스마트의류용 고쾌적성 섬유소재의 개발 (최종보고서) 2009. 8. 31 주관기관: 코오롱패션머티리얼(주) 참여기관: 한양대학교 산업협력단 지 식 경 제 부 2

[보고 서식 제3호] 편집순서 1 다음 순서에 따라 작성하여 별책으로 제출함 표지는 백색바탕, 흑색활자로 작성 A4(국배판, 가로 세로, 210 297mm) 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) 2009. 8. 주관기관: 코오롱패션머티리얼(주) 참여기관: 한양대학교 산업협력단 지 식 경 제 부 아래 여백 3cm 아래 여백 5cm (좌 철) (양면인쇄) 1

스마트의류용 고쾌적성 섬유소재의 개발 (최종보고서) 2009. 8. 31 주관기관: 코오롱패션머티리얼(주) 참여기관: 한양대학교 산업협력단 지 식 경 제 부 2

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

이 보고서는 지식경제부 에서 시행한 산업기술개발사업의 기술개발 보고서입니다. 4

제 출 문 지식경제부장관 귀하 본 보고서를 스마트의류용 고쾌적성 섬유소재의 개발 (개발기간:2007. 8. 1~ 2009. 7. 31)과제의 최종보고서로 제출합니다. 2009. 8. 24. 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

기술개발사업 보고서 초록 1. 일반현황 사업명 전략기술개발사업 기술분류 400102 과제명(과제번호) 스마트의류용 고쾌적성 섬유소재의 개발 (10016569) 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 2008. 3. 3 주소 경기도 과천시 별양동 1-23 코오롱타워7층 주관기관 대표자 (기관장) 김 창 호 연락처 홈페이지 www.kolonfm.com Fax 총괄책임자 이 준 규 연락처 실무담당자 이 용 환 연락처 (e-mail) 기술개발 현황 참여기관 총사업비 (천원) 총개발 기간 코오롱패션머티리얼(주), 한양대학교 산학협력단 민간부담금 정부출연금 합계 현금 현물 1,550,000 560,000 1,240,000 1,800,000 2004. 8. 1 ~ 2009. 7. 31 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 99,464 116,087 281,838 7,170 2,818 1.03 6

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

(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 0.95 - 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

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

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

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

<연구개발사업 주요 연구성과> 사업명 전략기술개발사업 과제명 스마트의류용 고쾌적성 섬유소재의 개발 주관기관명 코오롱패션머티리얼(주) 설립일 2008. 03. 03 주소 경기도 과천시 별양동 1-23 코오롱타워7층 대표자(기관장) 김 창 호 연락처 054-469-3842 총괄책임자 이 준 규 FAX 054-461-6113 총개발기간 2004. 8. 1. ~ 2009. 7. 31. 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 - - 12

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 2004. 9 심사 미청구 대한민국 20040041585 1 차년도 2 국내 이형단면 중공사 및 그의 제조방 심사 2005. 4 출원 법 미청구 대한민국 20060125161 1 차년도 3 투습방수 모노리스 폴리우레탄 필 국내 심사 름과 그 제조방법 및 이를 이용한 2005. 4 출원 미청구 투습방수 라미네이트 대한민국 20050048568 1 차년도 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 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 2006. 2 심사 미청구 대한민국 20060024672 2 차년도 투습방수원단 2008. 5 미공개 대한민국 20080053147 4 차년도 투습방수원단 2008. 5 미공개 대한민국 20080053157 4 차년도 투습방수원단 2008. 5 미공개 대한민국 20080053162 4 차년도 투습방수원단 2008. 5 미공개 대한민국 20080053581 4 차년도 의료소재용 투습방수원단 2008. 5 미공개 대한민국 20080053588 4 차년도 스키복용 투습방수 원단 2008. 5 미공개 대한민국 20080053596 4 차년도 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원 단의 제조방법 2008. 5 미공개 대한민국 20080054125 4 차년도 투습방수원단 및 그의 제조방법 2008. 5 미공개 대한민국 20080054123 4 차년도 나노섬유 웹을 포함하는 투습방수원 단의 제조방법 2008. 5 미공개 대한민국 20080055118 4 차년도 폴리우레탄 나노섬유 웹 및 이를 포함하는 투습방수원단 2008. 6 미공개 대한민국 20080055141 4 차년도 13

2. 논문 게재/발표 실적 번호 구분(논문 게재 or 학회발표) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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

번호 구분(논문 게재 or 학회발표) 13 14 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

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 5 15 100 단위(%) 현재까지 3년후 5년후 국내 70 80 85 국외 15 25 30 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) - 5 80 수 출 5 10 20 6. 고용 창출 항목 세부 항목 성 과 고용효과 개발 전 개발 후 연구인력 생산인력 연구인력 생산인력 - 명 - 명 15명 105명 16

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

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 13 2. 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

2) 열적 쾌적성 섬유 소재 18 3) 투습방수 섬유 소재 19 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적 경제적 파급 효과 20 1. 기술적 측면의 파급효과 20 가. 기본 기술의 축적 20 나. 관련 기술 발전의 가속화 21 2. 경제 산업적 측면의 파급효과 21 가. 본 기술제품의 원가 절감 효과 21 나. 본 기술제품의 수입대체 효과, 수출증대 효과 등 21 3. 기술개발결과의 활용분야 및 활용 방안 22 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 24 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 24 1. 최종목표 24 가. 스마트의류용 기능성 섬유 소재 기술 개발 24 나. 스마트의류용 심미성 소재 기술 개발 24 2. 개발기술의 평가방법 및 평가항목 24 가. 개발목표 24 나. 개발목표의 평가 기준 및 방법 25 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 29 1. 1단계 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 30 2. 2단계 개발목표 및 평가방법 31 19

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 34 1. 1단계 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 36 2. 2단계 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 39 1. 연구개발 추진 일정 39 가. 1단계 연차별 추진 일정 39 20

나. 2단계 연차별 추진 일정 41 2. 연구개발 추진 실적 42 2-1. 1단계 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

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 93 2-2. 2단계 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

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 112 1. 1단계 기술개발 추진전략 및 추진체계 112 가. 기술개발 추진전략 112 나. 기술개발 추진체계 113 다. 기술개발팀 편성도 114 2. 2단계 기술개발 추진전략 및 추진체계 114 가. 추진전략 114 나. 기술개발 추진체계 116 다. 기술개발팀 편성도 117 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 118 1. 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 120 23

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 1,000~2,500 300~800 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

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

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

다. 국가별 및 소재별 특허 목록 1) 경량/쾌적성 섬유 소재 No. 발행국 출원번호 출원인 적용분야 발명의 명칭 1 한국 2002-0006716 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 2002-0057300 고경찬 경량/쾌적 폴리프로필렌 중공사 및 그의 제조 방법 3 한국 2007-0036846 (주)효성 이형 단면 나일론 중공섬유 및 그 제조 방 경량/쾌적 법 4 한국 2005-0068355 (주)효성 경량/쾌적 나이론 중공 잠재권축사 5 한국 2006-0036613 (주)효성 경량/쾌적 발수성 심초형 중공사의 제조 방법 6 한국 2006-0058411 (주)새한 심초형 복합방사 단섬유 제조 방법 및 이 경량/쾌적 를 소재로 한 부직포 7 한국 2006-0078736 (주)효성 경량/쾌적 흡한속건성 ( 洽 汗 速 乾 性 ) 나일론 중공섬유 및 이의 제조 방법 8 한국 2003-0051931 (주)효성 흡수성 폴리에스테르 가연가공사 및 이의 경량/쾌적 제조 방법 9 한국 2004-0061344 (주)효성 경량/쾌적 다기능성 폴리에스테르 섬유의 제조 방법 10 한국 2004-0049034 섬유개발연구 보온성 및 경량감이 우수한 폴리에스테르 경량/쾌적 원 에어텍스쳐사의 제조 방법 11 한국 2004-0049035 섬유개발연구 원 경량/쾌적 보온성과 경량감이 우수한 폴리에스테르 복합공기교락사의 제조 방법 12 한국 2001-0047525 (주)코오롱 경량/쾌적 다중 중공섬유 및 그의 제조 방법 구라레 나카무 13 한국 2001-0090479 라 하사오 14 일본 2000-096337 UNITIKA LTD 15 일본 2000-154440 UNITIKA LTD 16 일본 2000-160451 UNITIKA LTD TORAY IND 17 일본 2000-192345 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

