KR20190133815A - 기능성 원단 제조용 조성물, 기능성 원단, 이로부터 제조된 기능성 의복 및 기능성 의복 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기능성 원단 제조용 조성물, 기능성 원단, 이로부터 제조된 기능성 의복 및 기능성 의복 제조방법에 대한 것이다.

Description

기능성 원단 제조용 조성물, 기능성 원단, 이로부터 제조된 기능성 의복 및 기능성 의복 제조방법{A composition for functional fabrics, a functional fabrics, a functional clothing and a manufacturing method using the same}
본 발명은 기능성 원단 제조용 조성물, 기능성 원단, 이로부터 제조된 기능성 의복 및 기능성 의복 제조방법에 대한 것이다.
현재의 제조공정에서는 특정한 작업을 필요로 하는 일정한 공간에 대하여 외부의 분진, 가스, 세균 등 불필요로 하는 모든 영향으로부터 차단하고 최고의 청정도를 유지하기 위한 공간을 필요로 하며, 이를 클린룸(Industrial Clean Room)이라 명칭한다.
클린룸에서의 인적 작업을 위해서는 일반적인 의류가 아닌 기능성 의복이 필수이며, 클린룸 내에서 작업자로부터 발생하는 파티클도 오염의 원인으로 작용한다. 이에 따라, 상기 클린룸 내에서 작업하는 작업자는 방진복과 같은 기능성 의복을 착용한다.
그러나 현재까지 개발된 일반 방진복들을 장시간 착용하는 경우, 땀이나 외부 오염물에 의해 악취 및 세균 발생에 취약하다는 문제점을 갖고 있다.
UPF는 Ultraviolet Protection Factor의 약자로 원단의 자외선 차단 지수를 나타낸다. 클린룸 내 장비에서 발생되는 광선과 자외선을 차단하여 피부를 보호하기 위해, 방진복은 자외선 차단 기능을 필수적으로 갖추어야 하며, UPF 지수가 높을수록 피부 보호기능이 뛰어나다.
한편, 대한민국 등록특허 제10-1569139호는 항균 물질을 포함하는 원단을 사용하여 제조된 마스크를 개시하고 있으나, 소취 및 자외선 차단 기능 효과는 제공하지 못하고 있다는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 등록특허 제10-1569139호
본 발명은 항균, 소취 및 자외선 차단 기능에 있어 우수한 특성을 갖는 기능성 원단 제조용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 불소 화합물(fluorochemicals), 알코올류, 고분자화합물 및 비정질(amorphous) 무기 나노입자를 포함하는 코팅액, 에테르 화합물, 이소프로필 알코올, 트리아진 화합물 및 초순수를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기능성 원단 제조용 조성물을 제공한다.
본 발명은, 상기 기능성 원단 제조용 조성물을 사용하여 제조된 기능성 원단을 제공한다.
본 발명은, 상기 기능성 원단을 사용하여 제조된 기능성 의복을 제공한다.
본 발명은, 상기 기능성 원단 제조용 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는, 기능성 의복 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의한 기능성 원단 제조용 조성물은, 항균, 소취 및 자외선 차단 기능에 있어 매우 우수한 특성을 나타내어, 기능성 원단 및 기능성 의복 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1에는 본 발명에 따른 기능성 원단의 제조방법을 도시하였다.
도 2는 본 발명에 따른 기능성 원단의 항균도를 평가하기 위한 실험 조건 및 결과이다. 도 2에서, 시료 2는 본 발명에 따른 원단 코팅용 조성물을 처리한 실시예의 결과이며, 시료 1은 비교예의 결과이다.
도 3은 본 발명에 따른 기능성 원단의 소취율을 평가하기 위한 실험 조건 및 결과이다. 도 3에서, 시료 1은 본 발명에 따른 원단 코팅용 조성물을 처리한 실시예의 결과이며, 시료 2는 비교예의 결과이다.
