KR20180063447A - 발열 원단 및 그 제조방법 - Google Patents

발열 원단 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 텍스타일에 발열 잉크를 날염 방식을 통해 회로를 구성한 발열원단 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크롬 또는 니켈의 발열 금속, 폴리우레탄 수지 및 폴리우레탄 증점제를 포함하는 발열 잉크 조성물을 이용하여 날염 코팅을 하고자 하는 무늬를 필름으로 제작하여 텍스타일에 상기 필름을 붙이고 날염 방식으로 코팅함으로써 신축성 및 발열성이 우수한 텍스타일을 제조하는 방법 및 이런 제조 방법으로 제조된 신축성 발열 텍스타일에 관한 것이다.

Description

발열 원단 및 그 제조방법{Heating fabrics and method of preparing same}
본 발명은 발열원단 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 텍스타일에 발열 잉크를 날염 방식을 통해 회로를 구성한 발열원단 및 그 제조방법에 관한 것이다.
축열, 보온 또는 발열의 원리를 이용한 다양한 형태의 섬유소재 또는 그를 이용한 직물 원단이 스포츠용, 아웃도어용 의류에 적용될 목적으로 개발되고 있다. 대표적인 형태로서는 축열, 방열 또는 발열 효과를 갖는 재료를 포함하는 도포액을 섬유원단에 도포한 다음 건조하는 형태이다. 예를 들어, 대한민국 공개특허공보 제1996-0023317호 및 일본 공개특허공보 소64-41764호에서는 산화알루미늄(Al2O3)과 같이 원적외선 방사율이 높은 물질을 섬유 내에 혼입시키거나 직물에 코팅함으로써, 태양광을 흡수한 후 원적외선으로 변환시키는 방법으로 축열, 보온 효과를 갖는 보온소재의 제조방법이 개시되어 있다. 그러나 이런 세라믹 소재들은 보온 효과를 얻기 위하여는 섬유 중량의 1% 이상을 첨가하여야 하므로 섬유 자체의 제조과정에 있어 절사 등의 문제점이 있을 뿐만이 아니라, 제조공정이 복잡하고 제조 비용이 고가이며, 목적하는 보온 또는 발열효과도 충분치 않은 문제점이 있다.
상술한 단점을 극복하고자 최근에는 세라믹 소재에 비하여 비교적 우수한 흡열 및 발열기능을 갖는 탄소 나노섬유를 이용하는 방법이다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제 10-1177298호 및 대한민국 등록특허 제 10-1174272호에는 탄소 나노섬유를 포함하는 코팅 조성물을 원사나 원단의 표면에 코팅한 다음 건조 또는 경화시켜 제조되는 원단들이 개시되어 있다. 그러나 이들의 경우도 원하는 수준의 보온 또는 발열효과를 보이기 위하여는 상대적으로 많은 양의 탄소 나노섬유가 코팅되어야 하고, 그에 따라 섬유에 코팅된 탄소재료에 의하여 원단의 색상이 가려지는 문제점이 있으며, 특히, 탄소 나노섬유가 갖는 특유의 검은색은 이를 적용한 섬유 또는 원단의 용도 전개에 제한이 되고 있으며, 제조공정이 복잡한 문제점은 여전히 가지고 있다.
발열체는 소재에 따라 금속 발열체, 비금속 발열체, 기타 발열체 등으로 구분된다. 금속 발열체는 금속에 전류가 흐를 때 발생하는 줄열을 이용한 것이고, 비금속발열체는 탄화규소, 몰리브덴 실리사이드 등의 비금속 소재를 발열체로 사용한 것이며, 기타발열체는 세라믹 재질과 탄산바륨 등을 이용한 직접 통전형 발열체이다. 또한, 발열체는 형태에 따라 니크롬선과 같은 선상 발열체와, 2차원적인 면상 발열체로 구분된다. 면상 발열체는 선상 발열체에 비해 열효율이 높고 전자파 발생량이 적은 장점이 있다. 구조에 따라서는 발열체를 직렬구조 발열체와 병렬구조 발열체로 구분하는데, 직렬구조 발열체는 충분한 전력 공급시 고온 발열이 가능한 장점이 있으나, 전기용량이 크고 열효율이 떨어지며 피 건조물이 변형되는 문제점이 있다.
최근에는 발열특성이 우수한 탄소를 발열원으로 하여 발열체를 제조하는 기술이 소개되고 있다. 탄소 발열체로는 섬유표면에 탄소를 코팅하여 발열부 역할을 수행하게 하고, 양측 단부에 금속선을 압착시켜 도전부를 제조함으로써, 도전부에 전류를 인가하면 발열이 수행되도록 한 예가 있다. 또 다른 예로는 탄소사를 이용하여 직물 형태로 제직하고 양측 단부에 동금속사를 제직하여 동금속사에 전류를 인가하는 방식도 있다(대한민국 등록특허 제 10-1172013호, 대한민국 등록특허 제 10-1151281호, 및 대한민국 등록특허 제 10-1478262호).
