스마트의류용 고쾌적성 섬유소재의 개발 (최종보고서) 주관기관: 코오롱패션머티리얼(주) 참여기관: 한양대학교 산업협력단 지 식 경 제 부 2

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1 [보고 서식 제3호] 편집순서 1 다음 순서에 따라 작성하여 별책으로 제출함 표지는 백색바탕, 흑색활자로 작성 A4(국배판, 가로 세로, mm) 크기로 작성 보고서 비치시 높이를 맞추기 위해 상하 여백을 설정했음으로 준수하기 바람 (뒷면) (앞면) 이 보고서는 지식경제부 에서 시행한 산업기술개 발사업의 기술개발 보고서입니다. (뒷면 중앙에 표시) 위여백 5cm 기 술 개 발 지 식 경 제 부 스마트의류용 고쾌적성 섬유소재의 개발 (최종보고서) 주관기관: 코오롱패션머티리얼(주) 참여기관: 한양대학교 산업협력단 지 식 경 제 부 아래 여백 3cm 아래 여백 5cm (좌 철) (양면인쇄) 1

2 스마트의류용 고쾌적성 섬유소재의 개발 (최종보고서) 주관기관: 코오롱패션머티리얼(주) 참여기관: 한양대학교 산업협력단 지 식 경 제 부 2

3 스 마 트 의 류 용 고 쾌 적 성 섬 유 소 재 의 개 발 지 식 경 제 부 3

4 이 보고서는 지식경제부 에서 시행한 산업기술개발사업의 기술개발 보고서입니다. 4

5 제 출 문 지식경제부장관 귀하 본 보고서를 스마트의류용 고쾌적성 섬유소재의 개발 (개발기간: ~ )과제의 최종보고서로 제출합니다 주관기관명ː 코오롱패션머티리얼(주) (대표자) 김 창 호 (인) 참여기관명ː 한양대학교산학협력단 (대표자) 박 재 근 (인) 총괄(세부주관)책임자ː 이 준 규 참여연구원ː 조 창 기 " ː 이 동 은 " ː 이 용 환 " ː 강 연 경 " ː 오 흥 렬 " ː 이 재 원 지식경제 기술혁신사업 공통 운영요령 제31조에 따라 보고서 열람에 동의합니 다. 5

6 기술개발사업 보고서 초록 1. 일반현황 사업명 전략기술개발사업 기술분류 과제명(과제번호) 스마트의류용 고쾌적성 섬유소재의 개발 ( ) 1. 중공율 30% 이상의 고중공 폴리에스테르 섬유 제품(공정)명 2. 상전이 물질에 의한 흡발열 Lyocell 섬유 3. 나노웹 기반 투습방수원단 기관 (기업)명 코오롱패션머티리얼(주) 설립일 주소 경기도 과천시 별양동 1-23 코오롱타워7층 주관기관 대표자 (기관장) 김 창 호 연락처 홈페이지 Fax 총괄책임자 이 준 규 연락처 실무담당자 이 용 환 연락처 ( ) 기술개발 현황 참여기관 총사업비 (천원) 총개발 기간 코오롱패션머티리얼(주), 한양대학교 산학협력단 민간부담금 정부출연금 합계 현금 현물 1,550, ,000 1,240,000 1,800, ~ 기업형태 중소기업( ), 대기업( ) 주생산품 합성섬유 기업현황 상시 종업원수 재무상황 (단위 : 백만원) 년도(최근 3개년) 2006년 283 자본 총계 부채 총계 연구개발 인력 총 당기 매출액 순이익 15 연구개발 투자액 매출액 대비 R&D 투자 비율(%) 2007년 2008년 99, , ,838 7,170 2,

7 2. 기술개발개요 (개발기술 및 제품 소개, 전반적인 개발기술에 대한 요약 정보) (1) 경량/쾌적성 섬유 소재 - 중공율 30% 이상의 고중공사 : 방사직접연신 공법에 의하여 제조되는 고중공 합성섬유 (2) 열적 쾌적성 섬유 소재 - 온도 32 에서의 상전이 물질을 적용, 섬유화한 흡발열 기능 섬유 (3) 투습방수 섬유 소재 - 나노웹 기반의 고투습성 투습방수원단 3. 개발결과 요약 키워드 중공사, 경량성, PCM, 나노섬유, 투습방수 핵심기술 고중공사 방사기술, PCM-마이크로캡슐 섬유 방사기술, 나노웹 방사 및 가공기술 스마트의류용 기능성 섬유 소재 기술 개발 1) 경량/쾌적성 - 30% 이상의 중공율을 가지는 고중공사 개발 - 고중공사 제품 상업화 : 생산 현장 적용, 만권율 90% 최종목표 2) 열적 쾌적성 - 상전이 온도 32 의 PCM 개발 및 마이크로캡슐화 기술 개발 - PCM의 섬유화 기술 개발 : 상전이 열용량 3.5J/g 이상 - PCM 원단가공기술 개발 : 세탁 10회 후 성능 90% 유지 3) 투습방수성 - 나노섬유 제조 기술 개발 : 직경 1μm 이하 섬유 개발 - 나노웹 적용 원단 개발 : 폭 1m 이상 - 투습방수 성능 개선 : 내수압 5,000~10,000 mmh 2O, 투습도 10,000~20,000g/m 2 /day 7

8 (1) 경량/쾌적성 섬유 소재 개발 1) 고중공 섬유소재 및 생산기술 개발 - 중공율 30%의 고중공 폴리에스테르 필라멘트 섬유 개발 고중공 형성을 위한 전용 방사 장치 개발 중공 형성 및 유지를 위한 방사 조건 및 원사 품종 개발 고중공사 개발 : 비중 원사 생산기술 개발 : 방사 PILOT 및 생산설비 적용 원사 생산 : 150Ton 만권율 : 95% 원사 제조 공정 형태 : 방사직접연신(Spin-Draw Process) 2) 고중공사 적용 경량/쾌적성 원단 개발 - 정장 및 캐쥬얼용 직물 시제품 제작 - 등산용 셔츠 등 개발, 상품화 개발내용 및 결과 (2) 열적 쾌적성 섬유 소재 개발 1) 상전이 물질 및 마이크로캡슐화 기술 개발 - 상전이 온도 32 의 PCM 개발 및 마이크로캡슐화 기술 개발 적정 상전이 온도범위의 상전이 물질(PCM) 개발 PCM가공기술 개발: Melamine-formaldehyde 마이크로캡슐 적용을 통한 PCM 담지 기술 개발 PCM의 마이크로캡슐화 수율 확보 : 80% 이상 마이크로캡슐 입도분포 조절 기술 개발 : Miniemulsion기술 개발, 마이크로캡슐화 적용 마이크로캡슐 내구성 향상기술 개발 : Inside & Outside 벽재 형성기술 (내열온도 25 향상) 2) 상전이 섬유 소재 재조 기술 개발 - PCM의 섬유화 기술 개발 PCM 마이크로캡슐 함유 섬유 개발 : Lyocell, PVA 등 흡발열 성능 확보 : 상전이 온도 32, 열용량 5J/g - PCM 원단가공기술 개발 PCM 마이크로캡슐의 습식코팅 공정 적용, 흡발열원단 개발 세탁 9회 후 성능 95% 유지 확인 (3) 투습방수성 섬유 소재 개발 1) 나노웹 제조 기술 개발 - Lab Scale 전기방사 기술 개발 전기방사 기초 기술 개발 : Lab Scale 방사 기술 개발 나노섬유 형성 고분자 개발 : PU, PVDF 등 투습방수막 전용 Polyurethane 고분자 개발 8

9 개발내용 및 결과 섬유 직경 : 500~800nm (1μm 이하) - PILOT Scale 나노웹 제조 기술 개발 나노 웹 폭 : 1.5m (원단 가공폭) 연속식 나노웹 투습방수막 제조 2) 나노웹 기반 투습방수원단 제조 기술 개발 - 나노웹 라미네이션 기술 개발 핫멜트 라미네이션 가공 기술 개발 나노웹 표면 가공 기술 개발 - 투습방수 성능 : 내수압 8,000 mmh 2O, 투습도 10,000g/m 2 /day 이상(나노웹 기준) - 투습방수 의류 시제품 개발 아웃도어 자켓류 시제품 3종 개발 기술개발배경 일상생활용 스마트의류는 스마트 디바이스에 의한 기능성의 구현 외에, 일 상생활용 의류로써의 기본적인 기능이 부여되어야 한다. 의류의 기본적인 기 능은 기후변화에 부응하여 추위와 더위를 막고, 외부의 자극으로부터 인체를 보호하며, 더 나아가 장식성과 사회성을 부여하는 것이라 할 수 있다. 이러한 기능 가운데, 스마트의류에 가장 부합하는 기능이 쾌적성 부여 기 능이다. 쾌적성은 시원하고 기분좋은 느낌이 드는 성질을 말하는 것으로 의 류를 착용하였을 때에 가볍고, 따뜻하거나 시원하며, 습하거나 건조하지 않 는 것을 말한다. 스마트의류 역시 의류로써의 기본적인 기능인 쾌적성을 유지시키는 기능 을 수행하여야 하며, 이를 위해서는 첨단의 쾌적성 섬유 소재의 개발이 반드 시 필요하다. 핵심개발기술의 의의 (1) 경량/쾌적성 섬유 소재 - 중공율 30% 이상의 고중공 섬유를 용융직접방사 공정으로 제조 하는 기술은 세계 최고 수준의 방사기술이며, 상업성이 매우 높다. - 고중공 섬유에 의한 경량성 섬유 소재는 의류뿐만 아니라, 자동 차, 인테리어 등 다양한 분야에서 폭 넓게 사용할 수 있다. (2) 열적 쾌적성 섬유 소재 - PCM 마이크로캡슐을 활용한 셀룰로오스계 섬유는 세계적으로 개 발된 바가 없으며, 실제 의류용 소재로 활용 가치가 충분하다. (3) 투습방수 섬유 소재 - 나노웹 기반 투습방수원단은 세계적으로 성공한 예가 드물어 원 천기술로써의 의의가 매우 크다. 적용분야 초경량성 의류, 투습방수기능 의류, 스마트 의류 등 9

10 4. 기술 및 경제적 성과 (1) 경량/쾌적성 섬유 소재 - 방사직접연신 공법에 의한 세계 최고 수준의 중공율 확보 (중공율 30%) 기존 중공섬유의 중공율 : 20~25% 높은 수준의 원사 생산성 확보 : 95% (만권율) - 경량성 의류 시제품 개발을 통한 용도 제시 기술적 성과 (2) 열적 쾌적성 섬유 소재 - 쾌적성 유지에 적합한 상전이물질 개발 - 내구성이 우수한 마이크로캡슐화 기술 확보 - 의류용 Lyocell 섬유와의 복합화를 통한 섬유화 기술 개발 경제적 성과 (3) 투습방수 섬유 소재 - 나노웹에 의한 투습방수원단 및 의류 시제품 개발 - 원단폭(1.5m)의 전기방사 기술 개발 - 나노웹/원단의 라미네이션 및 나노웹 표면 가공 기술 개발 - 고중공 섬유는 원사 및 원단으로써 매출 발생 중 원사 150Ton 생산, 판매 : 매출액 5억원 이상 - 의류용 Lyocell 섬유 상업화 가능성 검토 - 나노웹 기반 투습방수 원단 마케팅 아웃도어용, 트래킹용 투습방수 원단 전시, 홍보 중 5. 파급효과 및 기대효과 파급효과 기대효과 1. 미래 지향적인 의류 소재에 대한 시장의 선점, 산업재산권의 확보 2. 차별화된 섬유 소재의 개발을 통한 섬유/의류산업의 질적 향상 1. 폴리에스테르 섬유 소재의 고부가가치화 2. 기능성 섬유 소재에 대한 가능성 확보 6. 해당기술, 제품의 시장 현황 1. 고중공섬유 제품에 있어서는, 국내 최고의 경량성을 보이고 있으며, 의류 시장에서도 점점 경량화를 추구하는 상황임. 2. 온난화로 인하여, 일상생활에서의 열적 쾌적성 요구가 증가하고 있음. 국내시장 3. 투습도를 중시하는 투습방수원단 개발요구가 증가하고 있음. 특히, 나노 섬유와 같은 새로운 소재를 활용한 신제품 개발 요구가 꾸준히 증가하고 있 음. 1. 경량성 및 보온성이 동시에 우수한 섬유 소재의 꾸준한 개발 및 공급이 이루어지고 있음. 해외시장 2. 등산화, 양말 등의 제품에 있어서의 PCM 적용 사례 증가. 3. 투습방수의류의 대중화, 일상생활용 투습방수의류 소재 요구 10

11 7. 제품 사진 (기술개발 제품 관련 사진, 그림, 도면 등) 입력이 되지 않을 경우 첨부 파일 형태로 저장 (a) (b) (c) (1) 고중공섬유 기술 개발 (a:원사단면, b:적용 셔츠, c:원사 생산 장면) (a) (b) (2) PCM-마이크로캡슐 적용 섬유 및 코팅기술 개발 (a:섬유의 단면, b:코팅원단의 단면) (a) (3) 나노웹 투습방수원단 개발 (a:나노웹의 표면 사진, b:적용 의류) 11

12 <연구개발사업 주요 연구성과> 사업명 전략기술개발사업 과제명 스마트의류용 고쾌적성 섬유소재의 개발 주관기관명 코오롱패션머티리얼(주) 설립일 주소 경기도 과천시 별양동 1-23 코오롱타워7층 대표자(기관장) 김 창 호 연락처 총괄책임자 이 준 규 FAX 총개발기간 ~ 총사업비(백만원) 3,350,000 정부출연금 1,550,000 민간부담금 1,800,000 참여기관 한양대학교 산학협력단 참여기관책임자 조 창 기 성과지표 세부지표 성 과 비 고 매출액 개발제품 개발후 현재까지 5 억원 향후 3년간 매출 25 억원 관련제품 개발후 현재까지 15 억원 향후 3년간 매출 300 억원 국내 : 60 % 개발후 현재까지 국외 : 5 % 개발제품 국내 : 80 % 사업화 향후 3년간 매출 시장 국외 : 25 % 성과 점유율 국내 : 70 % 개발후 현재까지 국외 : 15 % 관련제품 국내 : 80 % 향후 3년간 매출 국외 : 30 % 세계시장 현재 제품 세계시장 경쟁력 순위 3 위 국내 1위 경쟁력 순위 3년 후 제품 세계 시장경쟁력 순위 2 위 국내 1위 출원 14 건 국내 등록 0 건 특허 기술적 출원 0 건 국외 성과 등록 0 건 논문발표 국내 7 건 국외 3 건 개발 전 105 명 고용효과 개발 후 276 명 파급효과 선진국 대비 기술수준 100 % 국산화율 95 % 부품수입 기타 표준 제개정, 기술이전 및 수상실적 등

