KR20230119066A

KR20230119066A - 온열챔버용 근적외선 투과 의류

Info

Publication number: KR20230119066A
Application number: KR1020220015170A
Authority: KR
Inventors: 강종옥; 강민경
Original assignee: 주식회사 보종 글로벌 헬스케어
Priority date: 2022-02-06
Filing date: 2022-02-06
Publication date: 2023-08-16
Also published as: KR102605948B1

Abstract

본 발명의 온열챔버용 근적외선 투과 의류는 피복의 가장 내측에는 나노부직포와; 상기 나노부직포 위에 SnO₂Nd; 상기 SnO₂Nd 박막 위에 AZO 박막, 상기 AZO 박막 위에 알루미나 나노탄소섬유, 상기 알루미나 나노탄소섬유 위에 실리콘 박막, 상기 실리콘 박막 위에 반사방지막(MgF2)을 차례로 적층하는 것을 특징으로 한다.
상기 나노부직포가 인체의 피부에 접하도록 형성하고, 상기 반사방지막(MgF2)은 피복의 외측에 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 온열챔버용 근적외선 투과 의류는 항균활성을 가지며, 열전도율이 높고, 내열성이 우수하며, 내화학성 그리고 내부식성이 우수하고, 경량성이 우수한 효과가 있다.

Description

온열챔버용 근적외선 투과 의류{Infrared light transmission clothing for heating chamber}

본 발명은 온열챔버용 근적외선 투과 의류에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 ,근적외선 파장 중에 인체의 피부 가장 깊숙이 투과되어 들어가 체온을 상승시키는 근적외선 파장 대역(1000nm ~ 2100nm)에서 근적외선은 잘 투과시키고, 다른 파장은 잘 투과하지 못하도록 방지하는 기술이다.

다른 파장을 투과시킬 경우 피부 깊숙이 투과하지 못하는 파장에 의하여 체온이 가온되므로 온열챔버의 이용효과가 저하되는 문제점이 발생하게 된다.

사람의 정상 체온은 36.5℃이고, 내부 장기가 있는 몸속 체온은 37℃ 전후가 좋다. 피부 표면 온도는 34~35℃ 정도로 심부 체온보다 다소 낮은 편이다. 우리 몸은 심부 체온의 영향을 많이 받는다. 심부 체온이 0.5~1℃만 높아지거나 낮아져도, 에너지를 방출하고 전환하고 저장하는 활동에 영향을 받는다.

심부 체온이 1℃ 올라가면 기초 대사율은 15% 상승한다고 알려져 있다. 반대로 체온이 내려가면 혈액순환이 제대로 되지 않아 혈액이 운반하는 산소나 영양소, 면역 물질이 신체 곳곳에 제대로 운반되지 않기 때문에 체내 균형이 깨지고, 각종 질병에 노출되기 쉽다. 이처럼 심부 체온은 우리 몸에서 체온을 조절해 면역력을 키우는 중요한 역할을 하고 있다. 특히 암 환자들이 일반인보다 체온이 낮은 경우가 많은데, 이는 암 세포가 차가운 환경을 좋아해 몸을 더 차게 만들기 때문이다. 암세포가 열에 약하고, 열을 싫어한다는 것은 잘 알려진 사실이다.

가시광선 영역은 380nm(보라)~780nm(빨강)이며, 적외선은 가시광선의 적색보다 강한 열작용을 하는 전자파로서 0.78㎛∼1mm를 적외선 영역을 구분하고 있다. 780nm∼3000nm를 근적외선이라 한다. 이러한 적외선은 자연상태에서 태양광선에 의해 많은 양이 지구상에 방사되고 있다. 상온에서도 미량이나마 물질 간에 방사되고 있다. 근적외선은 물체의 깊숙한 곳까지 투시가 가능하며, 물체를 구성하고 있는 분자를 진동시켜 생체활동을 촉진하게 한다. 즉, 근적외선은 생체 흡수도가 좋아 침투하게 되면, 공명 공진 작용과 함께 미세혈관 확장 등에 효과가 있으며, 생체의 생리 에너지로써 이용되어 생체의 성장, 생식 및 건강상태의 유지에 중요한 요인을 차지하고 있다.

