(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2013년10월23일
(11) 등록번호 10-1321017
(24) 등록일자 2013년10월16일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
D06M 11/73 (2006.01) D06P 1/00 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2013-0051908
(22) 출원일자 2013년05월08일
심사청구일자 2013년05월08일
(56) 선행기술조사문헌
KR101253032 B1*
KR1020090099502 A*
KR100981606 B1
KR1020130035821 A
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
고경찬
경기도 용인시 수지구 용구대로2771번길 88, 창죽
마을 벽산첼시빌 1002-1302 (죽전동)
(72) 발명자
고경찬
경기도 용인시 수지구 용구대로2771번길 88, 창죽
마을 벽산첼시빌 1002-1302 (죽전동)
양광웅
경기도 성남시 분당구 구미동 무지개마을청구아파
트 506동 1101호
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
특허법인 이노
전체 청구항 수 : 총 4 항 심사관 : 이명선
(54) 발명의 명칭 광발열 섬유시트
(57) 요 약
본 발명은 원단 일면에 도트(dot) 또는 줄무늬 형태의 발열부와 상기 발열부와 중첩되지 않는 비발열부가 형성되
되, 상기 발열부는 탄소나노튜브(Carbon nanotube : CNT)가 원단 일면에 도트(dot) 또는 줄무늬 형태로 비 발열
부로 구성되어 태양광 등의 광을 열에너지로 변환하여 열효율이 우수한 광발열 섬유시트에 관한 것이다.
대 표 도 - 도1
등록특허 10-1321017
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(72) 발명자
노용환
인천광역시 남동구 간석2동 간석래미안자이A
123-2102
박은호
서울특별시 강서구 우장산동 우장산아이파크이편한
세상아파트 109동 603호
등록특허 10-1321017
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특허청구의 범위
청구항 1
섬유로 형성되는 원단 일면에 도트(dot) 또는 줄무늬 형태의 발열부와 상기 발열부와 중첩되지 않는 비발열부가
형성되되,
상기 발열부는 탄소나노튜브(Carbon nanotube : CNT)가 도트(dot) 또는 줄무늬 형태로 도포되어 형성되고,
상기 비발열부는 감온변색안료로 염색 또는 도포되는 것을 특징으로 하는 광발열 섬유시트.
청구항 2
제1항에 있어서,
상기 발열부는 탄소나노튜브와 바인더가 혼합되어 도포되는 것을 특징으로 하는 광발열 섬유시트.
청구항 3
삭제
청구항 4
제1항에 있어서,
상기 감온변색안료는 5~40℃에서 변색하되, 변색 후에 상기 발열부와 같은 색상을 가지는 것을 특징으로 하는
광발열 섬유시트.
청구항 5
제1항에 있어서,
상기 감온변색안료는 5~40℃에서 변색하되, 변색 전에 상기 발열부와 같은 색상을 가지는 것을 특징으로 하는
광발열 섬유시트.
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 광발열 섬유시트에 관한 것으로, 특히 태양광 등이 광에너지를 효율적으로 열에너지로 변환하여 발열[0001]
하는 보온효율이 높은 광발열 섬유시트에 관한 것이다.
배 경 기 술
보온의 개념은 인체에서 방출되는 열을 외부로 손실되지 않게 하는 소극적 방법과 외부에서 적극적으로 열을 부[0002]
여하는 적극적 개념으로 구별될 수 있다. 전자의 방법으로 이용되는 것은 인체로부터 발생하는 열을 직물의 공
기층에 의해 단열 보온하는 방식과 인체에서 발산한 복사열을 의복 외로 발산시키지 않는 적외선 반사소재를 사
용하는 방법, 인체 방사 에너지를 흡수하는 소재를 사용하는 방법 등이 제안되고 있고, 후자의 방법으로는 전기
발열소재, 화학반응 발열보온소재, 태양광 축열 보온소재를 피복에 도입하는 방식이 제안되고 있다.
전자의 방식 중 공기층에 의한 단열보온방식은 피복을 구성하는 직물의 두께를 증가시키는 이유가 되어 활동성[0003]
이 낮아지는 원인이 되며, 기타 소재를 이용하는 방식은 피복의 세탁성이나 내구성을 저하시키는 요소가 되어
범용적으로 사용하기 어려운 단점이 있다.