No. 발행국 출원번호 출원인 적용분야 발명의 명칭 TORAY IND 18 일본 2000-328383 경량/쾌적 중공 방적사 및 그 제조 방법 INC TORAY IND 항필성이 우수한 중공 복합 폴리에스테르 19 일본 2001-081641 경량/쾌적 INC 단섬유로 된 방적사 및 편직물 20 일본 2001-115334 UNITIKA 경량/쾌적 폴리에스테르 이형 단면 중공 섬유 LTD TORAY IND 21 일본 2001-271239 경량/쾌적 수축차 혼섬사 및 제조 방법 INC TORAY IND 항필 기능을 갖는 심초형 복합 방적사 및 22 일본 2002-155439 경량/쾌적 INC 편직물 TOYOBO CO 23 일본 2002-220730 경량/쾌적 폴리에스테르 중공 섬유 LTD 24 일본 2002-285437 경량/쾌적 특수 중공 임시 가공사 및 그 제조 방법 25 일본 2004-225184 경량/쾌적 폴리에스테르 이형 단면 섬유 26 일본 2004-250856 TORAY IND INC 경량/쾌적 방적사 및 편직물 27 일본 2004-330559 UBENITTO KASEI Co 경량/쾌적 섬유 강화 중공 구조체의 제조 방법 Ltd 28 일본 2003-013332 TORAY IND INC 경량/쾌적 방적사 29 일본 2003-082531 KURARAY 복합 섬유 중공 섬유 및 그 복합 섬유를 이 경량/쾌적 CO LTD 용한 중공 섬유의 제조 방법 30 일본 2003-105627 KURARAY 폴리에스테르계 다공 중공 섬유 및 그 제조 경량/쾌적 CO LTD 방법 31 일본 2006-249624 TORAY IND INC 경량/쾌적 가연 방적사 및 그것들을 이용한 편직물 권축을 가지는 이형 중공 폴리트리메틸렌 32 일본 2005-113308 경량/쾌적 테레프탈레이트 섬유 33 일본 005-256243 경량/쾌적 중공 폴리에스텔 섬유 및 그 제조 방법 34 일본 2005-344234 UNITIKA TEXTILES LTD 경량/쾌적 중공 2층 구조 방적사 직편물 35 일본 2007-009373 경량/쾌적 폴리에스테르 혼섬사 및 그 제조 방법 36 일본 2007-056419 표 8 경량쾌적성 섬유 소재 특허 목록 (II) TORAY IND NC 경량/쾌적 폴리에스테르 중공 섬유 및 직물 17

2) 열적 쾌적성 섬유 소재 No. 발행국 출원번호 출원인 발명의 명칭 1 일본 2006-161226 NISSHINBO IND INC 2 한국 2002-0078220 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 2005-0098480 주식회사 케이씨씨 보온 특성이 우수한 바닥장식재 4 한국 2006-0106940 양경준 투방습 흡한 속건 마이크로 캡슐 레이션 피씨엠 모자 5 한국 2003-0072429 학교법인 한양학원 열 안정성이 우수한 상변이 물질 함유 마이크로 캡슐의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 마이크 로캡슐을 포함하는 물품 6 한국 2004-0041255 (주) 마이크로폴 상변화 물질, 방향, 소취 및 항균성 마이크로캡 슐을 포함하고 있는 발포체의 제조 방법 7 한국 2004-0099652 주식회사 휴비스 온도 응답형 고기능 복합섬유 8 한국 2004-0100285 주식회사 휴비스 온도 응답형 고기능 해도형 복합섬유 9 미국 20030118822 B A S F 마이크로캡슐s Akiengesellschaft 10 미국 20040026659 11 미국 20040029472 표 9 열적 쾌적성 섬유 소재 특허 목록 China Textile Institute CHINA TEXTILE INSTITUTE 12 미국 20070026228 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

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 2000-144550 M I T S U I 4 일본 작업용 옷감 및 그것을 이용한 작업용 의류 2004-044028 CHEMICALS INC 12 한국 (주)코오롱 건식무공형 투습방수포 2001-0009340 13 한국 2001-0009341 (주)코오롱 건식무공형 투습방수포 14 한국 2001-0054720 (주)코오롱 투습방수포 및 그의 제조 방법 한국바이린 주식회 15 한국 사 롤프 에취, 켈러, 도트프린팅을 이용한 투습방수원단의 제조 방법 2001-0076027 카즈노리 이마무라 16 한국 2002-0060876 벤텍스 주식회사 건식무공형 투습방수 원단 17 한국 2002-0060877 벤텍스 주식회사 흡한속건성을 갖는 투습방수포 18 한국 2003-0085279 (주)코오롱 라미네이팅형 투습방수포 19 한국 2004-0018639 박종철 나노섬유 부직포의 제조 방법 20 한국 2004-0024077 박종철 생체모방형 나노섬유 부직포 및 그의 제조 방법 주식회사 대성에스 21 한국 항균성이 우수한 투습방수포 2005-0117472 앤씨 22 한국 김학용 2006-0022406 발수성 및 발유성이 우수한 나노섬유 부직포 및 그의 제조 방법 24 미국 20070048181 Carbon dioxide nanosensor, and respiratory CO2 monitors 25 미국 20070079855 Outdoor canopy 26 미국 20070093162 Fabric and a method of making the fabric 27 미국 20070099532 Solid Water Holdings Waterproof/breathable moisture transfer liner and composite for snowboards, alpine boots, hiking boots and the like 28 미국 20070102348 Method of producing a porous membrane and waterproof, highly breathable fabric including the membrane Tiong Liong 29 미국 20070111624 Breathable warm-keeping fabric Industrial Co. Ltd. 30 미국 20070113315 BODY FORM-FITTING RAINWEAR 31 미국 20070118974 Protective clothing for the lower part of the leg 19

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 2 1-2 - 1 2 열화상 측정 3. 상전이온도 15% 미국/Outlast - - 32 32 4. 高 인열성 g 5% - - 500gf 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 0591 8. 투습도 g/m 2 /da " 15% 4,000-15,000-10,000 10,000 - KS K 0594 y 10,000 20,000 9. 조업성 % 5% - 80% 90% 30

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

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

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% 15~20 30 30 중공율 평가 2.원사생산성 % 20 90% 이상 85% 85 90 만권율 (권량:6kg) 3.PCM 성능 -Size -상전이온도 -열용량 μm J/g 20 미국/Outlast 1~3μm 27~30 3.3J/g - 2~3μm 32 2.5J/g 2~3μm 32 3.5J/g SEM DSC DSC(섬유상) 4.10회 세탁 내구성 회 15 미국/Outlast 10회 - 7회 10회 세탁후 DSC 5.나노웹 -섬유직경 -웹두께 nm μm 15 - - 800nm 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-0594 33

