KR20150007685A - 토르말린 촉매체로 처리된 기능성 원단 - Google Patents

토르말린 촉매체로 처리된 기능성 원단 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상온에서 주변의 수분이나 물을 전기분해하여 발생되는 수소의 산화작용에 의해 다량의 원적외선과 음이온이 방사.방출되는 토르말린(Tourmaine) 담체를 구리, 은, 백금 등의 귀금속 촉매용액에 담지시켜 건조, 산화 환원, 냉각과정을 거친 토르말린 촉매체를 1㎛~3㎛ 크기로 분말화 한 다음 염료에 혼합하여 기능성 염료나 안료를 얻고, 상기 염료 또는 안료를 방사공정에 적용하여 기능성 원사를 만들고 직조하여 섬유원단을 만들거나 혹은 섬유원단에 염색하거나 나염하거나 또는 코팅하는 등의 방법으로 기능성 섬유원단을 얻어 기능성 섬유제품을 제조할 수 있도록 한 것이다.

Description

토르말린 촉매체로 처리된 기능성 원단{Functional textile which be treated with tourmaline catalyst}
본 발명은 기능성 원단에 관한 것으로, 상세하게는 상온에서 주변의 수분이나 물을 전기분해하여 발생되는 수소의 산화작용에 의해 다량의 원적외선과 음이온이 방사.방출되는 토르말린(Tourmaine) 담체를 구리, 은, 백금 등의 귀금속 촉매용액에 담지시켜 건조, 산화 환원, 냉각과정을 거친 토르말린 촉매체를 1㎛~3㎛ 크기로 분말화 한 다음 염료에 혼합하여 기능성 염료나 안료를 얻고, 상기 염료 또는 안료를 방사공정에 적용하여 기능성 섬유원단을 만들거나 또는 섬유원단에 염색하거나 나염하거나 또는 코팅하는 등의 방법으로 기능성 섬유 원단을 얻어 기능성 섬유제품을 제조할 수 있도록 한 것이다.
화성암의 일종인 토르말린(Tourmaline)은 육방정계(六方晶系)의 결정구조를 갖는 광석으로 비중은 2.90∼3.10g/㎠이고, 경도는 7.0 ~ 7.5이며, 화학성분은 철, 마그네슘, 알칼리 금속 등과 알루미늄의 복잡한 붕규산염으로서 우라늄광, 자철광 등과 같이 스스로 에너지를 축척하여 끊임없이 방출하는 광물 중의 하나이며, 원적외선과 음이온을 방사하여 인체(人體)에 활력(活力)을 주는 건강보석의 일종이기도 하다.
특히 결정의 양단에 양극과 음극이 상존하면서 약 100만 볼트(Volt)의 전위차(電位差)가 발생하고 약 0.06㎃의 미약한 전류(電流)가 영구히 흐르는 성질이 있어서 전기석(電氣石)으로도 불리우며, 투명, 핑크색, 청색, 자색, 담녹색, 적색 등 다양한 색을 가진다.
토르말린의 전기적 특성으로 인하여 꾸준히 발생되는 미약한 전류(0.06㎃)가 인체의 경혈(經穴)을 자극하여 말초순환계를 개선하고 혈류를 촉진시켜 고혈압과 소추(消推) 질병에 효과가 있으며, 광물의 특성상 원적외선이 다량으로 방출되면서 세포활성화 작용으로 체질개선, 혈액정화작용 등의 전위치료효과가 있고, 혈행과 신진대사를 촉진하므로 피로회복, 위장활성화, 통증과 숙면 및 냉증을 완화시켜주고, 수분과 접촉하면서 전기분해에 의해 다량의 음이온이 발생되어 항균, 탈취, 세정효과와 더불어 산성화된 체액을 약 알칼리성 체질로 개선시켜 인체에 안정감을 줌은 물론 각종 전기/전자제품으로부터 발생되는 유해전자파를 중화시켜준다.
또한 토르말린은 세포의 활성화와 심장강화에 좋은 마그네슘(Mg), 피부의 점막관계 및 성장촉진을 돕는 붕소(B), 미용에 좋은 규소(Si), 혈액관계ㆍ심장강화 등 미네랄을 활용하여 건강증진효과가 있는 철(Fe) 및 신경안정효과가 있는 칼슘(Ca) 등 인체에 좋은 영향들을 주는 원소와 미네랄이 다량 함유되어 있기도 하다.
또한 상기 원적외선과 음이온은 신경통, 관절염, 요통의 완화, 피부의 진정효과, 당뇨, 변비통, 탈취, 항균, 탈습, 물의 연수화, 공기청정 등의 작용을 하므로 일부 국가에서는 보석 외에 속옷, 이불, 공기정화기, 정수기, 의료기 등에 사용하고 있으며, 토르말린 원석을 분말화하여 플라스틱과 건축자재, 화장품 첨가제 등 2차 가공품의 원료로 사용하는 등 그 응용범위가 넓으며, 최근에는 수중(水中)의 납이나 아연과 같은 중금속 제거 및 부유물 제거와 같은 수질개선제, 석유화학분야의 촉매 담체, 합성수지의 충진재를 위시한 건축분야, 환경분야, 의료분야로 그 사용처가 확대되고 있다.
