KR20150064784A - 기능성 보온축열용 복합체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 왁스(Wax) 5 내지 50 중량%, 원적외선 방사물질 2 내지 20중량%, 항균제 5 내지 30 중량%, 천연고분자 10 내지 40 중량% 및 잔량의 물을 포함하는 기능성 보온축열용 복합체를 제공한다.
따라서 본 발명에 따른 기능성 보온축열용 복합체에 의하면, 장시간 사용에도 항균성 및 청결성을 유지할 수 있는 기능성 섬유를 제조할 수 있다. 또한 상기 기능성 보온축열용 복합체를 가지고 제조된 섬유는 일정 온도로 유지될 수 있는 보온성을 가지며, 외부의 열적변화를 흡수하여 축열기능을 통하여 획기적으로 단열성능을 높여서 주위의 온도변화를 능동적으로 대처할 수 있다.

Description

기능성 보온축열용 복합체 및 그 제조방법{Composite having heat accumlating-keep warm property and preparation method thereof}
본 발명은 보온성 및 축열성을 가지는 복합체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물질자체 내에 열을 축적하거나 방출하여 보온성을 유지할 수 있는 복합체를 제조하여 기능성 섬유에 응용할 수 있는 기능성 보온축열용 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 섬유에 대해서 다양한 기능성이 요구되며, 특히 의류로 사용되는 나일론, 폴리에스테르 등의 합성섬유 소재 분야에서 소비자의 요구에 따라 보온성이 추가된 섬유소재가 다량 개발되어 판매되고 있으며, 그 중에서 보온섬유는 인체에서 발생하는 열이 외부로 방열되는 것을 최대한 방지하는 기능 및 외부로부터 열을 흡수하여 발열됨으로써 섬유가 일정 온도로 유지할 수 있도록 하는 기능을 요구받고 있다.
스마트 섬유는 환경대응 또는 자기감응을 갖춘 지능성 섬유로 알려져 있으며, 환경조건에 따라 자극을 감지하고 반응하여 스스로 환경변화에 적극적으로 적응할 수 있는 섬유이다. 상전이물질(Phase change material, PMC)은 균일한 물질이 지정한 온도 및 압력 하에서 한상에서 다른 상으로 변하는 것을 말한다. 이러한 현상을 보이는 상변화 물질은 주변의 온도변화에 의해서 물질 자체에 열에너지를 축적을 하고 있거나 또는 방출을 할 수 있는 물리열역학적인 특성을 가지고 있기 때문에 주변의 온도 변화에 의해서 용융과 결정화 현상을 보이면서 열을 흡수를 하거나 방출하여 지정해 놓은 온도를 유지하려고 하는 특성을 갖게 된다. 예로써 파라핀의 경우 따뜻할 때는 액상이고 추울 땐 고체가 되어, 인체가 열을 발산하는 경우에 그 열을 파라핀이 흡수하여 액화되어 인체가 시원함을 느낄 수 있거나, 주위의 온도가 하강하는 경우 파라핀에 축적하고 있던 열이 방출되며, 인체에 열을 전달하여 줄 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 특성으로 PMC는 스마트 섬유의 재료로 주목받아 왔으며, 섬유의 제조에 있어 다양하게 사용되고 있다.
예를 들면, 대한민국특허 10-0337267, 일본특허공개 소64-41764호, 일본특허공개 평1-132816호 등에는, 원적외선 방사율이 높은 물질로서, 원적외선 방사율이 높은 세라믹 물질로서 알려진 산화알루미늄(Al2O3), 산화실리카(SiO2), 산화크롬(Cr2O3), 석회석(CaCO3), 첨정석(MgO·Al2O3), 산화칼슘(CaO2), 산화바륨(BaO), 실리카카바이드(SiC), 티타늄카바이드(TiC), 산화지르코늄(ZrO2), 지르코늄카바이드(ZrC)를 섬유 내에 혼입시키거나 직물에 코팅함으로써, 태양광을 흡수한 후 원적외선으로 변환시켜 신체에 재 방사되도록 하여, 축열 보온 효과와 생체리듬의 활성화효과를 발휘 하도록 한 보온소재의 제조방법이 공지되어 있다.