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

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

- 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

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

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

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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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 40 7 8 9 항온 기능성 물질 개 발 나노섬유 제조 기술 연구 고중공, 쿨링/쾌적성 원사 방사 시험 표 14 1차년도 추진일정 기간 (주) 40 40 16 39

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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 9 나노섬유 가공 시험 48 기간 (주) 48 24 28 40 28 28 48 48 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6 나노섬유 성능 평가 32 7 8 기능성 섬유 소재 적 용 의류 설계 기능성 섬유 소재 상 품성 평가 표 16 3차년도 추진일정 기간 (주) 24 24 20 32 24 12 16 40

나. 2단계 연차별 추진 일정 표 17 2단계 1차년도 추진일정 1차년도 일련 번호 개발내용 추진일정 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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

2. 연구개발 추진 실적 2-1. 1단계 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

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 1999-255754 2 미국 1998-022379 3 한국 2000-0030698 출원인 발명의 명칭 발명의 내용 Toray Industries, Inc. Teijin Limited 도레이 가부시키가 이샤 4 한국 2001-0081572 효성 5 한국 1999-0062425 코오롱 6 한국 1998-0054307 코오롱 7 한국 1997-0040549 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 2001-0051482 벤텍스 다기능 보온원단 9 한국 2001-0049163 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

No. 발행 국가 출원 번호 10 일본 2000-217434 미카도비 또 11 한국 2000-0047630 범삼공 12 한국 2003-0083557 범삼공 13 한국 2001-0002000 벤텍스 14 한국 2000-0057185 코오롱 15 한국 2000-0003278 한국바이 린 16 한국 1999-0014791 코오롱 17 한국 2001-0011590 코오롱 18 한국 2001-0055250 벤텍스 19 한국 2001-0087414 효성 20 한국 1999-0049129 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

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

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

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

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

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

(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

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

각 상온에서 수중에 투입, 침강 여부를 확인한 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 高 중공사 원단 시료는 수면에 떠오르는 반면, 일반 폴리에스테르 원단 시료는 물 속으로 가라앉음을 볼 수 있다. 즉, 일반 폴리에스테르 원단 시료는 폴리에스테르 의 비중이 1.38로 물보다 무거우므로 물속에서 가라앉지만, 高 중공사 원단 시료는 비중이 0.95로 물보다 가벼워서 물에 뜨는 것이다. 이로써 高 중공 원단의 경량성 이 매우 우수함을 알 수 있다. 高 중공원단 (개발품) 일반 PET 원단 그림 16 高 중공사와 일반사의 경량성 비교 참고로, 일반 섬유 소재의 비중은 다음과 같다. 표 10 다양한 섬유의 비중 종류 Polypropylene Nylon PET Cotton Silk 비중 0.9 1.12 1.38 1.50~1.54 1.37 52

나. 열적 쾌적성 섬유 소재 기술 개발 1) 선진 제품 특성 분석 독자적인 마이크로캡슐 기술 확보하기 위해 해외에서 이미 시판되고 있는 선진 제품의 특성을 분석하였다. 현재 시판중인 Frisby 사와 Outlast사의 시료에 대해 조사를 실시하였으며 DSC 를 통하여 각제품의 열량을 측정하였으며, TGA를 통 해 열적 안정성을 관찰 하였다. 이렇게 측정된 자료를 바탕으로 연구를 진행 하였 다. 가) Outlast사 제품 특성 분석 선진 제품의 특성 평가를 위해 Outlast사의 원단을 입수하여 측정하였다. 샘 플은 Outlast사의 스키 스웨터에서 추출하였다. 아래의 사진은 Outlast사 제품의 전자 주사 현미경 사진이다. 사진에서 보듯이 섬유의 단면에 hole이 있는 것을 볼 수가 있는데 이것은 상전이 물질을 포함하는 마이크로캡슐이 들어 있는 것으로 생각되어진다. 이 hole의 size를 가지고 Outlast사의 마이크로캡슐 사이즈를 측정 할 수 있었고, 그 크기는 약 1.2μm 정도로 나타났다. 또한 섬유의 전반적인 직경은 15μm정도로 나타났다. 그림 17 Outlast사 제품의 SEM image 또한 DSC 측정을 통한 delta H는 3.3J/g이 나왔으며 이것을 근거로 계산된 53

Core content는 약 1.4%로 나타났다. 또한 IR 측정을 통해 Shell 물질을 분석하였 고, 그 결과 Urea-formaldehyde로 나타났다. 또한 core material은 융점 분석을 통 해 파라핀왁스계 물질이 사용되었음을 확인하였다. 즉, 심물질의 융점이 30 에 서 나타났는데 이는 파라핀왁스 중 Octadecane의 융점에 해당하므로 Outlast 사 의 제품에는 심물질로써 Octadecane이 사용되었음을 알 수 있다. 표 22 Outlast fiber의 PCM 마이크로캡슐의 물성 Outlast fiber의 단면 직경 Delt. H 15μm 3.3J/g Tm 27~30 Core content 1.4% Core Material Shell Material Octadecane Urea-formaldehyde Capsule Size 1.2μm 나) Frisby사 제품 특성 분석 마이크로캡슐의 제조를 위해 Frisby사의 마이크로캡슐 제품을 입수하여 Outlast 사의 제품을 분석했던 방법으로 분석을 실시하였다. Frisby사 제품의 delta H 와 melting point 의 측정을 위해 DSC 분석을 하였으며 열적 특성을 분석하기 위해 서 TGA를 측정하였다. 또한 마이크로캡슐의 형태를 관찰하고 사이즈를 조사하기 위해 FE-SEM을 이용하였다. 그리고 벽물질과 심물질을 조사하기 위해서 FT-IR을 측정 후 분석을 하였다. 다음의 적외선분광분석 결과는 Frisby사의 마이크로캡슐에 대한 적외선 분광분 석 결과로 벽물질을 확인하기 위해 측정을 하였으며 측정결과 Melamine-urea-formaldehyde polymer의 흡광 피크가 나왔음을 알 수 있었다. 또 54

한 심물질 역시 파라핀계열의 흡광 피크를 보였다. 이상의 결과로 보아 Frisby사 제품의 벽물일은 Melamine-urea-formaldehyde polymer가 사용 되었음을 알 수 있었고, 심물질은 파라핀 왁스계열이 사용되었음을 알 수 있었다. (c) Transmitte (b) (a) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumber(cm -1 ) 그림 18 Frisby사 제품과 Melamine-urea-formaldehyde polymer IR 스펙트라 (a) Melamine-urea-formaldehyde polymer (b) Frisby sample (c) Octadecane 또한 DSC 측정을 통해서 분석한 Tm은 약 30 에서 나타났으며 이것은 Octadecane의 Tm과 같은 온도에서 나왔음을 알 수 있었으며, delta H가 154J/g 으로 나타나 심물질의 함량이 약 64%가 되는 것을 알 수 있었다. 55

Heat Flow Endo Up delta H=154.0J/g 10 20 30 40 50 60 Temperature( o C) 그림 19 Frisby사 제품의 DSC trace 다음의 주사전자현미경 사진은 Firsby 사의 마이크로캡슐의 SEM 이미지로 대 체적으로 둥근 형태를 가지고 있다. 또한 사진을 통하여 마이크로캡슐의 크기가 3 μm~10μm 이상 다양하게 나왔다. 그림 20 Frisby 사의 SEM image 또한 열중량 분석을 통해 Frisby사의 제품을 측정 하였으며, 10% weight loss temperature 가 약 270 에서 나타남을 확인하였다. 이것은 일반적으로 문헌에 발 표된 작은 크기의 마이크로캡슐에 비하여 내열성이 향상된 것으로, 입자 크기의 56

