KR20170055442A - 제한적 통기 기능을 갖는 유독물질 방어용 조성물 및 이에 의한 원단, 그리고 이를 위한 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유독물질 방어용 조성물 및 이에 의한 원단에 관한 것으로, 유독물질을 수착하는 다수의 기공을 갖는 분말 활성탄과, 상기 분말 활성탄에 혼합되는 바인더 및 상기 분말 활성탄 및 상기 바인더가 혼합된 혼합물에 혼합되는 용매;로 구성되는 유독물질 방어용 조성물이 개시된다.

Description

제한적 통기 기능을 갖는 유독물질 방어용 조성물 및 이에 의한 원단, 그리고 이를 위한 제조방법{COMPOSITE WITH RESTRICTIVE VENTILATING FUNCTION FOR POISONOUS MATERIALS DEFENSE AND FABRIC THEREBY, AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명은 제한적 통기 기능을 갖는 유독물질 방어용 조성물 및 이에 의한 원단, 그리고 이를 위한 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 활성탄이 균일하게 형성되어 유독물질의 흡착성능이 향상되고, 세탁 시 활성탄이 탈락하지 않아 세탁 후 재사용할 수 있는 제한적 통기 기능을 갖는 유독물질 방어용 조성물 및 이에 의한 원단에 관한 것이다.
일반적으로 현대전에서 대량 살상무기의 개발과 보유국가가 증가함에 따라 인체나 장비를 보호할 수 있는 제품들이 요구되고 있다. 대량 살상무기 중 화학무기는 생산비용이 저가이며, 소형화된 제조설비로 빠른 시간 내에 대량 생산이 가능하고 상대적으로 관리 취급이 용이함과 동시에 위협도가 매우 크다.
이에 따라, 인체를 보호할 수 있는 각종 보호 장비들, 예컨대 화생방 보호복 및 방독면 등이 요구되고 있다. 화생방 보호복의 종류에는 공기의 통기성으로 구분하여 크게 통기성 보호복 및 불통기성 보호복으로 나뉠 수 있다.
불통기성 보호복의 경우 외부의 유체가 출입할 수 없도록 차단하는 보호복으로 유독물질에 대한 방호는 뛰어나지만, 체내에서 방출하는 수증기와 열기를 외부로 방출하기 어렵다는 치명적인 단점을 지니고 있다.
반면, 통기성 보호복은 불통기성 보호복과는 달리 어느 정도의 유체 출입이 진행되며, 유독물질이 인체에 직접적인 영향을 준다고 여겼기 때문에 유독물질을 흡착하여 걸러낼 수 있는 활성탄이 포함된 원단과 그 위에 위장성능을 부여한 원단을 적용한 이중 구조를 채택하고 있다.
이러한 통기성 보호복의 선행기술로는 한국등록특허 제10-1041415호의 "유연성이 개선된 화학방호복용 원단", 한국등록특허 제10-1146573호의 "흡착 여과 재료", 한국등록특허 제10-1406311호의 "화생방 보호의용 원단 및 이에 의한 화생방 보호의"가 있다.
이러한 선행기술에 따르면, 기체 및/또는 액체로 이루어진 유체상태의 유독물질로부터 인체를 보호하기 위해 폴리에스터 계열의 섬유 소재 등에 라텍스 고무 등이 얇게 도포된 상태의 직물을 사용하여 내피를 보호하고 액체 및 고체 상태의 유독물질을 일차적으로 차단하는 역할을 하는 외피와, 접착제를 사용하여 활성탄으로 표면이 처리됨에 따라 유독물질을 흡착제거할 수 있는 내피로 구성된다.
특히, 상기한 선행기술들은 미세한 기공을 갖는 다공성 구슬의 형태로 성형한 수착제를 사용하여 이를 내피와 외피 사이에 마련함으로써, 유독물질을 흡착하여 걸러내게 된다.
그러나, 상기와 같은 선행기술은 수착제가 구슬의 형태를 갖기 때문에 구슬들 사이에 간극이 형성되어 상기 간극을 통해 유독물질이 필터링되지 않고 침투되는 문제가 있다.
또한, 상기와 같이 수착제가 구슬의 형태로 외피와 내피 사이에 마련됨에 따라 구슬형 수착제의 상부 및 하부만이 외피 및 내피에 부착되므로 세탁 시 구슬형 수착제가 외피와 내피로부터 탈락되는 현상이 발생할 수 있어서 수차례에 걸쳐 세탁을 실시하게 되는 경우 유독물질의 흡착성능이 현저하게 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
아울러, 수착제를 구슬의 형태로 제조하여야 하므로 제조비용이 과도하게 소요되고, 제조가 매우 까다롭기 때문에 공정비용이 상승하며, 중량이 증가할 뿐만 아니라 중량의 증가에 의해 보호복으로 사용될 경우 활동성이 저하되는 문제도 있다.
따라서, 전술한 문제를 해결하고자, 최근 구슬 형태의 수착제가 아닌 분말형의 활성탄을 적용한 제품이 국내(대한민국)에서 출시된 바가 있다. 이러한 제품은 활성탄 분말을 부직포와 같은 원단에 단순히 살포한 후 가압한 것에 불과하여 보호복으로 사용될 경우 착용자의 활동시 활성탄이 원단에서 이탈되는 문제가 있고, 이에 더하여 세탁시 활성탄이 부분적으로 이탈됨에 따라 재사용이 불가하다는 문제가 있다.