한편, 직물의 염색 방법은 크게 침염과 날염으로 나뉠 수 있다. 침염은 직물을 염욕에 침지시키고 열을 가하여 직물 전체를 균일하게 염색하는 방법이고, 날염은 염료나 안료와 호료(thickner, 증점제)를 혼합한 염료 조성물(통상, "날염호"라 한다)로 직물을 부분적으로 인날(print)하여, 직물에 모양이나 색상을 표현하는 방법을 말한다.
날염은 다양한 모양과 색상을 표현할 수 있으므로, 수요자의 요구에 따라 다양한 제품을 제작할 수 있고, 다품종 소량 생산에 적합하다. 또한, 날염은 형틀이나 스크린을 이용하여 염료를 직물에 직접 인날하는 직접 날염법과 종이 등의 전사면에 염료 조성물을 원하는 모양으로 인날하고, 인날된 전사면에 직물을 압착하여, 모양을 직물로 전사한 다음, 증열, 열처리 등의 후처리를 거쳐 염료를 염착시키는 전사 날염법(transfer printing)으로 구분될 수 있다. 상기 직접 날염법에 있어서, 수소결합, 이온결합 등에 의해 섬유와 친화력이 있는 염료가 색재로 사용되고, 호료가 염착 중간 매체로 사용되어, 직물에 염료 조성물이 인날된 다음, 가열 수증기로 증열하면, 염료는 직물에 고착되며, 그 후, 호료, 미고착 염료, 기타 약제를 세정하여 제거하면, 최종 날염 직물이 얻어진다.
상기 호료(thickner, 증점제)는 염료나 안료를 직물에 고착시키고 색상의 선명도와 발색도를 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 적절한 호료를 사용하면 염료의 사용량을 절감하면서도 원하는 색상을 얻을 수 있다. 반면, 부적절한 호료를 사용하면, 가공 후 직물의 오염, 색상 선명도 저하 등의 문제점이 발생할 수 있다. 즉, 사용되는 호료에 따라 직물의 색상 선명도와 발색도가 현저히 달라지므로, 효율적인 날염을 위해서는 적절한 호료의 선택이 매우 중요하다. 호료는 크게 천연 호료와 가공 호료로 분류할 수 있으며, 천연 호료에는 식물성 호료, 동물성 호료, 광물성 호료가 있고, 가공 호료에는 반합성 호료와 합성 호료가 있다. 천연 호료는 주로 알긴산나트륨(sodium alginate), 구아검(guar gum), 전분, 천연고무, 단백질, 해조류 등의 천연 고분자이며, 반합성 호료는 가공전분, 섬유소 유도체, 가공 천연고무 등 주로 천연 고분자 유도체이고, 합성 호료로는 CMC(carboxymethyl cellulose) 등의 셀룰로오스 유도체, 폴리비닐알코올 등의 비닐계 유도체, 아크릴계 유도체, 우레아계 호료 등이 사용되고 있다. 천연 호료와 반합성 호료는 가격이 저렴한 반면, 접착력이 약하기 때문에 고염착력을 필요로 하는 호료로서는 적절하지 못하다. 그 외에, 염료의 용해성을 향상시키기 위한 염료 용해제, 염료의 염착도를 높이기 위한 농염제, 염착된 염료를 부분적으로 탈색시키기 위한 발염제, 작업공정 중 생성되는 기포를 제거하기 위한 소포제, 조성물의 부패를 막기 위한 방부제 등의 보조 약제가 더욱 사용되기도 한다.
날염에 사용되는 염료 조성물은, 상기 염료, 호료 및 보조 약제를 용매에 용해시켜 제조되며, 염료 조성물을 직물에 인쇄한 후, 용매는 가열하여 제거된다. 상기 염료 조성물에 사용되는 용매로는, 상기 염료, 호료 및 보조 약제의 종류에 따라, 유기용매 또는 물이 사용될 수 있으나, 작업성 및 폐수 처리의 용이성 등을 고려하면, 물을 사용하는 것이 바람직하다.
근래에는 컴퓨터의 프린팅 기법을 염색 기술에 적용시켜 섬유원단에 염료를 날염할 수 있도록 하는 잉크젯 날염이 등장하면서 컴퓨터상의 디자인을 직접 섬유에 날염할 수 있게 되었다. 이로 인하여, 종래의 날염 기술에서 필요로 하는 제판과 색호 조합단계를 생략하게 되면서 가공공정의 단순화와 다품종 소량생산이 가능하여 신속하게 대응할 수 있고, 자유로운 색 변화 및 다양한 디자인을 보다 효율적으로 할 수 있을 뿐만 아니라, 염료와 조제 나아가 에너지 효율성까지 높일 수 있게 되었다.
본 발명을 통해 텍스타일에 발열 잉크로 직접 회로를 구성하여 발열원단을 제조하며, 날염 방식을 통해 코팅하여 회로를 구성하여 텍스타일의 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
신축성 원단:
상기 신축성 원단에 발열 잉크를 이용하여 소정 패턴으로 형성된 회로를 포함하며,
상기 발열 잉크는 발열 금속, 폴리우레탄 수지 및 증점제를 포함하며, 날염 방식으로 상기 신축성 원단에 코팅되는 발열원단을 제공한다.