그러나, 상기 원적외선 방사율이 높은 세라믹 물질을 섬유 내에 혼입하는 경우, 세라믹 성분이 섬유 내에 적어도 0.1 중량% 이상 함유되어야 목적하는 보온성을 얻을 수 있으며, 세라믹 물질의 첨가량이 10 중량% 이상이면 방사 작업성이 급격히 저하되는 문제가 있다고 보고되어 있다.
이러한 이유 등으로 인해, 새로운 보온, 축열 섬유소재에 대한 강렬한 요구가 있어 왔으며 상변화물질을 응용한 새로운 보온축열용 복합체가 여전히 필요한 실정이다.
본 발명은, 주위의 온도변화에 능동적으로 적극적으로 대처하여 일정한 온도를 유지할 수 있는 보온 섬유를 제조할 수 있는 기능성 보온축열용 복합체 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 왁스(Wax) 5 내지 50 중량%, 원적외선 방사물질 2 내지 20 중량%, 항균제 5 내지 30 중량%, 천연고분자 10 내지 40 중량% 및 잔량의 물을 포함하는 기능성 보온축열용 복합체를 제공한다.
또한 상기 천연고분자는, 젤라틴, 키토산, 펙틴 및 알긴산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
또한 상기 왁스는 테트라데칸, 펜타데칸, 헥사데탄, 헵타데칸, 옥타데칸, 노나데칸, 에이코산, 카프릴릭에시드, 카프리에시드, 라우릭에시드, 폴리에틸렌글리콜 및 에틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
또한 상기 원적외선 방사물질은, 황토, 맥반석, 일라이트, 옥, 제올라이트, 산화지르코늄, 탄화지르코늄, 규석, 산화알루미늄 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
또한 상기 항균제는, 은나노입자, 백금나노입자, 금나노입자, 팔라듐나노입자, 티타늄나노입자, 은키토산 복합입자, 금키토산 복합입자 및 백금키토산 복합입자로 이루어진 군에서 선택된 졸(sol) 형태의 하나 이상의 물질일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 왁스를 물에 용해시킨 후, 젖산칼슘과 계면활성제를 첨가하고 교반하여 제1용액을 준비하는 단계(제1단계); 천연고분자를 물에 용해시키고 교반하여 제2용액을 준비하는 단계(제2단계); 상기 제1용액을 상기 제2용액에 첨가하고 교반한 후, 숙성시키는 단계(제3단계); 상기 숙성시킨 혼합용액에 물을 첨가한 후, 교반하면서 원적외선 방사물질과 수용성 아크릴 에멀젼을 첨가하고 교반하는 단계(제4단계); 및 상기 제4단계에서 제조된 교반물에 항균제를 첨가하고 교반하는 단계(제5단계)를 포함하는 기능성 보온축열용 복합체의 제조방법을 제공한다.
보다 상세하게, 상기 제1단계는, 왁스 10 내지 30 중량% 및 물 70 내지 90 중량%로 이루어진 용액 100 중량부에 젖산칼슘과 계면활성제를 첨가하고, 20 내지 60 ℃에서 1 내지 2시간 동안 교반하여 제1용액을 준비할 수 있다.
또한 상기 제2단계는, 젤라틴 3 내지 5 중량% 및 물 95 내지 97 중량%로 이루어진 용액을 20 내지 60 ℃에서 1 내지 2시간 동안 교반하여 제2용액을 준비할 수 있다.
또한 상기 제3단계는, 상기 제1용액 100 중량부에 대하여 상기 제2용액을 50 내지 100 중량부 첨가하고, 40 내지 50℃에서 1 내지 2 시간 동안 500 내지 1000 rpm으로 교반한 후, 상온에서 24 내지 36 시간 동안 숙성시킬 수 있다.
또한 상기 제4단계는, 상기 숙성시킨 혼합용액에 물을 첨가한 후, 교반하면서 산화지르코늄과 수용성 아크릴 에멀젼을 첨가하고 교반할 수 있다.
또한 상기 제5단계는, 상기 제4단계에서 제조된 교반물에 항균제를 첨가하고 교반할 수 있다.