이러한 제품은 활성탄 분말이 미립자이므로 접착제를 사용하여 원단에 부착할 경우, 접착제의 내부로 활성탄 분말이 매립됨에 따라 활성탄의 흡착기능을 발휘할 수 없고, 특히 접착제가 원단을 차폐하여 원단의 통기성이 상실되므로 어쩔 수 없이 활성탄 분말을 원단에 단순히 살포한 것이다.
KR, B, 10-1041415, (2011.06.08) KR, B, 10-1146573, (2012.05.09) KR, B, 10-1406311, (2014.06.03)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 활성탄이 균일하게 형성되어 유독물질의 흡착성능이 향상되고, 세탁 시 활성탄이 탈락하지 않으며, 가공성이 우수한 제한적 통기 기능을 갖는 유독물질 방어용 조성물 및 이에 의한 원단을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유독물질 방어용 조성물은, 유독물질을 수착하는 다수의 기공을 갖는 분말 활성탄; 상기 분말 활성탄이 혼합되고, 점액질로 이루어져서 건조 내지 가열에 의해 경화되는 바인더; 및 상기 분말 활성탄 및 상기 바인더가 혼합된 혼합물에 혼합되는 용매;로 구성되고, 상기 바인더는 탄성, 친수성, 내약품성, 내열성 및 내습성 중 적어도 어느 하나를 갖는 물질로 이루어지며, 상기 용매는 가열에 의해 증발되거나 소산되는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 달리, 본 발명의 유독물질 방어용 조성물은, 8 내지 70 wt%의 분말 활성탄에 혼합되는 5 내지 30 wt%의 바인더 및 잔부의 용매로 구성되고, 상기 바인더는 탄성, 친수성, 내약품성, 내열성 및 내습성 중 적어도 어느 하나를 갖는 물질로 이루어지며, 상기 용매는 가열에 의해 증발되거나 소산되는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 분말 활성탄과 상기 바인더 및 상기 용매가 혼합된 혼합물에 첨가되는 유동성 조절 첨가제;를 더 포함할 수 있다.
상기 유동성 조절 첨가제는 0.5 내지 15wt%로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 유독물질 방어용 원단은, 통기가능한 재질로 이루어지거나 발수가능한 통기성 재질로 이루어진 베이스 레이어; 및 상기 베이스 레이어의 적어도 일면에 후막의 면상으로 도포되고, 상기 베이스 레이어에 유입되는 유체에서 유독물질을 수착하여 여과된 공기만을 제한적으로 투과시키며, 전술한 유독물질 방어용 조성물로 구성되는 수착층;을 포함한다.
다른 한편, 본 발명에 의한 유독물질 방어용 원단의 제조방법은, 전술한 바와 같이 구성되어 액상을 이루는 유독물질 방어용 조성물을 통기가능한 재질로 이루어지거나 발수가능한 통기성 재질로 이루어진 베이스 레이어의 표면에 인쇄하여 인쇄원단을 제조하는 인쇄단계; 및 상기 인쇄원단을 열처리하여 상기 베이스 레이어에 인쇄된 상기 유독물질 방어용 조성물을 경화시키는 경화단계;를 포함한다.
상기 인쇄단계는, 상기 베이스 레이어의 상부에 실크스크린 인쇄를 위한 스크린을 간극의 간격으로 배치하는 스크린 배치단계; 상기 스크린에 상기 유독물질 방어용 조성물을 도포하는 조성물 도포단계; 및 상기 유독물질 방어용 조성물이 상기 스크린을 통과하여 상기 베이스 레이어의 표면에 전사되도록, 상기 스크린에 도포된 상기 유독물질 방어용 조성물을 스퀴지로 가압하면서 상기 스크린에 전개시켜서 상기 베이스 레이어의 표면에 상기 유독물질 방어용 조성물을 도막의 형태로 인쇄하는 전사단계;를 포함하여 구성할 수 있다.
이와 달리, 상기 인쇄단계는, 상기 유독물질 방어용 조성물을 그라비아 인쇄판의 인쇄면에 도포시키는 조성물 도포단계; 상기 그라비아 인쇄판을 상기 베이스 레이어의 상부에 대향시켜서 상기 그라비아 인쇄판을 인쇄가 가능한 위치에 세팅하는 인쇄판 세팅단계; 및 상기 그라비아 인쇄판을 상기 베이스 레이어에 밀착시켜서 상기 인쇄면에 도포된 상기 유독물질 방어용 조성물을 상기 베이스 레이어의 표면에 전사시켜서 상기 베이스 레이어의 표면에 상기 유독물질 방어용 조성물을 도막의 형태로 인쇄하는 전사단계;를 포함하여 구성할 수도 있다.
