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KR101757770B1 - 기능성 원단 및 그 제조방법 - Google Patents

기능성 원단 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101757770B1
KR101757770B1 KR1020150094613A KR20150094613A KR101757770B1 KR 101757770 B1 KR101757770 B1 KR 101757770B1 KR 1020150094613 A KR1020150094613 A KR 1020150094613A KR 20150094613 A KR20150094613 A KR 20150094613A KR 101757770 B1 KR101757770 B1 KR 101757770B1
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silica particles
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유영철
권오성
김연주
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(주)석경에이티
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Abstract

본 발명은 기재 원단층; 및 기재 원단층의 적어도 하나의 면에 부착된 단열 플렉시블 시트를 포함하는 기능성 원단을 제공한다.
또한, 제 1 유연성 기재; 및 기재의 적어도 하나의 면에 부착된 단열 코팅층을 포함하는 단열 플렉시블 시트를 제공할 수 있으며, 단열 플렉시블 시트는 단열 코팅층 위에 제 2 유연성 기재를 추가적으로 포함할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 기능성 원단은 포어(pore)를 가진 실리카 입자를 사용함으로써 적은 사용량으로도 효과적인 단열 성능을 가질 수 있고 실리카 입자의 강도로 인하여 우수한 강도를 갖는다.
또한, 본 발명은 단열 플렉시블 시트와 기능성 원단의 제조 방법을 제공한다.

Description

기능성 원단 및 그 제조방법 {Functional fabric and manufacturing method thereof}
본 발명은 기능성 원단에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단열 성능을 가진 단열 플렉시블 시트와 이를 포함한 기능성 원단 및 그 제조방법에 관한 것이다.
다양한 산업에서 천연 섬유 또는 합성 섬유에 다양한 기능을 주기 위한 연구가 이루어지고 있으며, 최근 들어 에너지 절감에 대한 인식 확대와 이상 기온 현상에 맞물려 발열이나 단열 효과를 주는 의류 원단에 대한 관심이 더욱 높아졌다.
그 예로 시중에서 판매되고 있는 발열 내의를 들 수 있는데, 이는 발열섬유로 만든 의류로서 그 제품을 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 그 중 하나는 인체 피부에서 발생하는 수분을 통하여 섬유 자체가 흡습열을 발생시켜 몸을 따뜻하게 하는 원리를 이용한 흡습발열 제품이며, 다른 하나는 빛을 흡수시켜 열을 발생시키는 광발열 제품이다.
하지만 상기와 같은 발열섬유로 만든 원단은 그 기능성이 무조건 발휘되는 것이 아니라 다음과 같은 조건이 맞아야 발열한다는 단점이 있다. 흡습발열 제품은 신체 활동이 활발해 땀을 흘려야 하며, 광발열 제품은 대부분 강한 빛에 오랫동안 노출돼야 제 기능을 발휘한다는 문제점이 있다.
다른 예로 국내 등록특허 10-1145208호에서는 항균성을 갖는 체온 조절이 가능한 의류의 제조에 있어서, 체온 조절 기능을 주기 위해 단열 공기 공간을 형성하는 중공 구조나 선형으로 연장된 홈 형상구조를 가진 섬유를 이용한 단열섬유원단의 사용이 개시되어 있다.
상기와 같이 섬유 자체에 빈 공간을 형성하여 단열 효과를 부여한 중공사가 존재하나, 종류에 따라 가공 과정에서 중공의 형태가 상실될 수 있으며 기존 섬유와 비교해 두껍고 단열 효과를 고려해야 하기 때문에 두께 조절에 제한이 있는 문제점이 있다.
다양한 산업에서 천연 섬유 또는 합성 섬유에 다양한 기능을 주기 위한 연구가 이루어지고 있으며, 최근 들어 에너지 절감에 대한 인식 확대와 이상 기온 현상에 맞물려 발열이나 단열 효과를 주는 의류 원단에 대한 관심이 더욱 높아졌다.
그 예로 시중에서 판매되고 있는 발열 내의를 들 수 있는데, 이는 발열섬유로 만든 의류로서 그 제품을 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 그 중 하나는 인체 피부에서 발생하는 수분을 통하여 섬유 자체가 흡습열을 발생시켜 몸을 따뜻하게 하는 원리를 이용한 흡습발열 제품이며, 다른 하나는 빛을 흡수시켜 열을 발생시키는 광발열 제품이다.
하지만 상기와 같은 발열섬유로 만든 원단은 그 기능성이 무조건 발휘되는 것이 아니라 다음과 같은 조건이 맞아야 발열한다는 단점이 있다. 흡습발열 제품은 신체 활동이 활발해 땀을 흘려야 하며, 광발열 제품은 대부분 강한 빛에 오랫동안 노출돼야 제 기능을 발휘한다는 문제점이 있다.
다른 예로 국내 등록특허 10-1145208호에서는 항균성을 갖는 체온 조절이 가능한 의류의 제조에 있어서, 체온 조절 기능을 주기 위해 단열 공기 공간을 형성하는 중공 구조나 선형으로 연장된 홈 형상구조를 가진 섬유를 이용한 단열섬유원단의 사용이 개시되어 있다.