종래에는 원적외선을 발생하는 알루미나, 게르마늄, 맥반석을 가공하여 안료 및 수지와 혼합하여 건축재료 및 도료로 사용하도록 함으로써 원적외선을 방사시키거나, 무기질 염료와 혼합한 다음 섬유원단에 염색하여 옷이나 양말감으로 사용하여 악취제거 및 원적외선 방사에 의한 건강성 의류소재로 주로 사용되고 있다.
또한 탈취용 촉매의 용도는 가스렌지나 그릴에 사용되어 요리시에 발생되는 냄새를 제거하거나 산업용 폐유기용제 가스의 정화에 이용되고 있기도 하다.
그러나, 상기 세라믹분말(알루미나, 게르마늄, 맥반석)을 이용한 섬유원단으로 제조된 속옷 및 양말의 경우 원적외선 방사효율이 낮을 뿐 아니라, 세탁 및 건조를 반복함에 따라 세라믹 성분이 현저히 감소되어 원적외선 효과가 저하되는 문제점이 있으며, 원적외선 및 음이온 방사체를 2차 가공품의 원료로 코팅하여 단독으로 사용하는 경우에도 탈취나 수분 증발 원적외선 방사효율, 음이온 발생량이 미약하여 수분흡수율과 탈취효율이 떨어지고 그 효과 또한 부족한 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 주변의 수분이나 물과 접촉하면서 전기분해를 일으켜 발생되는 수소를 촉매표면에서 산화시키고 촉매의 작용에 의해 원적외선 및 음이온 발생효율과 탈취효율 등이 10배 이상 크게 향상되는 귀금속 촉매와 토르말린을 담체로 한 토르말린 촉매체 분말을 얻고 상기 토르말린 촉매체 분말로 원사를 제조할 때, 이를테면 방사공정에서 혼합, 압출, 염색, 나염, 코팅등의 방법으로 함유시켜 기능성이 부여된 (섬유)원사를 제공함에 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 토르말린 촉매체로 처리된 기능성 원사는 귀금속 촉매용액이 코팅된 1㎛~3㎛ 크기의 토르말린 촉매체 와 염료를 중량비로 3%~15% : 97%~85%로 혼합한 기능성 염료로 원단을 염색하며,
상기 토르말린 촉매체는, 담체인 토르말린을 미세하게 분쇄하여 담체를 얻는 단계와, 염화백금산(H2PtCl6)을 증류수가 담긴 용기에 넣어 녹인 후 구연산을 3wt%로 첨가하여 1wt% 백금용액을 만드는 귀금속 촉매용액제조단계와, 토르말린 담체에 귀금속 촉매용액이 담지되도록 20분간 담지하고 70도에서 2시간 교반하여 백금촉매가 토르말린의 표면에 코팅되게 하는 담지단계와, 담지단계가 끝난 후 50℃의 진공건조기로 2시간 건조시키는 진공건조단계와, 진공건조된 촉매의 활성화를 위하여 공기분위기에서 400℃로 4시간 건조하는 산화단계와; 산화단계를 거친 촉매와 담체로 질소와 수소를 10:1 무게비로 혼합 공급하여 450℃로 1시간 가열시켜 환원하는 단계와, 환원된 귀금속 촉매가 토르말린 담체내에 자리잡을 수 있도록 질소분위기에서 200℃로 냉각하는 단계와, 냉각된 담체를 상온에서 1㎛ ~ 3㎛ 크기의 분쇄하여 분말을 얻는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기능성 토르말린 분말은 귀금속 촉매용액이 토르말린 담체에 코팅된 토르말린 촉매체를 염료나 안료에 소정비율로 혼합하여 칩 상태의 폴리수지와 혼합하여 녹인후 방사구 형태의 노즐을 통하여 압출하는 방법으로 기능성 원사를 생산하거나, 염료나 안료에 소정비율로 혼합하여 섬유원단에 염색하거나, 나염하거나, 코팅하여 기능성이 부여되며, 따라서 토르말린이 주변의 수분이나 물과 접촉하면서 전기분해를 일으켜 발생되는 수소를 산화시키고 촉매의 작용에 의해 원적외선 및 음이온 방사.발생효율이 종전 세라믹(알루미나, 게르마늄, 맥반석)분말을 이용한 방법에 비하여 10배 이상 크게 향상되며, 수소가스가 상온에서 연소될 때 발생되는 열에 의해 땀과 같은 수분이 효과적으로 방출된다. 그리고, 귀금속 촉매가 수소가스와 연소되면서 활성화되어 주변의 냄새가 대부분 제거(탈취)되는 효과가 있다.