13 구체적인 연구 성과 1. 지식재산권 (국내 외 특허, 실용신안, 프로그램 등록, 기타 등으로 종류 구분) 번 호 종 류 명 칭 출원일 등록일 국 명 출원번호 발생차수 1 국내 출원 복합가연사 및 그의 제조방법 심사 미청구 대한민국 차년도 2 국내 이형단면 중공사 및 그의 제조방 심사 출원 법 미청구 대한민국 차년도 3 투습방수 모노리스 폴리우레탄 필 국내 심사 름과 그 제조방법 및 이를 이용한 출원 미청구 투습방수 라미네이트 대한민국 차년도 국내 출원 국내 출원 국내 출원 국내 출원 국내 출원 국내 출원 국내 출원 국내 출원 국내 출원 국내 출원 국내 출원 모노리스 필름을 라미네이팅한 기 능성 포지 심사 미청구 대한민국 차년도 투습방수원단 미공개 대한민국 차년도 투습방수원단 미공개 대한민국 차년도 투습방수원단 미공개 대한민국 차년도 투습방수원단 미공개 대한민국 차년도 의료소재용 투습방수원단 미공개 대한민국 차년도 스키복용 투습방수 원단 미공개 대한민국 차년도 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원 단의 제조방법 미공개 대한민국 차년도 투습방수원단 및 그의 제조방법 미공개 대한민국 차년도 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원 단의 제조방법 미공개 대한민국 차년도 폴리우레탄 나노섬유 웹 및 이를 포함하는 투습방수원단 미공개 대한민국 차년도 13

14 2. 논문 게재/발표 실적 번호 구분(논문 게재 or 학회발표) 논문 게재 학회 발표 학회 발표 학회 발표 학회 발표 학회 발표 학회 발표 학회 발표 학회 발표 논문 게재 학회 발표 학회 발표 논문명 저자명 저널명 일시 구분( SCI 발생 국내, 등재 여부 차수 국외) 인텔리전트 의류(Intelligent 김연희 섬유산업 Clothing)의 특성과 개발동향 과 기술 2005 국내 1 차년도 Encapsulation efficiency에 따른 melamine-formaldehyde MICs의 조창기 한국섬유 합성과 그에 따른 특성 분석 공학회 2005 국내 1 차년도 상전이 물질을 함유한 마이크로 박영철 한국섬유 캡슐의 합성 및 분석 공학회 2006 국내 1 차년도 Octadecane을 함유한 melamine-formaldehyde 마이크 조창기 대한화학 로캡슐의 제조 및 특성 분석 회 2006 국내 1 차년도 Synthesis and Characterization of melamine-formaldehyde 마이 크로캡슐s containing octadecane 조창기 ICIT 2006 국외 2 차년도 상전이 물질이 포함된 Melamine-formaldehyde MIC 합 금창헌 한국공업 성 및 특성 분석 화학회 2006 국내 2 차년도 Influence of Polymerization RSC-Ad variables on the Encapsulation vancing efficiency of t h e 조창기 Melamine-Formaldehyde 마이크로 Chemica 2006 국외 2 차년도 캡슐 containing Phase Change l Material Science 중합조건에 따른 melamine-formaldehyde 마이크 조창기 한국공업 로캡슐의 encapsulation 화학회 efficiency 변화 및 특성 분석 2007 국내 3 차년도 Preparation and Property of melamine-formaldehyde MICs, 금창헌 한국고분 by Micro-emulsion 자학회 Polymerization 2007 국내 3 차년도 Shape-Stabilized Phase Change Maromol Materials: Frozen Gel from ecualr 손태원 Polypropylene and n-octadecane Symposi 2007 국외 3 차년도 for Latent Geat Storage a Preparation and property of melamine-formaldehyde 강길준 한국고분 마이크로캡슐s using various 조창기 자학회 2008 국내 4 차년도 surfactants Shell improvement of melamine-formaldehyde 강길준 한국고분 마이크로캡슐susing various 조창기 자학회 2008 국내 4 차년도 surfactants 14

15 번호 구분(논문 게재 or 학회발표) 학회 발표 학회 발표 논문명 저자명 저널명 일시 Synthesis and Characterization of Melamine-formaldehyde MicroPCMs by inside coating with Reactive Monomer Shell improvement of melamine-formaldehyde MicroPCM by diisocyanate 김상훈 한국고분 조창기 자학회 구분( 국내, 국외) SCI 등재 여부 발생 차수 2008 국내 5 차년도 강길준 한국고분 2009 국내 5 차년도 조창기 자학회 15

16 3. 기술이전 실적 번호 기술이전 내역 대상국명 대상기관명 이전일시 수입금액(백만원) 발생차수 차년도 4. 인증/포상 실적 등 (국내 및 국외) 번호 구분 명칭 일시 국명 수여기관명 발생차수 차년도 차년도 차년도 차년도 5. 사업화 계획 및 매출실적 항 목 세부 항목 성 과 사업화 소요기간(년) 3년 소요예산(백만원) 8,000 사업화 계획 무역수지 개선효과 예상 매출규모 (억원) 시장점유 율 향후 관련기술, 제품을 응용한 타 모델, 제품 개발계획 현재까지 3년후 5년후 단위(%) 현재까지 3년후 5년후 국내 국외 고중공섬유를 이용한 물에 뜨는 합성섬유 제품 등 신 산 업용 섬유 제품을 개발할 계획이며, 아울러 나노웹 기반 의 에너지 소재 등을 개발할 계획임 (단위 : 억원) 현재 3년후 5년후 수입대체(내수) 수 출 고용 창출 항목 세부 항목 성 과 고용효과 개발 전 개발 후 연구인력 생산인력 연구인력 생산인력 - 명 - 명 15명 105명 16

17 7. 기타 성과 8. 변경이력 (있을 경우 기재) 1. 주관기관의 변경 - 2단계 1차년도 경과, 주관기관 변경 - 변경 전 (주)코오롱 에서 변경 후 코오롱패션머티리얼(주) 로 변경함. 2. 참여기관의 현황 - 1단계 참여기관 : 한양대학교 산학협력단, 영남대학교 산학협력단 - 2단계 참여기관 : 한양대학교 산학협력단, 코오롱하이텍스(주) 3. 참여기관의 변경 - 2단계 참여기관을 변경 전 한양대학교 산학협력단, 코오롱하이텍스(주)에서 변경 후 한양대학 교 산학협력단 으로 변경함. 17

18 목 차 제 1 장 서론 1 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 1 1. 미래 일상생활용 스마트의류 1 2. 스마트의류용 고쾌적성 섬유소재 1 제 2 절 국내 외 관련 기술의 현황 7 1. 국내외 기술개발 현황 및 전망 7 가. 소재의 경량화 7 나. 의복 내 온도조절 기능 9 다. 투습방수 기술 10 1) 라미네이트 11 2) 습식코팅 12 3) 건식코팅 12 4) 나노기술을 이용한 투습방수 12 5) 투습방수성의 비교 개발 기술 관련 특허 현황 13 가. 특허 권리 분석 14 1) 경량/쾌적성 섬유 소재 14 2) 열적 쾌적성 섬유 소재 14 3) 고투습방수 섬유 소재 15 나. 향후 전망 15 다. 국가별 및 소재별 특허 목록 16 1) 경량/쾌적성 섬유 소재 16 18

19 2) 열적 쾌적성 섬유 소재 18 3) 투습방수 섬유 소재 19 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적 경제적 파급 효과 기술적 측면의 파급효과 20 가. 기본 기술의 축적 20 나. 관련 기술 발전의 가속화 경제 산업적 측면의 파급효과 21 가. 본 기술제품의 원가 절감 효과 21 나. 본 기술제품의 수입대체 효과, 수출증대 효과 등 기술개발결과의 활용분야 및 활용 방안 22 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 24 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 최종목표 24 가. 스마트의류용 기능성 섬유 소재 기술 개발 24 나. 스마트의류용 심미성 소재 기술 개발 개발기술의 평가방법 및 평가항목 24 가. 개발목표 24 나. 개발목표의 평가 기준 및 방법 25 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 단계 개발목표 및 평가방법 29 가. 1단계 최종 개발목표 29 1) 개발목표(Lab & Pilot Scale) 29 2) 개발내용 및 개발범위 29 나. 1단계 개발기술의 평가방법 및 평가항목 단계 개발목표 및 평가방법 31 19

20 가. 2단계 최종 개발목표 31 1) 개발목표 31 2) 개발내용 및 개발범위 31 나. 2단계 개발기술의 평가방법 및 평가항목 32 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 단계 연차별 개발목표 34 가. 1차년도 34 1) 개발목표 34 2) 개발내용 및 개발범위 34 나. 2차년도 34 1) 개발목표 34 2) 개발내용 및 개발범위 35 다. 3차년도 35 1) 개발목표 35 2) 개발내용 및 개발범위 단계 연차별 개발목표 36 가. 1차년도 36 1) 개발목표 36 2) 개발내용 및 개발범위 37 나. 2차년도 37 1) 개발목표 37 2) 개발내용 및 개발범위 38 제 3 장 결과 및 사업화 계획 39 제 1 절 연구개발 최종 결과 연구개발 추진 일정 39 가. 1단계 연차별 추진 일정 39 20

21 나. 2단계 연차별 추진 일정 연구개발 추진 실적 단계 연구개발 추진 실적 42 가. 경량/쾌적성 섬유 소재 개발 42 1) 경량/쾌적성 섬유 개발 방향 모색 42 가) 쾌적성 관련 섬유의 특성 조사 42 나) 경량성 및 쾌적성 관련 국내외 특허 조사 43 2) 고중공 섬유의 개발 45 가) 고중공 섬유 방사 설비의 개발 45 3) 고중공 섬유 제조 시험 48 4) 경량/쾌적성 원단 제조 시험 51 5) 고중공 원단의 경량성 평가 시험 51 나. 열적 쾌적성 섬유 소재 기술 개발 53 1) 선진 제품 특성 분석 53 가) Outlast사 제품 특성 분석 53 나) Frisby사 제품 특성 분석 54 2) Miniemulsion을 이용한 마이크로캡슐의 제조 57 가) Miniemulsion에 의한 마이크로캡슐의 제조 실험 57 나) DVB의 농도에 따른 마이크로캡슐의 크기 분포 분석 59 다) Miniemulsion에 의한 마이크로캡슐의 열적 특성 분석 60 라) Miniemulsion에 의한 마이크로캡슐의 형태 분석 63 3) Melamine-Formaldehyde를 이용한 마이크로캡슐 제조 64 가) Melamine-Formaldehyde를 이용한 마이크로캡슐 제조실험 65 나) 공정인자에 따른 Melamine-Formaldehyde 마이크로캡슐의 물성변화 66 다) Melamine-Formaldehyde 마이크로캡슐의 열적 특성 분석 71 라) Melamine-Formaldehyde 마이크로캡슐의 구조분석 74 마) Melamine-Formaldehyde 마이크로캡슐의 형태분석 75 21

22 4) Lyocell 섬유로의 마이크로캡슐 도입 76 다. 나노웹에 의한 고투습방수성 섬유 소재 제조 기술 개발 78 1) 투습방수 소재 및 기술 분석 78 가) 전기방사 및 나노섬유 기술 분석 78 2) 나노섬유 제조 기술 연구 79 가) PVDF 나노섬유 웹 제조 기술 연구 79 나) Polyurethane 나노섬유 제조기술 연구 80 3) 나노웹의 직물 직접코팅 기술 연구 81 가) PVDF 나노웹의 나일론 직물 코팅 81 나) Nylon 소재의 단계적 Coating 82 라. 내구성 섬유 소재 기술 개발 84 1) 내구성 섬유의 개발 84 가) 내마찰 기능성 첨가제의 개발 84 나) 내마찰성 원사 제조 시험 85 다) 내마찰성능 평가 86 마. 심미성 섬유 소재 기술 개발 88 1) 특수중공사 개발 88 가) 특수중공사의 개발 방향 88 나) 특수중공사 제조 시험 88 2) Cotton-Like 사가공 기술 개발 89 가) Cotton-Like 가연 기술 개발 89 나) Cotton-Like 방적사 개발 92 3) 특수중공사의 쾌적성 평가 단계 연구개발 추진 실적 95 가. 경량/쾌적성 섬유 소재 개발 95 1) 고중공섬유의 생산성 및 단면 재현성 확보 95 나. 열적쾌적성 섬유 소재 개발 96 1) PCM 마이크로캡슐의 내구성 개선 96 22

23 2) PCM 마이크로캡슐의 섬유화 97 3) PCM 원단 가공 기술 개발 101 다. 나노웹 투습방수원단 소재 개발 105 1) 폴리우레탄계 나노웹 투습방수막 제조 기술 개발 105 제 2 절 연구개발 추진 체계 단계 기술개발 추진전략 및 추진체계 112 가. 기술개발 추진전략 112 나. 기술개발 추진체계 113 다. 기술개발팀 편성도 단계 기술개발 추진전략 및 추진체계 114 가. 추진전략 114 나. 기술개발 추진체계 116 다. 기술개발팀 편성도 117 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 시장현황 및 사업화 계획 118 가. 시장현황 118 1) 국내 외 시장규모 및 수출 입 현황 118 2) 주요수요처 현황 119 나. 경쟁업체 현황 119 1) 본 기술제품과 직접적 경쟁관계에 있는 국내 외 업체현황 119 2) 본 기술제품과 직접적 경쟁관계에 있는 국내 외 업체의 기술분석 119 다. 사업화 전략 120 1) 제품홍보, 판로확보, 판매전략 등의 사업화 추진 전략 120 가) 제품홍보 120 나) 판로확보 및 전략

24 2) 본 기술제품이 신규시장 창출 가능성 및 신규시장 정의 등 120 가) 신규시장의 정의 120 나) 신규시장 창출 가능성 120 3) 생산계획 121 4) 투자계획 121 부 록 24