한편 열전도도는 열의 전달 정도를 나타내는 물질에 관한 상수로서 열전도율이라고도 한다. 물체 내부 임의의[0004]
점에서 등온면(等溫面)의 단위면적을 지나 이것과 수직으로 단위시간에 통과하는 열량과 이 방향의 온도 기울기
와의 비를 말한다. 즉, 열의 전달 정도를 나타내는 물질에 관한 상수인데, 온도나 압력에 따라 달라진다. 등방
성 물질의 경우에는 스칼라량, 비등방성 물질의 경우에는 텐서량이 된다. 특히 금속은 자유전자에 의한 열전도
등록특허 10-1321017
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때문에 큰 값을 가지며, 열전도도와 전기전도도 사이에는 비데만-프란츠의 법칙이 성립한다. 열전도도는 밀도,
비열, 점도에 의해 영향을 받는다. 옷감을 예를 들면 열전도도가 큰 아마섬유는 시원한 섬유이고, 열전도도가
작은 양모는 가장 따뜻한 섬유이다.
대한민국 공개특허 제1991-3210호에서는 원적외선 방사 특성에 의한 보온성이 우수한 코팅직물의 제조방법이 제[0005]
안되었는데 구체적으로 합성섬유직물의 한면에 디메틸 포름아미드를 용제로 사용한 고형분 30±1％의 폴리우레
탄 용액과, 20-80％의 마이크로클라인, 5-30％의 산화베릴륨, 5-20％의 산화아연 및 5-15％의 이산화주석을 소
결, 분쇄하여 얻은 원적외선 방사특성을 갖는 미립자와, 제올라이트 에이(Zeolite A)로 구성된 혼합물로 코팅피
막을 형성시킨 코팅 직물의 제조방법에 관한 것이다. 본 방법은 상기에서 언급한 바와 같이 직물에 코팅층이 형
성되므로 세탁성 및 내구성에 문제가 있다.
또한 국제공개공보 WO2002/34988에서는 전원으로부터 열을 발생시키기 위한 전도성 사로 제조된 직물로서 일 이[0006]
상의 비전도성사와 일 이상의 양의 온도계수(PTC)가열사를 포함하고 상기 비전도성사 및 PTC 가열사가 조합되어
가열 직물을 형성하는 구조가 제안되었다. 본 제안도 별도의 전원을 발생시키는 구조가 필요하며 피복적합성이
저하되는 등 문제가 있다.
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명은 상기와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 의류로 사용기 적합하고 별도의 설비없이[0007]
뛰어난 발열기능을 갖는 광발열 섬유시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 탄소나노섬유의 열적 특정을 이용하여 태양광 등의 광흡수를 통해 열을 발생시켜 열효율이 뛰어나고 친환[0008]
경적인 광발열 섬유시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제의 해결 수단
본 발명은 섬유로 형성되는 원단 일면에 도트(dot) 또는 줄무늬 형태의 발열부와 상기 발열부와 중첩되지 않는[0009]
비발열부가 형성되되, 상기 발열부는 탄소나노튜브(Carbon nanotube : CNT)가 도트(dot) 또는 줄무늬 형태로 도
포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 광발열 섬유시트를 제공한다.
또한, 상기 발열부는 탄소나노튜브와 바인더가 혼합되어 도포되는 것을 특징으로 하는 광발열 섬유시트를 제공[0010]
한다.
또한, 상기 비발열부는 감온변색안료로 염색 또는 도포되는 것을 특징으로 하는 광발열 섬유시트를 제공한다.[0011]
또한, 상기 감온변색안료는 5~40℃에서 변색하되, 변색 후에 상기 발열부와 같은 색상을 가지는 것을 특징으로[0012]
하는 광발열 섬유시트를 제공한다.
또한, 상기 감온변색안료는 5~40℃에서 변색하되, 변색 전에 상기 발열부와 같은 색상을 가지는 것을 특징으로[0013]
하는 광발열 섬유시트를 제공한다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들[0014]
중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설
명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여
생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가[0015]
제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대
적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 '원단'이라 함은 제직 또는 편직에 의해 제조되는 물품, 부직포 및 섬유상 웹 등을 모[0016]
두 포함하는 의미로 사용한다.