도 4는 본 발명에 따른 기능성 원단의 자외선 차단율을 평가하기 위한 실험 조건 및 결과이다. 도 4에서, 시료 2는 본 발명에 따른 원단 코팅용 조성물을 처리한 실시예의 결과이며, 시료 1은 비교예의 결과이다.
본 발명은 기능성 원단 제조용 조성물, 기능성 원단, 이로부터 제조된 기능성 의복 및 기능성 의복 제조방법에 관한 것으로, 항균, 소취 및 자외선 차단 효과를 갖는 기능성 원단 코팅기술에 관한 것이다.
본 발명에서는 불소 화합물(fluorochemicals), 알코올류, 고분자화합물 및 비정질(amorphous) 무기 나노입자를 포함하는 코팅액, 에테르 화합물, 이소프로필 알코올, 트리아진 화합물 및 초순수를 포함하는 원단 코팅용 조성물을 사용하여 원단을 코팅하고 가공하여, 기능성 원단을 제조하였다.
기능성 원단 제조용 조성물을 사용한 원단을 코팅하는 작업은 TENTER(텐타) 작업을 통해 이루어진다.
텐타란 원단을 가공하는 기계 또는 공정의 한 종류로 주 기능은 직물의 폭을 일정하게 고정시켜주는 공정이다. 텐타를 통해 직물의 양쪽 변사부분을 핀이나 클립으로 잡아서 일정한 방향과 폭을 유지하는 동시에 장비 온도를 고온으로 승온하여 고정시키는 작업이다.
이 작업을 통해 기능성 원단 제조용 조성물을 원단에 입히는 디핑(Dipping- 용액속에 담가 표면 피막을 만드는 과정으로 막의 두께나 형상을 제어하기에는 다양한 노하우가 필요하다)과 고온 열처리(약 160℃~180℃ 내외)를 통해, 원단을 가공해 기능성 원단을 제조할 수 있다.
기능성 원단을 가공하는 기능성 원단 제조용 조성물은 기본적으로 인체에 무해하며 원단이나 제품변형이 없는 물질이어야 하며, 가공의 편의성도 가지고 있어야 한다. 원단을 가공하기에 기존 코팅제품처럼 용액으로 이루어져 디핑과 텐타 공정에 적용할 수 있어야 하며, 보관과 이동, 적재 등에 편리하도록 일반 드럼용기에 담을 수 있어야 한다. 또한, 원단 가공 시에 쉽게 희석하여 사용이 가능해야 한다.
이하, 본 발명의 구성을 구체적으로 서술한다.
기능성 원단 제조용 조성물
본 발명에 따른 기능성 원단 제조용 조성물은 불소 화합물(fluorochemicals), 알코올류, 고분자화합물 및 비정질(amorphous) 무기 나노입자를 포함하는 코팅액, 에테르 화합물, 이소프로필 알코올, 트리아진 화합물 및 초순수를 포함하는 것을 특징으로 한다.
코팅액과 초순수는 1:10 내지 10:1의 부피비로 혼합되는 것이 바람직하며, 1:2의 부피비로 혼합되는 것이 더욱 바람직하다. 상기의 부피비 범위를 벗어나는 비율로 혼합할 경우, 착용감과 통기성 등이 저하될 수 있다.
코팅액
본 발명에 따른 코팅액은 불소 화합물(fluorochemicals), 알코올류, 고분자화합물 및 비정질(amorphous) 무기 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 불소 화합물은 적어도 하나 이상의 유기-불소(organo-fluorine) 작용기를 포함하는 것이 바람직하며, 탄소수 2 내지 16의 과불화(perfluorinated) 화합물인 것이 가장 바람직하다. 예를 들어, 상기 불소 화합물은 탄소수 2 내지 16의 지방족 과불화 화합물로, CnF2n+1로 표시될 수 있고, n은 1 이상의 정수인 것이 바람직하며, 4 내지 8의 정수인 것이 가장 바람직하다.
상기 불소 화합물은 코팅액 총 중량 대비 84 중량% 초과로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 알코올(Alcohol)류는 글리콜(Glycol)류인 것이 바람직하며, 트리프로필렌 글리콜(Tripropylene glycol)인 것이 가장 바람직하다.