근적외선은 피부의 0.5mm까지 침투하는 원적외선보다 12배정도 깊숙한 6mm까지 침투하여 피부 세포를 활성화시킴으로써 피부를 이루는 성분인 콜라겐과 엘라스틴의 생성을 촉진시켜 피부노화를 방지하게 된다.

본 발명의 배경기술로, 대한민국 등록특허공보 제10-2334478호 "광증발 및 광소결 조건을 제어하여 우수한 광특성을 가지는 열변색층을 포함하는 광학 적층체의 제조 방법"(이하, "종래기술 1"이라 한다)은 산화 바나듐 입자를 포함하는 열변색층을 포함하고, 상기 열변색층과 기재의 접착강도는 50N/m 이상이며, 상기 열변색층은 특정한 공극의 면적율을 갖도록 제어된 광학 적층체이고, 상기 적층체는 우수한 가시광 투과율 및 적외선 투과율을 가지는 것에 관한 기술이다.

그러나 종래기술1은 가시광까지 투과를 시킴으로서 본 발명에서 이루고자 하는 근적외선만 투과를 시키는 것을 목적으로 하는 것과는 거리가 먼 기술이다.

또한 대한민국 등록특허공보 제10-1964165호"혈액순환과 항균특성을 갖는 부직포 제조방법" (이하, "종래기술 2" 라 한다)는 혈액순환과 항균특성을 갖는 부직포 제조방법에 관한 것이다. 종래기술 2는 의류용은 물론 의료용, 산업용까지 광범위적으로 활용되고 있는 부직포를 산화아연과 페그마타이트 분말이 함유된 전기방사액을 방사하여 제조함으로써 특히 항균성과 혈액순환 촉진기능을 강화하고, 이에 더하여 발수특성과 소취 기능도 구현할 수 있어 이를 통해 인체 건강증진에 기여할 수 있도록 개선된 혈액순환과 항균특성을 갖는 부직포 제조방법에 관한 것이다.

그러나 종래기술2는 원적외선을 방사하는 기술이 기재되어 있을 뿐 본 발명에서 이루고자 하는 근적외선만 투과를 시키는 것과는 거리가 먼 기술이다.

(0001) 대한민국 등록특허공보 제10-2334478호 (0002) 대한민국 등록특허공보 제10-1964165호

본 발명의 목적은 온열치료기 챔버 내에서 파장대역 1000nm~2100nm에서 근적외성을 투과시키는 온열챔버용 근적외선 투과 의류를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 항균활성을 가지며, 열전도율이 높고, 내열성이 우수하며, 내화학성 그리고 내부식성이 우수하고, 경량성이 우수한 온열챔버용 근적외선 투과 의류를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 온열챔버용 근적외선 투과 의류는 피복의 가장 내측에는 나노부직포, 상기 나노부직포 위에 SnO₂Nd 박막, 상기 SnO₂Nd 박막 위에 AZO 박막, 상기 AZO 박막 위에 알루미나 나노탄소섬유, 상기 알루미나 나노탄소섬유 위에 실리콘 박막, 상기 실리콘 박막 위에 반사방지막을 차례로 적층하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 온열챔버용 근적외선 투과 의류에서 상기 나노부직포는 텅스텐 전구체((NH4)₆[H₂W₁₂O₄₀]·nH₂O)와 세슘 전구체(Cs₂CO₃)와, 전구체 혼합용액의 섬유상 방사조건에 유리한 폴리비닐피롤리돈(PVP, C₆H₉NO)n)을 고분자로 선정하고, 용매로서 H₂O를 사용하여 PVP의 농도에 따른 전기방사로 나노와이어를 형성하며;