증가로 인한 shell 두께의 증가에 기인하는 것으로 간주된다. 100 270 o C 80 Weight % 60 40 20 0 0 200 400 600 800 Temperature( o C) 그림 21 Frisby사 제품의 TGA diagram 2) Miniemulsion을 이용한 마이크로캡슐의 제조 Miniemulsion 이란 oil, water, surfactant, water에 in-soluble한 물질을 포함하 는 50~500nm 사이즈의 정교하게 안정화 된 oil droplet의 분산체이다. Miniemulsion은 사이즈를 안정화된 oil droplet으로 만들기 위해서 외부에서 강한 힘을 이용하여 homogenizer를 실시한다. 이것으로 인해 miniemulsion은 매우 작 은 사이즈로 캡슐을 합성이 가능하다. 특히 본 실험에서는 Styrene을 Divinyl benzene과 같이 합성하여 가교시켜 마이크로캡슐의 벽재를 더욱 단단하게 만들었 다. 가) Miniemulsion에 의한 마이크로캡슐의 제조 실험 Oil phase material 인 Styrene 30.35g 과 phase change material인 Octadecane 을 각각 50%, 100%를 넣어 주었고, Hexadecane 40mM (1.271g)을 넣어 주었다. 일정량의 물과 음이온 계면활성제인 SDS (sodium dodecyl sulfate)를 10mM로 넣 어 충분히 거품을 낸 후에 phase change material과 styrene을 혼합 시킨 용액에 57

추가 한다. 혼합된 solution을 homomixer를 이용하여 10000rpm으로 homogenizer 를 실시하여 monomer droplet을 분산시켰다. 그림 22 Miniemulsion에 의한 마이크로캡슐의 제조 방법 Homomixer기로 완전히 분산된 유화액을 삼구 둥근 플라스크에 넣은 후 개시 제인 KPS를 소량 넣어 준 후 70 에서 반응 하였다. 제조된 마이크로캡슐을 거름종이에 거른 후, 증류수로 수회 수세하여 마이크로캡 슐 외부에 잔류해 있는 계면활성제 등의 이 물질을 완전히 제거 하였다. 다음은 실험에 사용된 물질의 목록이다. 58

표 23 Miniemulsion 방식을 이용한 polystyrene 마이크로캡슐의 materials Materials structure Styrene CH 2 CH Oil soluble monomer Divinylbenzene CH 2 CH CH 2 CH Octadecane H 3C CH 3 Anionic surfactant Sodium dodecyl sulfate(sds) Costabilizer Hexadecane 나) DVB의 농도에 따른 마이크로캡슐의 크기 분포 분석 마이크로캡슐의 shell을 좀 더 촘촘히 하기 위해서 Divinyl benzene을 사용하였 고 그 농도를 각기 다르게 하여 실험 하였다. 다음의 표는 DVB 농도에 따른 capsule size 및 분포도 이다. 표에서 보면 마이크로캡슐의 전반적인 크기는 500nm 정도로 나타났다. 이것은 Homogenizer로 분산시킨 Octadecane의 사이즈 가 거의 균일하기 때문인 것으로 보인다. 특히, Octadecane이 50% 감소 시켜 실 시한 시험에서 캡슐사이즈가 390nm으로 나타났다. 표 24 DVB농도에 따른 마이크로캡슐의 크기 변화 Recipe st-dvb0 st-dvb5 st-dvb2 st-dvb1 st-dvb5-ot50 divinyl benzene(wt%) (dvb/styrene) 0 5 2 1 2 Octadecane (wt%) (octadecane/styrene) 100 100 100 100 50 Ave. Size by Number(μm) 0.59 0.53 0.51 0.52 0.39 입도분포분석기로 평가한 결과, 입자의 평균 크기는 1μm 내외에서 거의 다 나타 59

났으며 대부분의 분포도의 그래프가 비슷하게 나타났음을 알 수 있었다. 이것은 위에서 언급한 것과 같이 Homogenizer를 통하여 분산된 Octadecane의 입자들이 거의 균일하게 분포되어 shell 을 형성한 것이다. 다) Miniemulsion에 의한 마이크로캡슐의 열적 특성 분석 다음의 표는 마이크로캡슐의 DSC 상에서의 delta H 및 core content를 나타낸 것이다. delta H는 대부분 100J/g 내외에서 나타났으며 이것을 이용하여 심물질 함량을 구하였다. 또한 Octadecane의 양을 50% 감소 시켜서 제조한 마이크로캡슐 에서의 심물질 함량은 DVB 0% 들어간 마이크로캡슐과 거의 유사한 심물질 함량 이 나타났다. 이것은 심물질과 벽재의 구성된 비율이 마이크로캡슐의 크기가 작아 졌어도 거의 유사한 구성을 지니고 있음을 말한다. 표 25 DSC 측정을 통한 마이크로캡슐의 delta H 및 심물질 함량 Recipe st-dvb0 st-dvb 5 st-dvb 2 st-dvb 1 st-dvb5 ot50 Divinyl benzene (wt%) 0 5 2 1 2 Octadecane (wt%) 100 100 100 100 50 H f (J/g) 88.2 124.9 121.8 113.2 85.4 Core content(%) 36.6 51.8 50.5 47.0 35.4 60

12 12 Volume percent(%) 10 8 6 4 2 st-dvb1 (a) Volume percent(%) 10 8 6 4 2 st-dvb0 (b) 0 0 0 1 2 3 Particle size(μm) Size(? ) (μm) 0 1 2 3 (μm) Particle Size (? ) 16 12 Volume percent(%) 14 12 10 8 6 4 2 st-dvb5-ot50 (c) Volume percent(%) 10 8 6 4 2 st-dvb2 (d) 0 0 0 1 2 3 Particle size Size(? (μm) ) 0 1 2 3 Particle Particle Size Size(? (μm) ) 12 Volume percent(%) 10 8 6 4 2 st-dvb5 (e) 0 0 1 2 3 (μm) Particle Size(? (μm) ) 그림 23 DVB농도에 따른 마이크로캡슐의 분포도 (a) DVB 0% octadecnae 100% (b) DVB 1% octadecnae 100% (c) DVB 2% octadecnae 100% (d) DVB 5% octadecnae 100% (e) DVB 5%, octadecnae 50% 심물질 함량을 구하는 식은 다음과 같으며 Octadecane의 순수 delta H가 241.2 J/g인 것을 확인 하였다. Core content(%) = Heat of fusion for PCM capsules Heat of fusion for pure PCM ( Hf of octadecane = 241.2 J/g ) 61

다음의 그림은 DSC trace로 Octadecane의 상전이 온도인 약 30 에서의 변화가 각각의 마이크로캡슐의 DSC trace에서도 30 부근에서 나타났음을 볼 수 있다. 20 16 st-dvb5-ot50 Endo Up 12 8 st-dvb1 st-dvb2 st-dvb5 4 st-dvb0 20 40 60 80 100 Temperature ( o C) 그림 24 DVB 농도에 변화에 의해 제조된 마이크로캡슐의 DSC traces 다음은 마이크로캡슐의 열중량 분석 결과를 나타낸 것이다. 열중량 분석 결과를 보면 총 2단계에서 걸쳐 무게 감소가 나타났는데 첫 번째는 200 부근과 2번째는 350 부근에서 나타났다. 첫 번째 무게 감소는 마이크로캡슐을 형성하는 Octadecane의 부피 변화로 인해 캡슐이 깨지면서 나타나는 Octadecane에 의한 무 게 감소로 보이며, 두 번째 무게 감소는 마이크로캡슐을 형성하는 벽재가 분해되 는 곡선으로 볼 수 있다. 아래의 그림에서 보듯이 DVB가 2% 함유된 마이크로캡 슐이 첫 번째 무게 감소가 높은 온도에서 나타났다. 이것은 다른 농도의 DVB가 함유된 마이크로캡슐 보다 열적 안전성이 뛰어나다고 볼 수 있다. 62