본 발명에서 귀금속 촉매가 코팅된 분말상태의 토르말린은 혼합되는 염료와 같은 크기의 입도인 1㎛~3㎛의 크기이고 안료의 입도크기인 8㎛~12㎛ 보다 훨씬 작은 크기이므로 이들 염료 및 안료에 잘 혼합되며, 염색이나 나염의 경우 분말 상태의 토르말린 촉매체가 염료 및 안료와 같이 섬유조직 사이로 들어가 물리적으로 잘 결합되어 고착화되는 효과가 있다.
또한 본 발명의 토르말린 촉매체를 속옷이나 안감, 등산복, 양말, 모자와 같은 각종 의류의 염색 염료에 혼합 사용하여 섬유제품을 제조한 후 착용하면 토르말린의 기능성에 의해 수분과 땀 냄새가 빨리 제거되고, 원적외선과 음이온의 작용에 의해 포근하고 상쾌한 착용감과 질병예방 등의 효과가 있으며, 종전 세라믹분말(알루미나, 게르마늄, 맥반석)을 이용하여 제조된 섬유제품들에 비하여 각종 기능성이 10배 이상 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 기능성 염료 및 안료을 이용하여 기능성 원사를 제조하는 과정도.
도 2는 본 발명의 기능성 염료 및 안료을 이용하여 기능성 섬유원단 및 그 제품을 제조하는 과정도.
도 3은 본 발명 일 실시 예로 도시한 숙성 교반 증류장치의 구성도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다.
본 발명에서 섬유라 함은 원사와 원사로 제직되는 섬유원단을 포함하며, 도 1, 도 2와 같이 토르말린 담체와 귀금속 촉매용액을 단계별 공정을 거쳐 귀금속 촉매가 코팅된 토르말린 분말과 염료를 혼합하여 기능성 염료를 얻도록 하고, 상기 기능성 염료를 수지인 폴리 칩과 혼합하고 용해하여 방사구로 압출하여 원사를 만들거나, 섬유원단에 염색, 나염 또는 코팅하는 방법으로 기능성 섬유원단을 얻도록 하고, 상기 기능성 섬유원단을 이용하여 기능성 섬유제품을 제조하도록 한다.
본 발명에서 기능성 원사를 제조할 때, 귀금속 촉매가 코팅된 토르말린 촉매체를 염료나 안료에 소정비율로 혼합하여 칩 상태의 폴리수지와 혼합하여 녹인후 방사구 형태의 노즐을 통하여 압출하는 방법으로 제조하면 된다.
그리고, 기능성 섬유원단은 토르말린의 효과를 배가시켜 실생활에 이용할 수 있으며, 기능성 섬유원단을 이용한 기능성 섬유제품으로는 각종 의류와 생활용품(내외복, 속옷, 외투, 모자, 양말, 장갑, 작업복, 외출복, 방석, 카시트)와 가제, 붕대와 같은 의료용 섬유제품의 경우에는 수분방출이 용이하고 원적외선에 의한 치료효과를 높일 수 있으며, 탈취, 음이온 발생으로 인체에 유익하며, 인체와 직접적으로 접촉하는 양말, 속옷의 경우 땀냄새 제거, 수분방출, 원적외선에 의한 피부보호 효과등을 기대할 수 있다.
도 1, 도 2는 본 발명에서 귀금속 촉매가 코팅된 토르말린 촉매체(분말)을 얻기 까지의 과정과 기능성 염료 및 안료를 이용하여 원사를 제조하는 과정과, 염색, 나염, 코팅되는 섬유원단과 그 섬유원단을 이용한 섬유제품의 제조과정을 도시한 것으로, 단계별 또는 과정별 제조공정을 살펴보면 다음과 같다,
1. 토르말린 담체 제조공정.
분쇄기 또는 파쇄기(볼밀기 또는 크레셔 등)를 이용하여 토르말린 광석이나 입체를 1㎛~3㎛ 크기로 분쇄시켜 담체인 토르말린 분말을 준비한다.
위에서 토르말린을 1㎛~3㎛ 크기로 분쇄하는 이유는 후술하는 실시 예에서 염료(1㎛~3㎛ 크기) 및 안료(8㎛~12㎛ 크기)와 같은 크기이거나 그 이하의 크기로 분쇄시켜 염료 및 안료와 잘 혼합될 수 있게 함으로써 토르말린 촉매체가 소정비율로 혼합된 염료 및 안료로 각종 섬유제품을 염색하거나 나염 및 코팅할 수 있도록 한다.