제조된 상기 나노와이어를 알루미나 도가니에 담아 소성로를 이용하여 3시간 동안 소성을 하고, Air 분위기하에서 600℃에서 열처리하며; 상기 제조된 나노와이어 위에 나노와이어 분산액과 UV 경화형 수지인 하드코팅제를 몰(mol)비로, 73.1 : 26.9로 혼합한 혼합물을 4㎛의 두께로 코팅하고; 80℃의 열풍건조기로 2분간 건조하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 온열챔버용 근적외선 투과 의류에서 상기 ZnONd 박막의 두께는 590㎚이고; 상기 AZO 박막의 두께는 600㎚이고; 상기 알루미나 나노탄소섬유의 두께는 150~600㎚이고, 상기 SiO₂ 박막의 두께는 50μm이고, 상기 반사방지막(MgF2)의 두께는 80nm인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 온열챔버용 근적외선 투과 의류는 상기 나노부직포가 인체의 피부에 접하도록 형성하고, 상기 반사방지막(MgF2)은 피복의 외측에 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 온열챔버용 근적외선 투과 의류는 온열치료기 챔버 내에서 파장 1000nm~2100nm의 근적외선을 잘 투과시키는 효과가 있다.

본 발명의 근적외선 투과 의류는 1000nm~2100nm의 파장에서 근적외선을 잘 투과시키고고, 그 이외의 파장은 투과를 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 온열챔버용 근적외선 투과 의류는 항균활성을 가지며, 열전도율이 높고, 내열성이 우수하며, 내화학성 그리고 내부식성이 우수하고, 경량성이 우수한 효과가 있다.

도 1은 전체적인 개략도이다.
도 2는 나노부직포의 근적외선 투과도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 ZnO 박막, ZnONd 박막, SnO₂ 박막, SnO₂Nd 박막 근적외선 투과도 를 나타내는 그래프이다.
도 4는 (a) SnO₂:Nd, (b) SnO₂의 SEM 사진이다.
도 5는 AZO의 증착온도에 따른 근적외선 투과도를 나타낸 그래프다.
도 6은 AZO의 증착온도에 따른 에너지 밴드갭을 나타낸 그래프다.
도 7은 알루미나 나노탄소섬유의 근적외선 투과도를 나타낸 그래프다.
도 8은 알루미나 나노탄소섬유 단면 표면사진이다.
도 9는 실리콘 박막의 근적외선 투과도를 나타낸 그래프다.
도 10은 MgF₂의 SEM 사진이다.
도 11은 본 발명에 따른 의류의 근적외선 투과도를 나타낸 그래프다.

이하, 설명에서는 본 발명의 내용을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 공지된 기술에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 전체적인 개략도이고, 도 2는 나노부직포의 근적외선 투과도를 나타낸 그래프이다. 도 3은 ZnO 박막, ZnONd 박막, SnO₂ 박막, SnO₂Nd 박막 근적외선 투과도를 나타낸 그래프이고, 도 4는 (a) SnO₂:Nd, (b) SnO₂의 SEM 사진이다.

도 5는 AZO의 증착온도에 따른 근적외선 투과도를 나타낸 그래프이고, 도 6은 AZO의 증착온도에 따른 에너지 밴드갭을 나타낸 그래프다. 도 7은 알루미나 나노탄소섬유의 근적외선 투과도를 나타낸 그래프이고, 도 8은 알루미나 나노탄소섬유 단면 표면사진이다. 도 9는 실리콘 박막의 근적외선 투과도를 나타낸 그래프다.

도 10은 MgF₂의 SEM 사진이고, 도 11은 본 발명에 따른 의류의 근적외선 투과도를 나타낸 그래프다.

인체의 피부는 각질/표피, 진피, 피하지방, 근육으로 이루어져 있으며, 4mm 이상의 깊이부터 피하지방이라고 하며, 피하지방 층의 두께는 약 2mm이다.

본 발명에서는 이 피하지방 층, 특히 5mm 이상 깊게 가열함으로서 가장 효과적으로 짧은 시간에 가온(加溫)함으로서 환자의 피로도를 낮추고, 온열챔버의 사용 회전율을 향상시킬 수 있게 된다. 본 발명의 실시예에서 사용하는 1050nm ~ 1350nm의 근적외선 파장은 피부깊이 5mm 지점이상을 투과하여 인체를 가온하게 된다.

근적외선은 피부를 최고 약6mm까지 투과한다. 원적외선이 피부 각질에서 거의 대부분 흡수되어 더 이상 투과되지 않은 것에 비하여 근적외선은 피부 깊숙이 투과된다. 암과 같은 종양이 있을 경우 가장 깊숙이 투과되도록 하기 위하여 파장을 조절할 필요가 있으며, 피부깊이 5mm 이상 투과되는 근적외선영역은 1050nm ~ 1350nm이다. 영역 사이에 있는 파장이 가장 효율적으로 피부에 깊숙이 들어가 신체 온열 작용을 일으키게 된다.