100 80 st-dvb0 st-dvb5 st-dvb2 st-dvb1 st-dvb2-ot50 Weight % 60 40 20 0 0 200 400 600 Temperature ( o C) 그림 25 DVB의 농도 변화에 따른 TGA diagram 라) Miniemulsion에 의한 마이크로캡슐의 형태 분석 다음의 사진은 전자 현미경 및 주사전자현미경의 사진을 나타낸 것이다. 입도 분석에서도 나타났듯이 전자 현미경을 통하여 본 마이크로캡슐의 사이즈는 1μm이 내의 크기로 나타났다. 특히 전자 주사 현미경을 통해서 마이크로캡슐을 보면 캡 슐끼리 서로 유착 되어 캡슐이 제대로 분리가 되지 않았음을 알 수 있었다. 이러 한 현상은 중합 시 큰 입자가 생성된다기보다는 제조 후, 입자의 안정성이 서서히 감소하며 입자간의 부분적인 유착이 발생하기 때문에 나타나는 현상이며 기계적 인 교반이나 초음파장치 등에 의해 재분산이 가능하였다. 캡슐의 형태는 대체적으 로 둥근 형태를 보이고 있지만 불규칙적으로 형성된 캡슐 및 Octadecane이 빠져 나가 터진 형태의 캡슐이 존재 한다. 63

그림 26 마이크로캡슐의 전자 현미경 사진 및 전자 주사 현미경 사진 3) Melamine-formaldehyde를 이용한 마이크로캡슐 제조 본 연구에서는 Melamine-formaldehyde 수지를 벽물질로 선정하고 상전이 물질 인 Octadecane을 심물질로 하여 캡슐을 제조 하였다. Melamine-formaldehyde 수지는 내열성, 내약품성, 내가수성등이 뛰어난 폴리머 이고 특히, 가격이 매우 저렴한 것이 매우 큰 장점이라 할 수 있다. 본 과제에 사용된 벽물질과 심물질은 아래의 Table 3과 같으며, 마이크로캡슐 제조에 사용된 계면 활성제는 NP-9을 사용 하였다 표 26 Melamine-formaldehyde 마이크로캡슐 제조를 위한 materials Materials structure H 2 N N NH 2 Melamine N N NH 2 Formaldehyde (35% in water) O H C H Oil soluble material Octadecane H 3 C CH 3 Non ionic surfactant NP-9 (Alkylphenylpolyethylene glycol) H 3 C CH 3 C CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 C CH 3 OCH 2 CH 2 OH 9 64

가) Melamine-formaldehyde를 이용한 마이크로캡슐 제조 실험 500ml 삼구 플라스크에 3.5g의 Melamine 과 20.5g의 증류수를 넣어 준 후 60 에서 Melamine의 충분히 젓을 때까지 저어 주었다. 그 후 일정량의 Formaldehyde를 넣어 완전히 녹을 때까지 반달형 임펠러가 장착된 기계식 교반 기를 이용해 400 rpm의 속도로 60 에서 저어주었다. Melamine은 물에in-soluble 하지만 Formaldehyde와 Prepolymer를 형성하면 물에 용해되는 성질로 변하게 되 어 혼합액은 투명하게 변하게 된다. 아래의 그림은 melamine-formaldehyde prepolymer의 scheme을 나타낸 것이다. H 2 N N NH 2 N N + O H C H HOH 2 CHN N N N NHCH 2 OH NH 2 NHCH 2 OH 그림 27 Melamine 과 formaldehyde를 이용한 prepolymer 제조 scheme 비이온계 계면 활성제인 NP-9 2.5g을 물 80ml에 완전히 녹인다. 그 후 본 실험 에서 심물질로 사용된 Octadecane을 7.77g을 넣어 준다. 혼합된 solution을 Homomixer를 이용하여 1,000rpm으로 3분 동안 homogenizer를 실시하여 Octadecane을 완벽히 분산시킨다. 형성된 Melamine-formaldehyde prepolymer에 PCM emulsion을 넣기 전에 ph 를 4, 7, 9로 조절 하였다. ph의 조절은 ph 4일 경우에는 Hydrochloride를 사용 하였으며 ph 9의 경우에는 Sodium carbonate를 사용하였다. ph가 조절된 Melamine-formaldehyde prepolymer에 PCM emulsion을 추가 하여 400rpm의 속 도로 60 에서 7시간 동안 교반을 실시한다. 다음에 마이크로캡슐의 제조 순서 및 Melamine formaldehyde 마이크로캡슐에 서 벽재의 형성 scheme을 나타내었다. 65

Hydrophobic liquid Hydrophilic liquid Mixing Stirring Emulsifying Microencapsulation O/W : Oil-containing microcapsule W/O : Water-containing microcapsule Stirring Heating Microcapsule 그림 28 마이크로캡슐의 제조 순서 H 2 N N NHCH 2 OH H 2 N N NHCH 2 OH N N + N N NH 2 NHCH 2 OH at T= 60 7hr 400rpm N NHCH 2 NH N NH N N N N NH NHCH 2 NH N NH N N NH 그림 29 Melamine formaldehyde 마이크로캡슐의 제조 scheme 나) 공정인자에 따른 Melamine-formaldehyde 마이크로캡슐의 물성변화 Melamine-formaldehyde 마이크로캡슐은 micro-emulsion polymerization에 의 해 제조 되었다. Melamine-formaldehyde 마이크로캡슐 polymer의 제조는 크게 66

2단계로 진행 된다. 첫 번째, M-F pre-polymer인 methylomelamine를 ph7 조건 하에서 제조 하였다. 특히 M-F 제조 시에 melamine과 formaldehyde의 mole ratio를 조절하였다. 제조된 pre-polymer는 water soluble로 변화 되어 water에 녹 아 투명하게 변한다. 두 번째는, 제조된 methylomelamine를 condensation polymerization을 통해 합성 한다. Methylomelamine이 서로 결합됨에 따라 water soluble에서 in-soluble로 변하게 되면서 octadecane의 표면에 붙어 capsule의 shell을 형성하게 된다. 표 27 Melamine-formaldehyde 마이크로캡슐의 encapsulation efficiency, shell yield 및 건조 후 무게 Melamine Formal- dehyde ph Shell yield *1 Encapsulation efficiency *2 MICs Dry Weight 6g 4 7 91% 45% 27.6% 97.5% 7.40g 10.11g 9 75% 74% 9.91g 3.5g 9g 4 7 93% 46% 19% 80% 7.64g 9.28g 9 78% 50% 9.12g 14.4g 4 7 90% 57% 14% 23% 8.87g 6.74g 9 76% 20% 8.12g 위의 표를 보면 encapsulation efficiency가 ph7일 때 가장 높아지는 것으로 나 타났으며 이와 반대로 ph4일 때 encapsulation efficiency가 가장 낮은 것으로 나 타났다. 또한 core contents 역시 ph7일 때 가장 높은 80%였으며 ph4 일 경우는 20%정도의 함유량을 보였다. 특히 encapsulation efficiency에서 ph 7의 경우를 보면 97%의 encapsulation efficiency로 나타나 거의 대부분의 octadecane이 encapsulation이 되었다. 67