상기 경화단계는, 상기 인쇄원단을 80℃ 내지 200℃의 고온으로 2분 내지 25분간 가열하여 상기 유독물질 방어용 조성물을 상기 베이스 레이어의 표면에서 경화시키도록 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 제한적 통기 기능을 갖는 유독물질 방어용 조성물 및 이에 의한 원단에 의하면, 활성탄이 균일하게 형성되어 유독물질의 흡착성능이 향상되고, 세탁 시 활성탄이 탈락하지 않아 오염된 원단을 세탁 후 재사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 유독물질 방어용 조성물이 분말 활성탄과 바인더 및 용매로 구성되어 일정한 점도를 갖고 탄성력이 발휘되어 구겨짐이 심한 외피 또는 내피에 마련될 때 유독물질 방어용 조성물의 도포가 용이하여 가공성이 우수할 뿐만 아니라 원단이 구겨지거나 세탁하더라도 유독물질 방어용 조성물이 원단으로부터 탈락되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 제한적 통기 기능을 갖는 유독물질 방어용 조성물을 나타낸 개략도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 제한적 통기 기능을 갖는 유독물질 방어용 조성물을 갖는 원단을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 유독물질 방어용 원단의 다른 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 스크린 인쇄의 조건을 도시한 표이다.
도 6은 본 발명에 의한 원단의 실험결과를 도시한 결과표이다.
도 7은 본 발명에 의한 원단의 성능시험 평가방법을 도시한 플로우차트이다.
도 8은 본 발명에 의한 원단의 세탁과정을 도시한 플로우차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 제한적 통기 기능을 갖는 유독물질 방어용 조성물을 나타낸 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 제한적 통기 기능을 갖는 유독물질 방어용 조성물은 유독물질을 수착하는 다공질의 분말 활성탄(11), 분말 활성탄(11)이 혼합되는 바인더(12) 및 바인더(12)에 혼합되는 용매로 구성된다.
활성탄(11)은 유독물질을 흡착하는 것으로 다공성의 탄소가 분말의 형태를 취하게 된다. 이러한 분말 활성탄(11)은 예를 들어, 그래핀(graphene), 흑연, 금속산화물(Al2O3, Fe2O3, SiO2, MgO, CaO, TiO2, ZnO, V2O5) 중 단독 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 또한, 상기한 분말 활성탄(11)은 유독물질의 종류에 따른 선택적 흡착성능을 강화시킬 수 있도록 Cu, Ag, Fe, Ce를 함유할 수 있다.
활성탄(11)은 5㎛ 내지 300㎛의 입도(입자의 크기)로 형성되는 것이 바람직하며, 5㎛ 내지 10㎛의 크기가 가장 좋지만 가격이 너무 고가이므로 72㎛ 내지 78㎛의 입도크기로 형성되는 것이 특히 바람직하다. 활성탄(11)은 입자의 크기가 작을수록 흡착을 위한 유효면적이 우수하므로 작을 수록 좋다. 활성탄(11)은 코코넛계 보다는 고온에 유리한 석탄계로 구성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 활성탄(11)은 코코넛계로 구성될 경우 후술되는 열처리 공정시 열적 스트레스에 취약하므로 열적 스트레스에 강한 석탄계로 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 분말 활성탄(11)은 바인더(12)에 의해 결속된다.
바인더(12)는 저온 경화가 가능하며 연성이 우수하여 특히 탄성을 요구하는 제품에 주로 적용되는 우레탄 수지, 또는 범용적으로 사용되는 내습성, 경도, 성형성이 우수한 아크릴, 멜라민 수지가 되거나, 또는 접착성, 강도 내약품성 및 내열성을 갖는 에폭시, 실리콘, 페놀, 폴리아믹산 중 적어도 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있다. 바인더(12)는 페놀이나 에폭시의 경우 취성이 있으므로 탄성 및 유연성이 우수한 우레탄으로 구성되는 것이 가장 바람직하다. 바인더(12)는 분말 활성탄(11)이 혼합되도록 점액질로 이루어지며, 건조 내지 가열에 의해 경화된다
바인더(12)는 예를 들어, 저온경화 조건에서도 섬유와의 접착력이 우수하고 흡착층 자체에 탄성을 부여함으로써 내구성을 높여 섬유 표면 가공에 적절하고 환경친화적인 수계의 우레탄이 단독으로 사용되거나, 추가적으로 요구되는 물성에 따라 내습성과 경도 및 성형성이 우수한 아크릴이나 멜라민 수지, 접착성과 강도 및 내약품성과 내열성을 갖는 에폭시, 실리콘, 페놀, 폴리아믹산 등이 혼합되어 사용될 수 있다.
용매는 다른 조성물과 상용성이 있고 경화 및 작업 조건에 적합한 물성을 갖는 적어도 하나의 물질로 구성될 수 있다. 즉, 용매는 전술한 바인더(12)나 후술되는 유동성 조절 첨가제와 혼화가 용이한 물질로 구성된다. 특히, 용매는 후술되는 바와 같은 열처리 공정시 열에 의해 증발되거나 건조 내지 소산되면서 바인더(12)에 기공을 제공하는 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 그리고, 용매는 바인더와의 상용성이 있고, 작업성을 위해 요구되는 시간 동안에는 잔존하는 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 용매는 예컨대, 알콜이, 물, 에틸렌글리콜, 부틸카비톨, 부틸셀루솔부, 터피네올 중에 적어도 어느 하나로 구성할 수 있다. 즉, 용매는 열거된 물질들을 단독 또는 혼합하여 구성할 수 있다.
이와 같은 분말 활성탄(11)과 바인더(12) 및 용매로 구성되는 유독물질 방어용 조성물은, 바람직하게 8 내지 70 wt%의 분말 활성탄에 혼합되는 5 내지 30 wt%의 바인더 및 잔부의 용매(약 21 내지 62wt%)로 구성된다.