본 발명에서 토르말린은 고경도이므로 미세분쇄할 때, 분체공학기술을 이용하여 적절한 온도로 건조한 다음 볼 밀(ball mill)이나 크러셔(crusher) 등의 분쇄기로 1㎛~3㎛ 크기로 미세하게 분쇄시켜 토르말린이 가지는 전기적 성질과 원적외선 및 음이온 방사.방출 등의 고유한 특성이 훼손되지 않으면서 지속적으로 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 염료(1㎛~3㎛ 크기) 및 안료(8㎛~12㎛)와 같은 크기이거나 그 이하의 크기이므로 이들과 잘 혼합되고 융화된다.
본 발명에서 토르말린 광석이나 입체는 입상이거나 절편상태로 분쇄하거나 파쇄하여 목적하는 크기(1㎛~3㎛)를 달성할 수 있다.
2. 귀금속 촉매용액 제조공정
고체상태의 염화백금산(H2PtCl66H2O)을 증류수에 녹여 1wt% Pt 용액을 만들고 구연산(citric acid)을 담체인 염화백금산 무게의 3wt%로 첨가한다. 구연산을 넣는 이유는 백금(Pt)을 토르말린 담체에 보다 균일하게 담지되도록하는 역할과, 또한 150℃ ~ 180℃의 온도에서 폭발하여 담체의 비표면적을 균일하게 유지하거나 증가시켜 주기 때문이다.
위 구연산(CA)은 식용으로 사용할 만큼 깨끗하고 위생적이다.
한편, 지금까지 개발된 연소용 촉매로는 백금족 금속(pt, pd, Rh)과 전이금속(Cr, Co, Ni, Mn, Fe 등)의 산화물들이 주종을 이루고 있다. 이들 촉매는 연료가스를 저온에서 CO2와 H2O로 완전 산화시킬 수 있는 능력을 가지고 있어서 완전 산화 촉매로도 불리운다. 아래 표 1은 백금 촉매에 대하여 각종 가연성 가스의 연소 가능성을 비교한 것이다.
각종 가연성 가스의 연소 가능성 비교표.
연 료 화염연소착화온도(℃) 촉매연소개시온도(℃) 촉매완전연소온도(℃)
H2 510 20 20
CO 610 ~ 650 80 ~ 120 ~ 120
CH3OH 450 ~ 500 20 150
C2H5OH 450 80 ~ 100 250 ~ 300
MEK 505 ~ 516 100 ~ 175 300 ~ 350
MIBK 460 105 ~ 175 320 ~ 350
H2S 100 260 ~ 400 ~ 425
C2S 100 350 375 ~ 400
Phenol 700 140 ~ 180 320 ~ 325
Benzene 700 130 ~ 180 250 ~ 300
Toluene 540 ~ 620 130 ~ 160 240
Methane 615 370 ~ 380 > 450
LPG - 190 ~ 210 > 200
본 발명에서 일 실시 예의 촉매로 사용되는 백금용액은 1wt% pt-CA로 만들고 2-아미노에틸렌(2-aminoethylene)과 질산(NHO3) 투입량을 조절하면서 촉매용액의 pH가 3이 되도록 조정하여 귀금속 촉매용액을 제조하도록 한다.
3. 담지공정
1wt% pt-CA용액을 0.5wt% 토르말린 담체에 균일하게 담지되도록 칭량하고, 도 3과 같은 숙성 교반 증류장치에 넣어 20분간 담지시켜 토르말린의 미세한 홀(hall) 안으로 귀금속 촉매용액이 완전히 들어가도록 하고, 70℃의 상압에서 2시간 정도 교반하여 귀금속이 토르말린 표면에 고르게 퍼지도록 한다.
즉, 수용액상의 ptCl62- 이온들과 담체 사이의 강한 상호작용과 또 흡착반응이 매우 빠르기 때문에 백금은 토르말린 담체의 외부표면 또는 외부표면으로부터 안쪽으로 가는 도중에 만나게 되는 모든 흡착점에 담지가 될 것이다.
이러한 결과 토르말린 담체의 외부 둘레에 백금이 농축되어진 외층담지(egg-shell distribution)촉매체가 만들어진다.
도 3의 숙성 교반 증류장치에서 110℃에서 교반하면서 용매를 1차 증발시킨다.
본 발명에서 일 실시 예로 제시하는 상기 숙성 교반 증류장치는 온도제어장치(Temperature controller)(4)를 갖는 가열부(Heating mantle)(2)의 상부에 원통형 플라스크(Round bottomed flask)(1)가 설치되고, 상기 플라스크(1)의 복수 지관에는 온도제어장치(4)에 접속된 온도감지기(Thermocouple)(3)와, 교반기(Mechanical stirrer)(5)와, 콘덴서(Condenser)(6)가 각각 설치된다.
4. 진공건조공정
1차 건조가 끝난 후 분말상의 촉매체를 진공건조 장치에서 50℃의 온도로 2시간조건으로 2차 건조한다.