100 10 Encapsulation efficiency (%) 80 60 40 (a) (b) 8 6 4 Shell yield (g) 20 2 0 4 5 6 7 8 9 ph 0 그림 30 ph 변화에 따른 encapsulation efficiency 와 shell yield 의 변화 (a) encapsulation efficiency (b) shell yield 위의 그림은 formaldehyde 양에 따른 encapsulation efficiency의 변화량을 나타 냈으며, formaldehyde의 양이 증가함에 따라서 encapsulation efficiency의 효율이 감소되는 경향으로 나타났다. 이것은 melamine과 formaldehyde의 pre-polymer 제조 시에 melamine과 결합되는 NHCH2OH의 양과 관계된 것으로 보인다. 결합 에 필요한 NHCH2OH가 증대됨으로써 반응속도에 영향을 미치는 것으로 보인다. 또한 formaldehyde의 양이 증대 되면서 ph에 의한 encapsulation efficiency의 차이가 많이 감소 한 것으로 나타났으며, ph7의 경우에는 encapsulation efficiency가 급격히 감소됨을 볼 수 있다. 68

100 5 (a) Encapsulation efficiency (%) 80 60 40 20 (b) 4 3 Shell yield (g) 0 6 9 12 15 Weight (g) 2 그림 31 Formaldehyde 양에 따른 encapsulation efficiency 와 shell yield 의 변화. (a) encapsulation efficiency (b) shell yield Encapsulation efficiency (%) 100 80 60 40 20 (c) (b) (a) 0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 F/M mole ratio 그림 32 F/M mole ratio에 따른 encapsulation efficiency의 변화. (a) ph 4 (b) ph 9 (c) ph 7 그리고, 위의 그림에서 보듯이 F/M mole ratio가 증가 함에도 shell yield는 변 함이 없는데 이것은 shell 로 형성된 melmine formaldehyde polymer가 F/M mole ratio에 따라 증가한다는 뜻으로 캡슐의 core contents에서 octadecane의 함 69

유량이 상대적으로 감소함을 의미한다. 110 Shell yield (%) 100 90 80 70 60 50 (a) (b) (c) 40 30 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 F/M mole ratio 그림 33 F/M mole ratio에 따른 shell yield의 변화. (a) ph 4 (b) ph 9 (c) ph 7 아래의 그림은 온도에 의한 encapsulation efficiency의 변화로 온도가 증가 함 에 따라서 encapsulation efficiency가 감소하는 경향이 나타났으며, 이것은 온도 증가에 따른 반응 속도 증가로 인해 oil droplet의 형태가 제대로 유지 못한 것으 로 보인다. 특히, 온도가 올라감에 따라서 encapsulation efficiency의 감소 및 shell yield가 증가하는 경향을 보이다가 80도 부근을 기점으로 변화량이 감소된 것을 볼 수 있다. 70

100 80 Encapsulation efficiency (%) 90 80 70 60 50 (a) (b) 70 60 50 Shell yield(%) 40 30 60 65 70 75 80 85 90 40 Temperature( ) 그림 34 온도에 따른 encapsulation efficiency와 shell yield의 변화. (a) encapsulation efficiency (b) shell yield 지금까지의 경우를 보면, 전반적으로 반응속도를 빨리 하는 쪽으로 진행 할수록 encapsulation efficiency가 감소하는 경향이 나타난 반면에, shell yield는 이와 반 대의 현상이 나타났다. 이것은 oil droplet에 shell이 형성될 때 droplet의 모양이 제대로 유지 되느냐에 따른 것으로 생각 되며, 빠른 반응 속도는 oil droplet의 형 태를 유지를 방해 하게 되어 encapsulation efficiency가 낮아지는 것으로 볼 수 있다. 이와 반대로, 반응 속도를 천천히 진행 하게 되면 oil droplet이 형태를 유 지 하면서 shell이 형성이 되어 encapsulation efficiency가 증가 하는 것으로 볼 수 있다. 다) Melamine-formaldehyde 마이크로캡슐 열적 특성 분석 TGA를 보면 10% weight loss Temp가 180도 부근에서 나오는 것을 볼 수 있 다. 이온도는 melamine-formaldehyde resin의 분해 온도보다 낮은 온도 인데, 이 것은 octadecane의 부피 변화에 의해 캡슐이 터지는 현상에 의해 나타난 것으로 볼 수 있다. 다음에 나타난 열중량 곡선에 의하면 melamine-formaldehyde polymer의 분해 곡선은 약 400 에서 나타난다. 이것은 melamine formaldehyde microcapusle 의 TGA 그래프에서 2차 weight loss가 발생하는 온도 약 400도와 일치한다. 71

100 10% Weight loss Temp 175 o C 80 Octadecane weight loss Weight(%) 60 40 20 Melamine weight loss (21.3%) About 400 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Temperature( o C) 그림 35 ph 7에서 제조된 melamine-formaldehyde 마이크로캡슐의 TGA 곡선 따라서 2차 weight loss가 발생하는 것은 melamine formaldehyde 마이크로캡 슐의 shell을 구성하는 melamine formaldehyde polymer의 분해곡선 임을 알 수 있다. 다음의 그림은 melamine formadlehyde 마이크로캡슐의 시차 주사열량계(DSC) 분석 결과 이다. 벌크 상태의 octadecane의 상전이 온도는 28~30 이며 delta H 는 241.2 J/g 이다. Octadecane을 함유하고 있는 melamine formaldehyde 마이크 로캡슐의 시료에서 벌크상태의 octadecane이 보이는 상전이 현상을 보였다. 측정 되어진 DSC 를 통하여 melamine-formaldehyde 마이크로캡슐의 melting point는 약 30 로 나타났으면 여기서 나타난 delta H를 통하여 melamine formaldehyde 마이크로캡슐의 core contents, encapsulation efficiency 그리고 shell yield를 구하 였다. 72

Onset Temp=27.7 o C delta H= 179.2J/g Tm = 32.2 o C Heat Flow Endo up delta H= 145.2J/g Tc = 24.1 o C 20 30 40 50 Temperature( o C) 그림 36 ph 7에서 합성된 melamine formaldehyde 마이크로캡슐의 DSC trace 측정된 delta H를 이용하여 encapsulation efficiency를 구하는 식은 다음과 같 으며, Amount of octadecane in the obtained microcapsule (g) Encapsulat ion efficiency(%) = 100 (%) Added amount of octadecane (g) shell yield를 구하는 식은 다음과 같다. Obtained wt of shell (g) Shell yield (%) = 100 Initial Melamine and formaldehy de (g) (%) 측정된 delta H와 계산되어진 encapsulatione efficiency 그리고 shell yield는 다 음의 표에 나타내었다. 73

표 28 F/M mole ratio 와 ph 에 따른 delta H의 비교 F/M mole ratio ph delt. H(J/g) Core Contents(%) Encapsulation efficiency(%) 2.5 4 70.3 29 28 2.5 7 181.7 75 97 2.5 9 139.4 58 74 3.8 4 45.2 19 19 3.8 7 160.6 67 80 3.8 9 103.6 43 50 6 4 30.4 13 14 6 7 65.7 27 23 6 9 49.3 20 20 라) Melamine-formaldehyde 마이크로캡슐 구조 분석 합성된 melamine formaldehyde 마이크로캡슐은 적외선분광분석으로 조사하여 모든 경우에서 octadecane을 포함한 melamine formaldehyde 마이크로캡슐이 형 성되었음을 확인하였다. 다음의 그림은 적외선분광분석 결과를 나타낸 것이다. (a) (b) Transmitte (c) 3382 2960 (d) 3470 1157 717 1339 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumber(cm -1 ) 그림 37 Melamine formaldehyde 마이크로캡슐의 IR spectra (a) octadecane (b) 문헌상의 melamine formaldehyde polymer (c) octadecane을 제거한 melamine formaldehyde 마이크로캡슐 (d) melamine-formaldehyde 마이크로캡슐 74