또한, 본 발명은
발열 금속을 폴리우레탄 수지와 혼합하는 단계(S1);
증점제를 상기 S1단계에서 제조된 혼합물에 혼합하여 발열 잉크를 제조하는 단계(S2);
신축성 원단에 상기 발열 잉크로 날염 코팅하는 단계(S3); 및
상기 날염 코팅된 원단을 건조시키는 단계(S4);를
포함하는 발열원단 제조방법을 제공한다.
본 발명의 발열원단 및 그 제조방법에 따르면, 텍스타일에 발열 잉크로 직접 회로를 구성하여 발열원단을 제조할 수 있으며, 텍스타일에 발열 잉크를 날염 방식을 통해 코팅하여 텍스타일에 용이하게 회로를 구성하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명은 날염용 잉크 조성물을 사용함에 있어서 페이스트(Paste)의 함량 비에 따라 발열성 조절이 가능하고, 날염의 코팅 패턴(길이, 폭 등)과 코팅 두께(필름 두께로 조절 가능)에 따라 발열성 조절이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따라 제작된 날염판 1의 앞과 뒤를 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명에 따라 제작된 날염판 2의 앞과 뒤를 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 한가지 실시예에 따라 제작된 날염판 1로 날염된 원단을 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명의 한가지 실시예에 따라 제작된 날염판 2로 날염된 원단을 보여주는 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 제작된 2종류의 날염판으로 각각 날염된 원단의 발열성을 보여주는 사진이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은
신축성 원단:
상기 신축성 원단에 발열 잉크를 이용하여 소정 패턴으로 형성된 회로를 포함하며,
상기 발열 잉크는 발열 금속, 폴리우레탄 수지 및 증점제를 포함하며, 날염 방식으로 상기 신축성 원단에 코팅되는 발열원단을 제공한다.
상기 발열 금속은 크롬 또는 니켈인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 은, 금, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 주석 또는 철 등이 모두 사용가능하다.
상기 크롬은 은백색 광택을 갖는 단단하면서도 잘 부서지는 금속으로, 산에 녹지 않으며, 내식성(耐蝕性)·내열성이 뛰어나다. 니켈은 은백색의 강한 광택이 있는 단단한 금속으로, 공기 중에서 변하지 않고, 산화 반응을 일으키지 않는다.
상기 발열금속의 함량은 상기 발열 잉크 100 중량부에 대해 30 내지 50 중량부인 것이 바람직하다.
상기 폴리우레탄 수지의 함량은 상기 발열 잉크 100 중량부에 대해 50 내지 70 중량부인 것이 바람직하다.
상기 폴리우레탄 수지는 신축성 및 전도성을 부여하는데 바람직하다. 구체적으로, 폴리우레탄 수지의 경우 열경화성 수지는 아니나 유사한 3차원 구조를 가진 플라스틱이지만 질기고 내화학성이 있어 전기절연체, 구조재, 기포단열재, 기포쿠션, 탄성섬유 등에 사용되며, 신축성이 좋아서 고무의 대체물질로도 사용된다. 폴리우레탄 수지의 경우 전도성을 지속적으로 유지하면서 환경에 대한 의존성이 낮고 변형 및 강도가 뛰어나 전도성 연계 조성물을 제조에 우수한 성질을 가지고 있다.
여기서, 상기 발열금속 및 폴리우레탄 수지의 함량은 날염 코팅에 의한 원단의 발열성 및 신축성 부여를 위한 최적 조건으로써, 상기 발열금속 및 폴리우레탄 수지의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우 신축성이 현저히 떨어지게 되고, 상기 범위 보다 낮은 경우 발열성이 현저히 떨어지는 문제점을 가질 수 있다.
상기 증점제는 아크릴계 증점제 또는 우레탄계 증점제를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 증점제의 함량은 상기 발열 잉크 100 중량부에 대해 0.5 내지 2 중량부인 것이 바람직하고, 폴리우레탄 수지에 대해 0.5 내지 2 wt%를 혼합하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 증점제의 함량은 날염 코팅 작업, 전도성 및 신축성 부여를 위한 최적 조건으로써, 상기 증점제의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우 점도가 높아 날염 코팅시 실크스크린 메쉬를 일부 통과되지 않아 섬세한 형태의 날염이 안되고 신축시 이로인해 단락이 발생될 수 있고, 상기 범위 보다 낮은 경우 점도가 낮아서 날염 코팅시 실크스크린 메쉬는 잘 통과하나 통과 후 형태안정성이 떨어져 원하는 형태의 고전도 텍스타일 제작에 근본적인 문제점을 가질 수 있다.
상기 신축성 원단은 우레탄결합을 갖는 분자사슬이 섬유를 구성하는 화학구조의 85% 이상을 점유하는 탄성섬유(spandex, lycra, elastane 등이 혼입된 원단) 이거나 PET, PTT, PBT계 잠재권축사가 혼입된 원단 또는 이수축 성분이 복합방사된 원사가 혼입된 원단, 및 신축성 부직포로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 발열원단의 경우 무전해 도금으로 니켈/크롬 등의 도금을 하여 원단을 특정 패턴으로 잘라 사용하는 경우와, 은/실버코티드쿠퍼 페이스를 이용하여 날염으로 특정 패턴을 찍어서 사용하는 경우 모두 가능하다.