상기와 같이 섬유 자체에 빈 공간을 형성하여 단열 효과를 부여한 중공사가 존재하나, 종류에 따라 가공 과정에서 중공의 형태가 상실될 수 있으며 기존 섬유와 비교해 두껍고 단열 효과를 고려해야 하기 때문에 두께 조절에 제한이 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은 기재 원단층; 및 상기 기재 원단층의 적어도 하나의 면에 부착된 단열 플렉시블 시트를 포함하는 기능성 원단을 제공한다.
아울러, 상기 기재 원단층은 천연 섬유, 합성 섬유, 인조 섬유, 재생 섬유 및 기능성 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상 또는 이들의 혼합물로 제조된 원단인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단열 플렉시블 시트는 제 1 유연성 기재; 및 상기 기재의 적어도 하나의 면에 부착된 단열 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 단열 코팅층 위에 부착된 제 2 유연성 기재를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 기능성 원단은 기능성 코팅층을 추가로 더 포함할 수 있으며, 상기 기능성 코팅층은 UV차단, IR차단, 광반사, 발수성, 투습방수 등의 성능을 갖는다.
또한, 상기 제 1 유연성 기재 및 제 2 유연성 기재는 폴리우레탄계(PU), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리라틱엑시드(PLA), 폴리염화비닐(PVC) 필름으로부터 선택되는 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 단열 코팅층은 연질 수지와 실리카 입자를 주성분으로 포함하는 단열성 수지 조성물에 의해 형성된 것이며, 상기 단열성 수지 조성물은 추가적으로 점착제 또는 접착제, 발포 수지, 희석용제를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 희석용제는 메틸에틸케톤(MEK), 에칠아세테이트(EA), 톨루엔(Toluene), 자일렌(Xylene) 등으로부터 선택되는 하나 이상 또는 이들의 혼합물로 제조될 수 있다.
더불어, 상기 연질 수지는 폴리우레탄계 수지, 폴리라틱엑시드(PLA), 폴리염화비닐(PVC), 연질 발포 수지로부터 선택되는 하나 이상 또는 이들의 혼합물로 제조된 것을 특징으로 한다.
상기 단열 코팅층 내 실리카 입자의 충진율은 1 ~ 80 %인 것이 바람직하며, 상기 실리카 입자는 중공 실리카 입자, 다공성 실리카 입자, 다공성 중공 실리카 입자로부터 선택되는 1종 이상 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 실리카 입자는 10 nm ~ 10 ㎛ 의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 측면은 제 1 유연성 기재; 및 상기 기재의 적어도 하나의 면에 부착된 단열 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 플렉시블 시트를 제공하는 것이며, 상기 단열 코팅층 위에 부착된 제 2 유연성 기재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 단열 플렉시블 시트는 기능성 코팅층을 추가로 더 포함할 수 있으며, 상기 기능성 코팅층은 UV차단, IR차단, 광반사, 발수성, 투습방수 등의 성능을 갖는다.
나아가, 상기 단열 플렉시블 시트는 0.1 ~ 1000 μm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단열 플렉시블 시트는 열전도율이 0.1 W/m·K 이하인 것을 특징으로 하며, 세탁 후 내구성과 유연성, 단열성이 유지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 측면은, (a) 제 1 유연성 기재를 준비하는 단계; (b) 연질 수지와 실리카 입자를 주성분으로 포함하는 단열성 수지 조성물을 제조하는 단계; (c) 상기 제 1 유연성 기재에 상기 단열성 수지 조성물을 도포하는 단계; 및 (d) 상기 도포된 단열성 수지 조성물을 경화시켜 단열 코팅층을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 플렉시블 시트의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 (b) 단계에서 상기 연질 수지는 폴리우레탄계 수지, 폴리라틱엑시드(PLA), 폴리염화비닐(PVC), 연질 발포 수지로부터 선택되는 하나 이상 또는 이들의 혼합물로 제조된 것을 특징으로 하며, 상기 단열성 수지 조성물 내 실리카 입자의 충진율은 1 ~ 80 %인 것이 바람직하다.
또한, 상기 (b) 단계에서 단열성 수지 조성물은 점착(접착)제와 희석용제를 더 포함할 수 있으며, 상기 희석용제는 메틸에틸케톤(MEK), 에칠아세테이트(EA), 톨루엔(Toluene) 등으로부터 선택되는 하나 이상 또는 이들의 혼합물로 제조될 수 있다.
더불어, 상기 (b) 단계의 이후 단계에서 기능성 조성물을 도포하여 기능성 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 (c) 단계의 도포된 조성물 위에 제 2 유연성 기재를 적층시키는 단계를 더 포함시킬 수 있으며, 상기 (d) 단계의 경화는 15 ~ 200 ℃ 에서 이루어지는 열 경화인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 열 경화 온도 범위 중 경화가 가능한 초기 온도는 통상 상온이라고 하는 온도 범위이면 무방하다.
본 발명의 또 다른 측면은, (a) 제 1 유연성 기재를 준비하는 단계; (b) 연질 수지와 실리카 입자를 주성분으로 포함하는 단열성 수지 조성물을 제조하는 단계; (c) 상기 제 1 유연성 기재에 상기 단열성 수지 조성물을 도포하는 단계; (d) 상기 제 1 유연성 기재와 동일하거나 다른 종류의 제 2 유연성 기재를 상기 도포된 단열성 수지 조성물 위에 샌드위치 형태로 라미네이션(적층) 시키는 단계; 및 (e) 상기 도포된 단열성 수지 조성물을 경화시켜 상기 제 1 및 2 유연성 기재 사이에 단열 코팅층을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 플렉시블 시트의 제조방법을 제공하는 것이다.