스펙트럼 (a)는 octadecane의 스펙트럼으로 2916~2848cm-1에서 강한 신축 진동 에 의한 피크가 나타났으며 이것은 aliphatic C-H 진동 피크이다. 또한 717cm-1에 서 나오는 피크는 CH2 피크로 octadecane의 CH2에 의한 특성 피크임을 알 수 있다. 스펙트럼 (b)는 melamine-formaldehyde polymer의 스펙트럼을 나타 낸 것 으로 octadecane을 제거 한 후 측정된 스펙트럼 (c)와 같은 형태로 나타남을 볼 수 있다. 이것은 melamine-formaldehyde 마이크로캡슐의 shell인 melamine formaldehyde polymer가 잘 형성이 되었음을 나타낸다. 스펙트럼 (b) 와 (c)에서 보면 3382cm-1 부근에서 피크가 나타나는데 이것은 secondary amine group N-H 을 나타낸다. 스펙트럼 (d)는 melamine-formaldehyde 마이크로캡슐을 나타낸 스펙트럼으로 octadecane의 특성 피크 와 melamine-formaldehyde 피크가 동시에 존재함을 알 수 있다. 스펙트럼에서 나타난 1339cm-1에서의 진동 피크는 secondary 그리고 tertiary amines 을 나타내며 1157cm-1는 C-O 피크를 의미한다. 마) Melamine-formaldehyde 마이크로캡슐 형태 분석 다음의 주사전자현미경 사진은 melamine-formaldehyde 마이크로캡슐을 나타낸 것으로 각각 5000배와 10000배의 배율로 관찰한 것이다. 제조된 마이크로캡슐에서 보듯이 대체로 구형의 모양을 띄고 있다. 그리고 대체 적인 마이크로캡슐의 size는 1~2μm 로 나타났으며, 정확한 사이즈를 알기 위해서 입도 분석을 하였다. 다음의 그림은 Melamine formaldehyde 마이크로캡슐의 입 도 분석한 결과로 ph 4에서 제조된 마이크로캡슐은 대체적으로 1μm 내외 이며, ph 7은 2~3μm, ph 9는 2μm내외였다. ph7 일 경우가 마이크로캡슐 사이즈가 가 장 크게 나타났는데 이것은 ph7이 다른 경우보다 더 많은 encapsulation efficiency가 높아 octadecane을 함유량이 높기 때문이다. 따라서 size의 크기를 보 면 대체적으로 encapsulation efficiency가 감소할수록 size 크기는 줄어드는 경향 이 나타났다. 75

그림 38 Melamine formaldehyde microcpaule 의 SEM image ( 5000, 10,000) 50 40 ph 4~5 ph 7~8 ph 9~10 No. Percentage(%) 30 20 10 2.2±2.1μm formaldehyde 6g formaldehyde 9g formaldehyde 14.4g 1.4±0.8 μm 1.5 ±1.1 μm 1.1 ±0.7 μm 3.3 ± 2.3 μm 2.6 ± 1.8 μm 2.2 ± 2.1 μm 2.3 ± 1.6 μm 2.2 ± 1.5 μm 1.7 ± 1.9 μm 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Size(um) 그림 39 제조된 melamine-formaldehyde 마이크로캡슐의 입자크기 및 분포도 4) Lyocell 섬유로의 마이크로캡슐 도입 지금까지 진행한 연구를 토대로 가장 우수한 마이크로캡슐을 선정하여 Lyocell 섬유에 도입하였다. 여기서 선정된 마이크로캡슐은 Melamine formaldehyde 마이 크로캡슐로 가장 우수한 Encapsulation efficiency를 가지고 있고 또한 delta H가 180 J/g으로 측정됨으로써 해외선진국의 Frisby 150 J/g 에 비해 월등히 높은 것 으로 나타났다. 다음의 사진은 마이크로캡슐을 함유한 Lyocell 섬유의 현미경 사 진이다. 76

그림 40 PCM 마이크로캡슐을 첨가한 Lyocell 섬유 DSC를 이용하여 마이크로캡슐을 도입한 Lyocell 섬유의 delta H를 측정하였으 며, 그 결과를 다음에 나타내었다. DSC 결과에서 보듯이 180 J/g정도 나타내던 마이크로캡슐이 약 1.5 J/g정도로 줄어들었는데 이것은 Lyocell을 방사 시 사용되 는 solvent인 NMMO에 의해 캡슐의 심물질인 octadecane이 빠져나가는 현상으로 볼 수 있다. 하지만 기타의 solvent에서는 대부분 추출이 되지 않았다. 참고로 Outlast 의 경우 3.3 J/g으로 아크릴 섬유를 매트릭스로 하고 있고 NMMO가 아 77

닌 용매에 의해서 방사되기 때문에 높은 함량이 가능 한 것으로 보인다. Delta H= 1.5 J/g Tm = 10 그림 41 마이크로캡슐 함유 Lyocell 섬유의 DSC trace 따라서 Melamine-formaldehyde 마이크로캡슐은 높은 Encapsulation efficiency 와 delta H 로 인하여 이 벽물질에 대한 보완이 된다면 선진국 보다 더 우수한 마이크로캡슐의 제조기술을 확보 할 수 있을 것이다. 다. 나노웹에 의한 高 투습방수성 섬유 소재 제조 기술 개발 1) 투습방수 소재 및 기술 분석 가) 전기방사 및 나노섬유 기술 분석 전기방사법은 노즐을 통해 밀리미터 직경의 액체 분사물(jet)을 방출시켜 나노섬 유로 웹을 생산하는 공정이다. 전극의 한 극은 고분자 용액 내에, 다른 한 극은 수집기에 위치한 서로 반대 극성을 가지는 두 전극 사이에서 고분자 용액은 고분 자 필라멘트로 생성된다. 고분자용액이 작은 구멍을 가진 금속 방적돌기에서 한번 방사되면 용액이 증발되고 수집기에 섬유가 모아진다. 전위차는 방사용액의 특성, 고분자 분자량, 점도 등에 따라 달라진다. 방적 돌기와 수집기 사이의 거리가 짧 아지면 용매의 증발이 충분하지 않기 때문에 방사된 섬유는 수집기에 뿐만 아니 라 섬유끼리도 서로 엉키게 된다. 78

Syringe Power supply Taylor cone 12.5 KV Ground Instability process 그림 42 나노섬유 웹 제조를 위한 전기방사 모식도 나노섬유 웹의 특성을 결정하는 요인들을 요약하면 다음과 같다. - 물질 특성 : 용액의 농도, 유전 특성, 표면 장력 등 - 제어 변수 : 전압/전기장/jet 전하 밀도, 모세관 내에서의 정전기적 압력, 분사 팁과 수집기 사이의 거리, 고분자용액 주입속도 등 - 임의 변수 : 온도, 습도, 공기 유속 등 2) 나노섬유 제조 기술 연구 가) PVDF 나노섬유 웹 제조기술 연구(소수성 소재) 이상의 시험 결과에 근거하여, PVDF(Polyvinylidene difluoride)를 적정 농도로 용해하고 이를 전기 방사하여 나노섬유 웹을 제조하였다. 아래의 사진은 PVDF 나노섬유 웹의 주사전자 현미경 사진으로 비드의 형성 또는 나노섬유의 밀도 불 균일 등의 문제점이 없는 균일한 나노섬유 웹을 제조하는 데에 성공하였다. 79