등록특허 10-1321017
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도 1은 본 발명에 따른 광발열 섬유시트의 도트형상의 발열부를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 광발[0017]
열 섬유시트의 줄무늬 형상의 발열부를 나타낸 도면이다.
본 발명은 원단 일면에 광을 통해 발열기능을 가지는 발열부 100가 형성되는 광발열 섬유시트 10에 관한[0018]
것이다.
상기와 같은 본 발명의 광발열 섬유시트 10는 도 1, 도 2에 도시된 바와 같이 원단 일면에 도트(dot) 또는 줄무[0019]
늬 형태의 발열부와 상기 발열부 100와 중첩되지 않는 비발열부 200로 형성되는 광발열 섬유시트 10에 관한 것
이다.
상기 발열부는 광을 흡수하여 발열하는 구성부로 상기 광을 흡수하는 물질로는 탄소나노튜브(Carbon nanotube :[0020]
CNT)를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 탄소나노튜브의 우수한 전기적 성질로 인하여 일반 정전기 억제 소재의 수준을 훨씬 뛰어넘는 혁신적인 정[0021]
전기 방지 소재로 탄소로 이루어진 탄소 동소체의 일종으로, 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집 모양
으로 결합되어 있는 흑연면(Graphite sheet)을 원통형으로 감은 튜브형태로 이루고 있으며, 그 직경은 1~100nm
수준인 나노 물질이다.
이러한, 탄소나노튜브는 흑연면으로 이루어진 벽(Wall)의 수에 따라 단일벽(SWNT: Single Walled Carbon[0022]
Nanotube), 이중벽(DWNT : Double Walled Carbon Nanotube), 다중벽(MWNT: Multiple Walled Carbon Nanotub
e)으로 구분되며, 이 중 세계적으로 양산 사례가 드문 SWNT가 MWNT보다 그 특성이 우수한 것으로 보고되고 있으
며, 전기적 특성은 저항값은 구리의 1/100, 전류수송 능력은 구리의 1,000배에 달하는 우수한 성질을 가진다.
상기 탄소나노튜브의 열적특성의 열전도율은 자연계에서 가장 우수한 다이아몬드의 2배에 이르고, 화학적 특성[0023]
은 산, 염기, 환원제 등에 대한 저항력 특성 등 우수한 화학적 안정성이 있다. 또한, 기계적 특성은 구조적으로
탄소와 탄소간 강한 결합을 이루고 있어 고강도 합금의 50~100배의 강도를 가지며, 육각형 벌집 모양으로 이루
어져 있어 미세기공을 형성하고 있고, 튜브형태이어서 중심이 비어 있으며 표면적이 넓은 구조적 특성을
가진다.
본 발명에 사용되는 탄소나노튜브의 크기가 2㎚ 미만이면 발열성능이 저하될 수 있으며, 10㎚를 초과하면 원단[0024]
촉감이 저하될 수 있으므로 본 발명에 사용되는 탄소나노튜브의 크기는 2~10㎚의 크기가 바람직할 것이다.
상기 탄소나노튜브를 아크릴계, 폴리우레탄계, 실리콘계 등의 바인더와 혼합하고, 상기 탄소나노튜브와 바인더[0025]
와 혼합된 탄소나노튜브를 도 1, 도 2와 같이 원단 일면에 프린팅, 라미네이팅 등의 방법으로 도트(dot) 또는
줄무늬 형태로 도포하여 상기 발열부를 형성할 수 있을 것이다.
본 발명에서 사용되는 상기 원단은 상기와 같이 발열부를 형성 후 염색하는 것이 쉽지 않으므로, 염색된 원단을[0026]
준비하여 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 비발열부 200는 상기 발열부가 형성되지 않은 부위로 원단의 심미성 또는 기능성을 위해 감온변색안료로[0027]
염색 또는 도포될 수 있다.
상기 감온변색 안료는 특정 온도 범위에서 색을 발현하는 안료로서, 열을 흡수하면 화합물의 구조가 변하여 발[0028]
색 또는 소색되며, 열을 차단시키면 다시 원래의 화합물 구조로 되돌아오게 되어 소색 또는 발색되는 가역성으
로 일반적으로 이러한 감온변색안료의 원료 물질은 전자공여성 정색성 유기 화합물로 전자를 방출하는 도너
(donor)와 전자를 받아들이는 억셉터(acceptor)로 이루어져 있습니다. 이러한 구성 성분의 상호작용에 의해 결
정상에서 색상을 낸다. 열을 가하게 되면 억셉터(acceptor)가 분리되어 상호작용이 이루어 지지 않아 색상이 없
어진다.