따라서 본 발명의 실시예에서는 파장 대역 1050nm ~ 1350nm에서 근적외선이 잘 투과하는 의류을 제공하고자 하는 것이다. 본 발명에서 사용하는 "의류"는 일반적으로 "옷" 또는 "피복"을 의미하고, 편의상 "의류"라고 통칭한다.

조명 장치의 용도에 따라 빛 치료용의 보조 광원으로 추가 되어 장치에 구성 될 수 있는 광 치료용으로는 광을 피부 깊숙이 전달하고, 세포의 성장촉진, 근육이완 상처치료에 도움을 줄 수 있다.

적외선은 파장에 의해, 근적외선, 중적외선, 원적외선으로 구분된다.

각각의 파장구분은 학회나 협회에 의해 약간씩 다르지만, ISO 20473에서는 다음과 [표 1]과 같이 구분하고 있다.

지정	약어	파장
근적외선	NIR	780~3000nm
중적외선	MIR	3~50μm
원적외선	FIR	50~1000μm

근적외선은 파장이 약 780-3000nm의 전자파에서, 빨간색의 가시광선에 가까운 파장을 가진다. 성질도 가시광선에 가까운 특성을 가진다.

근적외선은 원적외선보다 파장이 매우 짧은 빛으로 침투력은 원적외선보다 10배 이상 깊다, 중적외선은, 파장이 약 3~50μm의 전자파에서, 근적외선의 일부로서 분류된다. 파장이 긴 원적외선의 경우 피부 표면으로부터 0.2mm 이내의 지점에서 감쇠 되어 에너지가 0이 된다. 피부 표면으로부터 0.2mm 이내는 피부의 각질에 해당한다.

종래에는 온열챔버 내에 사용자가 옷(의류)을 입고 들어가면 근적외선이 피복을 투과할 수 없기 때문에 온열챔버 내에 들어갈 때에 옷을 전혀 입지 않고 들어가야 한다. 옷을 입지 않은 상태로 들어가기 때문에 사람에 따라서 심적인 부담이 크고, 또한, 온열챔버 내의 온도가 높아 땀을 분비하게 되는데, 땀 분비물이 온열챔버 바닥에 흐르고, 신체가 미끌미끌 해 질 뿐 아니라, 온열챔버 사용자가 사용을 마친 후 다음 사용자가 들어갈 때 청소하기에 많은 시간이 소요되고, 오염의 문제도 발생하게 된다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 근적외선을 잘 투과하는 의류(옷)를 제공하는데 있다.

이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 전체적인 개략도를 나타낸다.

본 발명의 실실시예 근적외선을 잘 투과시키는 의류를 제공하는데 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 근적외선을 잘 투과시키는 의류는 피복의 가장 내측에는 나노부직포(10), 상기 나노부직포(10) 위에 SnO₂Nd(20), 상기 SnO₂Nd(20) 위에 AZO(30), 상기 AZO(30) 위에 알루미나 나노탄소섬유(40), 상기 알루미나 나노탄소섬유(40) 위에 실리콘 박막(50), 상기 실리콘 박막(50) 위에 반사방지막(MgF2)(60)을 포함하여 구성된다.

본 발명은 나노부직포(10) - SnO₂Nd(20) - AZO(30) - 알루미나 나노탄소섬유(40) - SiO₂ 박막(50) - 반사방지막(MgF2)(60)을 차례로 적층하여 근적외선을 투과시키는 의류를 구성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 각 적층 박막에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 나노부직포의 적외선 투과도를 나타낸 그래프다.

나노부직포 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

텅스텐과 세슘을 전구체로 사용하고, 착화제로서 시트릭산을 사용한다.

몰비는 텅스텐(n(W)) : 세슘(n(Cs)) : 시트릭산(n(CA)의 몰(mol)비를 1 : 0.33 : 0.33으로 출발원료로 하여, 나노와이어를 형성한다.