나아가, 상기 (b) 단계에서 단열성 수지 조성물은 점착(접착)제와 희석용제를 더 포함할 수 있으며, 상기 (b) 단계의 이후 단계에서 기능성 조성물을 도포하여 기능성 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, (a) 기재 원단층을 준비하는 단계; (b) 본 발명의 단열 플렉시블 시트를 적층시키는 단계; 및 (c) 상기 기재 원단층과 단열 플렉시블 시트를 열 접착 시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 원단의 제조방법을 제공하는 것이다.
이와 함께, 상기 (c) 단계의 열 접착 온도는 50 ~ 200 ℃ 인 것이 바람직하다. 또한 상기 (c) 단계에서 상기 기재 원단층과 단열 플렉시블 시트를 상온 물리적 접착시킬 수 있다.
본 발명에 따른 기능성 원단은 포어(pore)를 가진 실리카 입자를 사용함으로써 적은 사용량으로도 효과적인 단열 성능을 가질 수 있고 실리카 입자의 강도로 인하여 우수한 강도를 갖는다.
또한, 미세 크기의 실리카 입자를 사용함으로써 얇은 두께의 단열 플렉시블 시트 및 기능성 원단을 제조할 수 있으며, 요구되는 성능에 따라 입자의 크기와 입자를 포함한 조성물의 농도 및 사용량의 조절이 가능하여 두께의 조절이 용이하다.
그리고 연질 수지와 상기 언급한 실리카 입자를 혼합한 단열성 수지 조성물을 경화시켜 단열 코팅층을 제조함으로써 입자가 파괴되지 않고 상실되지 않는, 강도와 유연성이 우수한 단열 플렉시블 시트 및 기능성 원단을 제조할 수 있다.
또한 상기 단열 플렉시블 시트 및 기능성 원단은 기능성 코팅층을 추가하여 단열 성능 이외의 기능도 가질 수 있으며, 상기 단열 코팅층 위에 유연성이 뛰어난 기재를 한 층 더 적층시킴으로써 유연성과 세탁 후 내구성 및 단열성을 유지시킬 수 있다.
도 1은 기능성 원단의 단면도이다.
도 2는 단열 플렉시블 시트의 단면도이다.
도 3은 샌드위치 형태의 단열 플렉시블 시트의 단면도이다.
도 4는 기능성 코팅층이 추가된 기능성 원단의 단면도이다.
도 5는 샌드위치 형태의 단열 플렉시블 시트의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 실리카 입자 중 평균직경 100nm인 중공실리카 입자의 투과전자현미경 (TEM) 사진이다.
도 7은 종이 기재 상에 형성된 단열 코팅층과 종이 기재에서 분리시킨 단열 코팅층 사진이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면들을 함께 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
Ⅰ. 기능성 원단
도 1은 기재 원단층(100)과 상기 기재 원단층(100)의 상면에 부착된 단열 플렉시블 시트(200)로 구성되어 있는 기능성 원단의 단면도이며, 도 4는 기재 원단층(100)과 단열 플렉시블 시트(200) 사이에 기능성 코팅층(300)이 추가적으로 더 포함된 기능성 원단의 단면도를 나타낸다.
상기 기능성 원단의 용도로는 보온의류, 보온덮개, 부직포, 포장지 등의 제품에 활용될 수 있으며 제품의 전체 말고도 일부분에도 사용할 수 있다. 또한 상기 기능성 원단을 구성하는 기재 원단층(100)은 천연 섬유, 합성 섬유, 인조 섬유, 재생 섬유 및 기능성 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상 또는 이들의 혼합물로 제조된 원단이다. 합성 섬유로써 폴리에스터(PET)계 섬유와 나이론(Nylon), 천연 섬유로써 코튼(Cotton) 등을 예로 들 수 있다.
본 발명의 기능성 원단은 추가적으로 기능성 코팅(300)층을 더 포함할 수 있다. 상기 기능성 코팅(300)층의 위치는 기능성 원단 내 기재 원단(100)층의 양측, 단열 플렉시블 시트(200)의 양측 또는 단열 플렉시블 시트(200)의 내부에도 위치할 수 있으며, 기능성 코팅층(300)의 수는 하나로 국한되지 않는다. 그리고 상기 기능성 코팅층(300)은 위치에 따라 UV차단, IR차단, 광반사, 발수성, 투습방수 등의 성능을 부여한다.
또한 본 발명의 기능성 원단은 세탁 후에도 내구성, 유연성, 단열성 및 기타 기능성이 유지되는 장점이 있다.
Ⅱ. 단열 플렉시블 시트
도 2와 도 3은 단열 플렉시블 시트(200)의 단면도를 나타내며, 구체적으로 도 2는 제 1 유연성 기재(210)와 그 위에 실리카 입자(221)와 연질 수지(222)를 주성분으로 포함하는 단열 코팅층(220)이 부착된 단열 플렉시블 시트의 단면도를, 도 3은 도 2의 단열 코팅층(220) 위에 제 2 유연성 기재(230)가 추가적으로 부착된 샌드위치 형태의 단열 플렉시블 시트의 단면도를 나타낸다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 단열 플렉시블 시트(200)는, 제 1 유연성 기재(210) 및 상기 기재의 적어도 하나의 면에 부착된 단열 코팅층(220)을 포함한다. 또한, 상기 단열 플렉시블 시트(200)는 단열 코팅층(220) 위에 부착된 제 2 유연성 기재(230)를 추가적으로 더 포함하여 샌드위치 형태의 단열 플렉시블 시트로 제조할 수 있으며 구조가 이에 한정되지 않고 변형이 가능하다.