25 제 1 장 서론 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 1. 미래 일상생활용 스마트의류 섬유의류산업의 차세대 제품으로 주목 받는 스마트의류 는 전통의 섬유산업 과 IT기술을 융합한 혁신적인 제품이라고 말할 수 있다. 새로운 세기의 의복은 단 순히 입는 것을 넘어서 의복에 전기적인 구성요소들을 통합함으로써 착용한 사람 에게 발열과 같은 능동적 기능성이나 생체기능(심장박동,호흡)을 감지하는 센서에 의한 환자와 노인을 위한 의료적 안전성의 제공, mp3, 블루투스,GPS에 의한 위치 정보 등 다양한 부가기능을 제공할 수 있다. 스마트의류의 시초는 우주복에서 찾을 수 있으며, 이후 90년대부터 군사부문 을 군사적 용도로 첨단 전투복을 개발하면서 현실화 되었고, 최근에는 세계적으로 스마트의류에 대한 연구와 개발이 활발히 진행되어 일반 소비자를 대상으로 하는 엔터테인먼트와 건강, 스포츠 등의 기능이 부가 된 제품들이 출시되고 있다. 예를 들면, 디지털 기능이 부가된 mp3 기능의류, 외부 환경 센싱 및 발열 기능을 갖춘 아웃도어 스포츠 의류, 체온 및 심전도와 같은 생체신호를 측정하는 헬스케어, 의 류발열기능을 갖춘 아웃도어 스포츠 의류, 빛을 내는 광섬유 의류, 디지털 컬러 의류, 미아방지용 위치추적 어린이옷 등이 바로 그것이다. 본 과제(총괄)에서 정의하는 스마트 의류의 개념은 의류 고유의 감성적 속성 또는 패션성을 유지하면서 다양한 IT기능들이 부가된 일상생활에서 사용되는 신 개념의 의류 를 말한다. 2. 스마트의류용 고쾌적성 섬유소재 스마트의류는 전통적인 의복을 기반으로 IT 구성요소들이 짜여지므로, 제작은 여전히 섬유소재로부터 출발한다. 이 섬유들은 신축성이 있고 기존의 섬유기계로 1

26 편직 및 가공이 가능하며 세탁도 가능하여야 한다. 의류제품화기술개발에서 개발 하고자 하는 스마트 의류 상용화 모델인 실내 및 야외에서 일상복으로 착용하는 캐쥬얼, 스포츠, 아웃도어웨어, 아동복, 광섬유 의류 등을 보더라도 기본은 의류이 다. 의류제품은 사용되는 용도와 목적에 따라 요구 특성이 다양하며, 제품을 구성 하는 소재도 달라진다. 하지만 가지각색의 기능성을 하나의 의류에 모두 구현하는 것은 불가능한 일이므로, 스마트의류에 필요하며 범용성이 높은 기본적인 특성을 선정하여 섬유소재를 개발하는 것이 가장 합리적인 방안이라고 할 수 있다. 본 세부과제에서는 스마트의류의 사용특성과 니즈에 대한 의견을 수렴하여 기 존소재와 차별화된 고쾌적성 섬유소재의 개발 을 목표로 설정하고 과제를 진행하 였다. 스마트의류는 일상생활에 필요한 각종디지털 장치와 센서 등을 통합하되, 의복 고유의 속성을 그대로 유지하는 것을 중요한 목표로 한다. 의복 고유의 기본 기능은 온습도를 조절하여 의복내 환경을 쾌적하게 제어하고 외부환경으로부터 사용자를 보호하는 것에 있다. 보통 의류와의 차이점은 스마트기기의 장착으로 하 드(hard)해진 의복내 기후와 사용조건에서 쾌적성을 제어하기 위하여 한층 높아진 성능을 필요로 하며 사용자뿐만 아니라 의복에 통합된 디지털 장치까지 보호할 수 있어야 한다는 점이다. 2

27 스마트의류의 고쾌적성을 위하여 필요한 요소는 다음의 3가지 요소로 압축할 수 있다. 첫째, 스마트의류는 디지털기기의 장착으로 하중이 증가하게 되므로 사 용자의 착용성과 활동성을 유지 또는 향상시키기 위하여 소재의 경량화가 필요하 다. 최근 의류의 트렌드를 보면 경량화를 고도로 지향하여 의류의 무게를 극한까 지 줄이고 있다. 둘째는 의복내 온습도를 적절히 조절하여 쾌적성을 유지하는 것 이다. 그러기 위해서는 흡수속건, 통기성 제어, 흡열방열의 기능이 필요하다. 셋째 는 내부와 외부 환경으로부터 사용자와 디지털기기를 보호하는 것이다. 스마트의 류에는 디지털 신호를 전달하는 전도성 섬유재료, 직물신호선, 직물입력장치, 광섬 유, 전도성 섬유 등이 있기에 수분에 의한 누전, 기기의 오작동과 같이 종래의 의 류와는 다른 위험이 따른다. 야외활동시 비에 젖거나 몸에서 발산하는 수분의 의 복내 결로현상은 안전상 방지가 필요하다. 이러한 기능성 외에도 의류로서의 감성 과 패션성도 가져야 한다. 본 과제의 개발하고자 하는 소재기술의 궁극적 목적은 일상생활에서 사용자가 항상 쾌적하고 안전하게 스마트의류를 입고 즐길 수 있도록 하는 것이다. 3

28 가. 경량 쾌적성 의류 소재의 개발 스마트 의류는 사용 목적상 여러 가지 전자, 전기 장비를 탑재해야하는 만큼 하중의 부담을 가져오게 된다. 따라서 기존의 의류에 비하여 착용감과 활동성에 부담이 증가하므로 스마트 장비의 소형화 및 하중을 분산시키는 기술은 물론이고, 의류 자체의 경량화 기술도 필요하다. 의류의 경량화 수단으로는 직편물의 조직의 입체화 또는 저밀도설계를 통하여 어느 정도 가능하지만, 더욱 경량화 시키기 위해서는 섬유자체를 경량화시킬 필요 가 있다. 폴리에스터의 섬유의 비중은 1.38로서 중공율이 30% 정도가 되면 겉보 기 비중이 낮아져 물에 뜰 정도로 가벼워진다. 종래에 경량화를 목적으로 개발된 중공사는 중공율이 약 20%정도에 머물고 있고, 본 과제에서 목표로 하는 30% 이 상의 고중공율을 가지는 소재는 형태안정성을 유지하는 한계에서 최고 수준에 속 한다고 말할 수 있다. 본 과제의 최종목표는 중공율 30% 이상의 초경량성섬유의 개발과 공업적 생산이 가능하며 제품을 상용화하는 것이다. 나. 열적 쾌적성 섬유 소재의 개발 의류의 쾌적성을 좌우하는 가장 중요한 요소 중의 하나는 온도조절기능이다. 항온동물인 인간의 몸은 항상 자신의 체온을 일정하게 유지하는 자동온도조절기 능을 가지고 있다. 추위에 의해 체온이 낮아지면 열을 발생시키고 더위로 인해 체 온이 올라가면 땀을 발산하여 열을 식힌다. 사람은 너무 덥거나 추워도 쾌적하게 느끼지 못하고, 냉온 간 온도변화가 급격하여도 불쾌하게 느끼게 된다. 실제로 사 람이 쾌적하게 느끼는 의복내 기후의 쾌적존은 온도는 32±1, 습도는 50±10%RH 로 민감하다. 따라서, 온도변화에 민감한 신체의 쾌적함을 위하여 부가적인 발열 을 수반하는 전자기기류에 대응하여 적극적으로 온도의 변화에 대한 조절기능은 스마트의류에 필요하다. 현재로서 최적의 방법은 열을 방출하거나 흡수하는 기능 을 가진 상변화물질(PCM: Phase Change Materials)을 이용하는 것이다. PCM은 주변의 온도가 상승하면 녹으면서 열을 흡수하고, 주변의 온도가 낮아지면 고화되 면서 열을 방출하는 흡방열성을 가지는 특수물질이다. PCM은 물질설계에 따라 인체의 쾌적온도인 32 를 상전이 온도로 하여 흡열-방열하여 의복내 온도를 쾌 적하게 유지할 수 있다. PCM을 섬유나 의류에 적용하기 위해서는 포장된 형태, 즉 마이크로캡슐에 담 아서 섬유내부에 첨가하거나 수지가공하는 방법이 있다. 마이크로캡슐이란 직경이 4

29 수μm~수백μm에 이르며 심물질(Core Material)과 심물질을 둘러싸고 있는 벽재 (Wall Material)로 이루어진 구형물질이다. 마이크로캡슐의 구조 본 과제의 목표중 하나는 PCM 마이크로캡슐의 개발 및 이를 첨가하여 용량 3.5J/g의 이상의 섬유를 제조하는 기술을 개발하는 것이다. 다. 高 방수투습성 섬유 소재의 개발 일상생활용 스마트의류는 안전성 측면에서 비와 물을 차단하되 우수한 통기 성을 가지는 숨 쉬는 소재일 필요가 있다. 1980년대 이후 레저 활동 용품에 대한 수요가 선진국을 중심으로 일어나기 시작하면서 가장 먼저 개발된 것이 방수투습 원단이다. 이 원단은 말 그대로 외부의 빗방울 등 물은 스며들지 않고 땀 등의 수 증기는 밖으로 배출함으로써 항상 쾌적한 상태를 유지하도록 도와주는 역할을 하 는 원단으로 주로 등산복 등 아웃도어 웨어의 분야에 많이 적용되어 왔다. 방수투 습원단은 통상 나일론 등의 합성 섬유로 구성된 기포에 미세 다공질을 가지는 폴 리우레탄 폼 등을 코팅하여 제조하거나 연신된 폴리테트라플루오로에틸렌 (e-ptfe) 필름을 라미네이션하여 제조한다. 이러한 투습 방수 원단을 이용하여 미 국, 일본, 한국 등에서 많은 종류의 다양한 기능 범위를 가지는 아웃도어 웨어를 선보여 왔다. 일상생활용 스마트의류는 사용조건상 산악용 아웃도어처럼 익스트림 조건에 대응하는 것이 아니므로, 성능측면에서 내수압은 생활방수 이상이면 충분하고 투 습도는 'Breathable barrier 로서 높을수록 쾌적성이 높다. 일반적인 투습방수기능 원단에 대하여 소비자는 더욱 얇고 가벼워서 착용성과 보관성이 우수한 것을 요 구하고 있다. 종래의 제품 중 폴리우레탄 코팅방식은 두께가 두껍고 촉감과 착용 5

30 시 소리가 불쾌하다. 폴리테트라플루오로에틸렌 필름을 라미네이팅한 제품은 내수 압과 투습도 모두 우수하나 불소수지막의 미세한 기공이 땀이나 먼지 등에 오염 되어 쉽게 막히기도 한다. 기존 제품보다 가볍고 얇으면서 투습방수기능을 높일 수 있는 기술은 최근 개발되고 있는 나노섬유 기술을 이용하는 것이다. 국내 및 선진국을 중심으로 기술개발이 활발한 나노섬유는 주로 고성능필터 분야로 전개 되고 있지만, 나노급 초극세섬유를 웹 형태로 만들면 고투습도와 방수성의 부여가 가능하다. 본 과제에서는 스마트의류용에 적합한 고투습성을 가지는 나노웹을 새 롭게 적용한 투습방수패브릭 제조기술을 개발하고자 한다. 6

31 제 2 절 국내 외 관련 기술의 현황 1. 국내외 기술개발 현황 및 전망 가. 소재의 경량화 중공사는 국내외 많은 합섬 메이커로부터 꾸준히 개발되어 오고 있으며, 의 류의 Slim&Light 트렌드의 확대에 따라 점점 중요한 ITEM으로 부상하고 있다. 현재 시장에 나온 국내외 합섬 메이커 각사의 중공섬유 제품의 현황을 표-1에 정 리해 보았다. 중공사를 제조방법에 따라 구분하면, Die-Swelling 특성을 이용한 융 착형 PET 및 Nylon계 중공사와 심초형 또는 해도형 복합방사 이후 가공단계에서 심부 성분을 용출시켜 중공을 형성시키는 두 가지 방법으로 대별된다. 다음의 표-1에서 보이듯이 중공사의 개발 형태는 Die Swelling 기술을 활용한 PET나 Nylon Single Polymer의 Air-Full구조를 지니는 것이 일반적이며 상술한 바와 같이 사가공 및 제직단계에서의 내부 중공 형성부의 붕괴를 막기 위한 이형 단면화 기술이나 중공 형태 안정화 기술을 도입한 설계 디자인 다양화가 주된 방 향이다. 제조방법에 따라서 각각의 장단점은 있으나, Die-swelling법의 경우 중공 율을 고도로 높이긴 어렵지만 가공이 환경친화적이고 경제적면에서 장점이 크다. 나아가서 최근의 중공사 개발 동향은 중공율을 높이는 것과 Soft-Touh를 위하여 단사 세섬도화에 있다. 일본에서 가장 대표적인 중공섬유는 데이진 社 의 AEROCAPSULE'로서 Die Swelling법에 의해 중공율은 30~40%이다. 욧출형 중공사로는 일본 쿠라레이 社 의 AIRMINT'로서 용출되는 심성분의 비율이 40%에 이르는 고중공을 특징으로 한 다. 국내에서는 코오롱이 본 사업을 통하여 중공율 30% 이상(30~35%)에 이르는 고중공사의 제조기술 개발에 성공하였다. 7

32 표 3 국내외 대표적인 중공사 소재 일람(I) Maker 상품명 소재 특 징 코오롱 Pyrocle PET 중공율 35%의 안정적 단면 구조 Hollite Nylon 경량성 및 쾌적성을 동시 추구 효성 AirFill Nylon 중공율 20%, 가방지 적용 Nylstar Chain yarn Meryl Nexten Nylon 원형단면, 중공율 25~30% Nylon 중공율 25% 원형단면, 삼각중공 등 다양 아세히카세 이 Impact PET Nylon 초경량 직물 소재 Twinair PET 초이형 중공사로 중공율 보온성 우수 Kilatt P PET 중공율 30%의 용해 제거법에 의한 C형 중공단면사 Kanebo Lightron Nylon 중공율 25%, 방사 단계에서 중공을 형성한 중공사 Lightron SG Nylon 표면 마찰 강도를 향상시킨 마카로니형 중 공사 8

