KR20190110296A - 원적외선을 방사하는 섬유원단과 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 원적외선이 방출되는 섬유원단은
이산화 게르마늄 분말을 알칼리 액으로 용해하여 만들어진 ph 9~10의 알카리성 게르마늄 용액이 ph 5~7 정도의 약산성으로 전환되도록 산을 적정량 혼합하고, 용해되지 아니한 고형물을 필터로 여과하여 순수한 약산성 혼합용액을 만드는 제 1공정,
상기 약산성 혼합용액 30~50%에 수용성 바인더액 50~70%의 비율로 혼합한 후 접착성 게르마늄 원액을 완성하는 제2공정,
상기 게르마늄 원액을 3~10%로 하여 40~50℃ 정도의 깨끗한 물에 희석하고, 정전기방지제 3~5%를 혼합하여 게르마늄 혼합 희석액을 완성하는 제3공정,
희석액을 침수, 도포작업으로 내부로 침투시킨 섬유원단을 80~130℃로 설정된 전기히터 열가마를 경유하면서 건조되는 제4공정을 통하여 제조된다.
본 발명으로 제조되는 섬유원단은 원래의 섬유원단과 같은 부드럼움을 유지한다. 기존의 분말형 게르마늄을 사용한 섬유원단과는 달리 요철 돌출이나 코팅피막으로 인한 뻣뻣함이 없이 부드러우며, 0.9이상의 원적외선을 방출한다.

Description

원적외선을 방사하는 섬유원단과 그의 제조방법{Whole fabric radiating far-infrared ray and manufacturing process thereof}

본 발명은 원적외선을 방출하는 섬유제품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 섬유제품을 게르마늄 희석용액에 침지(浸漬)시키거나 게르마늄 희석용액을 섬유원단에 분무한 후에 건조함으로써 침구류, 기능성 속옷을 포함한 각종 섬유제품을 제조하여, 그 섬유제품을 사용할 때 방출되는 원적외선으로 이용자의 면역력을 증대하여 건강증진을 도모할 수 있도록 한 원적외선을 방출하는 섬유원단 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 원적외선을 방출하는 섬유제품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 섬유제품을 게르마늄 희석용액에 침지(浸漬)시키거나 게르마늄 희석용액을 섬유원단에 분무한 후에 건조함으로써 침구류, 기능성 속옷을 포함한 각종 섬유제품을 제조하여, 그 섬유제품을 사용할 때 방출되는 원적외선으로 이용자의 면역력을 증대하여 건강증진을 도모할 수 있도록 한 원적외선을 방출하는 섬유원단 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

배 경 기 술

일반적으로, 원적외선(Far-infrared ray)은 핵자기 공명 분광법(NMR)에 의해 증명되었듯이 4.0~1,000㎛ 사이에 해당되는 전자파로서 신체 내로 용이하게 흡수되며, 신진대사를 촉진시켜 모든 생리작용을 원활하게 해주는 특성이 있는 것으로 알려져 있다.

원적외선의 방사량이 높은 광물질을 원적외선 방사체라 일컫는다. 이와 같은 원적외선 방사체로는 옥, 맥반석, 귀양석, 토르말린 및 이산화 게르마늄 등이 있다.

게르마늄은 인체에 산소를 보충하여 항산화 작용을 하며 체질의 산성화를 막고 세포의 노화도 막아주며,

면역 기능이 활성화되어 암·성인병의 발생과 전이를 사전에 자연적으로 억제하는 등의 효과를 가진다고 알려져 있다

원적외선은 방사(放射)에 의하여 에너지가 전달되기 때문에 에너지효율이 높은데, 오랜 연구결과 인체에 유익한 효능이 있는 것으로 알려지면서 원적외선 방사체는 생활용품, 건축소재, 의료용에 이르기까지 다양한 분야에 걸쳐 사용되고 있다.

원적외선의 주요효능인 온열작용은 각종 질병의 원인이 되는 세균을 없애는데 도움이 되고, 모세혈관을 확장시켜 혈액순환과 세포조직 생성에 도움을 준다. 이로 인하여 원적외선 방사체를 이용한 섬유제품들이 개발되고 있다.

국내 등록특허공보 등록번호 제10-0822719호에는 "원적외선 방사 섬유 및 이를 이용하여 제작된 의복" 이 공개되었다.