상기 제 1 유연성 기재(210) 및 제 2 유연성 기재(230)는 폴리우레탄계(PU), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리라틱엑시드(PLA), 폴리염화비닐(PVC) 필름으로부터 선택할 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 폴리우레탄계(PU) 필름은 다른 필름에 비해 유연성이 좋다는 장점이 있으며, 특히 열가소성 폴리우레탄(TPU) 필름은 투습방수 기능을 가짐으로써 습기는 머금지 않으면서 방수가 되어 물을 취급하는 산업 분야에서도 사용 가능하며, 열전도도가 높은 물이 묻지 않아 단열 성능 보존에 있어서도 좋다. 상기 폴리라틱엑시드(PLA) 필름과 폴리염화비닐(PVC) 필름 또한 유연하면서 0.2 W/m·K 미만의 낮은 열전도도를 가짐으로써 단열 성능 부여에 있어서 장점을 가지고 있다.
한편, 단열 플렉시블 시트(200) 내 단열 코팅층(220)은 연질 수지(222)와 실리카 입자(221)를 주성분으로 포함하는 단열성 수지 조성물에 의해 형성될 수 있다. 또한, 연질 수지(222)는 폴리우레탄계 수지, 폴리라틱엑시드(PLA), 폴리염화비닐(PVC), 연질 발포 수지로부터 선택되는 하나 이상 또는 이들의 혼합물로 제조될 수 있다. 상기 연질 수지(222)는 사용량에 상관없이 경화가 되어도 유연하기 때문에 적용되는 기재의 변형을 일으키지 않아 사용하고자 하는 기재의 종류나 수지의 사용량에 특별히 제한받지 않고 사용할 수 있다. 또한 열전도도 0.2 W/m·K 미만의 폴리라틱엑시드(PLA), 폴리염화비닐(PVC) 등의 연질 수지를 사용함으로써 단열 성능을 부가시킬 수 있다.
단열 코팅층(220) 내 실리카 입자(221)의 충진율은 1 ~ 80 %인 것이 바람직하다. 충진율이 1 % 보다 적은 경우에는 단열 성능을 충분히 달성할 수 없고80 %을 초과할 경우에는 수지의 함량이 적어져서 경화효율이 떨어질 수 있기 때문이다.
또한, 상기 실리카 입자(221)는 중공 실리카 입자, 다공성 실리카 입자, 다공성 중공 실리카 입자로부터 선택되는 1종 이상 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다. 실리카는 열전도가 잘 되지 않는 물질로서 열전도도가 낮아 단열 효과가 뛰어나며, 상기 실리카 입자는 강도가 강하며 분산성이 좋다는 장점이 있다.
더불어, 상기 실리카 입자(221)의 중공 또는 다공성 형태는 공기가 기공을 통해 순환할 수 없어 열전달을 차단한다는 측면에서 단열 효과 부여에 탁월하다. 또한 상기 중공 실리카 입자의 제조에 있어서 기존의 전구체를 이용한 방법 이외에 템플릿이 필요하지 않은 방법으로 제조할 수 있으며, 이는 많은 시간과 높은 에너지 비용을 요하는 소성 공정을 필요로 하지 않으므로 간단한 제조공정을 통하여 중공 실리카 입자를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
도 6은 실리카 입자(221) 중 평균직경 100nm인 중공실리카 입자의 투과전자현미경(TEM) 사진을 나타내며, 실리카 입자(221)는 10 nm ~ 10 μm 의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 입자의 크기가 10 nm 미만일 경우에는, 실리카 입자(221) 내의 중공 또는 기공의 크기가 충분하게 확보되지 않아 기공율이 떨어질 수 있다. 반면, 실리카 입자(221)의 크기가 10 μm 를 초과할 경우에는, 단열 코팅층(220) 제조 시 코팅층 내부에 완전히 충진될 수 없게 되어 입자의 충진율이 저하되므로 목표로 하는 단열효과를 달성할 수 없다.
단열성 수지 조성물은 추가적으로 점착제 또는 접착제, 발포 수지, 희석용제를 더 포함할 수 있으며, 상기 희석용제는 메틸에틸케톤(MEK), 에칠아세테이트(EA), 톨루엔(Toluene), 자일렌(Xylene) 등으로부터 선택되는 하나 이상 또는 이들의 혼합물로 제조될 수 있다. 그리고 상기 희석용제의 점도는 실리카 입자(221)의 함량에 따라 조절이 가능하다. 또한 그 외에 필요한 경우 추가적 기능을 부여하는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 단열 플렉시블 시트(200)는 기능성 코팅층(300)을 추가로 더 포함할 수 있다. 상기 기능성 코팅층(300)의 위치는 단열 플렉시블 시트(200)의 양측, 내부 어느 곳에도 위치할 수 있으며 하나로 국한되지 않는다. 또한 상기 기능성 코팅층(300)은 각 위치에 따라 UV차단, IR차단, 광반사, 발수성, 투습방수 등의 성능을 부여할 수 있다.