33 표 4 국내외 대표적인 중공사 소재 일람(II) Maker 상품명 소재 특 징 Kuraray Airmint PET 구멍이 많은 다공중공에 의한 경량화 (용출형 중공 : 중공율 40%) Teijin Aerocapsul PET 높은 중공구조로 가볍고 보온성이 우수 Toyobo Dialegado PET 특수방사에 의한 4가지 중공 Filament로 반 발탄성과 탄력이 우수한 경량보온재 Farrillo Nylon 중공율 25%, 삼각단면, 고발색성 도레이 Cebonner Sumlon Nylon 중공율 30% 단섬유 직물. Aerobreath Nylon 중공율 45% 용출형 Airkeep PET 중공율 12%, 마카로니형 중공사 Unitika Airflo PET 중공율 35% 알칼리 용출형 C형 중공사 Microart Nylon 다축교차형 井 자형 중공사 Wincall Nylon 중공율 45%의 마카로니형 중공사, 나. 의복 내 온도조절 기능 종래의 의복은 계절이나 기후에 따라 쾌적하게 활동할 수 있도록 설계되 어 왔다. 최근에 들어서는 일반의류부터 익스트림 스포츠의류에 이르기까지 쾌적 성을 요구하여, more warm, more cool, 후텁지근하지 않은 것을 목적으로 소재설 계와 패브릭설계를 하고 있다. 근래에는 흡습발열과 같이 흡습에 의한 습도조절과 발열에 의한 온도 조절하 는 우수한 소재가 개발되었지만 냉각기능은 없어서 동절기용 보온의류에 적합하 다. 최근에는 이보다 진일보하여 외기온도에 변화에 대응하여 의복 내 온도를 자 동으로 조절하는 기술이 개발되었다. 기본기술은 상변화물질(Phase Change Material-PCM)을 이용하는 것으로서 고체-액체, 액체-고체의 상변화에 의해 잠열 (latent heat)을 발생하거나 흡수한다. 섬유분야에서는 이러한 상변화가 인체의 체온부근에서 일어나는 물질을 이용 하여, 의복 내 온도를 쾌적한 수준으로 유지하는 기술을 개발하고 있다. 일부 섬 9

34 유로 만든 제품도 있지만, 대부분은 Binder를 이용하게 섬유나 원단에 부착시키거 나 수지가공(코팅)을 하는 후가공법이 주류이다. 국내에서도 후가공을 통하여 PCM캡슐을 섬유제품에 적용하고 있다. 현재 PCM을 이용한 주요 메이커의 대표 제품을 소개하면 아래와 같다. 표 5 Maker 별 열적 쾌적성 섬유 소재 Maker 상 품 명 특징 및 내용 OUTLAST PCM 판매 "Thermocule" PCM 마이크로캡슐 UNICLO OUTLAST PCM 혼입 아크릴섬유 KANEBO ThermoSupport ThermalAssist 심초형 복합섬유 PCM 가공 DAIWABO 써모캅셀 PCM 캡슐 후가공기술 다. 투습방수 기술 투습방수 소재는 말 그대로 물방울은 차단하지만 땀과 같은 수증기는 통과시키 는 소재를 의미한다. 빗방울이나 물방울의 크기는 1mm 이상이고 수증기의 직경 은 0.4nm 이하이기 때문에 물방울보다 작은 미세다공질구조를 직물의 표면에 형 성시키면 투습방수 기능을 얻을 수 있다. 투습방수소재의 제조방법은 Laminating 방식에 의한 PTFE 미세다공 성맙법과 직접코팅에 의한 폴리우레탄 미세다공 성막법, 초고밀도 직편물에 의한 방법으로 구분할 수 있다. 가장 대표적인 제품은 1976년 미국 고어텍스사가 개발한 방법으 로 PTFE(테프론) 필름을 급속연신 후 열고정시켜 Fibril상 다공구조를 가지는 필 름(두께 약 20μm, 미공의 직경0.2~5μm)을 만들고 직물에 붙인 것이다. 10

35 그림 5 투습방수원단의 원리 그림 6 : Gore-Tex 社 의 PTFE Membrane 1)라미네이트 라미네이팅은 이형지 위에 수지를 코팅하여 친수무공형 혹은 다공질 필름을 제 조한 후 이를 접착제로 원단과 접합시켜서 투습방수포를 제조하는 방식이다. 라미 네이팅 방식은 원단 본래의 촉감을 거의 해치지 않는다는 것과 고기능성 (특히 고내수압)을 발현하기가 용이하다는 장점이 있지만 생산 공정이 복잡하기 때문에 직접 코팅에 비하여 제조원가가 비싼 단점이 있다. 전세계적으로 Goretex, Sympatex등 고가의 투습방수원단은 대부분 라미네이팅 방식을 적용하고 있고 시장 또한 지속적으로 성장하고 있다. 필름제조의 원료는 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리우레탄-에스테르공중합제 등으로 다양해지고 필름 제조 방식 또한 기존의 이형지상 코팅에 의해서 제조되던 것에 비해 Blowing에 의한 대량 제조방식으로 전환되고 있다. 그리고 합포에서는 용제형 접착제를 사용 11

36 하던 것을 반응형 폴리우레탄 핫멜트를 적용하여 접착강도 향상, 품질균일성 향 상, 생산성 향상, 환경문제 해결 등을 추구하고 있다. 2)습식코팅 1979년 도레이(일본)사가 개발한 이래 20여년간 투습방수원단의 주요한 제조수 단이 되어왔으며, 국내에서는 80년대 초반 코오롱에서 개발한 하이포라가 그 시초 이다. 그동안 투습방수소재는 라미네이팅 방식에 의한 고어텍스가 고각, 고기능 시장을 형성하였고 중저가 시장은 일본 및 한국의 습식공법에 의한 미세다공형 투습방수원단이 주류를 이루었다고 해도 과언이 아니다. 실제 생산량으로 보면 습 식공법이 대부분을 차지해왔고 최근 중국, 대만 등 후발 국가에서는 이와 관련된 대규모의 투자가 이루어지고 있다. 습식공법에 의한 투습방수원단의 제조는 현재에 이르러서 높은 생산단가와 낮 은 생산성, 그리고 고품질의 발현에 한계를 가지므로 점점 비중이 줄어들고 있는 방식이다. 또한 많은 양의 폐수를 발생하게 됨으로써 환경오염의 가능성이 있기 때문에 건식 방식이나 라미네이팅 방식으로 대체되고 있다. 3)건식코팅 일본 및 국내에서는 일찍부터 습식 공법을 적용한 미세다공형 투습방수 원단이 주류를 이루고 있는데 반해, 환경에 대한 규제가 강한 유럽이나 후발 국가인 대 만, 중국 등을 중심으로 건식코팅방법에 의한 친수무공형 투습방수 원단이 활발하 게 전개되고 있다. 이것은 초기 생산설비투자가 비교적 저렴하고, 생산기술이 간 단하며, 생산성이 우수하기 때문이다. 국내에서는 1995년경부터 생산을 시작하였 는데 현재에는 양적인 면에서나 기능적인 면에서도 습식 미세다공형 투습방수 원 단을 추월하고 있는 실정이다. 건식공법에 의한 친수무공형 투습방수원단은 고내 수압을 발현하는데 적합한 기술로서, 물기둥 10m정도의 수압을 견딜 수 있는 제 품이다. 최근에는 투습방수소재에서 방수성능을 중요시하는 경향에 부합하여 각광 을 받고 있다. 4)나노기술을 이용한 투습방수 최근에는 한국과 일본을 중심으로 나노섬유 웹에 의한 투습방수 원단 소재 개 12

37 발이 이루어지고 있다. 나노섬유 웹은 그 구조상 무수히 많은 공극이 형성되므로 이 공극을 이용한 우수한 투습성능을 얻을 수 있을 것으로 기대되며, 동시에 나노 섬유 웹의 두께를 현재의 코팅에 의한 투습방수 원단에 비교하여 훨씬 자유로이 조절할 수 있어 최종 제품인 의류의 경량화도 이룰 수 있을 것으로 기대된다. 나노기술을 이용한 투습방수원단은 PTFE와 같이 오존층 파괴와 같은 지구환경 문제를 유발하지 않고도 Gore-Tex 수준의 고성능 투습방수성을 얻을 수 있어 획 기적인 기술이다. 이러한 장점으로 인해 나노섬유 웹에 의한 투습방수 원단 시장 은 향후 매년 20% 이상의 고성장을 할 것으로 예상하고 있다. 당 세부과제에서는 1단계를 통하여 폴리우레탄계 수지를 이용하여 나노섬유웹 을 만들고 이를 투습방수포에 적용하여 가능성을 확인한 바 있다. 2단계에서는 실 용화를 위한 기술개발을 목표로 한다. (5) 투습방수성의 비교 이러한 방법으로 평가한 내수압과 투습도의 성능 분류는 다음과 같다. 표 6 투습방수원단의 성능별 분류 내수압에 의한 분류 (mmh 2 O) 투습성에 의한 분류 (g/m 2 /24hrs) 고내수압형 범용형 저내수압형 고투습형 범용형 저투습형 5,000~30,000 1,000~2, ~800 6,000~13,000 2,000~5,000 2,000 이하 2. 개발 기술 관련 특허 현황 한편, 일본은 고부가가치의 의류용 섬유 개발에 많은 투자를 해왔으며 그 결과, 항균, 소취 등 대다수의 의류 소비자가 원하는 기능성 부여 부분에 있어 타의 추 종을 불허하는 수준의 기술력을 확보하였다. 이렇듯, 섬유 소재의 각종 기능성 부여 부분에 있어 섬유 선진국들의 그동안의 개발 노력으로 인해 많은 특허들이 출원되어 왔다. 13

38 가. 특허 권리 분석 1) 경량/쾌적성 섬유 소재 중공 섬유는 90년대 후반에 들어서면서 많은 기술적 발전을 이루었다. 특히, 산 업화, 도시화에 따른 환경오염으로 인한 피해가 커짐에 따라 가정용 또는 산업용 여과 장치의 핵심으로 개발되어 성장하기도 하였으며 고유의 경량감과 보온성을 내세워 고부가가치의 의류를 제조하는 데에도 사용되어 왔다. 주로 미국과 일본을 중심으로 기술의 발전이 이루어져 왔으며 중공율을 높이기 위한 노력은 지금도 계속되고 있어서 단독 방사에 의한 중공율 성장 기술은 이미 성숙단계에 접어들었으며 외에 특수 고분자를 도성분으로 하고 일반 의류용 고분 자를 해성분으로 하는 해도형 복합방사 방법에 의해 방사하고 이를 열수( 熱 水 ) 용 해하여 고중공율의 중공사를 제조하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 2) 열적 쾌적성 섬유 소재 열적 쾌적성 섬유는 우주항공시대를 맞으면서 개발이 시작되었던 것인 만큼 90 년대까지의 기술의 발전은 미미하였다. 그러나 최근에 많은 발전을 이루고 있는 만큼 앞으로의 기술 발전이 예상되는 분야이다. 3) 고투습방수 섬유 소재 PTFE 라미네이션 또는 폴리우레탄 코팅에 의한 투습방수 원단 소재의 개발은 1960년대 이후 지속적으로 이루어져왔다. 그러나, PTFE의 제조 과정에서 발생하 는 프레온 가스와 같은 환경 문제, 폴리우레탄 코팅의 비교적 낮은 투습도, 의류 중량의 증가 등의 문제로 인하여 새로운 방법에 의한 투습방수 원단 소재 개발이 추진되어 왔으며, 1990년대 후반부터 본격화되고 있는 전기방사에 의한 나노섬유 를 이용하는 방법이 연구되고 있다. 전기방사에 의한 나노섬유는 이미 1930년대에 원천 특허가 출원되었으나 이후 약 60년 동안을 적합한 용도가 없어 개발이 이루어지지 못하다가 최근에야 기술 개발이 본격적으로 이루어지고 있다. 현재는 나노섬유를 이용한 필터 등에 개발의 초점이 맞추어지고 있으나 투습방수 원단 소재, 창상피복재, 각종 센서류 등으로 14

39 용도가 계속 확대될 것으로 보인다. 나. 향후 전망 중공섬유에 대한 국내외의 연구 개발은 향후에도 기능성 섬유의 개발 요구 및 용도의 확대 등에 힘입어 지속적으로 이루어질 것으로 예상된다. 특히, 의류의 경량화는 현재, 가장 활발히 이루어지고 있는 부분이므로 향후에 도 꾸준한 연구가 이루어질 것이다. 특히 고중공 섬유는 의류에만 국한되어 사용 되지 않고, 그 우수한 경량성을 이용하여 자동차, 항공기 등의 소재로도 적용될 수 있을 것이다. 열적 쾌적성 섬유 소재에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있으며 내의류 및 신 발 등에도 적용될 것으로 예상된다. 1단계 사업에서 이루어진 열적 쾌적성 섬유 소재의 개발 과정에서 이용된 마이크로캡슐 기술은 식품, 의약품 등에서 널리 사 용될 수 있다. 또, 나노섬유에 의한 투습방수 섬유 소재의 개발은 이제 초기 단계 이므로 향후에 더욱 더 많은 연구가 진행되어 다양한 제품으로 개발될 것으로 기 대된다. 15