이때, 활성탄(11)은 함량이 8wt% 미만일 경우 소망하는 흡착용량을 기대할 수 없고, 70wt%를 초과할 경우 인쇄성이 저하될 뿐만 아니라 세탁 내구성이 저하된다. 그리고, 바인더(12)는 함량이 5wt% 이하이면 기재와의 접착력 저하로 세탁내구성에 문제가 있고 함량이 30wt%이상의 경우, 활성탄(11)의 비표면적 및 활성사이트에 영향을 주어 흡착력이 저하되기 때문에 바인더는 분말 활성탄(11)에 혼합되는 5 내지 30 wt%가 바람직하다.
한편, 상기와 같은 분말 활성탄(11)과 바인더(12) 및 용매로 구성되는 유독물질 방어용 조성물은 경우에 따라 유동성 조절 첨가제가 더 포함될 수 있다.
이러한 유동성 조절 첨가제는 유독물질 방어용 조성물의 인쇄성을 향상시키고, 분산성, 안정성 등 잉크의 물성을 조절하게 되는데, 분말 활성탄(11)과 바인더(12) 및 용매로 구성되는 유독물질 방어용 조성물에 유동성 조절 첨가제가 첨가되면서 분말 활성탄(11)의 분산 특성을 향상시켜 유독물질 방어용 조성물의 점도, 유동성을 조절하여 보관 안정성과 코팅 또는 인쇄 시에 원활한 작업성과 인쇄성을 갖고 인쇄물 표면 물성을 균일하게 유지하게 된다.
여기서, 전술한 유동성 조절 첨가제는 예컨대, 계면활성제(음, 양, 중성이온 포함)로 구성할 수 있으며, 약 0.5 내지 15wt%로 구성되는 것이 바람직하다. 유동성 조절 첨가제는 함량이 0.5wt% 이하이면 유독물질 방어용 조성물의 요변성이 높아 원활한 인쇄가 불가능하고, 함량이 15wt% 이상일 경우 요변성이 낮아 작업성이 나쁘고 분말 활성탄이 바인더로 싸여 흡착 성능이 저하된다.
여기서, 전술한 유동성 조절 첨가제는 예컨대, 계면활성제(음, 양, 중성이온 포함)로 구성할 수 있다.
이와 같은 분말 활성탄(11)과 바인더(12) 및 용매로 구성되는 유독물질 방어용 조성물은 원단에 결합하여 사용된다. 이를 도 2 및 도 3에 의거하여 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 제한적 통기 기능을 갖는 유독물질 방어용 조성물을 갖는 원단을 나타낸 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 유독물질 방어용 원단은 베이스 레이어(20) 및 베이스 레이어(20)의 적어도 일면(일면 또는 양면-흡착성능에 따라 결정됨)에 후막의 면상으로 인쇄되어 도포되고, 전술한 유독물질 방어용 조성물로 이루어진 수착층(10)으로 구성된다.
수착층(10)은 도시된 바와 같이 전술한 바인더(12)에 의해 베이스 레이어(20)의 표면에 일체적으로 부착된다. 그리고, 수착층(10)은 도시된 바와 같이 전술한 활성탄(11)이 바인더(12)에 함유됨에 따라 베이스 레이어(20)로 유입되는 유체에서 유독물질을 수착하여 여과된 공기만을 제한적으로 투과시킨다.
여기서, 베이스 레이어(20)는 통기가능한 재질 또는 발수나 발유가 가능한 통기성 재질의 시트(원단)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 베이스 레이어는 직물, 가죽, 합성 섬유, 스펀지 또는 부직포나 미세한 다수의 통기공이 형성된 필름과 같이 통기성을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 특히, 베이스 레이어(20)는 통기성 및 경량성을 갖는 부직포, 나일론 및 면의 혼방, 폴리에스터 및 면의 혼방 등으로 구성되는 것이 바람직하다. 여기서, 전술한 부직포는 통기성이 좋으면서 무게가 가벼울 뿐만 아니라 인쇄성이 우수하다.
이러한 베이스 레이어(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 일면에 수착층(10)이 마련될 수 있으나, 이와 달리 양면에 수착층(10)이 마련될 수도 있다. 이러한 수착층(10)은 요구되는 흡착성능에 따라 베이스 레이어(20)의 일면 또는 양면에 마련된다. 즉, 수착층(10)은 일반적인 흡착성능이 요구될 경우 도 2에 도시된 바와 같이 베이스 레이어(20)의 일면에 마련되지만, 이보다 강한 흡착성능이 요구될 경우 도 3에 도시된 바와 같이 베이스 레이어(20)의 양면에 마련될 수 있다. 이때, 베이스 레이어(20)는 양면에 수착층(10)이 마련될 경우 2단계로 유독물질을 여과할 수 있다.
여기서, 전술한 수착층(10)은 전술한 용매가 후술되는 열처리 공정에 의해 증발되거나 건조 내지 소산됨에 따라 다수의 미세한 기공(도 1의 확대도 참고)을 바인더(12)에 제공한다. 이때, 수착층(10)은 열처리에 의해 경화되는 바인더(12)에서 용매가 실질적으로 기화되어 소멸됨에 따라 바인더(12)에 기공이 형성된다. 이러한 기공은 베이스 레이어(20)로 공기를 통과시키는 반면, 유독물질의 투과는 방지되는 크기로 형성된다. 예를 들어, 수착층(10)은 바인더(12)에 실질적으로 용융되는 알콜로 용매가 구성되어 바인더(12)에 혼화된 알콜이 기화되어 증발될 경우, 유독물질의 투과는 방지하면서 공기의 투과는 허용하는 기공이 형성된다. 따라서, 수착층(10)은 기공을 통해 대부분의 유독물질을 필터링한다. 하지만, 수착층(10)은 혹여 기공을 통해 유독물질이 유입될 경우 바인더(12)에 결합된 활성탄(11)을 통해 이를 여과한다.