텅스텐 전구체((NH4)₆[H₂W₁₂O₄₀]·nH₂O)와 세슘 전구체(Cs₂CO₃)와, 전구체 혼합용액의 섬유상 방사조건에 유리한 폴리비닐피롤리돈(PVP, C₆H₉NO)n)을 고분자로 선정하고, 용매로서 H₂O를 사용하여 PVP의 농도에 따른 전기방사로 나노와이어를 형성한다.

전기방사 공정시, 나노와이어 형성의 변수 인자 제어는 다음과 같다.

· 용액 공급 주입 속도 : 0.005 ml/min (0.3 ml/h)

· 노즐 팁과 포집부(컬렉터)와의 거리(TCD) : 10 cm· Feed량 : 0.005ml/min

· PVP의 함량 : 1.51g 인가전압 : 12~24kV H2O: 20g

제조된 나노와이어를 알루미나 도가니에 담아 소성로를 이용하여 3시간 동안 소성을 하고, Air 분위기하에서 600℃에서 열처리한다. SEM 분석한 결과, 소성 후 나노와이어 형상을 띄고 있었고, 소성온도가 증가할 경우, 와이어의 길이가 짧아지는 경향을 나타낸다.

Air 분위기에서 소성하면 노란색을 띄게 되고, N₂ 분위기에서 소성하면, 짙은 청색을 띈다. 짙은 청색은 적외선을 차단하는 특성이 있으므로 N₂ 분위기에서 하지 않는 것이 바람직하다.

상기에서 제조된 나노와이어의 분산시간에 따른 나노와이어분산액의 분산성을 확인하기 위하여 48시간 동안 분산을 실시한 결과 평균 입경이 약 34nm로 응집된 입자의 분산이 일어났다. 분산제로서 아민가 4 mgKOH/g를 사용하고, 분산용매는 MEK(Methyl Ethyl Ketone)를 사용한다.

나노와이어 : 분산제 : 분산용매(MEK) 몰(mol)비 비율은 20 : 2 : 78 비율로 한다.

다음에, UV 경화형 수지인 하드코팅제의 제조를 위하여, 상용품 모노머와 올리고머를 선정하여 하드코팅제를 제조한다.

UV 경화형 하드코팅제는 아크릴레이트 올리고머와 모노머, 용제 및 첨가제로 구성된다. 즉 ,UA-664(Urethane acrylate(ali)), HDODA(1,6-Hexanediol diacrylate), TMPTA(Trimethylolpropane triacrylate), TPGDA(Tripropylene glycol diacrylate) 모노머와, 광개시제(2,2-dimethoxy2-phenylacetophenone(DMPA))를 비이커에 투입하여, 혼합기로 1시간 교반하여 제조한다. 몰(mol)비로서 각각의 혼합비율은 다음과 같다.

UA-664 : HDODA : TMPTA : TPGDA : 광개시제는 35 : 23 : 20 : 17 : 5의 비율로 한다. 이와 같이 하여, UV 경화형 수지를 제조한다.

이후, 상기 UV 경화형 수지를 사용하고, 용제는 MEK(Methyl Ethyl Ketone)와 PGME(Propylene glycol monomethyl ether)를 사용하며, 레벨링제로서 반응성 불소계 계면활성제를 적용한다. 몰(mol)로서 혼합비는 다음과 같다.

UV 경화형 수지 : MEK : PGME : 계면활성제 = 53.5 : 26 : 20 : 0.5의 비율로 한다

상기에서 제조된 나노와이어 분산액과, 상기에서 제조된 하드코팅제를 혼합한다. 제조된 나노와이어분산액과 하드코팅제의 몰(mol)로서 혼합비율을 73.1 : 26.9로 최적화하여, 적외선 투과율 70% 이상을 동시에 만족하면서 경도와 내스크래치성, 내광성이 우수한 코팅제를 제조한다.

두께를 약 4㎛ 정도로 조정하여 코팅하고, 80℃의 열풍건조기를 사용하여 2분간 건조한다.

건조된 시편을 80W 고압수은램프가 장착된 UV 경화장치에 통과시켜 경화하여 내스크래치성, 적외선 투과율, 부착성 등의 물성을 높여 마무리 한다.

이와 같이 제조된 나노부직포의 적외선 투과도를 도 2에 그래프로 나타냈다.