40 다. 국가별 및 소재별 특허 목록 1) 경량/쾌적성 섬유 소재 No. 발행국 출원번호 출원인 적용분야 발명의 명칭 1 한국 표 7 경량쾌적성 섬유 소재 특허 목록 (I) 가네가후치 가 가쿠 고교 가 부시키가이샤 다케다 마사토 시 경량/쾌적 파일용 중공 수축성 섬유 및 그 제조 방법 및 파일제품 2 한국 고경찬 경량/쾌적 폴리프로필렌 중공사 및 그의 제조 방법 3 한국 (주)효성 이형 단면 나일론 중공섬유 및 그 제조 방 경량/쾌적 법 4 한국 (주)효성 경량/쾌적 나이론 중공 잠재권축사 5 한국 (주)효성 경량/쾌적 발수성 심초형 중공사의 제조 방법 6 한국 (주)새한 심초형 복합방사 단섬유 제조 방법 및 이 경량/쾌적 를 소재로 한 부직포 7 한국 (주)효성 경량/쾌적 흡한속건성 ( 洽 汗 速 乾 性 ) 나일론 중공섬유 및 이의 제조 방법 8 한국 (주)효성 흡수성 폴리에스테르 가연가공사 및 이의 경량/쾌적 제조 방법 9 한국 (주)효성 경량/쾌적 다기능성 폴리에스테르 섬유의 제조 방법 10 한국 섬유개발연구 보온성 및 경량감이 우수한 폴리에스테르 경량/쾌적 원 에어텍스쳐사의 제조 방법 11 한국 섬유개발연구 원 경량/쾌적 보온성과 경량감이 우수한 폴리에스테르 복합공기교락사의 제조 방법 12 한국 (주)코오롱 경량/쾌적 다중 중공섬유 및 그의 제조 방법 구라레 나카무 13 한국 라 하사오 14 일본 UNITIKA LTD 15 일본 UNITIKA LTD 16 일본 UNITIKA LTD TORAY IND 17 일본 INC 경량/쾌적 중공섬유 및 중공섬유의 제조 방법 경량/쾌적 폴리에스테르 중공사 경량/쾌적 신규 경량 직물의 제조 방법 경량/쾌적 연사 직물의 제조 방법 경량/쾌적 중공 구조체 사조 및 직편물 16

41 No. 발행국 출원번호 출원인 적용분야 발명의 명칭 TORAY IND 18 일본 경량/쾌적 중공 방적사 및 그 제조 방법 INC TORAY IND 항필성이 우수한 중공 복합 폴리에스테르 19 일본 경량/쾌적 INC 단섬유로 된 방적사 및 편직물 20 일본 UNITIKA 경량/쾌적 폴리에스테르 이형 단면 중공 섬유 LTD TORAY IND 21 일본 경량/쾌적 수축차 혼섬사 및 제조 방법 INC TORAY IND 항필 기능을 갖는 심초형 복합 방적사 및 22 일본 경량/쾌적 INC 편직물 TOYOBO CO 23 일본 경량/쾌적 폴리에스테르 중공 섬유 LTD 24 일본 경량/쾌적 특수 중공 임시 가공사 및 그 제조 방법 25 일본 경량/쾌적 폴리에스테르 이형 단면 섬유 26 일본 TORAY IND INC 경량/쾌적 방적사 및 편직물 27 일본 UBENITTO KASEI Co 경량/쾌적 섬유 강화 중공 구조체의 제조 방법 Ltd 28 일본 TORAY IND INC 경량/쾌적 방적사 29 일본 KURARAY 복합 섬유 중공 섬유 및 그 복합 섬유를 이 경량/쾌적 CO LTD 용한 중공 섬유의 제조 방법 30 일본 KURARAY 폴리에스테르계 다공 중공 섬유 및 그 제조 경량/쾌적 CO LTD 방법 31 일본 TORAY IND INC 경량/쾌적 가연 방적사 및 그것들을 이용한 편직물 권축을 가지는 이형 중공 폴리트리메틸렌 32 일본 경량/쾌적 테레프탈레이트 섬유 33 일본 경량/쾌적 중공 폴리에스텔 섬유 및 그 제조 방법 34 일본 UNITIKA TEXTILES LTD 경량/쾌적 중공 2층 구조 방적사 직편물 35 일본 경량/쾌적 폴리에스테르 혼섬사 및 그 제조 방법 36 일본 표 8 경량쾌적성 섬유 소재 특허 목록 (II) TORAY IND NC 경량/쾌적 폴리에스테르 중공 섬유 및 직물 17

42 2) 열적 쾌적성 섬유 소재 No. 발행국 출원번호 출원인 발명의 명칭 1 일본 NISSHINBO IND INC 2 한국 케이엔디산업 (주) 접촉 냉감 성능을 가지는 섬유 구조물 및 그 제 조 방법 상변이 물질을 함유하는 마이크로캡슐의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 마이크로캡슐을 포함 하는 제품 3 한국 주식회사 케이씨씨 보온 특성이 우수한 바닥장식재 4 한국 양경준 투방습 흡한 속건 마이크로 캡슐 레이션 피씨엠 모자 5 한국 학교법인 한양학원 열 안정성이 우수한 상변이 물질 함유 마이크로 캡슐의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 마이크 로캡슐을 포함하는 물품 6 한국 (주) 마이크로폴 상변화 물질, 방향, 소취 및 항균성 마이크로캡 슐을 포함하고 있는 발포체의 제조 방법 7 한국 주식회사 휴비스 온도 응답형 고기능 복합섬유 8 한국 주식회사 휴비스 온도 응답형 고기능 해도형 복합섬유 9 미국 B A S F 마이크로캡슐s Akiengesellschaft 10 미국 미국 표 9 열적 쾌적성 섬유 소재 특허 목록 China Textile Institute CHINA TEXTILE INSTITUTE 12 미국 O u t l a s t Technologies, Inc. Composition for fabricating phase-change-material 마이크로캡슐s and a method for fabricating the 마이크로캡슐s Method and compound fabric with latent heat effect Temperature regulating cellulosic fibers and applications thereof 18

43 3) 투습방수 섬유 소재 표 10 투습방수 섬유 소재 특허 목록(I) No. 발행국 출원번호 출원인 발명의 명칭 1 일본 TORAY IND INC 수면용 혹은 병동용의 속옷 의류용 천 M I T S U I 4 일본 작업용 옷감 및 그것을 이용한 작업용 의류 CHEMICALS INC 12 한국 (주)코오롱 건식무공형 투습방수포 한국 (주)코오롱 건식무공형 투습방수포 14 한국 (주)코오롱 투습방수포 및 그의 제조 방법 한국바이린 주식회 15 한국 사 롤프 에취, 켈러, 도트프린팅을 이용한 투습방수원단의 제조 방법 카즈노리 이마무라 16 한국 벤텍스 주식회사 건식무공형 투습방수 원단 17 한국 벤텍스 주식회사 흡한속건성을 갖는 투습방수포 18 한국 (주)코오롱 라미네이팅형 투습방수포 19 한국 박종철 나노섬유 부직포의 제조 방법 20 한국 박종철 생체모방형 나노섬유 부직포 및 그의 제조 방법 주식회사 대성에스 21 한국 항균성이 우수한 투습방수포 앤씨 22 한국 김학용 발수성 및 발유성이 우수한 나노섬유 부직포 및 그의 제조 방법 24 미국 Carbon dioxide nanosensor, and respiratory CO2 monitors 25 미국 Outdoor canopy 26 미국 Fabric and a method of making the fabric 27 미국 Solid Water Holdings Waterproof/breathable moisture transfer liner and composite for snowboards, alpine boots, hiking boots and the like 28 미국 Method of producing a porous membrane and waterproof, highly breathable fabric including the membrane Tiong Liong 29 미국 Breathable warm-keeping fabric Industrial Co. Ltd. 30 미국 BODY FORM-FITTING RAINWEAR 31 미국 Protective clothing for the lower part of the leg 19

44 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적 경제적 파급 효과 1. 기술적 측면의 파급효과 현재 국내에서는 스포츠/레저 생활의 증가에 발맞추어 흡한속건 등의 섬유 소 재 개발은 많이 이루어지고 있으나 미래의 인간 생활에 적합한 高 경량성, 高 투습 방수성 등의 섬유 소재에 대한 개발은 미흡하다. 특히, 경량성 섬유 소재 개발이 필수적인 高 중공사에 대해서는 국내에서의 생산은 거의 없는 상태이며, 주로 일본 등 섬유 선진국의 제품이 사용되어오고 있다. 아울러, 향후 그 사용량이 급증할 것으로 예측되고 있는 나노섬유 웹을 이용한 투습방수성 섬유 소재에 대해서는 국내에서는 기본 기술조차 확보하지 못하고 있 는 상황이며, 등산복, 신발 등에 적용되고 있는 상전이 물질에 의한 열적 쾌적성 섬유 소재는 대부분 수입해서 사용하고 있는 실정이다. 이러한 때에 세계적으로 유래를 찾기 힘든 수준의 고중공사의 생산 기술의 개 발, 나노섬유에 의한 투습방수 원단 기술 개발, 상전이 물질에 의한 열적 쾌적성 섬유 소재 제조 기술의 개발이 이루어진다면 이들 소재를 필요로 하는 스마트 의 류뿐만 아니라 미래의 첨단 의류 제품의 구성 소재로써 활용됨으로써 세계 시장 선도와 국내 섬유 산업의 지속적인 발전을 이루는 데에 크게 기여할 것이다. 가. 기본 기술의 축적 스마트 의류용 섬유 소재의 생산 기술 개발을 통하여 최고 수준의 경량 섬유 소재를 제조하기 위한 중공사 방사 기술 및 섬유 고분자 제어 기술, 중공사를 이 용한 의류용 원단 제조 기술, 고부가가치형 경량 섬유로써 사용하기 위한 사가공 기술 등 경량성 섬유 소재에 대한 기본 기술의 축적이 가능하다. 또, 선진국을 중 심으로 연구 개발되고 있는 나노섬유를 제조하는 기술을 개발하고 이를 이용한 투습방수 섬유 소재까지 개발함으로써 나노섬유의 기본 기술 및 용도 기술을 축 적할 수 있다. 아울러, 외국에 의존하고 있는 상전이 물질에 의한 열적 쾌적성 섬 유 소재에 대해서도 상전이 물질의 가공 기술, 상전이 물질을 함유하는 섬유의 방 사 및 가공 기술에 대한 축적이 가능하다. 20

45 나. 관련 기술 발전의 가속화 스마트 의류용 섬유 소재의 생산 기술 개발은 스마트 의류 제조 기술에 대해서 만 국한되어 사용되지 않고 더 넓은 분야에서의 파급효과를 가져올 수 있다. 첨단 경량/쾌적 섬유 소재 기술은 스포츠, 레저, 안전 등 타 분야로의 적용도 가능하여 이들 분야에서의 부가가치 증대에 기여할 수 있다. 나노섬유에 의한 투습방수 원단 제조 기술도 궁극적으로 스마트 의류 제조 기술 에 대해서만 국한되지 않고 매우 다양한 분야로의 적용이 가능하다. 특히, 나노섬 유는 아직 일부 선진국에서만 극히 제한적으로 상업화가 이루어져 있으며 그 대 부분은 필터용 소재에 집중되어 있다. 따라서 나노섬유에 의한 투습방수 원단 제 조 기술은 현재 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 스포츠 및 레저용 섬유 제 품, 차세대 고성능 군복 및 작업복 등에 널리 사용될 수 있다. 상전이 물질에 의한 열적 쾌적성 섬유 소재의 제조 기술 개발도 스마트 의류뿐 만 아니라 향후 매우 다양한 분야에서 사용이 가능하다. 상전이 물질을 섬유 내로 도입하기 위해 개발된 마이크로캡슐화 기술은 상전이 물질의 보호 및 이동의 수 단으로만 사용되지 않고 고효율 농약, 약물전달체계와 같은 의약품 산업, 식품 산 업, 안전 관련 산업, 건설 등으로의 용도 확대가 가능하다. 2. 경제 산업적 측면의 파급효과 가. 본 기술제품의 원가 절감 효과 현재 본 연구와 관련된 고중공섬유 제품, 열적 쾌적성 부여를 위한 온도 조절 기능성 섬유, 고투습방수 가공용 멤브레인 등은 전량 수입에 의존하고 있는 상황 이다. 그러나 본 연구를 통해 국산화하면 비용 인하 효과는 수입품 기준의 수입가 +관세+수입제비용의 50%에 달할 것으로 추정된다. 따라서 스마트 의류의 섬유 소 재의 가격을 낮추는 효과를 가져 올 수 있으므로 스마트 의류의 보편화, 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다. 나. 본 기술제품의 수입대체 효과, 수출증대 효과 등 경량/쾌적성 섬유 소재로써 高 중공 섬유는 아직까지 국내에서의 생산이 없어 대부분 일본 등으로부터 수입하여 사용해오고 있으며 상전이 물질 마이크로캡슐 을 함유하는 열적 쾌적성 섬유 소재는 대부분 일본과 미국으로부터 수입하여 사 21

46 용하는 데에 그치고 있으며 나노섬유에 의한 투습방수 원단은 아직 선진국에서의 수입조차도 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 특히, 2006년 우리나라의 섬유류의 수입금액은 8,037백만불이며, 2007년 1~3분기에만 6,441백만불에 상당하는 섬유류 를 수입, 전년도 동기 대비하여서도 증가세에 있다. 이들 수입 섬유류 중 상당량 이 경량/쾌적성 섬유 소재에 해당하는 바, 본 연구를 통한 경량/쾌적성 섬유 소 재의 생산은 기능성 섬유 제품에 대한 국내 수요의 충족 및 수출에 기여할 것이 다. 특히 기능성 섬유에 대한 수요는 2000년 3천억원에서 2007년에는 1조원 정도의 규모로 시장이 성장할 것으로 예측됨에 따라 막대한 규모의 수입대체 효과 및 수 출 효과가 기대된다. 아울러, 연평균 15%의 고성장을 거듭하고 있는 의류용 나노 섬유 코팅 직물에 있어서도 나노섬유에 의한 투습방수 원단은 수입대체와 수출 증대의 효과를 가져 올 것이다. 3. 기술개발결과의 활용분야 및 활용방안 高 중공 섬유 소재는 스마트 의류용 섬유 소재로써 뿐만 아니라 30% 이상의 경 량화를 이용할 수 있는 모든 의류 분야 및 용품 분야에 사용이 가능하다. 즉, 익 스트림 스포츠용 의류 및 용품부터 일상생활용 아웃도어 의류에 이르는 넓은 범 위에서의 적용이 가능하다. 또, 나노섬유에 의한 투습방수 원단 소재 역시 각종 캐쥬얼 의류, 아웃도어 의류, 아동복과 같은 일상생활용 의류 및 각종 스포츠/레 저 의류 및 용품으로의 적용이 가능하다. 뿐만 아니라 나노섬유의 특성을 이용한 각종 방호복, 고성능 마스크 등의 분야에서도 적용이 가능하다. 상전이 물질을 이 용한 열적 쾌적성 섬유 소재 역시 등산용 양말, 모자, 담요, 쿠션이나 소파와 같은 가구 등에 폭넓게 사용이 가능하다. 섬유 소재의 기술 및 생산의 자급 기반 확보를 통해 국내 가공 및 응용 제품 산업의 활성화를 이룰 수 있으며 특히 스포츠/레저용 소재 및 산업용 소재로써 관련 산업의 신규 응용 제품 개발이 증진될 것으로 기대된다. 새로운 용도의 창출 및 수요의 창출은 취약해진 국내 섬유 산업의 기반을 강화 하고 제직/제편, 염색 및 가공 기술의 발전 및 이익 창출에 기여할 것이다. 스마트 의류용 섬유 소재 상업화 기술의 개발을 통하여 첨단 의류 산업 발전을 가속화하고 국제 경쟁력 강화를 기대할 수 있으며 미래 산업 소재의 원활한 공급 22