5. 산화공정
2차 진공건조가 끝난 후 촉매 활성화를 위하여 공기분위기에서 촉매 활성화의 최적온도인 400℃로 유지하면서 4시간 건조한다. 이 때 에어콤프레셔로 산소나 공기를 불어 넣어 촉매를 활성화시키고 3차 건조시키도록 한다. 위 산화과정에서 산소는 고가이므로 산화가 조금 떨어지더라도 공기를 급기팬(브로워)으로 공급하도록 함이 바람직하다.
6. 환원공정
귀금속 촉매가 산화된 담체로 질소와 수소를 10:1의 부피비로 혼합 공급하면서 450℃의 온도조건으로 60분 가열시켜 환원하도록 한다. 이 때 수소 단독으로 사용하면 고열발생 및 폭발위험성이 있으므로 질소와 수소를 10:1의 부피비로 혼합한 불활성가스로 안정화시키도록 한다.
7. 냉각공정
귀금속 촉매가 토르말린 담체에 자리잡을 수 있도록 질소분위기에서 200℃로 냉각한다. 따라서 귀금속 촉매가 토르말린 담체에 자리를 잡아 고착화된다. 숙성 교반 증류장치에서 토르말린 촉매체를 끄집어낼 때 200℃ 이상에서 끄집어내면 촉매활성이 떨어지게 되므로 주의를 필요로 한다.
8. 토르말린 촉매체 분쇄공정
분쇄기를 이용하여 귀금속 촉매가 코팅된 고체상태의 토르말린 촉매체를 상온에서 1㎛~3㎛의 크기가 되도록 미세분쇄하여 토르말린 촉매체 분말을 얻도록 한다. 위에서 토르말린 촉매체를 1㎛~3㎛ 크기로 분쇄하는 이유는 후술하는 혼합공정에서 1㎛~3㎛ 크기의 염료 또는 8㎛~12㎛ 크기의 안료와 잘 혼합될 수 있도록 하기 위함이다.
이렇게 얻어진 토르말린 촉매체를 200℃로 3시간 동안 환류건조기로 건조시켜 귀금속 촉매가 코팅된 토르말린 촉매체 분말을 얻도록한다.
9. 혼합공정
위 토르말린 촉매체 분쇄공정(8번 공정)에서 획득한 토르말린 촉매체 분말과 염료 또는 안료를 혼합하여 토르말린 촉매체가 혼합된 기능성 염료 및 기능성 안료를 얻도록 한다. 이때 혼합비율은 토르말린 촉매체는 중량비로 3%~15%, 염료(또는 안료)는 중량비로 97%~85%가 되게 혼합한 다음 방사공정에서 기능성 원사를 제조하여 원단을 제직하여 제품화하고, 일반 섬유원단에 염색, 나염, 코팅하는 방법으로 기능성 섬유원단을 얻도록 하고, 위 기능성 섬유원단을 이용하여 각종 기능성 섬유제품을 제조 및 생산하도록 한다.
상기에서 토르말린 촉매체 분말로 원사를 제조하는 경우, 염색, 나염, 코팅등의 방법 이외에도 압출방법으로도 제조할 수 있으며, 이러한 경우 방사공정에서 귀금속 촉매가 코팅된 토르말린 촉매체를 염료나 안료에 소정비율로 혼합(교반)한 칩(chip) 상태의 폴리수지(Polymer chip)와 혼합하여 녹인후 방사구 형태의 노즐을 통하여 압출하는 방법으로 원사를 생산하고, 이어서 기능성 원단을 직조하고, 기능성 원단으로 기능성을 갖는 섬유제품을 생산하면 될 것이다.
한편, 본 발명 혼합공정에서 얻어진 기능성 염료 및 기능성 안료를 이용하여 원사의 압출제조 및 기능성 섬유원단을 염색, 나염, 코팅하는 과정은 다음과 같다.
실시 예(1) : 원사 압출 제조
폴리에스테르(polyester), 나일론(nylon)등의 기능성 합성섬유의 원사 제조시에 적용하는 방사(spinning)공정에서 수지형태의 폴리 칩(polymer chip)에 열을 가하여 용해하여 액상으로 하고, 토르말린 촉매체와 염료를 혼합하여 교반한 후 노즐인 방사구의 세공으로 압출 및 고화시켜 기능성 원사를 제조하도록 하고, 상기 기능성 원사로 원단을 제직하여 기능성 의류 나 붕대, 내의, 배게, 이불, 커텐 등에 적용하여 사용한다.
실시 예(2) : 폴리에스터(polyester) 원단에 염색하는 경우.
P/D(plain dyed) - 원단 →해포 →정련 혹은 축소 →세팅(pre/setting) →감량 →염색 →세팅(final/setting) →검사과정을 거쳐 기능성 폴리에스터를 얻도록 한다.