Ⅲ. 단열 플렉시블 시트의 물성
나아가, 상기 단열 플렉시블 시트(200)는 실리카 입자(221)의 크기에 따라 두께가 달라질 수 있으며 0.1 ~ 1000 μm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 0.1 μm 미만의 두께에서는 단열 코팅층(220)을 구성하는 조성물 내부의 실리카 입자(221)의 충진율이나 기타 구성요소의 함량이 충분하지 않아 필요로 하는 기능성이 떨어질 수 있으며 1000 μm를 벗어나는 두께에서는 취급성 및 가공성이 떨어질 수 있다. 상기와 같이 0.1 ~ 1000 μm의 얇은 두께를 가짐으로써 기능성 원단 제조 시 기재 원단층(100)의 본래 두께와의 차이가 적어 원단 자체의 촉감도 그대로 살릴 수 있다. 또한 가볍고 유연성이 좋아 가공이 쉽고 활용이 다양하다.
또한 상기 단열 플렉시블 시트(200)는 열전도도가 0.1 W/m·K 이하인 것이 바람직하다. 0.1 W/m·K를 초과하는 열전도도일 경우에는, 기대하는 단열 효과가 충분하게 발현되지 않을 수 있다.
이와 같은 단열 플렉시블 시트(200)는 원단의 구성요소로써 활용되었을 때 세탁 후에도 내구성, 유연성, 단열성 및 기타 기능성이 유지되는 장점이 있다.
Ⅳ. 단열 플렉시블 시트의 제조방법
도 5는 단열 플렉시블 시트(200)의 제조방법 중에서 샌드위치 형태의 단열 플렉시블 시트(200)의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5에 나타낸 제조방법에 한하지 않고 본 발명은, (a) 제 1 유연성 기재(210)를 준비하는 단계; (b) 연질 수지(222)와 실리카 입자(221)를 주성분으로 포함하는 단열성 수지 조성물을 제조하는 단계; (c) 상기 제 1 유연성 기재(210)에 상기 단열성 수지 조성물을 도포하는 단계; 및 (d) 상기 도포된 단열성 수지 조성물을 경화시켜 단열 코팅층(220)을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 플렉시블 시트(200)의 제조방법을 제공한다.
상기 (a) 단계와 (b) 단계에서 사용되는 제 1 유연성 기재(210)와 제 2 유연성 기재(230) 및 연질 수지(222)는 단열 플렉시블 시트(200)에 유연성을 부여하며 실리카 입자(221)의 뛰어난 분산성으로 인해 확보된 유연성이 유지되며 실리카 입자(221) 내의 기공으로 인해 단열성이 부여될 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계에서 단열성 수지 조성물은 점착(접착)제와 희석용제를 더 포함할 수 있다. 이 때, 실리카 입자(221)의 함량에 따라 희석용제를 통해 점도를 조절할 수 있다. 상기 희석용제는 메틸에틸케톤(MEK), 에칠아세테이트(EA), 톨루엔(Toluene), 자일렌(Xylene) 등으로부터 선택되는 하나 이상 또는 이들의 혼합물로 제조될 수 있다.
더불어, 상기 (b) 단계의 이후 단계에서 기능성 조성물을 도포하여 기능성 코팅층(300)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 기능성 조성물은 단열 플렉시블 시트(200)에 단열성 이외에도 UV차단, IR차단, 광반사, 발수성, 투습방수 등의 성능을 부여할 수 있다.
한편, 상기 (c) 단계의 도포된 조성물 위에 제 2 유연성 기재(230)를 적층시키는 단계를 더 포함시켜 단열 플렉시블 시트(200)를 제조할 수 있다. 상기 단열 코팅층(220)을 제 1 유연성 기재(210)와 제 2 유연성 기재(230) 사이에 위치시켜 샌드위치 형태의 단열 플렉시블 시트(200)를 제조함으로써 단열 코팅층(220) 내 실리카 입자(221)가 상실될 우려가 없고 조성물의 안정성을 더욱 높일 수 있다. 또한, 상기 (d) 단계의 경화는 15 ~ 200 ℃ 에서 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고 상기 열 경화 온도 범위 중 경화가 가능한 초기 온도는 통상 상온이라고 하는 온도 범위이면 무방하다.
한편, 도 7은 종이 기재 상에, 연질 수지(222)와 중공 실리카 입자를 주성분으로 포함하는 단열성 수지 조성물에 의해 형성된 단열 코팅층(220) 사진과 종이 기재에서 분리시킨 단열 코팅층(220) 사진을 나타낸다.
도 7에 나타낸 바와 같이 단열 코팅층(220)은, 연질 수지(222)와 실리카 입자(222)를 주성분으로 포함하는 단열성 수지 조성물을 종이나 PET 필름과 같은 기재 상에 도포하여 경화시켜 독립적으로 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 단열 코팅층(220)은 기재와 분리시킨 후 물리적 방법으로 제 1 유연성 기재(210) 상에 부착시켜 단열 플렉시블 시트(200)를 제조할 수 있다. 이와 같은 독립적인 단열 코팅층(220)은 용도에 따라 부착하는 기재를 변경하여 사용할 수 있는 장점이 있다.