47 을 이룰 수 있으며, 세계 시장의 선도와 국내 섬유 산업의 지속적 발전을 이루는 데에 크게 기여할 것이다. 高 중공섬유의 개발은 의류용 섬유소재로써 뿐만 아니라 향후 자동차, 항공기, 선박, 우주 산업 및 생체공학에도 그 기술이 응용될 수 있어 우리나라 산업 전반 에 걸친 발전을 도모하는 효과를 가진다. 또, 열적 쾌적성 섬유 소재 제조 기술 개발은 미래형 의류의 개발 및 제조에 필수적인 요소이며 향후에는 의류뿐만 아 니라 각종 가구, 자동차 등에 널리 이용될 수 있을 것으로 예상된다. 특히, 나노섬유에 의한 투습방수 원단의 제조기술 개발은 아직 전 세계적으로 성공한 예가 많지 않으므로 기술 개발 시 세계 시장의 선도가 확실시 되고 있다. 뿐만 아니라, 고급 투습방수 의류 제품 시장은 대부분 외국의 특정 제품에 의존하 고 있는 상황이므로 나노섬유에 의한 투습방수 원단 제조 기술을 개발함으로써 이 분야에서의 외국 업체들의 가격 하락 및 시장 점유율 하락을 유도할 수 있다. 이러한 미래형 첨단 섬유 소재의 개발을 통하여 우리나라도 완전한 섬유선진국 으로써의 자리를 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 23

48 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 1. 최종목표 가. 스마트의류용 기능성 섬유 소재 기술 개발 1) 경량/쾌적성 - 30% 이상의 중공율을 가지는 고중공사 개발 - 고중공사 제품 상업화 2) 열적 쾌적성 - 상전이 물질(PCM)의 마이크로캡슐화 기술 개발 - PCM의 섬유화 기술 개발 3) 투습방수성 - 나노 웹에 의한 투습방수성 부여 기술 개발 - 나노 웹의 원단 적용 기술 개발 나. 스마트의류용 심미성 소재 기술 개발 - 고중공사의 Cotton-Like 사가공 기술 개발 2. 개발기술의 평가방법 및 평가항목 본 과제에서 목표로 하고 있는 스마트 의류용 섬유 소재의 개발 목표를 정리하 면 다음과 같다. 가. 개발목표 1) 경량/쾌적성 소재 - 경량성 : 30% 이상 경량화 (중공율 30%) - 원사 생산성 : 생산 현장 적용, 만권율 90% 이상 24

49 2) 열적 쾌적성 소재 - 상전이 온도 32 의 PCM 개발 - PCM의 마이크로캡슐화도 80% 이상 - 가공 원단 10회 이상의 세탁 내구성 3) 투습방수 소재 - 나노섬유 제조 기술 개발 : 직경 1μm 이하의 나노섬유 개발 - 투습방수 성능 개선 : 내수압 5,000~10,000 mmh2o, 투습도 10,000~20,000g/m2/day 4) 심미성 소재 - Natural Touch 및 외관 구현, Cotton-Like 섬유 구조의 구현 각 기능성에 대한 평가는 하기의 방법으로 이루어지며 각 기능성에 대한 평가 는 독립성을 가진다. 즉, 각 평가 항목의 평가 결과는 스마트 의류용 고쾌적성 섬 유 소재로서 가지는 종합적 기능의 상호작용에 의한 결과의 반영으로, 별개의 기 능성이라 하더라도 상호보완적 작용이 있어 그 기능을 강화시켜줄 수 있는 것이 다. 위에서 살펴본 각 목표의 달성을 확인하기 위해서는 각각에 적합한 평가 방법 과 기준의 선정이 필요하며 그 방법 및 기준을 살펴보면 다음과 같다. 나. 개발목표의 평가 기준 및 방법 1) 경량/쾌적성 소재 원사의 중공율을 평가하기 위해서는 원사의 정확한 단면상을 구해야 한다. 원사 의 단면상은 해당 원사를 임의의 도구를 이용하여 파지하고 여기에 용융된 파라 핀 액을 부어 고착시킨 후 이를 마이크로톰을 이용하여 단면 절편을 제조하고 이 를 광학 현미경을 이용하여 150~300배로 확대하여 그 상을 촬영하여 구한다. 얻 어진 단면상을 이용하여 원사 전체의 단면적을 측정하고 중공 부분의 단면적을 구한 다음 아래의 식을 이용하여 중공율을 구한다. 단면적을 구하는 방법은 최근 에는 통상의 이미지 처리 장치를 이용하여 측정하는 방법을 많이 사용한다. 즉, 25

50 얻어진 단면상을 컴퓨터를 이용하여 각 필라멘트의 단면적을 이미지의 화소를 이 용하여 구하고 중공 부분의 단면적도 화소를 이용하여 구함으로써 가능하다. 이러한 필라멘트의 단면의 중공율을 최소 12개 이상 구하여 평균을 취하여 사 용한다. 또, 필라멘트 들의 균일성이 평가에 포함되도록 하기 위해 한 개의 필라 멘트를 이용하여 12회 이상 절편을 구하는 방법이 아닌, 12개 이상의 필라멘트로 부터 최소 12개 이상의 중공율 값을 구하여 평균하도록 한다. 중공면적 - 중공율 평가법 : 섬유면적 경량/쾌적성 섬유는 이러한 방법으로 평가한 원사의 중공율이 30% 이상이다. 또, 경량성을 평가하는 다른 방법으로는 섬유의 겉보기 비중을 평가하는 방법이 있다. 겉보기 비중을 평가하기 위해서는 해당되는 섬유로 일정한 조직의 원단을 제조한 후 이를 수조에 넣어 뜨고 가라앉음을 봄으로써 비중이 1.0 이상인지 1.0 이하인지를 평가한다. 이 때 원단 시편이 표면장력에 의하여 수조의 수면에 뜨지 않도록 시편은 수조의 물에 충분히 적셔져야 한다. 충분히 적셔진 시편이 수조 속 에서 수면 쪽으로 뜨면 겉보기 비중 1.0 이하로 경량성이 매우 우수한 것이며 수 조 속에서 바닥에 가라앉으면 겉보기 비중 1.0 이상으로 경량성이 부족한 것이다. 참고로, 폴리에스테르 섬유로 시편을 제조하여 평가하였을 때 겉보기 비중은 1.38 로 물보다 무겁다. 고중공 원사 제조 공정의 조업성은 8추의 권취기 1대를 기준으로 하고, 권량은 7kg을 기준으로 하여 스핀드로오 공법으로 36시간 동안 생산하였을 때 만권율이 90% 이상이면 매우 우수, 85~90%이면 우수, 80~85%이면 보통, 80% 이하이면 불량으로 구분하여 관리한다. 원사 제조 공정의 조업성은 만권율(Full Drum율)로 평가되며 이는 생산량, 만권시의 권량, 원사의 품종, 제조 공법에 크게 영향을 받 는다. 즉, 생산량이 극히 적은 경우에는 공정이 다소 불안정하여도 만권율이 높을 수도 있으며 권량이 크면 클수록 만권율은 낮아지게 된다. 또, 원사의 품종에 있 어 섬도가 지극히 낮거나 원사를 구성하는 필라멘트의 수가 지극히 많으면 역시 악영향을 미칠 수 있다. 26

51 2) 열적 쾌적성 소재 PCM에 대한 평가는 시차주사열량계 (DSC)를 사용하여 평가가 가능하다. 즉, 승온 및 강온이 가능한 열량계를 사용하여 일정 속도의 승온 시 또는 강온 시의 출입하는 열량의 크기를 평가할 수 있으며 최대 열량 출입 온도를 평가함으로써 상전이 온도를 평가할 수 있다. 또, PCM을 함유하는 마이크로캡슐을 제조한 후 그 특징은 열중량분석계(TGA), 입도분포분석계(PSA)를 사용하여 그 특징을 살펴 볼 수 있다. 열중량분석계는 일정 속도로 승온시켰을 때 시료의 무게 변화를 알 수 있는 것으로 마이크로캡슐의 벽재를 구성하는 폴리머의 열안정성을 평가할 수 있으며 승온에 따른 심물질의 방출 여부도 확인이 가능하다. 입도분포분석계는 입 자의 평균 크기와 산포도를 구할 수 있는 것으로 마이크로캡슐과 같이 2성분으로 구성된 복합 미세 입자는 광학 입도분포분석계를 사용하여 분석하여야 하며 이를 통해 폴리아크릴과 같은 섬유 내로의 도입 가능성이나 원단 표면에로의 가공 가 능성을 평가할 수 있다. 3) 투습방수 소재 나노 섬유 웹에 의한 방수 투습성은 두 가지 관점에서 평가한다. 우선, 나노 섬 유를 사용하여 웹을 제조하므로 나노 섬유 층을 주사전자현미경으로 관찰하여 평 균 직경이 1μm 미만이다. 또, 궁극적 목표인 방수투습성은 방수도와 투습도를 각 각 측정하되 방수도는 내수압으로 측정한다. 내수압은 물이 새지 않는 수준의 수 압을 평가하는 것으로 한국공업규격 KS K 0591을 따른다. 스마트 의류용으로 적 합하기 위해 내수압 5,000-10,000mmH2O를 목표로 한다. 또, 투습도는 원단에 일정한 압력으로 습기를 가하고 24시간 경과 후 통과한 수분의 g 수를 평가하는 것으로 한국공업규격 KS K 0594를 따르며 충분한 투습성을 가지기 위해서 10,000-20,000g/m2/day 이상을 목표로 한다. 참고로, 방수투습성 원단 소재의 대명사인 Gore-Tex는 불소계 멤브레인을 이용 한 제품으로 내수압은 5,000-10,000mmH2O 수준이며 투습도는 10,000~20,000g/m2/day 수준이다. 이러한 Gore-Tex는 등산복, 등산화 등의 스포 츠 의류 및 용품에 있어서 우수한 방수성과 투습도로 각광받고 있으나 기공의 평 균 크기가 0.2μm로 투습도에 있어 한계가 있어 일상생활에서는 땀의 배출이 원활 하나 등산과 같이 발한량이 많은 경우에는 습기의 배출에 한계가 있어 의복 내부 에 결로 현상이 생기므로 주기적으로 환기, 통풍을 시켜 습기를 강제 배출하여야 27

52 한다. 그렇지 않을 시에는 내부에 습기가 가득 차 쾌적성이 떨어지게 된다. 4) 심미성 소재 심미성으로 대변되는 Fashion성과 Natural성은 극히 감성적인 특성으로 이를 정량적으로 평가하기는 매우 어렵다. Natural 성의 가장 대표적인 섬유소재는 면 섬유로 이는 독특한 루멘 구조와 이에 의한 타원형을 그리는 단면 등으로 인하여 흡수성이 우수하고 촉감이 자연스럽다. 이러한 특징을 이용, 고차 사가공을 통해 Cotton Like 가공 처리한 후 이를 광학 현미경으로 관찰 그 형태가 얼마나 면섬 유에 가까운지를 평가한다. 28

53 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 1. 1단계 개발목표 및 평가방법 가. 1단계 최종 개발목표 1) 개발목표 (Lab & Pilot Scale) 스마트의류에 적합한 기초 섬유 소재의 개발 - 스마트의류에 적합한 섬유형성능 고분자 및 원사 품종의 개발 스마트의류에 필요한 기능 및 특성 부여 - 쾌적성 : 경량성 및 열적 쾌적성 - 안전성 : 高 방수투습성 - 내구성 : 高 인열강력 - 심미성 : Fashion 성 및 Natural성(Cotton Like 구조) 2) 개발내용 및 개발범위 고중공 원사 제조용 구금 및 PACK 설계 - 중공율 30% 이상의 고중공율 중공사 개발 - 중공에 의한 이형/경량화 확보 쾌적성 섬유 제조 기술 연구 (폴리머, 원사제조 기술) 섬유 소재 단계 기능성 부여 기술 확보 - 중합, 방사 고도화에 의한 고강력 원사 및 원단 제조 기술 확보 - 적정 상전이 물질 개발 및 가공 기술 확보 - 나노섬유 웹에 의한 방수투습성 고차가공 기술 및 감성화 기술 확보 - 합성섬유의 감성화 기술을 이용한 Fashion 성 확보 - 고차 사가공 기술에 의한 Cotton Like 소재 개발 기술 확보 29

54 나. 1단계 개발기술의 평가방법 및 평가항목 고중공 원사 제조용 구금 및 PACK 설계 - 경량성 : 중량 30% 이상 경량화 확보 친수성, 피부친화성 폴리머 개발 및 복합 방사 기술 확보 - 쾌적감 소재 : 운동 시 폴리에스테르 대비 온도 강하 2 스마트의류용 섬유 소재 기능성 부여 기술 확보 - 내구성 : 원단 인장 강력 1kgf 이상 - 온도조절성 : 상전이 온도 32, 마이크로캡슐화 80% 이상, 가공 원단 10회 이상 세탁 내구성 - 방수투습성 : 나노 섬유 평균 직경 1μm 미만, 내수압 5,000-10,000mmH2O, 투습도 10,000-20,000g/m2/day 이상 고차가공 기술 및 감성화 기술 확보 - Natural 성 : Cotton Like 섬유 구조 형성 평가항목 (주요성능 Spec 1) ) 단위 전체항목 에서 차지하는 비중 2) (%) 표 11 정량적 목표 항목 세계최고 수준, 보유국/보유기업 ( / ) 성능수준 연구개발전 국내수준 성능수준 1차 년도 개발목표치 2차 년도 3차 년도 평가방법 3) 1. 중공율 % 15% 일본/쿠라레이 중공율 40% 중공율 15% 15% 25% 30% 중공율 측정 2. 쾌적감 10% 미국/Invista 열화상 측정 3. 상전이온도 15% 미국/Outlast 高 인열성 g 5% gf 750gf 1kgf 5. 10회 세탁 미국/Outlast 회 10% 내구성 10회 - 5회 7회 10회 6. 나노섬유직경 μm 10% 미국/Gore-Tex - 2< 1 1< 7. 내수압 mmh2o 15% " 2,000-8,000-4,000 5,000-5,000-10,000 10,000 KS K 투습도 g/m 2 /da " 15% 4,000-15,000-10,000 10,000 - KS K 0594 y 10,000 20, 조업성 % 5% - 80% 90% 30