그 기술적 구성의 요지는 '섬유원단 상에 원적외선 방사층이 진공 증착 및 스퍼터링을 포함하는 물리 기상 증착법에 의하여 증착되고; 상기 원적외선 방사층은 30 내지 90중량%의 셀레늄, 1 내지 30중량%의 티타늄, 1 내지 30중량%의 게르마늄, 1 내지 30중량%의 맥반석, 1 내지 30중량%의 황토, 1 내지 30중량%의 옥과, 1 내지 30 중량%의 토르말린을 포함하는 것'이다.

이러한 종래기술은 섬유원단의 표면에 원적외선이 방사층이 증착된 형태로 이루어지기 때문에 빈번한 세탁작용에 의하여 원적외선 방사층이 떨어지게 되어 시간의 경과에 따라 원적외선 방사효율이 크게 떨어진다는 문제가 있었다.

한편, 국내 등록특허공보 등록번호 제10-1141149호에는 "항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법" 이 공개되었다.

그 기술적 구성의 요지는 '비스코스레이온, 폴리에스터, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 면, 나이론 및 펄프(Pulp) 중에서 선택된 하나 또는 그 중에서 선택된 2이상 혼합의 섬유 소재를 원료로 하여 실(原絲, FIBER)(원사)을 방사(Spining) 하기 전에, 상기 섬유소재 원료에 항균기능을 갖는 나노입자인 은(Ag), 셀레늄(Se), 아연(Zn) 중에서 하나 또는 2이상 선택한 나노입자와, 원적외선 방사기능을 갖는 나노입자 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 이산화규소(Silica), 티타늄디옥사이드(TiO2), 알루미늄옥사이드 (Al203) 중에서 하나 또는 2이상 선택한 나노 입자를 혼합하여 원사를 방사함으로써 섬유 원단에서 항균 기능과 원적외선 방사기능을 동시에 갖도록 하는 것이다.

이 종래기술은 원사(原絲)를 방사할 때 항균기능을 갖는 은이나 셀레늄 또는 아연의 나노입자와 원적외선 방사기능을 갖는 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 이산화규소(Silica), 티타늄디옥사이드(TiO2), 알루미늄옥사이드(Al2O3)의 나노입자를 혼합하여 방사하는 것이나, 이 경우 항균물질 및 원적외선 방사물질의 입자크기만 나노(nano) 크기로 미세화되었을 뿐 촉감이나 주름, 탄성 등 섬유제품의 내구성과 밀접한 관련이 있는 강도(强度)와 신도(伸度) 및 섬유의 굵기나 길이가 균일한 정도를 나타내는 균제도 등에 부정적인 영향을 가져오는 문제점은 여전히 존재하기 때문에 항균물질이나 원적외선 방사물질의 혼입량이 크게 제한된다는 문제가 있었다.

또한, 국내 등록특허공보 등록번호 제10-0665183호에는 "유용 미생물 천연면직물, 그 제조방법 및 유용 미생물 활성액 배양방법" 이 공개되고, 국내 등록특허공보 등록번호 10-1732276호에는 "원적외선을 방출하는 섬유원단 및 그 제조방법" 이 공개되었다.

이 종래기술들은 '유용 미생물이 배양된 유용 미생물 활성액을 제조한 다음, 그 유용 미생물 활성액에 물과 천연 계면활성제를 첨가하여 유용 미생물 혼합액을 만들고, 상기 유용 미생물 혼합액에 천연 면직물 원단을 다수회 세척·침적한 후 탈수하여 건조하는 것'을 그 기술적 구성의 요지로 하는 것이다.

그러나, 본 발명자로서는 배양된 유용 미생물 혼합액을 이용하여 섬유원단에서 원적외선이 방사되도록 한다는 종래기술의 신뢰성에 큰 의문을 가진다. 섬유원단에 미생물이 생존하도록 한다는 것이 납득되지 않기 때문이다.

국내 등록특허공보 등록특허 10-0567229호에는 "수용성 무기 게르마늄 화합물의 제조방법 및 그를 함유하는 복합비료" 이 공개되었다. 이 종래기술에는 알칼리금속 수산화물의 포화용액에 이산화게르마늄을 첨가 혼합한 다음 과산화수소를 가하여 반응시키는 단계를 포함하여 이루어지는 수용성 게르마늄 화합물의 제조방법이 공개되었다.

이에 따라 제조된 게르마늄 화합물은 수용성이기 때문에 기존의 엽면 살포용 비료와 혼합이 잘되고 안정하므로, 이를 함유하는 복합비료로 처리된 농작물을 섭취함으로서 게르마늄을 효과적이고도 간편하고 안전하게 섭취하는 것이 가능하다고 한다.