Ⅴ. 기능성 원단의 제조방법
한편, 본 발명은, (a) 기재 원단층(100)을 준비하는 단계; (b) 단열 플렉시블 시트(200)를 적층시키는 단계; 및 (c) 상기 기재 원단층(100)과 단열 플렉시블 시트(200)를 열 접착 시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 원단의 제조방법을 제공한다.
상기 (c) 단계의 열 접착 온도는 50 ~ 200 ℃ 인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 100 ℃ 이하에서 열 접착을 실시하며 일반적으로 70 ℃ 전후의 온도에서 열 접착을 실시한다. 열 접착 시 용매가 증발하여 내부에 투습 또는 단열 기능을 위한 포어(pore)가 생성될 수 있다. 반면, 상기 (c) 단계에서 상기 기재 원단층(100)과 단열 플렉시블 시트(200)를 상온 물리적 접착시킬 수 있으며, 아크릴바인더, 폴리우레탄 바인더와 같은 바인더를 사용할 수 있다.
Ⅵ. 실시예
실시예 1 : 단열 플렉시블 시트의 제조
제 1 유연성 기재로써 40 μm 두께를 가진 PU 필름을 준비하였다. 그 후 고형분 18%의 열경화 수지(DHC-18D, ㈜디엔에프)를 준비하여(97 wt%까지 사용) 상기 열경화 수지를 기준으로 했을 때 1 ㎛ 크기의 중공 실리카 입자의 충진율을 3 wt% 로 하여 첨가하고 희석용제로써 자일렌(Xylene)을 첨가하여 단열성 수지 조성물을 제조하였다. 제조된 단열성 수지 조성물을 TPU 필름 위에 도포한 후 140 ℃에서 열 경화시켜 단열 코팅층을 형성시킴으로써 단열 플렉시블 시트를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 1 ㎛ 크기의 중공 실리카 입자의 충진율을 20 wt%로 하여 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 단열 플렉시블 시트를 제조하였다.
실시예 3
제 1 유연성 기재로써 20 μm 두께를 가진 PU 필름을 준비하였다. 이후 상기 실시예 1에서 300 nm 크기의 중공 실리카 입자를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 단열 플렉시블 시트를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 3에서 300 nm 크기의 중공 실리카 입자의 충진율을 20 wt%로 하여 첨가한 것 이외에는 실시예 3과 동일하게 단열 플렉시블 시트를 제조하였다.
비교예 1~2 : 단열성 수지 조성물이 도포되지 않은 유연성 기재
단열성 수지 조성물을 도포하지 않은 제 1 유연성 기재로써의 20 μm 와 40 μm 두께를 가진 PU 필름을 각각 준비하였다.
실시예 5 : 샌드위치 형태의 단열 플렉시블 시트의 제조
제 1 유연성 기재로써 40 μm 두께를 가진 PU 필름을 준비하였다. 그 후 고형분 18%의 열경화 수지(DHC-18D, ㈜디엔에프)를 준비하여(97 wt%까지 사용) 상기 열경화 수지를 기준으로 했을 때 1 ㎛ 크기의 중공 실리카 입자의 충진율을 3 wt% 로 하여 첨가하고 희석용제로써 자일렌(Xylene)을 첨가하여 단열성 수지 조성물을 제조하였다. 제조된 단열성 수지 조성물을 TPU 필름 위에 도포한 후 제 2 유연성 기재로써 제 1 유연성 기재와 같은 TPU 필름을 적층시켰다. 그 후 140 ℃에서 열 경화시켜 두 TPU 필름 사이에 단열 코팅층을 형성시킴으로써 샌드위치 형태의 단열 플렉시블 시트를 제조하였다.
실시예 6 : 기능성 원단의 제조
기재 원단으로써 폴리에스터 직물을 준비한 후 폴리우레탄 바인더(SB-300, (주)삼정코터엑, 원단의 10%)를 기재 원단층에 도포하였다. 그 후 상기 실시예 1에서 제조한 단열 플렉시블 시트를 적층시켜 70 ℃ 에서 열 접착하여 기능성 원단을 제조하였다.
실시예 7 : 샌드위치 형태의 단열 플렉시트를 포함한 기능성 원단의 제조
기재 원단으로써 폴리에스터 직물을 준비한 후 폴리우레탄 바인더(SB-300, (주)삼정코터엑, 원단의 10%)를 기재 원단층에 도포하였다. 그 후 상기 실시예 2에서 제조한 샌드위치 형태의 단열 플렉시블 시트를 적층시켜 70 ℃ 에서 열 접착하여 기능성 원단을 제조하였다.
비교예 3 : 단열 플렉서블 시트를 적층하지 않은 기재 원단층
단열 플렉시블 시트를 적층하지 않은 기재 원단층으로써 폴리에스터 직물을 준비하였다.
Ⅶ. 단열 플렉시블 시트의 평가
하기와 같은 방법으로 물성 평가를 실시하여 표 1에 나타내었다. 상기 실시예 1 ~ 4 에서 얻어진 단열 플렉시블 시트와 비교예 1 ~ 2 에서 얻어진 PU 필름에 대해 '실험 샘플'로 표현하였다. 또한 중공 실리카 입자를 HS로 표현하여 표 1에 나타내었다.