도 2에 따르면, 약300nm 이상의 파장에서 투과를 시작하고, 약1600nm 파장에서 70% 이하로 떨어지다가 다시 상승하여, 약 2350nm 파장에서부터 전체적으로 투과도가 급격히 감소한다는 것을 알 수 있다.

도 3은 ZnO 박막, ZnONd 박막, SnO₂ 박막, SnO₂Nd 박막의 근적외선 투과도를 나타낸 그래프다.

ZnO 박막은 스퍼터링 방법으로서 ZnO 타겟을 이용하여 증착한다.

도 3의 근적외선 투과도는 (i) ZnO 박막과, (ii) ZnO에 Nd 1.6%를 도핑한 ZnONd 박막과, (ⅲ) SnO₂ 박막과, (ⅳ) SnO₂에 Nd 1.6%를 도핑한 SnO₂Nd 박막의 투과도를 비교한 것이다.

즉, ZnO 박막, ZnONd 박막, SnO₂ 박막, SnO₂Nd 박막의 투과도를 비교한 것이다. SnO2 박막은 RT(Room Temperature)에서는 Nd가 잘 도핑되지 않으므로 300℃에서 증착한다. 이외에는 RT에서 스퍼터 시스템을 이용하여 증착해도 된다.

파장 1250nm에서 ZnONd 박막이 투과율이 가장 높고, 다음으로 ZnO 박막, 다음으로 SnO₂ 박막, 그 다음으로 SnO₂Nd 박막이다.

전반적으로 ZnO 박막에 Nd를 도핑한 ZnONd 박막이 도핑을 하지 않은 ZnO박막보다 조금 더 투과율이 높으므로 도핑을 하는 것이 바람직하다.

도 4 (a) ZnONd, (b) ZnO의 SEM 사진이다.

SEM 분석 장비를 사용하여 박막의 단면과 표면을 분석한 결과 박막의 두께는 150℃일 때 610nm, 250℃일 때 590nm, 350℃일 때 600nm 증착되었다. ZnONd와 ZnO의 큰 차이가 없으나 ZnO 보다 Nd 도핑된 ZnONd가 좀 더 입자가 작게 증착되었다.

ZnONd 증착온도는 가장 얇게 증착되는 250℃로 하는 것이 가장 바람직하다.

도 5 AZO의 증착온도에 따른 투과도를 나타낸 그래피이고, 도 6은 AZO의 증착온도에 따른 에너지 밴드갭을 나타낸 그래프이다..

도 5 온도에 따른 투과도를 보면, 분석 결과 온도가 올라갈수록 투과도가 상승하는 것으로 나타났다.

스파터링 방법을 이용하여 증착온도를 150~350℃로 변화시키며 ZnO에 Al을 도핑한 AZO 박막을 증착하였다.

증착된 두께는 250℃일 때 590nm로, 350℃일 때 600nm보다 더 얇게 증착되어 250℃로 증착할 때 가장 투과율이 좋을 것 같지만, 투과율은 350℃일 때 가장 높게 나타났다.

350℃일 때 투과율이 높게 나타난 것은 에너지 밴드갭의 경우 Al이 더 많이 Zn²⁺로 치환되면서 페르미 레벨이 상승하면서 에너지 밴드갭이 상승하게 된 것이다.

또한, 상기의 스파터링은 RF를 이용한 증착으로, RF 전력을 이용하여 증착한 것이 DC 전력을 사용하여 증착한 경우 더 투과율이 더 높게 나타나므로 RF 전력을 이용하여 증착한 것이 더 바람직하다. 투과율은 파장 780nm 이상 범위에서 85% 이상의 투과도를 나타낸다.

따라서 본 발명에서는 RF 전력을 이용하여 350℃에서 증착하는 것으로 한다.

도 7은 알루미나 나노탄소섬유의 근적외선 투과도를 나타낸 그래프이고, 도 8은 알루미나 나노탄소섬유 단면 표면사진이다.