특허문헌1: 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0822719호, "원적외선 방사 섬유 및 이를 이용하여 제작된 의복". 특허문헌2: 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1141149호, "항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법". 특허문헌3: 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0665183호, "유용 미생물 천연면직물, 그 제조방법 및 유용 미생물 활성액 배양방법". 특허문헌4: 대한민국 등록특허번호 등록번호 10-1732276 "원적외선을 방출하는 섬유원단 및 그 제조방법" 특허문헌5: 등록특허 10-0567229 "수용성 무기 게르마늄 화합물의 제조방법 및 그를 함유하는 복합비료"

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 섬유원단이 게르마늄 용액에 침지(浸漬) 또는 분무되도록 하여 게르마늄 용액이 함침된 상태에서 건조함으로써 섬유원단 속에서 함침되어 건조된 게르마늄에서 원적외선이 방출되는 섬유원단 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여,

본 발명에 따른 원적외선이 방출되는 섬유원단은

이산화 게르마늄 분말을 알칼리 액으로 용해하여 만들어진 ph 9~10의 알카리성 게르마늄 용액이 ph 5~7 정도의 약산성으로 전환되도록 산을 적정량 혼합하고, 용해되지 아니한 고형물을 필터로 여과하여 순수한 약산성 혼합용액을 만드는 제 1공정,

상기 약산성 혼합용액 30~50%에 수용성 바인더액 50~70%의 비율로 혼합한 후 접착성 게르마늄 원액을 완성하는 제2공정,

상기 게르마늄 원액을 3~10%로 하여 40~50℃ 정도의 깨끗한 물에 희석하고, 정전기방지제 3~5%를 혼합하여 게르마늄 혼합 희석액을 완성하는 제3공정,

희석액을 침수, 도포작업으로 내부로 침투시킨 섬유원단을 80~130℃로 설정된 전기히터 열가마를 경유하면서 건조되는 제4공정을 통하여 제조된다.

본 발명으로 제조되는 섬유원단은 원래의 섬유원단과 같은 부드럼움을 유지한다. 기존의 분말형 게르마늄을 사용한 섬유원단과는 달리 요철 돌출이나 코팅피막으로 인한 뻣뻣함이 없이 부드러우며, 0.9이상의 원적외선을 방출한다. 게르마늄 원적외선은 인체에 혈액순환 개선 및 체온상승을 통해 통증을 완화하고, 암환자들에게 이로운 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 따라 게르마늄 원적외선을 방출하도록 제조되는 섬유원단은 전열을 사용하지 않는 어싱제품 등에 원적외선 복사열로 체온을 상승시켜 더욱 효과적이며 이불, 요, 방석, 침대커버, 베개 커버 등의 침구류는 물론, 커튼 등의 생활용품에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명으로 제조된 섬유원단의 사진.
도 2는 본 발명 섬유원단의 원적외선 방사율에 관한 시험성적서.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 원적외선이 방출되는 섬유원단은

이산화 게르마늄 분말을 알칼리 액으로 용해하여 만들어진 ph 9~10의 알카리성 게르마늄 용액을 ph 6~7 정도의 약산성으로 전환되도록 산을 적정량 혼합하고, 용해되지 아니한 고형물을 필터로 여과하여 순수한 약산성 혼합용액을 만드는 제 1공정,

상기 약산성 혼합용액 30~50%에 수용성 바인더액 50~70%의 비율로 혼합한 후 접착성 게르마늄 원액을 완성하는 제2공정,

상기 게르마늄 원액을 3~10%로 하여 40~50℃ 정도의 깨끗한 물에 희석하고, 정전기방지제 3~5%를 혼합하여 게르마늄 혼합 희석액을 완성하는 제3공정,

희석액을 침수, 도포작업으로 내부로 침투시킨 섬유원단 등의 섬유제품을 80~130℃로 설정된 전기히터 열가마를 경유하면서 건조되는 제4공정을 통하여 제조된다.

제1공정에서는 게르마늄 분말을 알칼리 액으로 용해하여 만들어진 ph 9~10의 알카리성 게르마늄 용액을 ph 5~7 정도의 약산성으로 전환되도록 시트로산 또는 아세트산을 적정량 혼합하고, 용해되지 아니한 고형물을 필터로 여과하여 순수한 약산성 혼합용액을 만든다.