수착층(10)은 후술되는 바와 같이 인쇄에 의해 베이스 레이어(20)에 고착되어 베이스 레이어(20)의 표면에 비닐막과 같이 형성된다. 이러한 수착층(10)은 유연성을 갖는 두께로 형성된다. 이를 위해, 바인더(12)는 후막형으로 수착층(10)이 형성될 경우 유연성을 제공할 수 있으면서 취성은 방지할 수 있는 물질, 예컨대 우레탄과 같은 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 물론, 수착층(10)은 후술되는 바와 같이 인쇄시의 인쇄두께에 의해 그 두께가 결정된다.
수착층(10)은 베이스 레이어(20)의 표면에 도트 또는 격자 내지 사선의 형태를 이루면서 이격상태로 조밀하게 형성될 수 있다. 특히, 수착층(10)은 베이스 레이어(20)의 양면에 이격상태로 형성될 경우 교호되는 상태로 엇갈리게 형성될 수 있다. 수착층(10)은 이렇게 양면에 엇갈리게 형성됨에 따라 이격된 틈새로 유입되는 유독물질을 사실상 모두 여과할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 원단의 개략도이다. 이러한 도면을 참조하여 다른 실시예에 의한 원단을 설명하면 다음과 같다.
베이스 레이어(20)는 도 4에 도시된 바와 같이 외피(OT)로 구성될 수 있다. 즉, 외피(OT)는 도시된 바와 같이 수착층(10)이 표면에 후막의 면상으로 마련될 수 있다. 이때, 수착층(10)은 도시된 바와 같이 외피(OT)의 내면에 인쇄되어 외피(OT)의 표면에 일체적으로 마련되는 것이 바람직하다.
여기서, 전술한 외피(OT)는 통상의 등산복 외피와 같이 발수 및 발유가 가능하면서 통기가 가능한 원단으로 구성된다. 예를 들어, 외피(OT)는 통상의 고어텍스(Gore-tex) 원단으로 구성되거나, 내약품성이 뛰어나며 고온에서도 특성이 변화하지 않는 PTFE(Polytetrafluoroethylene), 방수, 방풍, 투습성을 동시에 갖춘 EPTFE(Expanded polytetrafluoroethylen) 재질의 필름이나 멤브레인이 구비된 원단으로 구성될 수도 있다.
한편, 수착층(10)은 전술한 8 내지 70 wt%의 분말 활성탄, 5 내지 30 wt%의 바인더 및 잔부의 용매를 혼련하거나, 이에 더하여 0.5 내지 15wt%의 전술한 유동성 조절 첨가제를 혼련하여 제조된 혼합물(코팅제)이 베이스 레이어(20)에 도포되어 인쇄된 후 열처리에 의해 경화됨에 따라 베이스 레이어(20)의 표면에 후막의 면상으로 형성된다.
다른 한편, 베이스 레이어(20)는 도시된 바와 같이 외피(OT)의 내측에 배치되는 내피(IN)로 구성될 수 있다. 즉, 내피(IN)는 도시된 바와 같이 표면에 수착층(10)이 후막의 면상으로 마련될 수 있다. 이러한 내피(IN)는 유독물질을 방어하는 기능성 의복에 통상적으로 적용되는 통기성 재질의 원단(예: 부직포 등)으로 구성된다. 내피(IN)는 도시된 바와 같이 상부면에 수착층(10)이 마련되는 것이 바람직하다. 내피(IN)는 수착층(10)을 통해 외피(OT)를 투과한 유체에서 유독성물질을 여과할 수 있다.
또 다른 한편, 베이스 레이어(20)는 도시된 바와 같이 외피(OT)나 내피(IN)와 별개를 이루고, 부직포와 같은 통상의 통기성 재질로 이루어진 엑스트라 레이어(22)로 구성될 수도 있다. 즉, 엑스트라 레이어(22)는 도시된 바와 같이 일면이나 양면에 수착층(10)이 후막의 면상으로 마련될 수 있다. 이러한 엑스트라 레이어(22)는 도시된 바와 같이외피(OT) 및 내피(IN) 사이에 중간피(MD)로 제공될 수도 있다.
여기서, 전술한 중간피(MD)는 도시된 바와 같이 수착층(10)의 외측이나 엑스트라 레이어(22)의 외측이 통기성 재질(예: 부직포 등)의 추가 레이어(30)로 차폐될 수 있다. 이러한 추가 레이어(30)는 베이스 레이어(20)와 동일한 통기성 재질의 원단으로 구성할 수 있고, 접착제로 이루어진 접착층(A)을 통해 수착층(10) 또는 엑스트라 레이어(22)에 부착될 수 있으며, 부착된 상태로 유독물질을 여과하면서 공기를 통기시킨다. 이때, 접착층(A)은 그라비아, 도트 및 매쉬 방식 중 어느 하나의 방식에 의해 부분적으로 형성된다.