또한, 본 발명은
발열 금속을 폴리우레탄 수지와 혼합하는 단계(S1);
증점제를 상기 S1단계에서 제조된 혼합물에 혼합하여 발열 잉크를 제조하는 단계(S2);
신축성 원단에 상기 발열 잉크로 날염 코팅하는 단계(S3); 및
상기 날염 코팅된 원단을 건조시키는 단계(S4);를
포함하는 발열원단 제조방법을 제공한다.
상기 S1 단계에서, 상기 발열 금속은 크롬 또는 니켈인 것이 바람직하다.
상기 발열 금속의 함량은 상기 발열 잉크 100 중량부에 대해 30 내지 50 중량부인 것이 바람직하다.
상기 폴리우레탄 수지의 함량은 상기 발열 잉크 100 중량부에 대해 50 내지 70 중량부인 것이 바람직하다.
상기 S2 단계에서, 폴리우레탄 증점제의 함량은 상기 발열 잉크 100 중량부에 대해 0.5 내지 2 중량부인 것이 바람직하고, 폴리우레탄 수지에 대해 0.5 내지 2 wt%를 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 S1 및 S2 단계에서, 발열 금속을 폴리우레탄 수지에 혼합한 후 교반한 다음, 증점제를 첨가한 후 다시 교반한 후, 섞인 용액인 안정화 되도록 상온에서 보관하여 페이스트 조성물을 제작하는 것이 바람직하다.
상기 S3 단계에서, 신축성 원단은 우레탄결합을 갖는 분자사슬이 섬유를 구성하는 화학구조의 85% 이상을 점유하는 탄성섬유(spandex, lycra, elastane 등이 혼입된 원단) 이거나 PET, PTT, PBT계 잠재권축사가 혼입된 원단 또는 이수축 성분이 복합방사된 원사가 혼입된 원단, 및 신축성 부직포로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 S3 단계에서, 코팅은 코팅을 하고자 하는 무늬를 갖는 필름을 원단에 붙인 후 날염 방식으로 코팅하는 것이 바람직하다.
여기서 필름은 일반 플라스틱 필름이며, OHP 필름과 같이 투명한 것이 바람직하다. 레이저로 원하는 모양을 컷팅하여 필름을 제조하기 때문에 레이저에 의해 구멍이 날 수 있는 거의 모든 소재는 가능다. 다만, 레이저에 녹아서 경계면에 비드가 형성되는 등 매끄럽지 않게 가공이 되면 날염코팅에 사용하기 무리가 있다.
여기서 필름의 사용량, 무늬형성 방법은 스크린날염 하고자 하는 목표가 3도(3가지 형태의 색상 또는 무늬)라면 3개가 필요하다. 1차 필름을 원단과 붙이고 첫 번째 날염을 한 후 건조 후 2번째 필름을 다시 붙이고 두 번째 날염을, 또다시 건조 후 세 번째 날염을 진행하는 방식으로 목적에 맞게 여러 가지 패턴과 색상 등을 나타낼 수 있다. 점도에 따라서 저점도 폴리우레탄 수지를 먼저 작업한 후 고점도 폴리우레탄 수지를 다시 입히는 것도 가능하다.
여기서, 날염코팅 과정은 다음과 같이 수행될 수 있다. 예를 들면, 스크린 인쇄는 실크 또는 나일론 등으로 망사를 펼쳐 놓고 네 모서리를 팽팽하게 고정시켜 그 위에 수공적 또는 광 화학적 방법으로 자기가 원하는 상(像)대로 판막을 만들어 틀 안에 인쇄잉크를 부어 스퀴지라 불리는 주걱으로 스크린 내면을 가압하면서 움직이면, 잉크는 판막이 없는 부분의 망사를 통과하여 판 밑에 놓여 있는 원단에 찍혀 나와 인쇄된다. 인쇄하고자 하는 무늬 부분의 구멍은 뚫려있는 상태이고 이외의 구멍은 막혀있는 상태로, 상기 인쇄망의 상부에 잉크를 주입한 후 스퀴지로 가압하면 상기 뚫려있는 구멍으로 잉크가 유출되어 인쇄되는 것이다(대한민국 공개특허 10-2009-0052487 참고).
상기 S4 단계에서, 건조는 50 내지 70℃에서 30분 내지 2시간 또는 상온에서 2시간 내지 4시간 동안 건조시키는 것이 바람직하며, 60℃에서 30분 이상 또는 상온에서 2시간 이상 건조시키는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 시험예를 상세하게 설명한다.
본 명세서에 기재된 실시예, 시험예 및 도면은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.