상기에서 '해포'는 원단을 풀어놓은 과정이고, '정련'은 제직시 부착된 호제(풀의 일종)나 유제(오일)를 제거하는 과정이며, '축소'는 필요시 원단의 두께를 조절하는 과정이며, '세팅(pre/setting)'은 180℃~200℃의 열풍건조 조건에서 원단을 예비로 건조 및 폭을 조절하는 전처리 과정이며, '감량'은 표면의 촉감을 부드럽게 하기 위하여 처리하는 과정이다.
그리고, '염색'은 염료와 상기 토르말린 촉매체를 용도에 따라 일정비율로 혼합하고 물을 염색이 좋은 조건으로 함침시켜 고온 고압의 조건(4kgf/㎠~6kgf/㎠, 130℃)에서 10분~60분 침지(담근) 시킨 후에 꺼낸다.
그리고, '세팅(final/setting)'은 원단을 건조하고 형태 즉, 폭을 안정화시키는 과정으로 170℃~200℃, 라인속도 40~80m/min, 열풍건조기(텐타기)에서 건조한 다음 최종검사를 거쳐 기능성 폴리에스터를 얻고, 상기 기능성 폴리에스터를 이용하여 기능성 섬유제품을 제조(생산)하도록 한다.
위에서 130℃, 4㎏f/㎠ ~ 6㎏f/㎠의 고온 고압으로 팽창된 상태에서 각종 섬유제품에 염색을 하게 되면, 귀금속이 코팅된 토르말린 분말이 염료와 같이 섬유조직 사이로 들어가 자리를 잡게된다. 그리고 토르말린 분말은 염료입자와 같은 크기(2㎛ ~ 3㎛)이거나 그 이하의 크기이므로 섬유조직에 물리적으로 잘 결합되어 고착화된다.
그리고, 기존 세라믹 분말을 이용하는 방법보다 기능성이 10 배 이상으로 향상되므로, 속옷이나 안감, 등산복, 양말, 모자, 작업복, 의료용 섬유제품 등에 사용하면 수분과 땀 냄새가 빨리 제거되고, 원적외선과 음이온의 작용에 의해 포근하고 상쾌한 착용감을 가지게된다.
본 발명에서 섬유제품에 염색, 나염, 코팅된 토르말린 촉매체의 간접효과에 의해 실내의 담배냄새제거, 악취제거, 원적외선의 방출로 인한 피로회복등의 효과와 음이온의 발생으로 인한 정신의 안정, 세포의 활성화 등을 촉진할 수 있게된다.
아울러, 공기가 정화되어 기분이 상쾌해지고, 습기나 곰팡의 기생 번식이 방지되며, 항균작용과 살균작용이 있어서 곰팡이가 기생하거나 번식하지 않게되고, 섬유제품의 탈색이나 변색이 방지되며, 주변의 전기/전자제품으로부터 발생되는 유해전자파가 섬유제품으로 흡수 중화되면서 격감되며, 양이온이 증가하더라도 토르말린으로부터 간접 방출되는 음이온에 의해 이온의 밸런스가 유지되어 쾌적한 환경과 생활을 도모할 수 있게된다.
실시 예(3) : 전처리된 원단에 나염(Screen Print : S/P)하는 경우.
전처리 원단 →S/P(나염) →세팅건조(Pre setting) →수세 →세팅(final setting) →검사과정을 거쳐 나염된 기능성 섬유원단을 얻도록 한다.
상기 '전처리 원단'은 상기 공정에서 감량까지의 공정을 말하며, '나염공정'은 염료와 세라믹 분말 및 조제를 나염의 조건에 맞추어 혼합하여 색도의 수에 따라 무늬를 염색하는 공정이다.
그리고, '건조공정'은 180℃~200℃ 조건에서 열풍 건조하는 공정(텐타기)이며, '수세공정'은 95℃의 물에서 수세하는 공정이다.
그리고, 최종세팅(final/setting)은 원단을 건조하고 형태 즉, 폭을 안정화시키는 과정으로 170℃~200℃, 라인속도 40~80m/min, 열풍건조기(텐타기)에서 건조한 다음 최종검사를 거쳐 기능성 나염 염원을 얻고, 상기 기능성 나염원단을 이용하여 기능성 섬유제품을 제조(생산)하도록 한다.
실시 예(4) : 일반적인 방법으로 염색된 원단에 코팅(coating)하는 경우.
염색된 일반원단 →표면코팅 →세팅(setting) →검사과정을 거쳐 코팅된 기능성 섬유원단을 얻도록 한다.
상기에서 '염색 된 원단'은 일반 염색공정에서 염색이 된 원단을 뜻하며, '표면 코팅'은 촉매가 담지된 토르말린 분말에 아크릴 및 우레탄 수지를 바인더를 사용하여 일정한 두께로 코팅하는 과정을 말한다.
그리고, '세팅(setting)'은 140℃~160℃, 열풍건조기(텐타기)에서 건조하는 공정이며, 검사과정을 거쳐 염색된 일반 원단의 표면에 토르말린 촉매체를 코팅시켜 기능성 섬유제품을 제조(생산)하도록 한다.