추가 레이어(30)는 도시된 바와 같이 수착층(10)이 마련된 엑스트라 레이어(22)의 양면에 부착될 수 있으나, 이와 달리 엑스트라 레이어(22)의 일면에만 부착되도록 구성할 수도 있다. 그리고, 추가 레이어(30)는 도시된 바와 같이 복수로 구성되어 엑스트라 레이어(22)의 일면 또는 양면에 적층상태로 부착될 수도 있다. 이러한 추가 레이어(30)의 부착위치 및 수량은 요구되는 흡착성능에 의해 결정된다. 즉, 추가 레이어(30)는 요구되는 흡착성능에 따라 단수 또는 복수로 구성되어 수착층(10)이 마련된 엑스트라 레이어(22)의 일면 또는 양면에 부착될 수 있다. 예를 들어, 추가 레이어(30)는 양면부착시 외피(OT)를 투과한 유체가 엑스트라 레이어(22)로 유입되기 전에 유독물질을 여과하거나, 엑스트라 레이어(22)를 투과한 유체에서 유독물질을 다시 한번 여과할 수 있다. 따라서, 중간피(MD)는 엑스트라 레이어(22) 및 추가 레이어(30)를 통해 다단으로 유독물질이 여과할 수 있으므로 흡착성능이 향상된다.
추가 레이어(30)는 전술한 바와 달리, 단수 또는 복수로 구성되어 수착층(10)이 마련된 엑스트라 레이어(22)에 이격상태로 배치될 수도 있다. 즉, 추가 레이어(30)는 엑스트라 레이어(22)와 분리된 상태로 제공될 수 있다.
그리고, 일면 또는 양면에 수착층(10)이 마련된 엑스트라 레이어(22)는 복수로 구성되어 서로 부착상태로 구비되거나 전술한 추가 레이어(30)가 개재된 상태로 부착되어 구비될 수 있고, 이와 달리 분리된 상태로 구비될 수도 있으며, 분리된 틈새로 추가 레이어(30)가 개재될 수도 있다. 이에 더하여, 이러한 구조의 수착층(10)이 마련된 엑스트라 레이어(22)는 상부(외피측) 및/또는 하부(내피측)에 전술한 추가 레이어(30)가 부착 또는 이격상태로 마련될 수도 있다.
한편, 수착층(10)은 예컨대, 스크린 인쇄나 그라비아 인쇄 등에 의해 외피(OT)나 내피(IN) 또는 엑스트라 레이어(22)로 구성된 베이스 레이어(20)의 표면에 약 2㎛ 내지 35㎛의 두께로 형성된다. 이러한 두께는 인쇄특성 및 요구되는 수착성능에 의해 결정된다. 수착층(10)은 예를 들어, 스크린 인쇄의 경우 약 5~35㎛ 가량의 두께로 인쇄될 수 있다. 이때, 수착층(10)은 약 5㎛ 이하의 두께로 인쇄될 경우 섬유상 요철로 인하여 불량이 발생되고, 약 35㎛ 이상으로 인쇄될 경우 무게가 가중되므로 비효율적이다. 그리고, 수착층(10)은 그라비아 인쇄의 경우 약 0.5~5㎛ 가량의 두께로 인쇄될 수 있다. 이때, 수착층(10)은 약 0.5㎛ 이하로 인쇄될 경우 두께가 너무 얇아서 소망하는 수착성능을 기대할 수 없고, 그라비아 인쇄판에 형성된 잉크 홈의 크기로 인하여 약 5㎛ 이상의 두께로는 인쇄될 수 없으므로 전술한 바와 같은 두께로 인쇄되는 것이 바람직하다.
수착층(10)은 스크린 인쇄의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 폴리 100 메쉬에 의해 15㎛ 두께의 인쇄가 가능한 인쇄판(스크린)에 의해 3bar의 압력, 100mm/s의 인쇄속도, 80도의 스퀴지 경도, 75°의 스퀴지 각도, 3mm의 제판과 기판의 간견을 통해 베이스 레이어(10)에 인쇄될 수 있다. 이를 위해, 스크린(미도시)은 베이스 레이어(20)의 상부에 간극의 간격으로 배치된 후, 상부에 액상으로 이루어진 전술한 유독물질 방어용 조성물이 도포된다. 그리고, 스크린은 스퀴지(미도시)에 의해 유독물질 방어용 조성물이 가압되면서 전개됨에 따라 유독물질 방어용 조성물이 메쉬의 미세망을 통해 하부로 통과되어 전사된다. 따라서, 베이스 레이어(20)는 표면에 수착층(10)이 도막의 형태로 인쇄된다.
이와 달리, 수착층(10)은 그라비아 인쇄의 경우, 일면에 미세한 다수의 요홈이 형성된 그라비아 인쇄판(미도시)의 인쇄면을 통해 베이스 레이어(20)의 표면에 후막의 면상으로 인쇄된다. 이를 위해, 액상의 전술한 유독물질 방어용 조성물은 그라비아 인쇄판의 인쇄면에 도포된 후, 그라비아 인쇄판이 베이스 레이어(20)의 상부에 대향상태로 세팅된 상태에서 베이스 레이어(20)에 밀착되어 가압됨에 따라 베이스 레이어(20)의 표면에 전사된다. 따라서, 베이스 레이어(20)는 표면에 수착층(10)이 도막의 형태로 인쇄된다.