알루미나 나노탄소섬유 산화물의 나노구조 형성을 위한 최적조건으로는 75wt%의 피로인산(pyrophosphoric acid)에서 20℃의 온도, 30V의 인가전압으로 형성한다. 산화알루미늄(Al₂O₃)은 항균활성을 가지며 수산화물이 물과 반응 할 때 수산화물을 형성하기 쉽도록 하기 때문에 염기성 산화물로도 알려져 있다.

이것은 주기율표의 IIIA 계열에 속한 알루미늄이 마지막 에너지 준위의 전자를 방출하는 경향이 있기 때문이다. 이러한 경향은 금속 특성과 낮은 전기 음성도에 기인하며, 전기 전도성을 부여하고 이를 양이온으로 전환시킨다.

대조적으로 산소는 비금속이며 전기 음성도가 높기 때문에 전기 음성도가 더 높다. 그러므로 그것은 전자의 수용에 의해 마지막 수준의 전자 에너지를 안정화시키는 경향이 있어 음이온이 된다.

다음 [표 2]는 본 발명에서 사용되는 Al₂O₃의 성분표를 나타낸다.

Composition, %	Al₂O₃	99.8%
	Na₂O	0.03%
	SiO₂	0.04%
	Fe₂O₃	0.01%
	Ignition loss	0.3%

나노탄소섬유로 형성된 결합은 강한 결합력을 가진다. 알루미늄 산화물(Aluminum Oxide, Al₂O₃)은 알루미나(Alumina)라고 하며 분자량이 101.96g/mol, 비중이 3.965g/cm3이며, 용융점이 2072℃인 백색 분말이다. 알루미늄 산화물은 우수한 전기 절연성(1×10¹⁴~1×10¹⁵ Ωcm)을 가지며 높은 기계적 강도(300~630 MPa), 압축 강도(2,000~4,000 MPa), 높은 경도(15~19 GPa)를 가지며 열전도율이 높고(20~30 W/mk), 높은 내부식성 및 내마모성을 가진다.

형성된 알루미나 나노탄소섬유는 세라믹 섬유 중에서도 특히 내마모성과 내열성이 우수한 섬유로서 직경이 약 10㎛로 다결정 구조이고, 두께는 150~600㎚이다. 특히 표면이 매끄럽다. 알루미나 세라믹 나노탄소섬유는 내열성(>1000도)과 내화학성 그리고 내부식성이 우수하고, 경량성이 우수하며 인장강도와 모듈러스가 뛰어나며, 도 7에 나타낸 바와 같이 Al에 비하여 알루미나 나노탄소섬유는 적외선 투과율이 매우 좋다.

도 9는 실리콘 박막의 근적외선 투과도를 나타낸 그래프다.

일반적으로 다결정 실리콘 박막을 증착하기 위하여 반응 가스로 H₂ 가스나 N₂ 가스에 희석 된 SiH₄ 가스를 사용하지만, 본 발명에서는 다결정 실리콘 박막을 증착하기 위하여, 표준 공정으로 반응로의 온도를 625℃, 압력은 0.3torr로 유지하고, 반응 가스는 H₂ 가스나 N₂ 가스가 섞이지 않은 순수한 SiH₄ 가스를 사용하여 박막을 증착한다.

반응 가스의 흐름율(flow rate)은 30cm³/min을 유지하여 증착율이 90 ~ 110Å/min이 되도록 하였으며, 이 때 반응로의 대기(standby) 온도는 400℃로 유지한다.

600℃ 이하에서 증착되는 박막은 상(phase)이 비정질 상태이므로 박막이 증착 된 후에도 열을 받게 될 경우 결정화되는 불안정한 상태이기 때문에 박막의 증착 온도를 600℃보다 높게 한다.

또한 증착 온도가 600 ~ 750℃의 온도 영역에서는 온도 의존성이 없이 결정 입자가 거의 동일한 상태가 되며 단지 온도가 증가할수록 증착율이 증가하게 되는 이점이 있으나, 박막의 증착 온도를 650℃ 이상으로 할 경우 중심 부분과 가장자리 부분의 증착율이 달라져 박막의 두께에 대한 균일도가 나빠지게 되므로 625℃를 박막의 증착 온도로 한다.

본 발명의 실시예에서는 50μm의 다결정 실리콘 박막을 증착함으로써 SiO₂ 박막(50)을 형성한다.

도 10은 MgF₂ SEM 사진이다.