1. 열전도도 측정
열전도도의 측정은 먼저 세로 30 ㎝, 가로 30 ㎝, 두께 5 ㎝의 실험 샘플의 중심부를 세로 24 ㎝, 가로 24 ㎝의 정방 형상으로 도려내어, 프레임을 형성한다. 프레임의 한쪽에 세로 30 ㎝, 가로 30 ㎝의 알루미늄박을 접착하여 오목부를 형성하고, 시료대로 한다. 또한, 알루미늄박으로 덮은 면을 시료대의 바닥면으로 하고, 실험 샘플의 두께 방향에 대한 다른 한쪽의 면을 천장면으로 한다. 분체상의 단열재를 탭이나 가압을 하지 않고서 오목부에 충전하여, 레벨링을 한 후, 천장면에 세로 30 ㎝, 가로 30 ㎝의 알루미늄박을 얹은 것을 측정 시료로 한다. 측정시료를 이용하여, 30℃에서의 열전도도를, 히트 플로우 미터 HFM 436 Lambda(상품명, NETZSCH사 제조)를 사용하여 열전도도를 측정한다. 교정은, JISA1412-2에 따라, 밀도 163.12 ㎏/㎥, 두께 25.32 ㎜의 NIST SRM 1450c 교정용 표준판을 사용하여, 고온측과 저온측의 온도차가 20℃의 조건에서, 15, 20, 24, 30, 40, 50, 60, 65℃에서 미리 실시한다. 800℃에서의 열전도도는, JIS A 1421-1의 방법에 준거하여 측정한다. 직경 30 ㎝, 두께 20 ㎜의 원판형으로 한 실험 샘플 2장을 측정 시료로 하고, 측정 장치로서, 보호 열판법 열전도도 측정 장치(에이코세이키 가부시키가이샤 제조)를 사용한다.
2. 두께 측정
두께 측정 장치로서, 디지털 다이얼 게이지(DG-205, Peacock 사 제조)를 이용하여 측정하였다.
3. 미싱부 강도 측정
20 X 100 mm의 실험 샘플을 제작하고, 그 아래에 종이를 깔고, 공업용 미싱으로 피치=5 mm로 미싱 구멍을 뚫었다. 그 후 종이를 제거한 후, 시험 속도=300 mm/분으로 도면에 도시되는 화살표 X, Y 방향으로 잡아당기는 인장 시험을 행하여 미싱부 강도(N/cm)를 측정하고, 이하의 판정 기준으로 평가하여 점수로 나타내었다.
《판정 기준》
5점: 미싱부 강도=40(N/cm) 이상, 또는 미싱부 이외에서 파괴가 생기고, 그 강도가 강도=40(N/cm) 이상으로 매우 우수하다.
4점: 미싱부 강도=20(N/cm) 이상 40(N/cm) 미만으로 양호하다.
3점: 미싱부 강도=10(N/cm) 이상 20(N/cm) 미만으로 문제점이 생기기 쉽다.
2점: 미싱부 강도=10(N/cm) 이상 15(N/cm) 미만으로 문제점이 약간 보인다.
1점: 미싱부 강도=10(N/cm) 미만으로 나쁘다.
4. 유연성 측정
폭 10 m X 길이 100 mm의 실험 샘플을 제작하고, 그 실험 샘플을 고정시키기 위한 대(坮)로부터 5 cm의 길이로 돌출시킨 후, 시험편인 실험 샘플의 돌출부가 처지는 정도를 측정하여, 이하의 판정 기준으로 유연성을 평가하여 점수로 나타내었다.
《판정 기준》
5점: 실험 샘플의 "처짐"이 2 cm 이상이 되어 우수하다.
4점: 실험 샘플의 "처짐"이 1 cm 내지 2 cm 미만이 되어 양호하다.
3점: 실험 샘플의 "처짐"이 0.4 cm 내지 1 cm 미만이 되어 문제점이 생기기 쉽다.
2점: 실험 샘플의 "처짐"이 0.4 cm 미만이 되어 나쁘다.
열전도도 (W/m·K) 두께 (μm) 미싱부 강도
(점)		 유연성
(점)		 비고
실시예 1 0.079 40 5 5 HS 3wt% 첨가
(입자 1㎛)
실시예 2 0.039 40 5 5 HS 20wt% 첨가
(입자 1㎛)
비교예 1 0.584 40 3 5 PU Film 자체
실시예 3 0.069 20 5 5 HS 3wt% 첨가
(입자 300nm)
실시예 4 0.037 20 5 5 HS 20wt% 첨가
(입자 300nm)
비교예 2 0.369 20 3 5 PU Film 자체
실시예 5 0.081 80 5 5 HS 3wt% 첨가
(입자 1㎛)
/샌드위치 형태
비교예 1 ~ 2에서 얻어진 PU 필름의 열전도도와 비교하였을 때, 실시예 1 ~ 5에서 얻어진 단열 플렉시블 시트의 열전도도는 0.1 W/m·K 미만으로 현저히 낮아져 단열 효과를 확인할 수 있었다. 또한 단열 플렉시블 시트 내 중공 실리카 입자의 충진율을 3 wt%에서 20 wt%로 증가시켰을 때와 중공 실리카 입자의 크기를 더 작게 했을 때 단열 플렉시블 시트의 열전도도가 더욱 낮아짐을 확인할 수 있었다.