원적외선 방사체 광물질로는 옥, 맥반석, 귀양석, 토르말린 및 이산화 게르마늄 등이 있으며, 이산화 게르마늄은 상온에서 알칼리 액에 용해된다. 이러한 특성을 이용하여 등록특허 10-0567229 "수용성 무기 게르마늄 화합물의 제조방법 및 그를 함유하는 복합비료" 가 공개된 바가 있으며, 시중에서는 게르마늄 분말을 알칼리 액으로 용해하여 만들어진 ph 9~10의 강알칼리성 게르마늄 용액이 유통되고 있다.

제1공정에서 이러한 강알칼리성 게르마늄 용액을 약산성으로 전환한다. 강알칼리성 게르마늄 용액은 접촉되는 인체부위가 크게 상할 정도로 작업자가 그대로 사용하기에 위험하기 때문이다. 이러한 게르마늄 용액을 중화시켜서 섬유원단을 만드는 작업자의 안전을 도모하기 위한 것이다. 섬유원단은 알칼리 액에는 약하여 그 재질이 손쉽게 상하는 반면에 약산성에는 그 재질이 보호되는 특성으로 가진다. 이러한 이유로 제1공정에서 강알칼리성 게르마늄 용액을 약산성 혼합용액으로 전환하는 것이다.

산은 시트로산 또는 아세트산 등과 같이 인체에 유해하지 아니한 유기산을 사용하는 것이 바람직하다. 용해되지 아니한 고형물을 필터로 여과하는 것은 혼합용액에서 이물질을 제거하여 섬유제품에 용해된 게르마늄 성분이 균일하게 침투되도록 하기 위한 것이다.

제2공정에서는 상기 약산성 혼합용액 30~50%에 수용성 바인더 액 50~70%의 비율로 혼합하여 접착성 게르마늄 혼합원액을 완성한다.

제1공정에서 제조된 약산성 혼합용액은 접착력이 없어 섬유원단 속으로 침투된 후에 섬유에 일체로 부착되기 어려울 뿐 아니라 부착된다고 하여도 내구성을 유지하기 어렵다. 이에 접착성능을 부여하기 위하여 수용성 섬유용 바인더 액을 혼합하는 것이다. 그 비율은 약산성 혼합용액 30~50%에 수용성 바인더 액 50~70%가 적절하다. 수용성 바인더는 아크릴계가 주로 사용된다. 구체적인 혼합비율은 원단의 종류와 두께에 따라서 정해지는 것이다.

위와 같이 생산된 접착성 게르마늄 혼합원액은 상온에서 보관한다. 동절기 야외보관, 냉장, 또는 냉동실에 보관하면 점성이 떨어지는 문제가 생긴다.

제3공정에서 상기 접착성 게르마늄 혼합원액을 3~10%로 하여 40~50℃ 정도의 깨끗한 물에 희석한 희석액에 정전기 방지제 3~5%를 혼합하여 섬유원단에 분사 또는 침적한다.

상기 접착성 게르마늄 혼합원액은 40~50℃ 정도의 깨끗한 물에 희석한 희석액으로 사용되고, 그 희석액은 무색 무취로서 섬유원단에 침적 또는 분사하는 것이 가능하며, 작업성을 증진하는 데 도움이 된다. 이 때의 물의 온도를 40~50℃로 유지하는 것은 접착성 게르마늄 혼합원액이 깨끗한 물에 균일하게 희석되는 데 도움이 되기 때문이다. 적절한 희석비율은 깨끗한 물에 대한 게르마늄 혼합원액 3~10%이다.

면직물과 모달, 샤틴, 트월직등 40수와 60수에는 3~4%의 농도로 하여도 두께가 얇아 만족한 게르마늄의 흡착률을 보였다. 카시미론, 담요와 같이 두께가 두꺼운 직물에는 흡수율 때문에 희석액도 많이 필요하고 전체적인 흡착률도 떨어져 2차 재가공 하는 것보다는 8~10%정도 농도를 진하게 한 후 순수 물로 희석해 1회에 충분히 흡착 되도록 하는 방법이 재작업보다 효율적이며 방사률도 우수하다. 위와 같이 원단의 종류, 두께에 따라 농도를 다르게 사용하여도 무관하며 원적외선 방사율은 농도를 더 진하게 하여도 최대치 이상 더 크게 방사치가 개선되지 않았으며 더 이상은 자원의 낭비이며 비효율적이다

희석액에 정전기 방지제 3~5%를 첨가하는 것은 바로 섬유원단에 침투된 게르마늄 성분으로 인해 발생되는 정전기를 제거하기 위한 것이다. 정전기 방지제는 섬유원단의 종류에 따라서 구체적인 성분이 다른 여러 종류의 제품들이 시중에서 대전방지제 라는 명칭으로 유통되고 있다. 이러한 대전방지제를 희석액에 첨가하는 이유는 섬유원단의 종류에 따라서 정전기 방지제의 종류가 달라지기 때문이다.