본 발명에 따른 기능성 보온축열용 복합체에 의하면, 장시간 사용에도 항균성 및 청결성을 유지할 수 있는 기능성 섬유를 제조할 수 있다. 또한 상기 기능성 보온축열용 복합체를 가지고 제조된 섬유는 일정 온도로 유지될 수 있는 보온성을 가지며, 외부의 열적변화를 흡수하여 축열기능을 통하여 획기적으로 단열성능을 높여서 주위의 온도변화를 능동적으로 대처할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기능성 보온축열용 복합체를 함유한 섬유와 일반 섬유의 적외선 방출을 비교한 사진이다.
하기 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본 발명은, 왁스(Wax) 5 내지 50 중량%, 원적외선 방사물질 2 내지 20중량%, 항균제 5 내지 30 중량%, 천연고분자 10 내지 40 중량% 및 잔량의 물을 포함하는 기능성 보온축열용 복합체를 제공한다.
또한 상기 천연고분자 물질은, 젤라틴, 키토산, 펙틴 및 알긴산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 왁스, 원적외선 방사물질 및 항균제를 마이크로캡슐화 하여 섬유에 부착시킬 수 있으며, 인체 피부에 접촉될 수 있는 의류에 사용되는 점을 감안하여, 마이크로캡슐의 캡슐막으로 천연고분자를 사용한다. 상기 천연고분자는 서로 다른 두 개의 물질을 조합하거나 조절할 수 있으며, 서로 유사한 특성을 갖도록 조절할 수 있다.
여기서 상기 천연고분자는 젤라틴을 사용하는 것이 바람직하며, 젤라틴의 경우 인체에 유익한 아미노산을 다수 포함하고 있으며, 35℃ 이상에서 용이하게 용해되나, pH나 처리되는 염에 따라 용해성이 용이하게 조절 가능하여 선택되었다.
상기 천연고분자가 50 중량% 미만인 경우 마이크로캡슐이 형성되지 않으며, 100 중량% 초과인 경우 캡슐을 형성하기 위한 조절이 어려운 문제점이 있다.
상기 보온축열용 복합체는 보온 섬유로 제작되어, 의류로 제작될 수 있으며, 주위의 온도변화에 능동적으로 대처할 수 있다. 보온 및 축열 효과로 인하여 의류 뿐 만 아니라 보온성이 필요한 비닐하우스 등과 같은 산업적인 용도로 다양한 활용이 가능하다.
여기서 상기 보온축열용 복합체는 상전이물질을 포함할 수 있다. 상전이 물질을 섬유에 적용하기 위해서는 상전이 물질 열적활동이 인체의 피부온도 범위 내에서 일어나야하며, 인체피부에 대한 유해성이 없어야 한다. 또한 촉감이 부드럽고, 쾌적한 느낌을 구현하기 위하여 땀을 흡수하여 열을 방출할 수 있는 상호보완적인 친수성이 있어야한다.
이러한 상전이 물질로 왁스를 사용할 수 있으며, 왁스는 테트라데칸, 펜타데칸, 헥사데탄, 헵타데칸, 옥타데칸, 노나데칸, 에이코산, 카프릴릭에시드, 카프리에시드, 라우릭에시드, 폴리에틸렌글리콜 및 에틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으며, 옥타데칸을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 왁스의 범위가 5 중량% 보다 적은 경우 상전이 효과가 감소되어 보온열성이 떨어지고, 50 중량% 초과하는 경우 보온 섬유로 제작하기 위한 성형성이 감소된다.
또한 상기 원적외선 방사물질은, 태양광의 단파장을 흡수하여 원적외선으로 치환방출 하며, 인체에서 발산되는 열을 흡수하여 방출할 수 있으므로 외부의 다른 열공급원 없이 일정 온도를 유지하는 역할을 수행하며, 황토, 맥반석, 일라이트, 옥, 제올라이트, 산화지르코늄, 탄화지르코늄, 규석, 산화알루미늄 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 원적외선 방사물질 2 중량% 보다 적은 경우에는 보온성이 감소되며, 20중량% 이상인 경우에 섬유에 촉감성이 저하되는 단점이 있다.
또한 상기 항균제는, 은나노입자, 백금나노입자, 금나노입자, 팔라듐나노입자, 티타늄나노입자, 은키토산 복합입자, 금키토산 복합입자 및 백금키토산 복합입자로 이루어진 군에서 선택된 졸(sol) 형태의 하나 이상의 물질일 수 있다.