더불어, 비교예 1 과 실시예 1 ~ 2 의 두께 결과를 비교하면, μm 단위로 보았을 때 비교예 1 의 PU 필름 두께와 비교하여 실시예 1 ~ 2 의 단열 플렉시블 시트의 두께 변화가 크지 않음을 알 수 있다. 이로써, 단열 코팅층을 얇게 적층시켜 단열 플렉시블 시트를 제조하여도 단열 성능이 충분히 부여될 뿐만 아니라 본래 기재와 두께 차이가 거의 없어 가공성이나 취급성이 편리하게 유지됨을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 5 의 샌드위치 형태의 단열 플렉시블 시트의 두께 또한 기재로 이용된 PU 필름의 두께에만 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 상기 실시예 1 ~ 5 에서 얻어진 단열 플렉시블 시트의 미싱부 강도는 5점으로 비교예 1 ~ 2에서 얻어진 PU 필름의 강도(3점)와 비교하여 그 강도가 증가한 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 실시예 1 ~ 5 에서 얻어진 단열 플렉시블 시트의 유연성은 비교예 1 ~ 2에서 얻어진 PU 필름의 유연성과 비교하였을 때 우수한 유연성을 나타내는 5점이 유지되는 결과를 확인할 수 있었다.
Ⅷ. 기능성 원단의 평가
상기 실시예 6 에서 제조된 기능성 원단 및 실시예 7 에서 제조된 샌드위치 형태의 단열 플렉시트를 포함한 기능성 원단의 보온성을 확인하기 위하여 다음과 같이 실험하였다.
보온성 측정
실내온도 25 ℃, 습도 28 % 조건에서 적외선 열화상장치를 이용하여 적외선 섬유열화상을 측정하여 보온성을 3회 이상 측정하여 평균을 내었고, 결과는 하기 내용과 같다.
비교예 3에서 얻어진 단열 플렉시블 시트를 적층하지 않은 폴리에스터 직물에 비해, 실시예 6에서 제조된 단열 플렉시블 시트를 포함한 기능성 원단과 실시예 7에서 제조된 샌드위치 형태의 단열 플렉시블 시트를 포함한 기능성 원단은 평균적으로 3~5 ℃의 온도 상승 효과를 보였다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100;기재 원단층
200;단열 플렉시블 시트
210;제 1 유연성 기재
220;단열 코팅층
221;실리카 입자
222;연질 수지
230;제 2 유연성 기재
300;기능성 코팅층

Claims (25)

  1. 기재 원단층; 및 상기 기재 원단층의 적어도 하나의 면에 부착된 단열 플렉시블 시트를 포함하는 기능성 원단으로서,
    상기 단열 플렉시블 시트는 폴리우레탄계(PU), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리라틱엑시드(PLA), 폴리염화비닐(PVC) 필름으로부터 선택되는 하나인 제 1 유연성 기재; 및
    연질 수지와 중공 실리카 입자, 다공성 실리카 입자, 및 다공성 중공 실리카 입자로부터 선택되는 1종 이상 또는 이들의 혼합물을 포함하는 단열성 수지 조성물에 의해 형성되며 상기 제 1 유연성 기재의 적어도 하나의 면에 부착된 단열 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 원단.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기재 원단층은 천연 섬유, 합성 섬유, 인조 섬유, 재생 섬유 및 기능성 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상 또는 이들의 혼합물로 제조된 원단인 것을 특징으로 하는 기능성 원단.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 단열 플렉시블 시트는 상기 단열 코팅층 위에 부착된 제 2 유연성 기재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 원단.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 기능성 원단은 기능성 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 원단.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서, 상기 연질 수지는 폴리우레탄계 수지, 폴리라틱엑시드(PLA), 폴리염화비닐(PVC), 연질 발포 수지로부터 선택되는 하나 이상 또는 이들의 혼합물로 제조된 것을 특징으로 하는 기능성 원단.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 단열 코팅층 내 실리카 입자의 충진율이 1 ~ 80 %인 것을 특징으로 하는 기능성 원단.
  10. 삭제
  11. 폴리우레탄계(PU), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리라틱엑시드(PLA), 폴리염화비닐(PVC) 필름으로부터 선택되는 하나인 제 1 유연성 기재; 및 상기 제 1 유연성 기재의 적어도 하나의 면에 부착되는 단열 코팅층을 포함하는 단열 플렉시블 시트로서,
    상기 단열 코팅층은 폴리우레탄계 수지, 폴리라틱엑시드(PLA), 폴리염화비닐(PVC), 연질 발포 수지로부터 선택되는 하나 이상 또는 이들의 혼합물인 연질 수지와 중공 실리카 입자, 다공성 실리카 입자, 및 다공성 중공 실리카 입자로부터 선택되는 하나 이상의 입자를 포함하는 단열성 수지 조성물에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 단열 플렉시블 시트.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 단열 코팅층 위에 부착된 제 2 유연성 기재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 플렉시블 시트.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 단열 플렉시블 시트는 기능성 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 플렉시블 시트.
  14. 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열 플렉시블 시트는 두께가 0.1 ~ 1000 μm을 특징으로 하는 단열 플렉시블 시트.
  15. 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열 플렉시블 시트는 열전도율이 0.1 W/m·K 이하인 것을 특징으로 하는 단열 플렉시블 시트.
  16. 삭제
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