상기 알코올류는 코팅액 총 중량 대비 6 중량% 미만으로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 고분자화합물은 암모늄염을 포함하는 것이 바람직하며, Dihydroxypropyl PEG-5 Linoleamonium Chloride인 것이 가장 바람직하다.
상기 고분자화합물은 코팅액 총 중량 대비 1.0 내지 5.0 중량%로 포함되는 것이 바람직하다
상기 비정질 무기 나노입자는 다중 입도분포(multimodal size distributions)을 갖는 것이 바람직하며, 이중(bimodal) 입도분포를 갖는 것이 가장 바람직하다.
구체적으로, 상기 비정질 무기 나노입자가 이중 입도분포를 갖는 경우, 제1 입도는 10 nm 내지 20 nm, 제2 입도는 40 nm 내지 50 nm인 것이 바람직하며, 상기 제1 입도는 10 nm, 상기 제2 입도는 40 nm인 것이 가장 바람직하다. 상기 제1 입도와 상기 제2 입도를 갖는 상기 비정질 무기 나노입자는 1:2의 혼합비로 혼합되어 있는 것이 바람직하다.
상기 비정질 무기 나노입자는 규소(Si), 알루미늄(Al), 아연(Zn) 또는 지르코늄(Zr)의 산화물(oxide), 황화물(sulfide), 산수화물(oxyhydrate), 질화물(nitride) 또는 탄화물(carbide)인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 비정질 무기 나노입자는 실리카(silica, SiO2) 나노입자일 수 있다.
상기 비정질 무기 나노입자는 코팅액 총 중량 대비 0.1 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 1.0 내지 5.0 중량%가 더욱 바람직하고, 1.0 내지 2.0 중량%가 가장 바람직하다.
코팅액은 패브릭 프로텍션, 즉, 섬유(원단)에 물, 음식, 오일 등 외부 오염물이 흡수되지 않도록 하는 내구성 옴니 방수제 (Durable Omni Repellant, DOR)로서, 섬유를 둘러싸는 폴리머 코팅을 형성하여 복잡한 보호 매트릭스를 통해 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
코팅액으로서 시판품으로는, UltraTech International, Inc. 사의 에버쉴드(EverShield)를 사용할 수 있다.
코팅액은 기능성 원단 제조용 조성물 총 중량 대비 5 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
에테르 화합물
에테르 화합물은 폴리에틸렌 글리콜 알킬 에테르인 것이 바람직하다.
에테르 화합물은 기능성 원단 제조용 조성물 총 중량 대비 5 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
이소프로필 알코올
이소프로필 알코올은 기능성 원단 제조용 조성물 총 중량 대비 5 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
트리아진 화합물
트리아진 화합물은 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민, 하이드록시메틸 메톡시메틸 유도체인 것이 바람직하다.
트리아진 화합물은 기능성 원단 제조용 조성물 총 중량 대비 5 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
초순수
초순수(또는 정제수)는 일반적인 물에 함유되어 있는 용해된 이온, 고체입자, 미생물, 유기물 및 용해된 기체류 등을 완벽하게 제거하여 제조된 것으로, 반도체와 디스플레이 제조 공정 등에서 세정 과정에서 주로 사용된다.
수중의 전해질, 유기물, 미생물, 부유성 고형물 등의 불순물을 이온교환법, 역삼투압법, 증류법 등의 제거방법을 이용하여 제거한 후 여타의 불순물을 보다 더 완벽히 제거하여 전자, 제약, 화학약품공업, 화력, 원자력 및 기타용도에 맞게 제조된 물을 초순수라 한다.
한편, 물의 전기적 저항 값을 측정하여 이온의 제거 정도를 나타낼 수 있으며, 이 측정으로 '순수', '초순수'를 구분할 수 있다. 초순수의 저항 값은 10 내지 18 메가옴(MΩ)인 것이 바람직하다.