위의 경우, 이미 염색이나 나염이 완료된 일반 섬유제품의 표면에 토르말린 촉매체를 코팅시켜 기능성을 부여하게된다.
그리고, 섬유원단이 면일 경우에는 상기 공정에서 감량의 공정을 빼고 패딩염색(Padding Dyed)으로 반응성 염료를 촉매가 담지된 토르말린 분말을 사용하여 제품을 완성하도록 한다.
또한 섬유원단이 나일론일 경우에는 상기 공정에서 감량공정을 빼고 지그염색(Jigger Dyed)으로 산성염료로 염색하여 최종제품을 생산하도록 한다.
한편, 토르말린은 앞서 기술한 바와 같이 0.06㎃의 미세전류에 의해 주변의 수분이나 물과 접촉하면서 전기분해에 의해 발생되는 수소가 산화되고 다량의 음이온과 원적외선이 방사.방출될 뿐 아니라, 각종 미네랄(Na, Mg, Fe, B)이 함유되어 있고, pH가 7.2 ~ 7.5, 원적외선 4 ~ 14미크론, 적외선 방사율 약 95%, 온도변화에 따라 표면에 전하(電荷)를 띄는 집전효과(集電效果), 압력을 인가하면 전압이 발생하는 압전효과(壓電效果)가 있다.
토르말린이 방출하는 0.06mA의 전류(電荷)는 식물과 동물세포가 성장하기 위해 영양을 공급할 때 발생하는 미약한 전류이다. 그러나 토르말린은 특성상 아무리 방전을 일으켜도 전기가 발생되는 효과가 있다.
또한, 토르말린은 열(熱), 마찰(摩擦). 충격(衝擊), 압력(壓力) 등이 가해지면 더 많은 음이온을 발생한다. 온도가 10℃ 정도 상승하면 음이온 발생은 2배가 되며, 토르말린을 곱게 분쇄하더라도 그 성질을 잃지 않는다. 그러므로 같은 양의 토르말린을 미세하게 분쇄한 쪽이 음이온 발생량이 많아지고 전위도 높아진다.
그리고, 토르말린은 주변의 수분이나 물과 접촉하면 순간적으로 음이온화 함과 동시에 약 알카리로 변화시키는 힘이 있다.
즉, 본 발명에서 토르말린은 주변이나 공기중의 수분과 접촉하면 방전을 일으킨다. 이때 물은 아래식과 같이 전기분해되어 수소이온과 수산이온으로 나누어진다.
H2 O →H+(수소이온) + OH- (수산이온)
OH- (수산이온) + H2O →H3O2 - (히드록실)
그리고, 물분자는 수소이온과 산소이온으로 분리된다. 양이온인 수소이온은 음극으로 끌려가 음극에서 방출된 전자와 결합하고 중화되어 수소원자가 된 후 수소가스로 방출된다.
방출되는 수소가스는 귀금속 촉매와 접촉하고 또한 상온에서 공기와 연소(산화)하면서 열을 발생시키며 일부는 증발되고 일부는 다시 수분으로 만들어지는 과정을 반복하면서 수소가스 및 음이온이 지속적으로 발생된다.
또한 연소(산화)과정에서 발생되는 열은 촉매의 기능을 활성화시켜 냄새제거(탈취)를 촉진하고, 발생되는 원적외선에 의해 항균기능을 갖게된다.
토르말린의 음극(陰電極)에 축적된 전자는 물과 접촉하면 순간적으로 방전되면서 수소이온과 수산이온으로 전기분해된다. 그리고 수소이온은 바로 수소이온을 방출한 음전자와 결합하여 중화되고, 보통 수소가스(H2)로 변하여 공기 중으로 방출된다.
그리고, 수산이온은 주변의 수분(물분자)과 결합하여 히드록실(H3O2 -)로 불리는 음이온 계면활성물질로 변화하고, 수산이온은 분해되지 않은 물과 결합하여 계면활성효과를 가진 히드록실 이온(Hydronium ion)이 된다. 이것이 음이온이다.
OH-(수산이온) + H2O(물) → H3O2 -(히드록실 이온)
이와 같은 과정을 거친 수분(물)은 수소이온이 감소하여 pH 7.4 ~ 7.5의 약알카리 상태로 변하고, 공기중의 수분과 접촉하면서 다량의 음이온을 방출하게된다.
우리 몸의 피부표면으로 땀과 물분자가 방출되고 있다. 따라서, 토르말린을 물 속에 넣지 않고 공기중의 습도와 피부에 닿는 것만으로도 아주 작은 물분자와 반응하여 다량의 음이온이 방출된다.
본 발명에 의한 원적외선과 음이온의 작용에 의해 세포가 활성화되고, 혈액이 정화되고, 피로회복이 촉진되며, 정신이 안정화되고, 면역력이 향상되며, 통증이 완화되고, 알레르기성 체질이 개선되며, 귀금속 촉매에 의한 탈취 및 수분 방출효과가 있게된다.