55 2. 2단계 개발목표 및 평가방법 가. 2단계 최종 개발목표 1) 개발목표 스마트 의류용 고쾌적성 섬유 소재 제조 - 경량/쾌적성 : 고중공사 생산 기술 개발 - 열적 쾌적성 : PCM 물질의 섬유화 - 투습방수성 : 나노 웹의 원단 적용 타 세부과제와의 협업을 통한 스마트 의류 제품화 - 연구결과물의 스마트 의류 적용 및 상업화 2) 개발내용 및 개발범위 경량/쾌적성 섬유 소재 생산 기술 개발 - 중공율 30% 이상의 고중공사 생산 - 원사 생산성 : 만권율 90% 이상 PCM 물질의 섬유화 기술 개발 - 습식방사 공정 적용, PCM 마이크로캡슐 함유 원사 제조 - 10회 이상의 세탁 내구성 - 원사 기준 3.5J/g 이상의 흡열 및 발열량 * Outlast(미) 제품 : 3.3J/g 나노 웹 원단 적용에 의한 투습방수 원단 개발 - 투습방수 성능의 개선 * 내수압 : 7,000~10,000 mmh2o * 투습도 : 10,000~20,000g/m2/day - 나노 웹의 원단 적용 : 폭 1m 이상의 투습방수 원단 제조 31

56 쾌적성 기능의 복합화 - 경량/쾌적성 및 열적쾌적성의 조합 및 복합화 - 경량/쾌적성 및 투습방수성의 조합 및 복합화 나. 2단계 개발기술의 평가방법 및 평가항목 경량/쾌적성 섬유 소재의 생산성 평가 - 경량성 평가 : 고중공사의 중공율 및 겉보기 비중 평가 - 고중공사의 생산성 평가 : 스핀드로오 공법상의 만권율 평가 열적 쾌적성 섬유 소재의 평가 - 시차주사열량계에 의한 상전이 온도에서의 흡열 및 발열량 평가 - 세탁에 따른 흡열 및 발열량 변화 평가 (열량 반감 회수 평가) 투습방수 섬유 소재의 평가 - 한국공업규격 K-0591(투습도), K-0594(내수압) 32

57 표 12 정량적 목표 항목 평가항목 (주요성능 Spec 1) ) 단위 전체항목 에서 차지하는 비중 2) (%) 세계최고 수준, 보유국/보유기업 ( / ) 성능수준 연구개발전 국내수준 성능수준 개발목표치 1차 2차 년도 년도 평가방법 3) 1.중공율 % 10 일본/데이진 중공율30~40% 15~ 중공율 평가 2.원사생산성 % 20 90% 이상 85% 만권율 (권량:6kg) 3.PCM 성능 -Size -상전이온도 -열용량 μm J/g 20 미국/Outlast 1~3μm 27~30 3.3J/g - 2~3μm J/g 2~3μm J/g SEM DSC DSC(섬유상) 4.10회 세탁 내구성 회 15 미국/Outlast 10회 - 7회 10회 세탁후 DSC 5.나노웹 -섬유직경 -웹두께 nm μm nm 10μm 500nm 15~20μm SEM SEM 6.투습방수성 -내수압 -투습도 mmh 2 O g/m 2 /day 20 미국/고어텍스 5,000~10,000 10,000~20,00 0 2,000~ 8,000 4,000~ 15,000 5,000 8,000 7,000 10,000 KS K-0591 KS K

58 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 1. 1단계 연차별 개발 목표 가. 1차년도 1) 개발목표 스마트의류에 적합한 기초 섬유 소재의 개발 - 스마트의류용 소재에 적합한 섬유형성능 고분자의 개발 - 스마트의류에 적합한 원사 품종의 개발 - 하중 조절 능력 섬유 개발 : 중공섬유 모델 개발 2) 개발내용 및 개발범위 스마트의류에 적합한 섬유형성능 고분자의 개발 - 스마트의류용 소재로써 기능성 부여가 용이한 섬유형성능 Polymer 설계 스마트의류에 적합한 원사 품종의 개발 - 항온기능성, 투습방수성 부여, 고차 가공에 적합한 원사 품종 선정 - 섬유형성능 Polymer의 특성 고려 나. 2차년도 1) 개발목표 쾌적성 부여 기술 확보 - 경량성 확보 및 열적 쾌적성 확보(온도조절성) 안전성 부여 기술 개발 - 高 방수투습성 가공 기술 개발 내구성 부여 기술 확보 - 高 인열 Fabric 제조 기술 확보 심미성 부여 기술 개발 - Fashion 및 Natural 성 가공 기술 개발 34

59 2) 개발내용 및 개발범위 쾌적성 부여 기술 확보 - 경량성 확보 : 30% 고중공 섬유에 의한 경량성 부여 - 열적 쾌적성 확보 : 고성능(고열량)상전이 물질 발굴, 마이크로캡슐화 기술 확보 쾌적감 소재 기술 개발 : 열화상(Thermogram) 측정, 1 강온 안전성 부여 기술 개발 - 방수투습성 가공 기술 개발 : 나노 섬유 웹 제조를 위한 전기방사 시스템 도입 직경 1μm 수준의 나노 섬유 제조 시험 나노 섬유 웹 코팅에 의한 高 방수 투습성 부여 (내수압 4,000mmH2O, 투습도 10,000g/m 2 /day) 내구성 부여 기술 확보 - 高 인열 Fabric 제조 기술 확보 : 750gf 이상의 원단인열강력 심미성 부여 기술 개발 - Fashion 및 Natural 가공 기술 개발 : Cotton Like 구조 섬유 개발 다. 3차년도 1) 개발목표 쾌적성 부여 기술 확보 - 경량성 섬유 소재 생산 기술 확보 - 열적 쾌적성 섬유 안정적 제조 기술 개발 안전성 부여 기술 개발 - 高 방수투습성 가공 기술 확보 내구성 부여 기술 확보 - 高 인열 Fabric 제조 기술 확보 심미성 부여 기술 개발 - Fashion 및 Natural 가공 기술 확보 스마트의류용 다기능성 섬유 기술의 복합화 - 열적 쾌적성 섬유 소재 기술과 방수투습성 가공 기술의 조화 35

60 - 경량성 및 심미성 섬유 가공 기술의 확보 2) 개발내용 및 개발범위 쾌적성 부여 기술 확보 - 30% 고중공사의 안정적 생산 기술 확보 : 조업성 90% - 열적 쾌적성 섬유 안정적 제조 기술 개발 : 고성능 상전이 물질 마이크로캡슐 가공 기술 개발, 세탁내구성 10회 이상 쾌적감 섬유 소재 개발 : 열화상(Thermogram) 측정, 2 강온 안전성 부여 기술 개발 - 방수투습성 가공 기술 개발 : 나노 섬유 직경 1μm 미만 확보, (내수압 5,000-10,000mmH2O, 투습도 10,000-20,000g/m 2 /day) 내구성 부여 기술 확보 - 高 인열 Fabric 제조 기술 확보 : 1kgf 이상의 원단인열강력 심미성 부여 기술 개발 - Fashion 및 Natural 성 확보 : Cotton Like 구조 확보 2. 2단계 연차별 개발 목표 가. 1차년도 1) 개발목표 경량/쾌적성 섬유 소재 - 중공율 : 30% - 원사생산성 : 85% (권량 6kg의 원사 만권율 기준) 열적쾌적성 섬유 소재 - PCM 마이크로캡슐의 성능 36

61 표 13 PCM 마이크로캡슐의 요구 성능 구분 Size 목표 성능 2~3μm 상전이온도 32 열용량 2.5J/g - 세탁내구성 : 7회 세탁 후 유효 나노 웹 투습방수 원단 소재 - 나노섬유의 성능 : 섬유직경 800nm, 나노웹 두께 10μm - 투습방수 성능 : 내수압 5,000mmH2O 이상, 투습도 8,000g/m2/day 이상 2) 개발내용 및 개발범위 경량/쾌적성 섬유 소재 - 원사 생산 기술 개발 : 만권율, 원사 품질 향상 - 중공사 원단 개발 : 제직/제편, 원단 가공기술 개발 열적쾌적성 섬유 소재 - PCM 마이크로캡슐 내구성 개선 - PCM 마이크로캡슐의 원단 가공 기술 개발 및 성능 평가 나노 웹 투습방수 원단 소재 - 나노 웹 성능 개선 : 웹 두께 조절 및 최적화 - 나노 웹/원단 가공 기술 개발 : 나노 웹 라미네이션 기술 개발 나. 2차년도 1) 개발목표 경량/쾌적성 섬유 소재 - 원사 생산성 : 90% 이상 (권량 6kg의 원사 만권율 기준) 열적 쾌적성 섬유 소재 - PCM 마이크로캡슐 성능 최적화 : 열용량 3.5J/g - 세탁 내구성 : 10회 세탁 후 유효 37

62 나노 웹 투습방수 원단 소재 - 나노섬유의 성능 : 섬유직경 500nm, 나노 웹 두께 15~20μm - 투습방수 성능 : 내수압 7,000mmH2O 이상, 투습도 10,000g/m2/day 이상 쾌적성 기능의 복합화 - 쾌적성 부여 기술의 융합, 복합화 2) 개발내용 및 개발범위 경량/쾌적성 섬유 소재 - 원사 생산 기술 확보 : 만권율 향상, 후가공성 확보 - 경량/쾌적성 원단 개발 : 경량성 원단 다양화 열적 쾌적성 섬유 소재 제조 기술 개발 - PCM 마이크로캡슐의 섬유화 : 습식방사 기술 개발 - PCM 섬유 적용 원단 개발 나노 웹 투습방수 원단 소재 - 나노 웹/원단 가공 기술 확보 : 나노 웹 라미네이션 성능 개선 38

63 제 3 장 결과 및 사업화 계획 제 1 절 연구개발 최종 결과 1. 연구개발 추진 일정 가. 1단계 연차별 추진 일정 일련 번호 개발내용 1차년도 추진일정 계획수립 및 자료조사 24 2 스 마 트 의 류 용 Polymer 선정 24 3 고중공율 중공사 Pack 설계 24 4 쿨링/쾌적성 원사 모델 설정 20 5 고중공, 쿨링/쾌적성 원사 Pack 시험제작 28 6 무독성 난연제 연구 항온 기능성 물질 개 발 나노섬유 제조 기술 연구 고중공, 쿨링/쾌적성 원사 방사 시험 표 14 1차년도 추진일정 기간 (주)

64 일련 개발내용 번호 고중공, 쿨링/쾌적성 1 원사 방사 시험 무독성/ 내연소성 2 Polymer 개발 내연소성 원사 방사 3 시험 원사 단계 강력/탄 4 성력 증대 시험 고중공, 쿨링/쾌적성 5 원사 제직, 제편시험 내연소성 원사 제편 6 시험 경량화, 쿨링/쾌적성 7 평가 항온 기능 물질 가공 8 기술 개발 표 15 2차년도 추진일정 2차년도 추진일정 나노섬유 가공 시험 48 기간 (주) 일련 개발내용 번호 경량화, 쿨링/쾌적성 1 향상 내연소성 및 쿨링/ 2 쾌적성 원사 개발 기능성 원사 적용, 3 제직, 제편시험 항온 기능 원단 가공 4 기술 개발 항온 기능의 세탁 내 5 구성 향상 시험 3차년도 추진일정 나노섬유 성능 평가 기능성 섬유 소재 적 용 의류 설계 기능성 섬유 소재 상 품성 평가 표 16 3차년도 추진일정 기간 (주)

65 나. 2단계 연차별 추진 일정 표 17 2단계 1차년도 추진일정 1차년도 일련 번호 개발내용 추진일정 기간 (주) 1 고중공사 양산시험 및 평가 36 2 나노 웹 성능 개선 48 3 나노 웹 원단 적용 시험/평가 16 4 PCM 마이크로 캡슐 성능 개선 32 5 PCM 섬유 제조 시 험 24 6 PCM 원단가공 기술 개발 32 표 18 2단계 2차년도 추진일정 2차년도 일련 번호 개발내용 추진일정 기간 (주) 1 고중공사 적용 패션 소재 상업화 40 2 나노 웹 적용 투습방 수 성능 개선 20 3 나노 웹 생산 기술 개발 40 4 투습방수 원단 생산기술 확보 40 5 PCM 섬유소재 개발 20 6 고쾌적성 복합화 (용도 개발) 16 7 스마트의류 적용 상용화 16 41

66 2. 연구개발 추진 실적 단계 연구개발 추진 실적 가. 경량/쾌적성 섬유 소재 개발 1) 경량/쾌적성 섬유 개발 방향 모색 가) 쾌적성 관련 섬유의 특성 조사 아래의 그림은 경량/쾌적성을 부여하는 데에 필요한 특성을 파악하기 위한 특성도이다. 인간이 느끼는 쾌적성은 환경, 인체조건, 착용형태의 영향을 받게 된 다. 이러한 각 영향 인자에 해당하는 의복, 섬유의 물성 또는 특성은 다시 후가공 에서의 가공제나 기모 가공의 여부 등과 직물의 구조, 형태, 직물을 구성하는 섬 유의 종류, 구조 등의 영향으로 세분하여볼 수 있다. 이러한 특성도를 설계함으로 써 섬유에 부여할 특성과 그 특성을 내기 위한 섬유의 형태, 소재 등을 선정할 수 있다. 환경조건 인체조건 착용형태 온도 기류 발한량 重 着 습도 피부온도 一 枚 쾌적성 가공제 번수 기모 후가공 경량섬유기술 조직 꼬임수( 撚 數 ) 밀도 후도 섬유 크기 사종별 단, 합사 毛 燒 직물구조 絲 구조 그림 7 쾌적성 섬유 소재 특성도 42