의류제품의 경우 청결성을 유지하고 냄새를 제거하기 위하여, 항균소취의 기능을 가지는 항균제를 첨가하는 것이 바람직하며, 이 경우 인체에 무해하면서도 향균소취의 효과가 큰 무기항균제를 사용하는 것이 바람직하다. 이 때 상기 항균제가 5 중량% 보다 적은 경우 항균소취 효과가 감소되며, 20 중량%를 초과하는 경우에는 제조비용의 증가되는 문제점이 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 왁스를 물에 용해시킨 후, 젖산칼슘과 계면활성제를 첨가하고 교반하여 제1용액을 준비하는 단계(제1단계); 젤라틴을 물에 용해시키고 교반하여 제2용액을 준비하는 단계(제2단계); 상기 제1용액을 상기 제2용액에 첨가하고 교반한 후, 숙성시키는 단계(제3단계); 상기 숙성시킨 혼합용액에 물을 첨가한 후, 교반하면서 산화지르코늄과 수용성 아크릴 에멀젼을 첨가하고 교반하는 단계(제4단계); 및 상기 제4단계에서 제조된 교반물에 항균제를 첨가하고 교반하는 단계(제5단계)를 포함하는 기능성 보온축열용 복합체의 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제1단계는, 왁스 10 내지 30 중량% 및 물 70 내지 90 중량%로 이루어진 용액 100 중량부에 젖산칼슘과 계면활성제를 첨가하고, 20 내지 60 ℃에서 1 내지 2시간 동안 교반하여 제1용액을 준비할 수 있다.
여기서 상기 젖산칼슘은 왁스와 혼합되어 균일한 용액을 조성할 수 있게 한다.
또한 상기 제2단계는, 젤라틴 3 내지 5 중량% 및 물 95 내지 97 중량%로 이루어진 용액을 20 내지 60 ℃에서 1 내지 2시간 동안 교반하여 제2용액을 준비할 수 있다.
또한 상기 제3단계는, 상기 제1용액 100 중량부에 대하여 상기 제2용액을 50 내지 100 중량부 첨가하고, 40 내지 50℃에서 1 내지 2 시간 동안 500 내지 1000 rpm으로 교반한 후, 상온에서 24 내지 36 시간 동안 숙성시킬 수 있다.
또한 상기 제4단계는, 상기 숙성시킨 혼합용액에 물을 첨가한 후, 교반하면서 산화지르코늄과 수용성 아크릴 에멀젼을 첨가하고 교반할 수 있다.
여기서 산화지르코늄은 원적외선 방사물질이며, 수용성 아크릴 에멀젼은 상기 제4단계에서 제조된 교반물을 섬유에 고착시킬 수 있는 역할을 수행한다.
또한 상기 제5단계는, 상기 제4단계에서 제조된 교반물에 항균제를 첨가하고 교반할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공하는 것이다.
< 실시예 1> 기능성 보온축열용 복합체 제조
n-옥타데칸 20g을 증류수 100g 용해를 시키고, 젖산칼슘을 3g을 첨가하고 트윈계 계면활성제(Tween 80)를 1.5g 첨가를 한 이후에, 30℃에서 1시간 동안 교반하여 제1용액을 제조하였다.
이후에 젤라틴 5g을 증류수 150g에 첨가하고, 60℃에서 1시간 동안 교반을 시키어 젤라틴을 완전히 용해시켜 제2용액을 제조하였다.
50℃에서 상기 제1용액에 상기 제2용액을 서서히 첨가를 하고, 1000rpm으로 1시간 교반하였다. 교반이후에 다시 상온에서 24시간 숙성시켰다.
제조된 상기 제2용액 10g에 증류수 100g을 첨가한 다음, 상온에서 교반을 하면서, 산화지르코늄 2g을 첨가하고, 수용성 아크릴 에멀젼 8g을 가하여 30분간 교반하고, 다시 항균성 용액 2g을 가하면서 교반을 하여 기능성 보온축열용 복합체를 제조하였다.