이러한 전자공여성 정색성 유기 화합물과 전자 수용성 화합물로 이루어지며 외부 환경에 민감하며, 특히 공기[0029]
중의 산소나 습도에 매우 민감하기 때문에 저온 열가소성 수지(low temperature thermoplastic resin)등으로
코팅하여 사용하는 것이 바람직하다. 마이크로 인캡슐레이션(micro encapsulation)이라고 하는 공정을 통해 마
이크로캡슐 형태로 만들어 사용하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 상기 마이크로캡슐 내부에 현색제 및 온도조절용 왁스 등이 함께 첨가되어 감온변색 안료의 색변화를 더[0030]
욱 명확히 할 수 있다.
등록특허 10-1321017
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상기 감온변색 안료가 색상을 발휘하는 온도에서는 일반안료와 감온변색안료의 혼합 색상이 발현되게 하여 색상[0031]
의 변화를 다양하게 할 수 있을 것이다.
상기 감온변색안료는 체온 또는 주변의 온도에 따라 변색되는 것이 바람직ㅎ하므로 5~40℃에서 변색하도록 형성[0032]
하는 것이 바람직할 것이다.
상기 비발열부의 감온벽색안료는 심미성을 위해 변색 후에 상기 발열부와 같은 색상을 가지도록 하여 변색 전에[0033]
는 비발열부가 원단에 무늬를 형성하지만 변색 후 무늬가 사라지게 형성할 수 있을 것이다.
또는, 상기 비발열부의 감온벽색안료는 변색 전에 상기 발열부와 같은 색상을 가지도록 하여 변색 전에는 단일[0034]
염색된 형태와 같으나 변색 후에는 비발열부가 원단에 무늬를 형성하도록 형성할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 광발열 섬유시트에 사용되는 원단은 가공성을 높이기 위해 친수화가공을 하는 것이[0035]
바람직하며, 상기 친수화 가공은 일반적인 가공을 통해 실시할 수 있을 것이다.
상기 염색공정은 상기에서 설명된 바와같이 감온변색안료를 이용하여 염색할 수 있으며, 상기 원단에 염색공정[0036]
을 통해 비발열부의 색을 입힐 수 있다.
상기와 같이 비발열부를 먼저 형성한 후, 상기 탄소나노튜브와 바인더를 혼합하여 프린팅, 라미네이팅 등이 코[0037]
팅방법으로 발열부를 원단에 형성시킬 수 있다.
상기 바인더는 아크릴계, 우레탄계, 실리콘계 바인더를 사용할 수 있다[0038]
상기 탄소나노튜브와 바인더와의 혼합율은 중량비 30:70~70:30으로 혼합할 수 있으며, 도포량은 상기 탄소나노[0039]
튜브와 바인더의 혼합율 5-50% o.w.f(on the weight of fabric)로 도포하는 것이 바람직할 것이다.
상기 발열부의 축열기능을 발현시키기위해 탄소나노튜브를 SWNT과 MWNT을 20:80~50:50로 혼합하여 사용하는 것[0040]
이 바람직할것이다.
상기 도포방법 중 원단의 촉감을 위해 프린팅방법으로 발열부를 형성하는 것이 바람직할 것이다.[0041]
발명의 효과
본 발명에 따른 광발열 섬유시트는 탄소나노섬유의 넓은 표면적과 우수한 열적 특성을 이용하여 태양광 등의 광[0042]
을 흡수하여 열에너지를 변환시키는 작용으로 열효율이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 광발열 섬유시트는 나노 크기의 탄소나노튜브를 사용한 것으로 섬유 고유의 질감을 그대로 유[0043]
지하는 효과가 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 광발열 섬유시트의 도트형상의 발열부를 나타낸 도면이다.[0044]
도 2는 본 발명에 따른 광발열 섬유시트의 줄무늬 형상의 발열부를 나타낸 도면이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하 본 발명에 따른 광발열 섬유시트을 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정[0045]
되는 것은 아니다.