< 실시예 1>
<1-1> 발열 잉크의 제작
니켈 300 g을 폴리우레탄 수지(보광화학) 500 ml에 혼합한 후, 일반 교반기를 이용하여 2000 ~ 2200 rpm의 속도로 5분간 교반한 다음, 아크릴계 증점제(보광화학) 5 ml를 폴리우레탄 수지(폴리우레탄 수지를 물에 녹여 폴리우레탄 수지액을 만들고 여기에 고형 파우더 형태의 증점제를 첨가함)에 넣어주고 다시 10분 정도 충분한 시간 동안 교반한 후, 섞인 용액이 안정화될 수 있도록 상온에서 12시간 보관하였다
<1-2> 날염 코팅
전도성 코팅을 하고자 하는 무늬(격자무늬: 가로 0.5 ㎝, 세로 0.5 ㎝, 및 격자 간격 0.5 ㎝)를 실크스크린 메쉬로 제작한 후(날염판 1), 원단과 포개어 놓고 실크스크린 방식으로 인날과정을 거쳐 원단(폴리스판: Polyester 원단에 spandex가 혼입되어 있는 원단)에 전도성 페이스트를 코팅하였다. 이때, 사용된 날염판은 실크스크린 메쉬(실크코리아)로서 최종 날염된 부분의 양 말단 부위에서 저항값을 측정했을 때 0.1 ~ 10 Ω 내외의 저항값이 나올 수 있도록 격자무늬로 구성하였다. 코팅된 신축성 원단((주)휴비스의 PTT((poly trimethylene terephthalate) 원사)을 60℃ 온도에서 30분 이상 또는 상온에서 2시간 이상 충분히 건조 시켰다.
< 실시예 2>
<2-1> 발열 잉크의 제작
니켈 250 g을 폴리우레탄 수지(보광화학) 550 ml에 혼합한 후, 일반 교반기를 이용하여 2000 ~ 2200 rpm의 속도로 5분간 교반한 다음, 아크릴계 증점제(보광화학) 5 ml를 폴리우레탄 수지의 1wt% 만큼 넣어주고 다시 10분 정도 충분한 시간 동안 교반한 후, 섞인 용액이 안정화될 수 있도록 상온에서 12시간 보관하였다
<2-2> 날염 코팅
전도성 코팅을 하고자 하는 무늬(격자무늬: 가로 0.5 ㎝, 세로 0.5 ㎝, 및 격자 간격 0.5 ㎝)를 실크스크린 메쉬로 제작한 후(날염판 1), 원단과 포개어 놓고 실크스크린 방식으로 인날과정을 거쳐 원단(폴리스판: Polyester 원단에 spandex가 혼입되어 있는 원단)에 전도성 페이스트를 코팅하였다. 이때, 사용된 날염판은 실크스크린 메쉬(실크코리아)로서 최종 날염된 부분의 양 말단 부위에서 저항값을 측정했을 때 0.1 ~ 10 Ω 내외의 저항값이 나올 수 있도록 격자무늬로 구성하였다. 코팅된 신축성 원단((주)휴비스의 PTT((poly trimethylene terephthalate) 원사)을 60℃ 온도에서 30분 이상 또는 상온에서 2시간 이상 충분히 건조 시켰다.
< 실시예 3>
<3-1> 발열 잉크의 제작
니켈 400 g을 폴리우레탄 수지(보광화학) 400 ml에 혼합한 후, 일반 교반기를 이용하여 2000 ~ 2200 rpm의 속도로 5분간 교반한 다음, 아크릴계 증점제(보광화학) 5 ml를 폴리우레탄 수지의 1wt% 만큼 넣어주고 다시 10분 정도 충분한 시간 동안 교반한 후, 섞인 용액이 안정화될 수 있도록 상온에서 12시간 보관하였다
<3-2> 날염 코팅
전도성 코팅을 하고자 하는 무늬(격자무늬: 가로 0.5 ㎝, 세로 0.5 ㎝, 및 격자 간격 0.5 ㎝)를 실크스크린 메쉬로 제작한 후(날염판 1), 원단과 포개어 놓고 실크스크린 방식으로 인날과정을 거쳐 원단(폴리스판: Polyester 원단에 spandex가 혼입되어 있는 원단)에 전도성 페이스트를 코팅하였다. 이때, 사용된 날염판은 실크스크린 메쉬(실크코리아)로서 최종 날염된 부분의 양 말단 부위에서 저항값을 측정했을 때 0.1 ~ 10 Ω 내외의 저항값이 나올 수 있도록 격자무늬로 구성하였다. 코팅된 신축성 원단((주)휴비스의 PTT((poly trimethylene terephthalate) 원사)을 60℃ 온도에서 30분 이상 또는 상온에서 2시간 이상 충분히 건조 시켰다.