67 나) 경량성 및 쾌적성 관련 국내외 특허 조사 아래의 표는 일본, 미국, 한국 등 섬유 산업이 종래로부터 발달하여온 국가의 관련 특허를 조사한 결과 가운데 비교적 관련성이 높은 특허들을 나타낸 것이다. 경량/쾌적성에 관련된 기술들을 망라하여본 결과, 대부분이 90년대 후반부터 현 재까지 개발되고 있는 것으로 보인다. 이러한 경향은 종래의 섬유산업에 있어 기 능성섬유 또는 중공섬유에 대한 소비자의 요구나 산업화가 최근에 들어서야 성장 세에 들어서고 있음을 의미하는 것이다. No. 발행 국가 출원 번호 1 미국 미국 한국 출원인 발명의 명칭 발명의 내용 Toray Industries, Inc. Teijin Limited 도레이 가부시키가 이샤 4 한국 효성 5 한국 코오롱 6 한국 코오롱 7 한국 휴비스 Polysulfone hollow fiber semipermeable membrane Hollow fiber Separatory Device 소프트스트레치사 및 제조방법 흡수성 폴리에스테 르 가연가공사 및 이 의 제조방법 다기능성 중공 복합 섬유 다중공 사각단면 합 성 섬유사 경량감이 우수한 신 축성 직,편물의 제조 방법 8 한국 벤텍스 다기능 보온원단 9 한국 벤텍스 표 19 투습방수 관련 국내외 특허(I) 흡한속건성을 갖는 보온 원단 혈액투석용 고중공 중공사. 중공이 충분히 커서 혈액 투 석에 적합 중공율이 40%이상인 폴리에 스테르 중공사 및 그에 의한 인공피부 2성분 폴리에스테를 복합방 사하여 제조한 스프링형 섬 유 구조물 중공사를 이용한 폴리에스테 르 가연 가공 복합사 제조 방 법 중공율이 10% 이상이고 염 기성 가염형 폴리에스테를 복합방사한 원사 사각 단면 내에 4개의 중공을 가지는 원사. 중공유지성이 우수함. 중공사를 폴리우레탄 탄성사 에 커버링하여 제조한 가공 사에 의한 경량성 원단 항균, 투습, 방풍의 기능을 가 지는 각 원단을 적층하여 제 조한 원단 지르코늄을 함유하는 원사로 제조한 원단을 적층하여 쾌 적성 배가 43

68 No. 발행 국가 출원 번호 10 일본 미카도비 또 11 한국 범삼공 12 한국 범삼공 13 한국 벤텍스 14 한국 코오롱 15 한국 한국바이 린 16 한국 코오롱 17 한국 코오롱 18 한국 벤텍스 19 한국 효성 20 한국 코오롱 표 20 투습방수 관련 국내외 특허(II) 출원인 발명의 명칭 발명의 내용 투습방수천 및 그 제 조방법 폴리에스테르 코팅 포 제조방법 다층의 공기함유층 을 가진 침장용포 및 방한복지 건식무공형 투습방 수 원단 이염견뢰도가 우수 한 투습방수원단 도트프린팅을 이용 한 투습방수 원단의 제조방법 투습방수포 및 그의 제조방법 흡한속건성 이형단 면사 자외선 차단과 항균 방취기능을 갖는 흡 한속건성 원사의 제 조방법 3엽 프로펠러 단면 을 갖는 흡한속건성 나일론 섬유 및 그의 제조방법 흡한 속건성 복합섬 유 원단의 표면에 폴리에테르- 에스테르를 이종 적층하여 투 습방수성을 얻음 실리카를 포함하는 수지로 코 팅하여 다공성 구조를 얻음 Multi-Layer로 구성되어 있 는 공기층이 풍부한 방한 원 단 친수성 폴리우레탄 수지를 적 층하여 제조한 무공형 투습방 수 원단 수분산성 폴리우레탄 필름을 원단에 적층하여 제조한 투습 방수 원단 투습성 필름을 원단에 도트 프린터로 접합하여 투습방수 원단을 제조 폴리우레탄 수지에 우레아 메 탄올 축합물을 혼합하여 투습 성을 높임 쐐기형 단면을 가지는 이형단 면사로 흡한속건성을 높이는 원사 십자모양의 단면을 가지며 원 사 단면 중앙부에 세라믹 분 말을 함유하는 원사 프로펠러 모양의 단면을 가지 는 나일론 원사. 표면적이 넓 어 흡한속건성을 나타냄 나선형 단면을 가지는 해도형 복합섬유로 용출 후 높은 흡 한속건성 부여 경량/쾌적성 부여를 위한 중공사와 관련한 기술에 있어서는 의류용으로 사용하 는 기술도 있겠으나 혈액투석용 분리막과 같이 용도에 적합한 중공율을 조절할 수 있는 중공사 제조기술도 있으며 종래의 의류용 중공사의 중공율이 15% 내외 인 점을 감안하면 매우 높은 중공율인 40%의 중공율을 가지는 중공사 제조기술 44

69 도 개발되고 있다. 또, 복합방사에 의한 용출형 중공사도 있다. 뿐만 아니라 이러 한 중공사를 이용하는 가연가공 기술 및 중공사를 커버링사로 사용하는 기술 등 도 개발되고 있다. 그러나, 의류용 폴리에스테르나 나일론을 이용한 경량성 섬유 소재로는 중공율 이 대체로 15-20% 안팎으로 낮은 편이다. 이 스마트의류에 적합한 경량화효과를 얻기 위해서는 기술적으로 어렵지만 최대한 중공율을 높이는 것이 유리하다. 2) 高 중공 섬유의 개발 가) 高 중공 섬유 방사 설비의 개발 경량화를 위한 중공사의 최대의 기술적 과제는 중공도를 높이는 것이다. 특히 물에 뜰 정도의 폴리에스터 중공사라면 30% 이상의 중공도가 필요하다. 다음의 그림은 중공율에 따른 원사의 단면을 나타낸 도해이다. 종래의 일반적인 의류용 중공사의 중공율이 10 내지 20% 인 점을 감안하면 중공율 30%는 상당히 중공이 큰 것이며, 고도의 방사기술의 개발이 필요함을 예상할 수 있다. 그림 8 중공사의 중공율에 따른 섬유 단면의 비교 아래의 그림은 종래의 합섬방사에 사용하는 중공사 제조용 노즐의 설계 예를 보여준다. 중공의 형성원리는 폴리머가 분할된 슬릿형태의 구금에서 방출된 직후 융착하여 중공사가 만들어진다. 용융 상태의 폴리머를 30% 이상의 고중공사로 성 형하는 것은 매우 어려운 과제이며, 그 정도의 중공도를 달성하기 위해서는, 폴리 머의 점도, 방사구금의 토출공 설계, 고도의 구금제작 정밀도, 냉각기술에 대한 고 난도의 방사기술의 연구와 개발이 필요하다. 45

70 그림 9 : 중공사 방사용 노즐의 설계예 위의 노즐 그림에서는 슬릿의 개구부가 2~4개인 3가지 형태의 노즐을 볼 수 있 는데 개구부의 수가 증가할수록 중공율이 높은 원사를 얻을 수 있다. 하지만, 중 공율이 높으면서 방사안정성까지 우수한 중공사용 구금의 노즐설계에는 기술적으 로 고려할 많은 변수가 있다. 100미크론 이하의 미세한 슬릿 폭, 슬릿의 형태, 방 사용 노즐의 재질, 슬릿의 형태, 가공의 정밀도 등 고려하여야할 인자가 매우 많 다. 현실적으로 수많은 변수의 방사용 노즐을 모두 시험제작하여 방사한다는 것은 경제적, 시간적으로 불가하기에, 본 연구에서는 효율적인 개발을 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 폴리머의 유동특성과 방사안정성을 검토하고, 결과에 따른 최 적의 중공사 구금을 시작하여 평가하는 방법을 채택하였다. 아래의 그림들은 다양 한 형태의 중공사 제조용 Nozzle에 대하여 컴퓨터를 이용하여 시뮬레이션을 실시 했던 내용의 일부를 예시한 것이다. 컴퓨터 시뮬레이션에 사용된 유틸리티는 FLUENT 社 의 Polyflow다. Polyflow는 용융고분자와 같이 점탄성을 가지는 유체의 유동 특성을 해석하는 데에 매우 유용하다. 특히, 용융방사 Nozzle에서의 전단 속 도에 의한 고분자 점도의 변화 등을 해석하여 적합한 방사 Nozzle을 설계하는 데 에 유용하다. 高 중공사의 방사용 Nozzle은 그림 7에서 예시한 바와 같이 가는 슬 릿 형태를 가지고 있으므로 통상의 계산만으로는 적합한 수준의 전단 속도를 부 여하기 어렵다. 이와 같이 Polyflow는 복잡한 형태의 Nozzle에서의 점도변화, 압 력의 차이, 전단변형율속도 등을 계산하여 Nozzle 설계의 시간과 경비를 절감하 여 주는 유용한 유틸리티이다. 그림 8은 Polyflow에 의한 중공사의 3차원 Mesh Structuring을 보여주는 것이며, 그림 9는 Polyflow에 의한 Mesh를 적용하여 본 중공사 Nozzle에서 PET 고분자에 의한 방사 시의 점도변화, 전단변형율속도, 압 46

71 력의 분포 등을 보여주는 그림이다. 그림 10 중공사 제조용 Nozzle에서의 3D-Mesh Structuring (a)nozzle 내에서의 유동 속도 (b)nozzle에서의 폴리머 압력 분포 (c)nozzle에서의 전단변형율속도분포 (d)nozzle에서의 점도분포 그림 11 중공사 제조용 Nozzle에 대한 시뮬레이션 예시 부연하면, 위의 그림은 중공사용 Nozzle에서의 위치에 따른 섬유형성능 고분자 47

72 의 유동 속도와 용융 고분자에 의한 압력의 분포, Nozzle의 형태에 따른 전단변 형율속도, 그에 따른 점도의 분포를 나타낸 것으로 Nozzle 벽면에서의 폴리머와 벽면의 마찰로 인한 속도의 저하와 최대 속도의 수준을 확인할 수 있으며 중공 단면을 형성, 유지하기 위한 충분한 압력의 유지 여부를 예상할 수 있다. 또, 중공 단면을 형성하고 유지하기 위해서는 폴리머의 점도가 충분히 유지되어야 하는데, 이는 Nozzle에서의 전단변형율속도에 크게 영향을 받는다. 즉, 대부분의 용융 폴 리머는 전단변형율속도가 증가할수록 점도 저하가 일어나는 전단박하유체이며 전 단박하에 의한 점도 저하가 적정 수준에서 이루어지도록 전단변형율속도를 조정 하여야할 필요가 있다. 3) 高 중공 섬유 제조 시험 高 중공사 제조용 Nozzle의 컴퓨터 시뮬레이션 결과에 근거하여 실제 방사 시험 용 Nozzle을 제작하였다. 또, 중공사 제조에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 섬유고분자로써 사용하였다. PET는 의류용으로 사용됨을 감안하여 소광제인 TiO2 가 3,500ppm 정도 들어있는 수지를 사용하였으며 PET의 고유점도는 0.65였다. 방 사 설비는 SDY 설비를 사용하였다. 방사속도는 4,000m/min 정도로 하였다. 그림 7은 용융방사 및 권취의 모식도를 나타낸 것이다. 그림에서 (b)는 용융되 고 Nozzle을 통해 방사된 섬유를 부분배향사 즉, POY로 권취하는 공정을 나타낸 것이고 (c)는 방사된 섬유를 완전연신사 즉, SDY로 권취하는 것을 보여준다. 참고 로 (a)는 POY 등으로 제조된 원사에 대해 연신을 실시하는 공정을 보여준다. SDY는 방사와 연신이 동시에 이루어지는 바, 원사 제조 공정이 1단계로 이루어진 다. 48

73 그림 12 용융방사 및 권취 모식도 (a) 연신 (b) POY 권취 (c) SDY 권취 상기의 개발수단을 통하여, 최적화된 구금을 설계, 제작하고 방사시험을 실시하 였다. 아래의 그림은 상기의 과정을 통해 제작한 방사 설비를 이용하여 제조한 高 중 공사의 단면과 종래의 중공사의 단면을 나타낸 것이다. 아래의 중공사 단면사진에서 보는 바와 같이 종래의 중공사에 비교하여 중공율 이 매우 높다. 이미지 분석으로 측정한 중공율은 약 32% 정도로 高 종중공사는 종 래의 중공사에 비교하여 매우 중공율이 높은 경량/쾌적성 섬유 소재이다. 참고로, 그림 9의 (b)에 나타난 종래의 중공사는 중공율이 20% 이하로 낮은 수준이다. 49

74 (a) (b) 그림 13 高 중공사와 종래의 중공사의 단면 비교 (a) 高 중공사(개발 원사) (b) 종래 중공사 제조된 중공사의 섬도는 70데니어, 신도는 33%, 강도는 4.4g/d, 비등수 수축율 은 8% 정도이다. 高 중공사의 중공율은 다음과 같은 방법으로 측정하였다. 중공율 측정에 사용된 이미지 분석은 Media Cybernetics Inc.사의 Image Proplus 프로그램을 사용하였 다. 그림 14 Image Proplus에 의한 중공율 평가 화면 50

75 Image Proplus에 의하여 구하여진 高 중공사의 중공율은 33%였다. 4) 경량/쾌적성 원단 제조 시험 상기의 高 중공사를 이용, 경량/쾌적성 직편물 원단을 제조하였다. 아래의 그림 은 高 중공사를 사용하여 제조한 경량/쾌적성 원단 중 3종류의 원단을 나타낸 것 이다. 그림 15 高 중공사에 의한 경량/쾌적성 섬유 소재 사진 위 그림의 경량/쾌적성 섬유 소재를 적용한 원단의 사진이다. 상기의 3종류 외 에도 데님, 바지용 원단, 셔츠지 등 다수의 경량/쾌적성 원단 샘플을 제작하였다. 5) 高 중공 원단의 경량성 평가 시험 高 중공사의 경량성의 수준을 평가하기 위하여 高 중공사를 이용하여 원단 시료 를 제작하였다. 아울러, 비교 대상으로 高 중공사와 유사한 품종의 일반 폴리에스 테르 섬유로 구성된 원단 시료를 제작하였다. 다음의 그림은 高 중공사의 경량성을 평가하기 위하여 高 중공사 원단 시료와 일반 폴리에스테르 섬유 원단 시료를 각 51