열이 가해지므로 통상의 원단은 이를 견딜 수 없다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 열에 강한 파라 아라미드 원단을 이용한다.
그러나, 파라 아라미드라 하더라도 플라즈마 열을 견디는 것을 한계가 있으므로, 본 발명에 따른 의료용 방사선 차폐 원단(100)은 상기 제1 레이어(110) 및 상기 제2 레이어(120)로 구성된 2 중의 파라 아라미드 원단을 적용한다.
이때, 상기 제1 레이어(110)와 상기 제2 레이어(120)는 이중직으로 제조된 것일 수 있다. 그러면, 한 번의 제직 공정으로 두 개의 레이어를 제조하여 두 레이어를 결합하는 공정이 필요없어 제조 시간은 줄어들고 제조 공정이 간단해지는 장점이 있다.
이와 같이 2중 구조의 파라 아라미드 원단 구조는, 열적 안정성을 확보하는 것 이외에도 텅스텐 코팅 과정에서 원단 구조로 인하여 발생하는 에어갭(air gap)을 줄이는 효과도 함께 제공한다.
그리고 보다 확실하게 텅스텐 코팅 시 발생하는 열에 대한 안정성을 확보하기 위하여 상기 제1 레이어(110)를 구성하는 제1 파라 아라미드 필라멘트사(111)보다 상기 제2 레이어(120)를 구성하는 제2 파라 아라미드 필라멘트사(121)가 더 굵은 것이 바람직하다.
상기 텅스텐 코팅 레이어(130)는 상기 제1 레이어(110)의 표면뿐만 아니라, 상기 제1 레이어(110)를 지나 상기 제2 레이어(120)의 이면까지 침투하여 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 의료용 방사선 차폐 원단(100)의 방사선 차폐 성능을 최대로 끌어올리기 위함이다.
상기 제3 레이어(140)는 상기 제2 레이어(120)의 후면에 결합되어 상기 제1 레이어(110) 및 상기 제2 레이어(120)의 방사선 차폐 기능을 보완할 수 있다. 이를 위하여 상기 제3 레이어(140)는 방사선 차폐 물질이 코팅된 방적사(141)로 제직된 것이 바람직하다.
상기 제3 레이어(140)에 코팅되는 방사선 차폐 물질은 텅스텐, 황산바륨, 비스뭍, 안티몬 등일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이로 한정되는 것은 아니다.
그리고 상기 제3 레이어(140)는 PET 방적사 기반 직물 등과 같이 아라미드 원단에 비하여 착용감이 뛰어나고 촉감이 좋은 직물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 제3 레이어(140)는 착용자의 피부에 접촉하거나 의복의 외측을 구성하는 레이어일 수 있기 때문이다. 한편, 이러한 추가 레이어는 상기 제1 레이어(110)의 전면에도 결합될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 의료용 방사선 차폐 원단(100)의 제조공정 중 텅스텐 코팅 레이어(130)를 형성하는데 이용되는 플라즈마 열분사 코팅 장치(200, 이하 '코팅 장치'라 함)의 구성을 나타내는 개념도이다.
상기 코팅 장치(200)는 케이스(210) 내부에 마련된 캐소드(220), 애노드(230), 냉각부(240), 전력원(250) 및 분말 공급부(260)를 포함한다.
상기 코팅 장치(200)가 가동되면, 상기 캐소드(220) 및 상기 애노드(230)에 전압이 가해지고, 플라즈마 가스가 상기 케이스(210) 내부로 공급되며, 상기 분말 공급부(260)로는 텅스텐 분말과 무기 바인더 분말의 혼합분말이 공급된다.
그러면, 1,500℃ 이상의 플라즈마 플레어에 의하여 텅스텐 분말과 무기 바인더 분말은 아라미드 2중 원단(110 및 120)으로 분사되는데, 무기 바인더 분말은 플라즈마 열에 녹는 반면 녹는점이 3,000℃를 넘는 텅스텐 분말은 녹지 않는다.
그러면, 텅스텐 분말은 무기 바인더를 매개로 하여 상기 아라미드 2 중 원단(110 및 120)에 결합되면서 코팅된다. 이때, 텅스텐 코팅 레이어(130)는 단순히 제1 레이어(110)의 표면만을 코팅하는 정도가 아니다.
즉, 상기 텅스텐 코팅 레이어(130)는 텅스텐 분말이 제1 레이어(110)를 지나 제2 레이어(120)까지 침투하여 상기 제2 레이어(120)의 이면까지 이르도록 형성되는 것이 바람직하다. 앞서 살펴본 바와 같이, 이는 방사선 차폐 성능을 최대한 높이기 위함이다.
한편, 혼합분말은 90w% 내지 95w% 텅스텐 분말 및 5w% 내지 10w%의 무기 바인더 분말이 혼합된 것일 수 있다. 그리고 텅스텐 분말은 1㎛ 내지 5㎛의 직경을 가지는 것이 바람직하다. 이는 텅스텐 분말의 직경이 5㎛를 넘으면 아라미드 직물의 후면까지 침투하는데 어려움이 크며, 1㎛ 미만이면 코팅층을 형성하는데 어려움이 있기 때문이다.
<실시예>
200 데니어(denier)의 제1 파라 아라미드 필라멘트사(111, 도 3의 (a))와 400 데니어의 제2 파라 아라미드 필라멘트사(121, 도 3의 (b))를 이용하여, 아래의 표 1에 따라 제1 레이어(110, 도 4의 (a))와 제2 레이어(120, 도 4의 (b))를 이중직으로 제직하였다.