한편, 수착층(10)은 약 80℃ 내지 200℃의 조건, 특히 120 내지 180℃의 조건에서 약 2분 내지 25분간, 특히 4분 내지 15분간 열처리(가열)됨에 따라 베이스 레이어(10)의 표면에서 경화되면서 베이스 레이어(20)의 표면에 후막의 면상으로 고착되어 부착된다. 따라서, 유독물질 방어용 원단은 실질적으로 1장의 단일체로 구성된다. 이때, 전술한 용매는 열처리 공정에 의해 증발되거나 소산된다.
여기서, 전술한 수착층(10)은 약 80℃ 이하의 온도에서는 용매가 증발하지 않을 뿐만 아니라 바인더(12)의 경화속도가 너무 느리고, 약 200℃ 이상의 온도에서는 폴리에스터나 나일론이 함유된 베이스 레이어(20)의 원단에 변형이 발생할 수 있으므로 전술한 바와 같은 온도조건으로 열처리되어야 한다. 그리고, 수착층(10)은 열기가 대류하는 오븐, 원적외선 램프 또는 히팅롤러가 구비된 가열로를 통과함에 따라 열처리된다.
이상과 같은 유독물질 방어용 원단을 다양한 방식으로 제조하여 실험한 결과는 도 6에 도시된 바와 같다. 이러한 유독물질 방어용 원단은 도시된 바와 같이 다양한 조성비에 의해 실시예1 내지 15로 구성하여 실험하였으며, 세탁 전 및 후의 흡착용량를 측정하였다. 이때, 예시된 실시예들의 실험결과표에 용매의 배합비가 개시되지 않았으나, 용매는 유동성 조절 첨가제와 달리 필수적으로 배합되는 잔부의 물질이므로 그 배합비를 기재하지 않았다. 그리고, 종래기술에서 언급된 구슬형 활성탄을 적용한 미군용 제품(도 6의 "미군") 및 활성탄 분말을 단순히 살포한 한국군용 제품(도 6의 "한국군")을 비교예로 함께 실험하였다. 이때, 각 원단들은 실제 화학작용제를 사용하는 것은 불가하여 이와 유사한 분자구조 및 특성을 갖는 유사작용제를 사용하여 액상시험법으로 방호성능을 평가하였다. 예를 들어, 유사작용제는 Soman(GD)의 유사품인 인(P)를 포함하는 DMMP(Dimethyl methylphosphonate)와 Mustard(HD)의 유사품인 황(S)을 포함하고 있는 Thiophenol를 사용하였다. 그리고, 실험시, 각 원단(흡착제 시편)을 도 7에 도시된 바와 같이 유사작용제(액상시료)에 침지시켜서 설정된 시간(예: 5분, 30분, 1시간) 동안 유독물질을 흡착시킨 후 시간단위로 흡착성능을 측정하였다. 이어서, 각 원단을 통상의 산출방식과 같이 GC/UV/Vis spectroscopy로 분석한 후 분석데이터를 기반으로 검량선에 대입하여 잔존농도를 산출해서 수착층(흡착제)의 흡착용량(수착용량)을 계산하였다.
세탁 성능의 측정실험은 도 8에 도시된 바와 같은 특정 세제를 45kg의 각 원단(세탁물)과 함께 32~43℃의 물에 충분히 침잠시킨 후 4~6분간 1차 세탁한 후, 다시 동일한 방법으로 2분간 2차로 세탁한 다음, 32~34℃의 물에 침잠시켜서 2분 동안 1차 행굼을 실시한 후 동일한 방법으로 다시 2차 및 3차로 행굼을 실시하였고, 이어서 3~5분간 탈수한 후 19℃에서 35~50분간 건조하여 세탁 후의 흡착용량을 측정하였다.
측정결과, 도 6에 도시된 바와 같이 실시예1의 경우 활성탄의 혼합량이 부족하여 세탁 전 및 후의 흡착용량이 전무하여 흡착성능이 없었고, 실시예2 및 3의 경우 저점도로 인쇄성이 불량하여 흡착용량이 요구되는 약 70%를 충족시키지 못하였으며, 실시예4의 경우 활성탄 대비 바인더의 비율이 부적합하여 세탁 전의 흡착용량은 충족되었으나 세탁 후의 흡착용량이 요구되는 흡착용량을 충족시키지 못하였다. 그리고, 실시예5와 6과 8 및 9의 경우 활성탄이 바인더에 비해 과도하게 혼합되어 흡착성능이 불충분하였고, 실시예 7과 10의 경우 바인더의 양이나 활성탄의 양이 과도하여 흡착성능이 전혀 발휘되지 못하였으며, 실시예11과 14 및 15는 동일한 문제, 즉 혼합비율이 부적합하여 요구되는 흡착성능을 발휘하지 못하였다. 하지만, 실시예12 및 13의 경우 활성탄과 바인더 및 첨가제의 혼합비가 적정하여 요구되는 세탁 전 및 후의 흡착성능이 요구되는 흡착용량을 발휘하였으며, 특히 실시예12의 경우 도시된 바와 같이 미군용 제품 보다 월등히 우수하였다.