< 실시예 4>
<4-1> 발열 잉크의 제작
니켈 200 g을 폴리우레탄 수지(보광화학) 600 ml에 혼합한 후, 일반 교반기를 이용하여 2000 ~ 2200 rpm의 속도로 5분간 교반한 다음, 아크릴계 증점제(보광화학) 5 ml를 폴리우레탄 수지의 1wt% 만큼 넣어주고 다시 10분 정도 충분한 시간 동안 교반한 후, 섞인 용액이 안정화될 수 있도록 상온에서 12시간 보관하였다
<4-2> 날염 코팅
전도성 코팅을 하고자 하는 무늬(격자무늬: 가로 0.5 ㎝, 세로 0.5 ㎝, 및 격자 간격 0.5 ㎝)를 실크스크린 메쉬로 제작한 후(날염판 1), 원단과 포개어 놓고 실크스크린 방식으로 인날과정을 거쳐 원단(폴리스판: Polyester 원단에 spandex가 혼입되어 있는 원단)에 전도성 페이스트를 코팅하였다. 이때, 사용된 날염판은 실크스크린 메쉬(실크코리아)로서 최종 날염된 부분의 양 말단 부위에서 저항값을 측정했을 때 0.1 ~ 10 Ω 내외의 저항값이 나올 수 있도록 격자무늬로 구성하였다. 코팅된 신축성 원단((주)휴비스의 PTT((poly trimethylene terephthalate) 원사)을 60℃ 온도에서 30분 이상 또는 상온에서 2시간 이상 충분히 건조 시켰다.
< 실시예 5>
<5-1> 발열 잉크의 제작
니켈 450 g을 폴리우레탄 수지(보광화학) 350 ml에 혼합한 후, 일반 교반기를 이용하여 2000 ~ 2200 rpm의 속도로 5분간 교반한 다음, 아크릴계 증점제(보광화학) 5 ml를 폴리우레탄 수지의 1wt% 만큼 넣어주고 다시 10분 정도 충분한 시간 동안 교반한 후, 섞인 용액이 안정화될 수 있도록 상온에서 12시간 보관하였다
<5-2> 날염 코팅
전도성 코팅을 하고자 하는 무늬(격자무늬: 가로 0.5 ㎝, 세로 0.5 ㎝, 및 격자 간격 0.5 ㎝)를 실크스크린 메쉬로 제작한 후(날염판 1), 원단과 포개어 놓고 실크스크린 방식으로 인날과정을 거쳐 원단(폴리스판: Polyester 원단에 spandex가 혼입되어 있는 원단)에 전도성 페이스트를 코팅하였다. 이때, 사용된 날염판은 실크스크린 메쉬(실크코리아)로서 최종 날염된 부분의 양 말단 부위에서 저항값을 측정했을 때 0.1 ~ 10 Ω 내외의 저항값이 나올 수 있도록 격자무늬로 구성하였다. 코팅된 신축성 원단((주)휴비스의 PTT((poly trimethylene terephthalate) 원사)을 60℃ 온도에서 30분 이상 또는 상온에서 2시간 이상 충분히 건조 시켰다.
< 실시예 6>
<6-1> 발열 잉크의 제작
니켈 450 g을 폴리우레탄 수지(보광화학) 350 ml에 혼합한 후, 일반 교반기를 이용하여 2000 ~ 2200 rpm의 속도로 5분간 교반한 다음, 아크릴계 증점제(보광화학) 20 ml를 폴리우레탄 수지의 1wt% 만큼 넣어주고 다시 10분 정도 충분한 시간 동안 교반한 후, 섞인 용액이 안정화될 수 있도록 상온에서 12시간 보관하였다
<6-2> 날염 코팅
전도성 코팅을 하고자 하는 무늬(격자무늬: 가로 0.5 ㎝, 세로 0.5 ㎝, 및 격자 간격 0.5 ㎝)를 실크스크린 메쉬로 제작한 후(날염판 1), 원단과 포개어 놓고 실크스크린 방식으로 인날과정을 거쳐 원단(폴리스판: Polyester 원단에 spandex가 혼입되어 있는 원단)에 전도성 페이스트를 코팅하였다. 이때, 사용된 날염판은 실크스크린 메쉬(실크코리아)로서 최종 날염된 부분의 양 말단 부위에서 저항값을 측정했을 때 0.1 ~ 10 Ω 내외의 저항값이 나올 수 있도록 격자무늬로 구성하였다. 코팅된 신축성 원단((주)휴비스의 PTT((poly trimethylene terephthalate) 원사)을 60℃ 온도에서 30분 이상 또는 상온에서 2시간 이상 충분히 건조 시켰다.
< 실시예 7>
상기 <실시예 1>에서 전도성 코팅을 하고자 하는 격자무늬 크기 및 간격(가로 1 ㎝, 세로 1 ㎝, 및 격자 간격 1 ㎝)을 다르게 하고(날염판 2), 나머지 조건을 동일하게 하여 날염 코팅하였다.
< 실시예 8>
상기 <실시예 2>에서 전도성 코팅을 하고자 하는 격자무늬 크기 및 간격(가로 1 ㎝, 세로 1 ㎝, 및 격자 간격 1 ㎝)을 다르게 하고(날염판 2), 나머지 조건을 동일하게 하여 날염 코팅하였다.
< 실시예 9>
상기 <실시예 3>에서 전도성 코팅을 하고자 하는 격자무늬 크기 및 간격(가로 1 ㎝, 세로 1 ㎝, 및 격자 간격 1 ㎝)을 다르게 하고(날염판 2), 나머지 조건을 동일하게 하여 날염 코팅하였다.