실시예 1[0046]
갈색의 레깅스용 기모 원단의 일면에 탄소나노튜브와 폴리우레탄계 바인더를 중량비 1:1로 혼합하여 롤프린팅[0047]
방법으로 도 1에 도시된 형태로 도포하여 탄소나노튜브를 포함하는 블랙칼라의 발열부와 탄소나노튜브를 포함되
지 않는 비발열부를 형성하였다
등록특허 10-1321017
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실시예 2[0048]
상기 실시예 1과 동일하게 제조하되, 15℃ 블랙에서 핑크색으로 변색되는 감온변색안료를 원단 일면에 도포하[0049]
고 그 위로 탄소나노튜브와 폴리우레탄계 바인더를 도포하여 탄소나노튜브를 포함하는 발열부와 감온변색안료의
비발열부를 형성하였다.
◎ 광발열평가실험[0050]
광발열 평가실험은 상기 실시예들에서 제조된 본 발명의 광발열 섬유시트와 아무런 처리가 되지 않은 레깅스용[0051]
기모 원단을 비교예로 사용하여 평가실험을 실시하였다.
* 실험방법[0052]
가. 실험실 온·습도: (24±2)℃ , (40±5)% R.H[0053]
나. 시료를 실험실에서 온도가 같아지도록 안정화하였다.[0054]
다. 500W의 전구를 시료와 30㎝ 떨어진 상태에서 점등하여 시료에 광발열을 유도하였으며, 시료 뒷면에 온도계[0055]
를 부착하여 온도를 측정하였다.
1. 광발열 평가[0056]
상기의 실험방법으로 상기 실시예들의 원단과 비교예의 원단의 광발열을 평가하였다. 실험결과는 표 1에 나타내[0057]
었다.
표 1
시간[0058]
(min)
비교예
(℃)
실시예 1
(℃)
실시예 2
(℃)
온도차이 1(℃)
(실시예 1-비교예)
온도차이 2(℃)
(실시예 2-비교예)
0 24.7 24.8 24.7 0.1 0
2 33.4 43.4 43.1 10 9.7
4 34.1 44.2 43.9 10.1 9.8
6 34.4 44.7 44.2 10.3 9.8
8 34.9 45.5 44.8 10.6 9.9
10 35.4 45.6 45.5 10.2 10.1
20 36.6 46.5 46.4 9.9 9.8
표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 1, 2는 전구가 점등과 동시에 원단의 온도가 단시간에 급상승하였으[0059]
며, 비교예는 실시예들과 비교하여 서서히 원단의 온도가 증가하는 것을 알 수 있으며, 20분 후에도 9℃이상 차
이가 있음을 알 수 있는 것으로 본 발명에 따른 광발열 섬유시트는 광발열 효율이 매우 우수함을 알 수 있다.
2. 세탁에 따른 광발열 평가[0060]
상기 실시예들의 광발열 섬유시트와 아무런 처리가 되지 않은 레깅스용 기모 원단을 비교예의 세탁의 따른 광발[0061]
열을 평가하기 위해 상기 실시예들의 원단과 비교예의 원단을 20회의 세탁한 후 동일한 실험을 하였다. 실험결
과는 표 2에 나타내었다.
등록특허 10-1321017
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표 2
시간[0062]
(min)
비교예
(℃)
실시예 1
(℃)
실시예 2
(℃)
온도차이 1(℃)
(실시예 1-비교예)
온도차이 2(℃)
(실시예 2-비교예)
0 25.9 25.9 25.8 0 -0.1
2 34.6 42.3 42.1 7.7 7.5
4 35.7 43.5 43.4 7.8 7.7
6 36.2 44.2 44.2 8 8
8 36.2 44.5 44.3 8.3 8.1
10 36.3 44.3 44.5 8 8.2
20 37.3 45.5 44.9 8.2 7.6
표 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 1, 2는 전구가 점등과 동시에 원단의 온도가 단시간에 급상승하였으[0063]
며, 비교예와 비교하여 7℃이상 차이가 있음을 알 수 있는 것으로 본 발명에 따른 광발열 섬유시트는 세탁을 하
여도 광발열 효율이 매우 우수함을 알 수 있다.
도면
도면1
등록특허 10-1321017
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도면2
등록특허 10-1321017
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