제4공정은 제3공정을 통하여 희석액이 그 내부로 침투된 섬유원단 등의 섬유제품을 80~130℃로 설정된 전기히터 열가마를 경유시켜서 건조하는 것이다.

섬유제품을 80~130℃로 설정된 전기히터 열가마를 경유시켜서 건조하는 것은 희석액에서 물성분이 신속하게 증발하면서 게르마늄 성분이 섬유용 바인더를 통해 섬유 원단 속에 깊숙이 침투한 상태에서 견고히 고착되도록 하는 데 도움이 된다.

실시예

제1공정과 제2공정을 통해서 얻어진 접착성 게르마늄 혼합원액을 5%로 하여 50℃의 깨끗한 물에 희석한 희석액에 정전기 방지제 4%를 혼합하여 면 원단에 분사한 후 90℃로 설정된 전기히터 열가마를 경유하여 게르마늄이 함침된 도1과 같은 면 원단을 얻었다.

이 면 원단을 시험기관에 의뢰하여 도2와 같은 원적외선 방사율에 관한 시험성적서를 얻었다.

이 면원단은 원래의 면원단과 같은 부드럼움을 유지한다. 기존의 분말형 게르마늄을 사용한 것과는 달리 요철 돌출이나 코팅피막으로 인한 뻣뻣함이 없이 부드러우며, 방사에너지(W/㎡?㎛, 45℃) 0.9 이상의 원적외선을 방출한다.

게르마늄 원적외선은 인체에 혈액순환 개선 및 체온상승을 통해 통증을 완화하고, 암환자들에게 이로운 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 따라 게르마늄 원적외선을 방출하도록 제조되는 섬유원단은 전열을 사용하지 않는 어싱제품 등에 원적외선 복사열로 체온을 상승시켜 더욱 효과적이며 이불, 요, 매트, 침대커버, 패드, 베개 등의 침구류는 물론, 커튼 등의 생활용품에 적용될 수 있다.

Claims (2)

1. 이산화 게르마늄 분말을 알칼리 액으로 용해하여 만들어진 ph 9~10의 알카리성 게르마늄 용액이 ph 5~7 정도의 약산성으로 전환되도록 산을 적정량 혼합하고, 용해되지 아니한 고형물을 필터로 여과하여 순수한 약산성 혼합용액을 만드는 제 1공정,
상기 약산성 혼합용액 30~50%에 수용성 바인더액 50~70%의 비율로 혼합한 후 접착성 게르마늄 원액을 완성하는 제2공정,
상기 접착성 게르마늄 원액을 3~10%로 하여 40~50℃ 정도의 깨끗한 물에 희석하고, 정전기방지제 3~5%를 혼합하여 게르마늄 혼합 희석액을 완성하는 제3공정,
제3공정을 통해 게르마늄 혼합 희석액을 침수, 도포작업으로 내부로 침투시킨 섬유원단을 80~130℃로 설정된 전기히터 열가마를 경유하면서 건조되는 제4공정을 통하여 원적외선이 방출되는 섬유원단을 제조하는 방법.

1. 이산화 게르마늄 분말을 알칼리 액으로 용해하여 만들어진 ph 9~10의 알카리성 게르마늄 용액이 ph 5~7 정도의 약산성으로 전환되도록 산을 적정량 혼합하고, 용해되지 아니한 고형물을 필터로 여과하여 순수한 약산성 혼합용액을 만드는 제 1공정,
상기 약산성 혼합용액 30~50%에 수용성 바인더액 50~70%의 비율로 혼합한 후 접착성 게르마늄 원액을 완성하는 제2공정,
상기 접착성 게르마늄 원액을 3~10%로 하여 40~50℃ 정도의 깨끗한 물에 희석하고, 정전기방지제 3~5%를 혼합하여 게르마늄 혼합 희석액을 완성하는 제3공정,
희석액을 침수, 도포작업으로 내부로 침투시킨 섬유원단 등의 섬유제품을 80~130℃로 설정된 전기히터 열가마를 경유하면서 건조되는 제4공정을 통하여 제조되는 원적외선이 방출되는 섬유원단.

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