< 실시예 10>
상기 <실시예 4>에서 전도성 코팅을 하고자 하는 격자무늬 크기 및 간격(가로 1 ㎝, 세로 1 ㎝, 및 격자 간격 1 ㎝)을 다르게 하고(날염판 2), 나머지 조건을 동일하게 하여 날염 코팅하였다.
< 실시예 11>
상기 <실시예 5>에서 전도성 코팅을 하고자 하는 격자무늬 크기 및 간격(가로 1 ㎝, 세로 1 ㎝, 및 격자 간격 1 ㎝)을 다르게 하고(날염판 2), 나머지 조건을 동일하게 하여 날염 코팅하였다.
< 실시예 12>
상기 <실시예 6>에서 전도성 코팅을 하고자 하는 격자무늬 크기 및 간격(가로 1 ㎝, 세로 1 ㎝, 및 격자 간격 1 ㎝)을 다르게 하고(날염판 2), 나머지 조건을 동일하게 하여 날염 코팅하였다.
< 실시예 13>
상기 <실시예 1>에서 발열금속을 니켈 대신 크롬을 사용하고, 나머지 조건을 동일하게 하여 날염 코팅하였다.
< 실시예 14>
상기 <실시예 2>에서 발열금속을 니켈 대신 크롬을 사용하고, 나머지 조건을 동일하게 하여 날염 코팅하였다.
< 실시예 15>
상기 <실시예 3>에서 발열금속을 니켈 대신 크롬을 사용하고, 나머지 조건을 동일하게 하여 날염 코팅하였다.
< 실시예 16>
상기 <실시예 1>에서 발열금속을 니켈 대신 크롬을 사용하고, 전도성 코팅을 하고자 하는 격자무늬 크기 및 간격(가로 1 ㎝, 세로 1 ㎝, 및 격자 간격 1 ㎝)을 사용하고(날염판 2), 나머지 조건을 동일하게 하여 날염 코팅하였다.
< 실시예 17>
상기 <실시예 2>에서 발열금속을 니켈 대신 크롬을 사용하고, 전도성 코팅을 하고자 하는 격자무늬 크기 및 간격(가로 1 ㎝, 세로 1 ㎝, 및 격자 간격 1 ㎝)을 사용하고(날염판 2), 나머지 조건을 동일하게 하여 날염 코팅하였다.
< 실시예 18>
상기 <실시예 3>에서 발열금속을 니켈 대신 크롬을 사용하고, 전도성 코팅을 하고자 하는 격자무늬 크기 및 간격(가로 1 ㎝, 세로 1 ㎝, 및 격자 간격 1 ㎝)을 사용하고(날염판 2), 나머지 조건을 동일하게 하여 날염 코팅하였다.
< 실험예 1> 발열성 분석
날염한 원단에서 가로 10 cm, 세로 10 cm로 잘라 발열성을 측정하였다. 구체적으로, 완성된 원단에 직류전원공급장치(GWINSTEK사의 GPS-2303)로 500 mA의 전류를 공급 후 온도가 더이상 변하지 않는 상태에서 열화상카메라(FLIR사의 C2)를 이용하여 온도를 측정하였다(실내 온도 21℃에서 측정).
그 결과, <실시예 1> 내지 <실시예 3>, <실시예 7> 내지 <실시예 9>, 및 <실시예 13> 내지 <실시예 18>에서는 날염한 원단이 우수한 발열성을 가지는 것으로 나타났으며, <실시예 4> 내지 <실시예 6>, 및 <실시예 10> 내지 <실시예 12>에서는 날염한 원단이 상대적으로 낮지만 발열성을 가지는 것으로 나타났다(표 1).
한편, 전류를 1A로 설정하였을 때 100℃ 이상 올라가면서 장시간 사용시 원단이 타는 현상이 발생하였다.
구분 평균 온도(℃)
실시예 1 평균 30.7 (최대 61.1, 최소 23.6) (도 5)
실시예 2 평균 30.5 (최대 61.0)
실시예 3 평균 30.4 (최대 60.8)
실시예 4 평균 27.0 (최대 57.0)
실시예 5 평균 26.8 (최대 56.8)
실시예 6 평균26.8 (최대 56.6)
실시예 7 평균 40.5 (최대 64.5, 최소 24.3) (도 5)
실시예 8 평균 40.0 (최대 64.4)
실시예 9 평균 40.2 (최대 64.2)
실시예 10 평균 36.0 (최대 58.4)
실시예 11 평균 35.7 (최대 58.0)
실시예 12 평균 35.5 (최대 58.0)
실시예 13 평균 30.7 (최대 61.1)
실시예 14 평균 30.5 (최대 61.0)
실시예 15 평균 30.4 (최대 60.8)
실시예 16 평균 40.5 (최대 64.5)
실시예 17 평균 40.4 (최대 64.2)
실시예 18 평균 40.2 (최대 64.0)
< 실험예 2> 신축성 분석(인장 후 발열성 분석)
날염한 원단에서 가로 10cm, 세로 10cm로 잘라 인장실험 후(끊어지기 전) 저항치 변화값을 측정하였다.