상기에서 귀금속 촉매에 의해 반응이 급속히 진행되면서 열로 수분을 빨리 배출하게되므로 옷감이나 양말등의 땀(특히 암모니아성 악취), 악취등이 효과적으로 제거된다.
그리고, 원적외선(遠赤外線)은 우리 몸을 구성하고 있는 10조개의 체세포들 중 정상적으로 활동하지 못하는 세포를 자극시켜 정상적인 활동을 할 수 있도록 해 주고, 자율신경의 밸런스를 조정하며, 인체의 세포를 활성화시키고 따뜻하게 하여 혈액순환을 좋게하고 신진대사를 활발하게 하는 등의 온열효과가 있다.
본 발명은 토르말린와 귀금속 촉매를 사용함으로써 섬유제품 및 그 주변의 땀, 수분이 토르말린으로부터 발생되는 전류(0.06mA)에 의해 전기분해가 이루어지고, 위 전기분해에 의해 발생되는 수소가스가 상온에서 연소되면서 세라믹과 토르말린의 원적외선 방사효율 및 음이온 발생량이 극대화 될 뿐아니라 땀 등의 수분 배출이 빨라지게된다.
그리고, 토르말린의 전기분해에 따른 반사효과에 의해 원적외선 및 음이온 방사효율이 대폭 증진되고, 이에 따라 발열, 보습, 신진대사 촉진효과 등이 크게 향상되므로, 섬유제품의 우수한 보온성과, 세포활성과, 통기성이 유지된다.
본 발명에서 토르말린 촉매체 분말이 혼합 상태의 염료 및 안료와 같이 섬유조직 사이로 침투하여 물리적인 결합으로 견고히 고착화되므로 진동이나 충격이 가해져도 토르말린 촉매체 분말이 고착화 된 상태와 위치를 고수하게 되며, 물세탁이나 드라이 크리닝을 하더라도 토르말린 분말이 섬유원단이나 섬유제품으로부터 빠져 나오거나 분리되지 않게된다.
그리고, 섬유제품을 착용하거나 사용하고 있는 무의식중에 원적외선과 음이온이 사용자에게로 방출되어 피로회복 및 건강증진에 보다 도움을 주게되며, 사용자의 피부세포를 활성화시키고 혈액의 산소운반능력을 강화시키고 항균작용을 하는 등 각종 유익한 효과를 제공하게 된다.
그리고, 토르말린 광석에 함유되어 있는 마그네슘(Mg)은 세포활성화, 혈액순환강화, 신경계에 좋은 작용을 하게되며, 철(Fe)은 혈액관계, 심장관계, 항균에 좋은 작용을 하게되며, 호우(B)계는 피부와 점막, 성장촉진에 좋은 작용을 하게되며, 규소(Si)는 신장, 간장, 위장, 미용효과에도 알려진 바와 같이 좋은 작용을 하게되므로 우리의 건강효과 뿐 아니라 주변의 동.식물에도 좋은 영향을 끼치게 된다.
이상과 같이 설명한 본 발명은 전술한 실시 예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 사실이다.

Claims (1)

  1. 귀금속 촉매용액이 코팅된 1㎛~3㎛ 크기의 토르말린 촉매체 와 염료를 중량비로 3%~15% : 97%~85%로 혼합한 기능성 염료로 원단을 염색하며,
    상기 토르말린 촉매체는, 담체인 토르말린을 미세하게 분쇄하여 담체를 얻는 단계와, 염화백금산(H2PtCl6)을 증류수가 담긴 용기에 넣어 녹인 후 구연산을 3wt%로 첨가하여 1wt% 백금용액을 만드는 귀금속 촉매용액제조단계와, 토르말린 담체에 귀금속 촉매용액이 담지되도록 20분간 담지하고 70도에서 2시간 교반하여 백금촉매가 토르말린의 표면에 코팅되게 하는 담지단계와, 담지단계가 끝난 후 50℃의 진공건조기로 2시간 건조시키는 진공건조단계와, 진공건조된 촉매의 활성화를 위하여 공기분위기에서 400℃로 4시간 건조하는 산화단계와; 산화단계를 거친 촉매와 담체로 질소와 수소를 10:1 무게비로 혼합 공급하여 450℃로 1시간 가열시켜 환원하는 단계와, 환원된 귀금속 촉매가 토르말린 담체내에 자리잡을 수 있도록 질소분위기에서 200℃로 냉각하는 단계와, 냉각된 담체를 상온에서 1㎛ ~ 3㎛ 크기의 분쇄하여 분말을 얻는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 토르말린 촉매체로 처리된 기능성 원사.
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KR102314489B1 (ko) * 2021-06-14 2021-10-18 박은영 의류용 원단 제조방법

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