초순수는 기능성 원단 제조용 조성물의 총 중량이 100중량%가 되도록 하는 잔량으로 포함될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 기능성 원단 제조용 조성물의 항균도는 90 % 이상이고, 소취율은 30 내지 50 %이고, 자외선 차단율은 UPF 1,000 이상일 수 있다.
기능성 원단 제조 방법
도 1에 본 발명에 따른 기능성 원단 제조방법을 도시하였다. 본 발명의 기능성 원단 제조 방법은 Tenter Machine Clean 과정, 용액 Mixing 과정, 원단 검수 및 Unrolling 과정, Machine Setting 과정, Machine Tenter Start 과정, 원단 Pad & Dry 처리 과정, 원단 연결 처리 과정, 및 원단 Rerolling 및 검수 과정 등을 거쳐 진행되는 것일 수 있다.
이하, 본 발명을 실시 예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유하고 있다.
실시예 및 비교예
실시예
도 1에 나타낸, 하기 8 단계의 과정으로, 본 발명의 기능성 원단을 제조하였다.
(1)Tenter Machine Clean
Tenter 장비의 Tank, Roller의 각종 오염물을 DI Water(초순수 99.9%, 18MΩ)와 Clean 원단으로 Clean 진행한다.
(2) 용액 Mixing
Tank 내에, 코팅액 30 질량부 및 초순수 55 질량부를 넣어 혼합한 뒤, 에테르 화합물(CAS No. 24938-91-8) 5 질량부, 이소프로필 알코올(CAS No. 67-63-0) 5 질량부 및 트리아진 화합물(CAS No. 85049-87-2) 5 질량부를 첨가하여 5분간 혼합하고, 거품이 사라진 것을 확인한 뒤 사용하였다. 상기 코팅액은 UltraTech International, Inc. 사의 에버쉴드(EverShield) 제품을 사용하였다.
(3) 원단 검수 및 Unrolling
Rolling된 원단을 Unrolling 작업을 하면서 원단 검수 및 중량을 확인한다. 코팅 작업 가능 최대 원단 폭은 1800mm 이다.
(4) Machine Setting
Dry Chamber Temp는 160℃ Machine Speed는 20m/min Pressure는 2.5Psi 로 Setting 진행한다.
(5) Machine Tenter Start
Machine의 Condition Check 후 원단을 Machine에 물려 Mixing된 용액에 Dipping 되도록 Setting 및 20m/min Speed 로 원단을 흘려준다.
(6) 원단 Pad & Dry 처리
용액이 흡수된 원단을 Roller Pressure 2.5Psi로 짜내고 난 뒤 Dry Chamber에 160 ℃ 로 Dry and Cure 처리 진행한다
(7) 원단 연결 처리
Unrolling된 원단의 양끝을 재봉으로 연결 작업 처리하여 Machine이 기능성 코팅 처리를 할 수 있도록 한다.
(8) 원단 Rerolling 및 검수
건조가 완료된 원단을 육안 및 코팅상태, 기능성 확인 후 Rerolling 진행한다.
이상의 8단계의 공정을 통해 기능성 원단에 대한 기능성 코팅작업을 마무리 하게 된다.
비교예
상기 실시예의 (2) 단계에서, 초순수 대신 일반 물을 사용한 것을 제외하고, 실시예와 동일한 방법으로, 비교예의 기능성 원단을 제조하였다.
실험예
(1) 항균도
시험 방법: 고압증기멸균기를 이용하여 103kPa의 증기압력과 120±2℃ 온도를 유지하고 시험편은 0.4g을 채취한다. 시험균은 황색포도상구균, 폐렴간균을 사용하고 생리식염수, 중화용액으로 20min 동안 멸균 처리한다. 시험균은 37±1℃ 에서 24h ~ 48h 동안 배양하여 살균감소율, 정균감소율을 측정한다.
시험 결과: 비교예의 경우 항균도가 낮으나 실시예의 경우 항균도가 높다.
시험 의의: 원단의 경우 항균도가 높을수록 좋은 기능을 가진다.