참고로, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 의료용 방사선 차폐 원단의 제조에 이용되는 파라 아라미드 필라멘트사의 사진이며, 도 4는 도 3에 도시된 파라 아라미드 필라멘트사를 이용하여 제조된, 제1 레이어(110)와 제2 레이어(120)의 표면 확대사진이다.
그런 다음, 상기 이중직 원단에 플라즈마 출력 약 80kW, 약 1,700℃의 분사온도로 직경 5㎛ 미만의 텅스텐 분말을 플라즈마 열분사 코팅 방식으로 제1 레이어(110) 표면의 코팅 두께가 약 2mm 되도록 텅스텐 코팅을 수행하여, 의료용 방사선 차폐 원단(100)을 제조하였다.
참고로, 도 5는 도 4에 도시된 제1 레이어(110) 표면의 텅스텐 코팅 레이어의 표면 확대사진((a))과 제2 레이어(120) 이면의 텅스텐 코팅 레이어의 표면을 확대하여 촬영한 사진((b))이다. 그리고 도 6은 텅스텐 코팅 전후의 아라미드 이중직 원단의 단면 확대사진이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따란 제조된 가로, 세로 약 1m의 의료용 방사선 차폐 원단(100)의 사진이다.
도 6을 참조하면, 텅스텐 코팅이 수행되면 코팅 레이어를 이루는 텅스텐 분말(132)이 파라 아라미드 필라멘트사들(112) 사이까지 침투한 것을 알 수 있다.
표 2는 본 발명의 실시예에 따른 의료용 방사선 차폐 원단(100)의 성능 평가 결과이다.
성능 평가는 상기 의료용 방사선 차폐 원단(100)의 10개 지점을 무작위로 선정하여 방사선 차폐 성능을 측정하고, 두께 2mm의 표준납의 방사선 차폐 성능과 비교함으로써 수행되었다.
표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 의료용 방사선 차폐 원단(100)은 의료용 X-ray에 대한 방사선 차폐 성능이 표준납에 비하여 약 15% 정도만 낮을 정도로 우수한 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료용 방사선 차폐 원단(100')의 구조를 나타내는 개념도이다.
상기 의료용 방사선 차폐 원단(100')은 도 1의 의료용 방사선 차폐 원단(100)와는 구조가 거의 같으나, 도 1의 예에서와 달이 제1 레이어(110')보다 제2 레이어(120')의 조직이 더 치밀한 것에서 차이가 있다.
도 8에서는, 상기 제1 레이어(110')를 구성하는 파라 아라미드 필라멘트사(111')와 상기 제2 레이어(120')를 구성하는 파라 아라미드 필라멘트사(121')는 굵기는 같으나, 이들의 간격은 제1 레이어(110')에서 더 큰 것으로 개념적으로 도시하였다.
상기 제2 레이어(120')의 조직이 상기 제1 레이어(110')보다 치밀한 이유는, 도 1의 예에서 제2 레이어(120)를 구성하는 제2 파라 아라미드 필라멘트사(121)의 굵기가 제1 레이어(110)를 구성하는 제1 파라 아라미드 필라멘트사(111)의 굵기보다 굵은 것과 같이, 텅스텐 코팅 공정에 대한 열적 안정성을 확보와 원단의 에어갭(air gap)을 줄이기 위함이다. 한편, 상기 제1 레이어(110')의 조직이 덜 치밀하면 텅스텐 분말의 침투를 용이하게 하여 텅스텐 코팅층 형성에 유리할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 의료용 방사선 차폐 원단 110: 제1 레이어
120: 제2 레이어 130: 텅스텐 코팅 레이어
200: 플라즈마 열분사 코팅 장치 210: 케이스
220: 캐소드 230: 애노드
240: 냉각부 250: 전력원
260: 분말 공급부

Claims (7)

  1. 제1 파라 아라미드 필라멘트사로 제직된 제1 레이어;
    상기 제1 레이어의 후면에 결합되며, 제2 파라 아라미드 필라멘트사로 제직된 제2 레어어; 및
    상기 제1 레이어의 표면부터 형성된 텅스텐 코팅 레이어를 포함하며,
    상기 텅스텐 코팅 레이어는,
    플라즈마 열에 용융되지 않는 텅스텐 분말 및 플라즈마 열에 용융되는 무기 바인더 분말을 혼합하여, 상기 제1 레이어의 표면으로 플라즈마 플레임(plasma flame)을 통해 분사하여 수행되는 플라즈마 열분사 방식에 따라, 상기 제1 레이어 표면으로부터 시작하여 상기 제1 레이어를 지나 상기 제2 레이어의 이면까지 이르도록 형성되며,
    상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어는 이중직으로 제조되며,
    상기 제2 파라 아라미드 필라멘트사는,
    상기 제1 파라 아라미드 필라멘트사보다 굵은 것을 특징으로 하는, 의료용 방사선 차폐 원단.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 레이어는,
    상기 제1 레이어보다 치밀한 조직을 갖는 것을 특징으로 하는, 의료용 방사선 차폐 원단.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 레이어의 후면 및 상기 제1 레이어의 전면 중 적어도 하나에 결합된 제3 레이어를 더 포함하며,
    상기 제3 레이어는,
    방사선 차폐 물질이 코팅된 방적사로 제직된 것을 특징으로 하는, 의료용 방사선 차폐 원단.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방사선 차폐 물질은,
    텅스텐, 황산바륨, 비스무트, 안티몬 중 하나인 것을 특징으로 하는, 의료용 방사선 차폐 원단.
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