< 실험예 1> 기능성 보온축열용 복합체 물성
기능성 보온축열용 섬유 복합체 보온성을 측정하기 위하여 적외선 열화상 카메라를 사용하여 일반 섬유와 보온축열용 복합체를 코팅을 한 섬유를 가지고 적외선 방출에 따른 온도변화에 대한 실험을 하여 비교하였다. 적외선 방사 열화상 카메라 검출 실험은 한국 원적외선 응용평가 연구원(KIFA)에서 지원을 받아 실시하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기능성 보온축열용 물질을 코팅을 한 복합체 섬유와 일반 섬유의 적외선 방출을 비교한 사진이다.
사진의 적외선 방출량을 확인하여보면, 일반 섬유의 경우 표면온도는 36℃로 확인되나, 기능성 보온축열용 복합체로 코팅된 섬유의 적외선 방출에 의한 표면온도는 38℃에서 일정하게 유지되는 것을 확인하였다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 왁스(Wax) 5 내지 50 중량%, 원적외선 방사물질 2 내지 20중량%, 항균제 5 내지 30 중량%, 천연고분자 10 내지 40 중량% 및 잔량의 물을 포함하는 기능성 보온축열용 복합체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 천연고분자 물질은,
    젤라틴, 키토산, 펙틴 및 알긴산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 기능성 보온축열용 복합체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 왁스는 테트라데칸, 펜타데칸, 헥사데탄, 헵타데칸, 옥타데칸, 노나데칸, 에이코산, 카프릴릭에시드, 카프리에시드, 라우릭에시드, 폴리에틸렌글리콜 및 에틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 기능성 보온축열용 복합체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 원적외선 방사물질은,
    황토, 맥반석, 일라이트, 옥, 제올라이트, 산화지르코늄, 탄화지르코늄, 규석, 산화알루미늄 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 기능성 보온축열용 복합체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 항균제는,
    은나노입자, 백금나노입자, 금나노입자, 팔라듐나노입자, 티타늄나노입자, 은키토산 복합입자, 금키토산 복합입자 및 백금키토산 복합입자로 이루어진 군에서 선택된 졸(sol) 형태의 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 기능성 보온축열용 복합체.
  6. 왁스를 물에 용해시킨 후, 젖산칼슘과 계면활성제를 첨가하고 교반하여 제1용액을 준비하는 단계(제1단계);
    젤라틴을 물에 용해시키고 교반하여 제2용액을 준비하는 단계(제2단계);
    상기 제1용액을 상기 제2용액에 첨가하고 교반한 후, 숙성시키는 단계(제3단계);
    상기 숙성시킨 혼합용액에 물을 첨가한 후, 교반하면서 산화지르코늄과 수용성 아크릴 에멀젼을 첨가하고 교반하는 단계(제4단계); 및
    상기 제4단계에서 제조된 교반물에 항균제를 첨가하고 교반하는 단계(제5단계)를 포함하는 기능성 보온축열용 복합체의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    왁스 10 내지 30 중량% 및 물 70 내지 90 중량%로 이루어진 용액 100 중량부에 젖산칼슘과 계면활성제를 첨가하고, 20 내지 60 ℃에서 1 내지 2시간 동안 교반하여 제1용액을 준비하는 단계(제1단계);
    젤라틴 3 내지 5 중량% 및 물 95 내지 97 중량%로 이루어진 용액을 20 내지 60 ℃에서 1 내지 2시간 동안 교반하여 제2용액을 준비하는 단계(제2단계);
    상기 제1용액 100 중량부에 대하여 상기 제2용액을 50 내지 100 중량부 첨가하고, 40 내지 50℃에서 1 내지 2 시간 동안 500 내지 1000 rpm으로 교반한 후, 상온에서 24 내지 36 시간 동안 숙성시키는 단계(제3단계);
    상기 숙성시킨 혼합용액에 물을 첨가한 후, 교반하면서 산화지르코늄과 수용성 아크릴 에멀젼을 첨가하고 교반하는 단계(제4단계); 및
    상기 제4단계에서 제조된 교반물에 항균제를 첨가하고 교반하는 단계(제5단계)를 포함하는 기능성 보온축열용 복합체의 제조방법.
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CN107384326A (zh) * 2017-07-25 2017-11-24 延安大学 明胶壳聚糖‑纳米二氧化硅多核相变储能微胶囊制备方法
CN114801399A (zh) * 2022-04-29 2022-07-29 深圳市晨曦国锋商贸有限公司 一种可释放远红外线的面料及远红外线理疗服

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