신축성 분석을 위한 인장실험은 만능인장시험기(제조사: Test-one, 모델명: TO-101)를 사용하였다. 신장률은 본 발명의 활용범위를 고려하여 보통의 신축성 의류(폴리우레탄 함량이 12% 이하)의 신축성을 기준으로 하여 20% 신장시킨 후, 직류전원공급장치(GWINSTEK사의 GPS-2303)로 500 mA의 전류를 공급 후 온도가 더이상 변하지 않는 상태에서 열화상카메라(FLIR사의 C2)를 이용하여 온도를 측정하였다(실내 온도 21℃에서 측정).
그 결과, 실시예 1> 내지 <실시예 3>, <실시예 7> 내지 <실시예 9>, 및 <실시예 13> 내지 <실시예 18>에서 날염한 원단은 인장 후에도 발열성이 유지되는 것을 확인하였다. 인장 후 발열성이 일부 감소하는 경향을 보이나, 온도 감소가 1~2℃ 내외로 나타났다. 한편, <실시예 4> 내지 <실시예 6>, 및 <실시예 10> 내지 <실시예 12>에서 날염한 원단은 인장 후에 발열성이 상대적으로 많이 감소하는 것으로 나타났다(표 2).
구분 평균 온도(℃)
실시예 1 평균 30.0 (최대 60.0)
실시예 2 평균 29.5 (최대 60.0)
실시예 3 평균 29.4 (최대 59.8)
실시예 4 평균 23.4 (최대 53.6)
실시예 5 평균 23.3 (최대 53.6)
실시예 6 평균 23.5 (최대 53.5)
실시예 7 평균 39.5 (최대 63.5)
실시예 8 평균 39.0 (최대 63.0)
실시예 9 평균 39.0 (최대 63.2)
실시예 10 평균 32.0 (최대 54.0)
실시예 11 평균 31.7 (최대 53.4)
실시예 12 평균 31.5 (최대 53.5)
실시예 13 평균 30.0 (최대 60.0)
실시예 14 평균 29.5 (최대 61.0)
실시예 15 평균 29.5 (최대 60.8)
실시예 16 평균 39.0 (최대 63.5)
실시예 17 평균 39.0 (최대 63.0)
실시예 18 평균 38.8 (최대 62.6)

Claims (10)

  1. 신축성 원단:
    상기 신축성 원단에 발열 잉크를 이용하여 소정 패턴으로 형성된 회로를 포함하며,
    상기 발열 잉크는 발열 금속, 폴리우레탄 수지 및 증점제를 포함하며, 날염 방식으로 상기 신축성 원단에 코팅되는 발열원단.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발열 금속은 크롬 또는 니켈인 것을 특징으로 하는 발열원단.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발열 잉크 100 중량부 중 상기 발열 금속의 함량은 30 내지 50 중량부이고, 상기 폴리우레탄 수지의 함량은 50 내지 70 중량부이며, 상기 증점제의 함량은 0.5 내지 2.0 중량부인 것을 특징으로 하는 발열원단.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 신축성 원단은 우레탄결합을 갖는 분자사슬이 섬유를 구성하는 화학구조의 85% 이상을 점유하는 탄성섬유, PET, PTT 또는 PBT계 잠재권축사가 혼입된 원단, 또는 이수축 성분이 복합방사된 원사가 혼입된 원단, 및 신축성 부직포로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 발열원단.
  5. 발열 금속을 폴리우레탄 수지와 혼합하는 단계(S1);
    증점제를 상기 S1단계에서 제조된 혼합물에 혼합하여 발열 잉크를 제조하는 단계(S2);
    신축성 원단에 상기 발열 잉크로 날염 코팅하는 단계(S3); 및
    상기 날염 코팅된 원단을 건조시키는 단계(S4);를
    포함하는 발열원단 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발열 금속은 크롬 또는 니켈인 것을 특징으로 하는 발열원단 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 발열 잉크 100 중량부 중 상기 발열 금속의 함량은 30 내지 50 중량부이고, 상기 폴리우레탄 수지의 함량은 50 내지 70 중량부이며, 상기 증점제의 함량은 0.5 내지 2.0 중량부인 것을 특징으로 하는 발열원단 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 신축성 원단은 우레탄결합을 갖는 분자사슬이 섬유를 구성하는 화학구조의 85% 이상을 점유하는 탄성섬유, PET, PTT 또는 PBT계 잠재권축사가 혼입된 원단, 또는 이수축 성분이 복합방사된 원사가 혼입된 원단, 및 신축성 부직포로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 발열원단 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 건조는 50 내지 70℃에서 30분 내지 2시간 또는 상온에서 2시간 내지 4시간 동안 건조시키는 것을 특징으로 하는 신축성 고전도 텍스타일 제조방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 코팅은 코팅을 하고자 하는 무늬를 갖는 필름을 원단에 붙인 후 날염 방식으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 신축성 고전도 텍스타일 제조방법.
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