마지막으로, 피복의 가장 외측에 형성하는 반사방지막 재질로 MgF₂를 사용하며, 스파터링 방법으로 증착한다.

MgF₂를 80nm의 두께로 증착하면 반사율은 약 1%가 되며, MgF₂를 증착을 하지 않았을 경우와 대비하여 약 1/5에 해당된다. 이러한 반사율의 감소는 5~6개의 박막층들로 이루어진 복수박막층에서 반사량을 줄이는데 있어서 중요한 역할을 한다.

도 11은 본 발명에 따른 피복의 근적외선 투과도를 나타낸 그래프다.

파장 약 1000nm ~ 2100nm 영역에서 근적외선이 잘 투과하는 것을 나타낸다.

본 발명에 따른 피복은 항균성과, 통기성 및 근적외선 투과도가 좋아 근적외선 온열챔버 내에서 착용하는 의류로 바람직하다.

본 발명의 온열챔버용 근적외선 투과 의류는 항균활성을 가지며, 열전도율이 높고, 내열성이 우수하며, 내화학성 그리고 내부식성이 우수하고, 경량성이 우수한 효과가 있으므로 산업상 유용한 발명이다.

10: 나노부직포 20: SnO₂Nd 박막
30: AZO 박막 40: 알루미나 나노탄소섬유
50: SiO₂ 박막 60: 반사방지막(MgF2)

Claims

온열챔버 내에서 착용하는 의류에 있어서,
피복의 가장 내측에는 나노부직포(10)를 적층하고; 상기 나노부직포(10) 위에 SnO₂Nd 박막(20); 상기 SnO₂Nd 박막(20) 위에 AZO 박막(30); 상기 AZO 박막(30) 위에 알루미나 나노탄소섬유(40); 상기 알루미나 나노탄소섬유(40) 위에 실리콘 박막(50); 상기 실리콘 박막(50) 위에 반사방지막(MgF2)(60)을 차례로 적층하는 것을 특징으로 하는 온열챔버용 근적외선 투과 의류.
제1항에 있어서, 상기 나노부직포(10)는 텅스텐 전구체((NH4)₆[H₂W₁₂O₄₀]·nH₂O)와 세슘 전구체(Cs₂CO₃)와, 전구체 혼합용액의 섬유상 방사조건에 유리한 폴리비닐피롤리돈(PVP, C₆H₉NO)n)을 고분자로 선정하고, 용매로서 H₂O를 사용하여 PVP의 농도에 따른 전기방사로 나노와이어를 형성하며;
제조된 상기 나노와이어를 알루미나 도가니에 담아 소성로를 이용하여 3시간 동안 소성을 하고; Air 분위기하에서 600℃에서 열처리하며;
상기 제조된 나노와이어 위에 나노와이어 분산액과 UV 경화형 수지인 하드코팅제를 몰(mol)비로, 73.1 : 26.9로 혼합한 혼합물을 4㎛의 두께로 코팅하고;
80℃의 열풍건조기로 2분간 건조하는 것을 특징으로 하는 온열챔버용 근적외선 투과 의류.
제1항에 있어서, 상기 ZnONd 박막(20)의 두께는 590㎚인 것을 특징으로 하는 온열챔버용 근적외선 투과 의류.
제1항에 있어서, 상기 AZO 박막(30)의 두께는 600㎚인 것을 특징으로 하는 온열챔버용 근적외선 투과 의류.
제1항에 있어서, 상기 알루미나 나노탄소섬유(40)의 두께는 150~600㎚인 것을 특징으로 하는 온열챔버용 근적외선 투과 의류.
제1항에 있어서, 상기 SiO₂ 박막(50)의 두께는 50μm인 것을 특징으로 하는 온열챔버용 근적외선 투과 의류.
제1항에 있어서, 상기 반사방지막(MgF2)(60)의 두께는 80nm인 것을 특징으로 하는 온열챔버용 근적외선 투과 의류.
제1항에 있어서, 상기 나노부직포(10)는 인체의 피부에 접하도록 형성하고; 상기 반사방지막(MgF2)(60)은 피복의 외측에 형성하는 것을 특징으로 하는 온열챔버용 근적외선 투과 의류.