(2) 소취율
시험 방법: 10cm x 10cm 의 시료를 암모니아 NH3 Gas를 500㎍/mL의 양을 주입하여 시험을 진행한다. 이때 용기의 부피는 1000mL, 온도는 20℃, 습도는 65%를 유지 하여야 한다.
소취율(%) = [(Blank가스농도 - Sample가스농도)/Blank가스농도]X100
시험 결과: 비교예의 경우 소취율의 기능이 떨어지지만 실시예의 경우 소취율이 일반물보다 소취율이 높다.
시험 의의: 원단의 경우 소취율이 높을수록 좋은 기능을 가진다.
(3) 자외선 차단율
시험 방법: 지름이 50mm 크기의 시편으로 분광 광도계를 이용하여 파장 290~400nm을 최소한 매 5nm 파장 단위로 주사하면서 시험편의 자외선(UV-R) 투과율을 측정한다.
시험 결과: 비교예의 경우 자외선차단지수 UPF 가 낮지만 실시예의 경우 UPF 값이 높다.
시험 의의: 원단의 경우 자외선 차단 지수가 높을수록 좋은 기능을 가진다.
시험명 실시예 비교예 기준 SPEC
항균도 황색포도상구균 > 99.9% > 99.9% 99.9%
폐렴간균 > 99.9% 0.0% 99.9%
소취율 30분 32% 28% 30%
60분 40% 36% 40%
90분 48% 44% 45%
120분 54% 52% 50%
자외선 차단율 차단 지수(UPF) 1757.6 756.6 UPF 1,000
차단 등급 50+ 50+ -
자외선-A(315~400nm) 99.8% 99.6% -
자외선-B(290~315nm) 99.9% 99.9% -

Claims (15)

  1. 불소 화합물(fluorochemicals), 알코올류, 고분자화합물 및 비정질(amorphous) 무기 나노입자를 포함하는 코팅액;
    에테르 화합물;
    이소프로필 알코올;
    트리아진 화합물; 및
    초순수를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기능성 원단 제조용 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 에테르 화합물은 폴리에틸렌 글리콜 알킬 에테르인 것을 특징으로 하는 기능성 원단 제조용 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 트리아진 화합물은 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민, 하이드록시메틸 메톡시메틸 유도체인 것을 특징으로 하는 기능성 원단 제조용 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 코팅액과 초순수는 1:10 내지 10:1의 부피비로 혼합되는 것인, 기능성 원단 제조용 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 불소 화합물(fluorochemicals)은 적어도 하나 이상의 유기-불소(organo-fluorine) 작용기를 포함하는 것인, 기능성 원단 제조용 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 불소 화합물(fluorochemicals)은 탄소수 2 내지 16의 지방족 과불화 화합물인 것을 포함하는 기능성 원단 제조용 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 알코올류는 트리프로필렌 글리콜(Tripropylene glycol)인 것을 포함하는 기능성 원단 제조용 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자화합물은 Dihydroxypropyl PEG-5 Linoleamonium Chloride인 것을 포함하는 기능성 원단 제조용 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 비정질 무기 나노입자는 실리카(silica, SiO2) 나노입자인 것을 포함하는 기능성 원단 제조용 조성물.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 비정질 무기 나노입자는 다중 입도분포(multimodal size distributions)를 갖는 것인, 기능성 원단 제조용 조성물.
  11. 청구항 1에 있어서,
    기능성 원단 제조 시, 항균도, 소취율 및 자외선 차단율 중 하나 이상이 개선되도록 하는, 기능성 원단 제조용 조성물.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 항균도는 90 % 이상이고,
    상기 소취율은 30 내지 50 %이고, 및
    상기 자외선 차단율은 UPF 1,000 이상인, 기능성 원단 제조용 조성물.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항의 기능성 원단 제조용 조성물을 사용하여 제조된 기능성 원단.
  14. 청구항 13의 기능성 원단을 사용하여 제조된 기능성 의복.
  15. 청구항 1의 기능성 원단 제조용 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는, 기능성 의복 제조방법.
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