반면, 한국군의 경우 세탁 전 흡착용량은 우수하였으나 세탁시 활성탄이 모두 이탈됨에 따라 흡착성능이 상실되었음을 확인하였다.
이에 따라, 본 발명에 의한 조성물 및 이에 의한 원단은 최적의 비율로 활성탄과 바인더 및 첨가제가 혼합될 경우 비교예 보다 우수한 흡착성능을 제공함을 명확하게 실험을 통해 알 수 있었다. 따라서, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 제한적 통기 기능을 갖는 유독물질 방어용 조성물 및 이에 의한 원단에 의하면, 활성탄(11)이 균일하게 형성되어 유독물질의 흡착성능이 향상되고, 세탁 시 활성탄이 탈락하지 않아 오염된 원단을 세탁 후 재 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 유독물질 방어용 조성물이 분말 활성탄(11)과 바인더(12) 및 용매로 구성되어 일정한 점도를 갖고 탄성력이 발휘되어 구겨짐이 심한 외피(OT) 또는 내피에 마련될 때 유독물질 방어용 조성물의 도포가 용이하여 가공성이 우수할 뿐만 아니라 원단이 구겨지거나 세탁하더라도 유독물질 방어용 조성물이 원단으로부터 탈락되지 않는다.
한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.
10 : 수착층 11 : 분말 활성탄
12 : 바인더 20 : 베이스 레이어
22: 엑스트라 레이어 30 : 추가 레이어
OT: 외피 IN : 내피

Claims (10)

  1. 유독물질을 수착하는 분말 활성탄;
    상기 분말 활성탄이 혼합되고, 점액질로 이루어져서 건조 내지 가열에 의해 경화되는 바인더; 및
    상기 바인더에 혼합되고, 열처리에 의해 증발되거나 소산되는 액상의 용매;로 구성된 유독물질 방어용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    8 내지 70 wt%의 상기 활성탄, 5 내지 30 wt%의 상기 바인더 및 잔부의 상기 용매로 구성되는 유독물질 방어용 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 바인더에 첨가되어 상기 바인더의 유동성을 조절하는 유동성 조절 첨가제;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유독물질 방어용 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유동성 조절 첨가제는 0.5 내지 15wt%로 구성된 것을 특징으로 하는 유독물질 방어용 조성물.
  5. 통기가능한 재질로 이루어지거나 발수가능한 통기성 재질로 이루어진 베이스 레이어; 및
    상기 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 의한 유독물질 방어용 조성물로 구성되어 상기 베이스 레이어의 적어도 일면에 후막의 면상으로 도포되고, 경화되면서 상기 베이스 레어어의 일면에 고착되어 상기 베이스 레이어와 일체를 이루며, 상기 베이스 레이어에 유입되는 유체에서 유독물질을 수착하여 여과된 공기만을 제한적으로 투과시키는 수착층;을 포함하는 유독물질 방어용 원단.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 수착층은,
    상기 베이스 레이어로 공기를 통기시키면서 상기 유독물질의 투과를 방지하는 크기로 이루어진 다수의 기공이 형성된 것을 특징으로 하는 유독물질 방어용 원단.
  7. 상기 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 의한 액상의 유독물질 방어용 조성물을 통기가능한 재질로 이루어지거나 발수가능한 통기성 재질로 이루어진 베이스 레이어의 표면에 인쇄하여 인쇄원단을 제조하는 인쇄단계; 및
    상기 인쇄원단을 열처리하여 상기 베이스 레이어에 인쇄된 상기 유독물질 방어용 조성물을 경화시키는 경화단계;를 포함하는 유독물질 방어용 원단의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 인쇄단계는,
    상기 베이스 레이어의 상부에 실크스크린 인쇄를 위한 스크린을 간극의 간격으로 배치하는 스크린 배치단계;
    상기 스크린에 상기 유독물질 방어용 조성물을 도포하는 조성물 도포단계; 및
    상기 유독물질 방어용 조성물이 상기 스크린을 통과하여 상기 베이스 레이어의 표면에 전사되도록, 상기 스크린에 도포된 상기 유독물질 방어용 조성물을 스퀴지로 가압하면서 상기 스크린에 전개시켜서 상기 베이스 레이어의 표면에 상기 유독물질 방어용 조성물을 도막의 형태로 인쇄하는 전사단계;를 포함하는 유독물질 방어용 원단의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 인쇄단계는,
    상기 유독물질 방어용 조성물을 그라비아 인쇄판의 인쇄면에 도포시키는 조성물 도포단계;
    상기 그라비아 인쇄판을 상기 베이스 레이어의 상부에 대향시켜서 상기 그라비아 인쇄판을 인쇄가 가능한 위치에 세팅하는 인쇄판 세팅단계; 및
    상기 그라비아 인쇄판을 상기 베이스 레이어에 밀착시켜서 상기 인쇄면에 도포된 상기 유독물질 방어용 조성물을 상기 베이스 레이어의 표면에 전사시켜서 상기 베이스 레이어의 표면에 상기 유독물질 방어용 조성물을 도막의 형태로 인쇄하는 전사단계;를 포함하는 유독물질 방어용 원단의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 경화단계는,
    상기 인쇄원단을 80℃ 내지 200℃의 고온으로 2분 내지 25분간 가열하여 상기 유독물질 방어용 조성물을 상기 베이스 레이어의 표면에서 경화시키는 유독물질 방어용 원단의 제조방법.
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