그림 43 PVDF 고분자 나노섬유의 주사전자현미경 사진 나) Polyurethane 나노섬유 제조기술 연구 Thermoplastic Polyurethane을 Dimethyl Acetamide에 용해하여 5~50%의 용액 을 제조하고 각각에 대해 전기 방사하였다. 20% 이하의 경우 용매의 농도가 높아 방사 후 응고과정에서 웹을 형성하지 못하였으나 30%이상에서 방사 후 섬유 웹 형태를 가진다. 80

30%, 20cm 35%, 20cm 40%, 20cm 30%, 20cm 30%, 25cm 30%, 30cm 그림 44 Polyurethane 나노섬유의 주사전자현미경 사진 3) 나노웹의 직물 직접코팅 기술 연구 가) PVDF 나노웹의 나일론 직물 코팅 앞서의 실험에서와 같은 방사성 평가를 통하여 PVDF 나노웹의 최적 방사조건 을 확립였다. 또, 이를 통하여 나일론 직물에 PVA/키토산 소재를 이용한 셀룰로 오스 코팅을 실시한 샘플을 제조하고 SEM을 통해 코팅된 표면 및 단면을 확인하 였다. 그림 45 PVDF 나노웹의 나일론 직물 코팅 표면사진 81

그림 46 PVDF 나노웹의 나일론 직물 코팅 단면사진 위의 시험 결과를 통해 직경이 1μm 이하인 나노섬유가 균일하게 제조됨을 확인 하였으며 원단에 코팅 처리되는 나노섬유의 적층 두께는 10-20μm 수준에 달하며 공극의 크기가 1μm 이하였다. 나) Nylon 소재의 단계적 Coating : 1st layer PU, 2nd layer PVDF PVDF 나노웹의 Nylon 직물 단독 Coating 소재는 직물과 나노웹이 완전히 부 착되지 않은 상태로 나노웹의 박리 현상이 일어나고 있다. 이에 보완 과정으로 Nylon 직물과 PVDF 나노웹 사이에 PU 나노웹을 방사하여 접착력을 보완하는 실험을 수행하였다. 그림 47 PU-PVDF 2layer 나노웹의 나일론 직물 코팅 표면사진 82

그림 48 PU-PVDF 2layer 나노웹의 나일론 직물 코팅 단면사진 그림 49 (비교) 폴리우레탄 코팅에 의한 방수투습성 원단의 단면(건식코팅) 위의 시험 결과를 통해 직경이 1μm 이하인 나노섬유가 균일하게 제조됨을 확인 하였으며 실험실적 test를 통하여 내수압 5,000 mmh 2 O, 투습도 8,800 g/m 2 /day 수준임을 확인하였다. 위의 그림 60은 다공성 폴리우레탄 수지의 건식코팅에 의한 방수투습성 원단의 단면을 나타낸 것으로 그림 59의 PU-PVDF 2 Layer 나노웹 코팅 원단의 단면과 매우 유사함을 알 수 있다. 단, 나노웹 코팅에 의한 방수투습성 원단에 있어서는 나노섬유 간 공극이 그림 60의 폴리우레탄 코팅에 의한 미세공에 비교하여 그 수 가 더 많다. 이는 종래의 폴리우레탄 코팅에 의한 방수투습성 원단에 비교하여 나 노웹 코팅 원단의 투습성능이 더 우수하다는 것을 의미한다. 83

라. 내구성 섬유 소재 기술 개발 1) 내구성 섬유의 개발 가) 내마찰 기능성 첨가제의 개발 내마찰 기능성을 폴리에스테르 원사에 부여하기 위하여 표면장력이 극히 낮은 물질의 섬유 내로의 도입 방법에 대하여 연구하였다. 표면장력이 극히 낮은 물질 중 섬유 내로의 도입이 가능한 물질로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 가장 대표적이다. 그러나 PTFE는 폴리에스테르에서와 같은 수준의 고온에서의 유동성 을 기대하기 어렵다. 또, PTFE 자체를 섬유상으로 제조하는 것 또한 기술적으로 매우 어려우며 비경제적이다. 따라서 PTFE 입자를 폴리에스테르 섬유 내로 도입, 표면장력을 낮춤으로써 내마찰성을 향상시키는 기술의 개발을 기대할 수 있다. 그러나 폴리에스테르 섬유 내로 도입이 가능한 정도가 되기 위해서는 PTFE의 입자의 크기가 1μm 이하로 나노 단위의 크기를 가지고 있어야 한다. 아래의 그림은 각각 나노 단위의 직경을 가지는 PTFE의 주사전자현미경 사진 과 PTFE 입자의 입도분포분석 결과를 나타낸 것이다. 그림 50 PTFE 입자의 전자현미경 사진 84

그림 51 PTFE 입자의 입도분포분석 결과 나) 내마찰성 원사 제조 시험 상기의 PTFE 입자를 섬유 내로 도입하기 위하여 폴리에스테르의 용융 방사 공 정에 PTFE 입자를 폴리에스테르 수지의 용융 과정에 투입, 분산시키고 이를 압출 하여 방사하고, 권취하여 내마찰성 원사를 제조하였다. PTFE 입자는 입자 상태에서 그대로 방사 공정에 투입하게 되는 경우, 폴리머 매트릭스 내에 균일하게 분산되지 않으며 입자 간의 회합이 일어나서 방사 공정 에서 섬유에 결점을 만들고 여기에 방사, 권취 장력이 집중되면서 절사가 일어나 게 된다. 따라서 PTFE 입자는 방사 공정에 투입되기 전에 폴리에스테르 수지에 별도로 분산시켜 제조한 마스터배치로 제조하여 투입하여야 한다. 85

그림 52 내마찰성 원사 제조 설비의 개략도 제조된 마스터배치는 상기의 그림에서 보는 바와 같이 폴리에스테르 용융 압출 공정에 투입되어 혼합된다. 제조된 원사는 섬도가 75 데니어, 신도 30%, 강도 4.4g/d, 비등수 수축율 8.5% 의 일반적인 폴리에스테르 SDY 원사의 물성을 그대로 나타내고 있다. 즉, 일반적 인 편물, 직물로의 제편, 제직이 모두 가능하다. 다) 내마찰성능 평가 다음의 그림은 일반사와 내마모성 원사를 사용하여 제조한 원단에 대해 내마모 성을 평가한 결과를 나타낸 것이다. 평가방법은 한국공업규격 KS K 0815(편성포 의 시험 방법)의 마모강도 측정법을 사용하였다. 단, 필라멘트사인 SDY와 가연사 인 DTY의 측정방법은 다소 상이하다. 그러나 모두 일반 사에 비교하여 내마모성 기능성 물질을 함유하는 내마모사에 의한 원단은 내마모성이 크게 향상되었음을 알 수 있다. 그 수준은 SDY, DTY 모두 일반사의 2배 이상이다. 86

Cycles before Hole 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 SDY SDY DTY DTY Blank PTFE 2% Blank PTFE 2% 그림 53 내마찰성 섬유 소재의 성능 평가 결과 75/36 SDY Blank After 350 Cycles 75/36 SDY 2% After 900 Cycles 75/36 DTY Blank After 1,000 Cycles 75/36 DTY 2% After 3,000 Cycles 그림 54 내마찰성 섬유 소재의 Martindale 평가 위의 그림은 종래의 섬유 소재와 내마찰성 섬유 소재의 Martindale 평가 후의 모습을 나타낸 것이다. SDY에 있어서는 일반 섬유 소재는 350회 만에 원단이 손 상되어 버리는 것을 볼 수 있으나 PTFE 입자를 함유하는 내마찰성 섬유 소재는 900회 만에 손상되는 것을 볼 수 있다. 87

또, DTY에 있어서는 종래의 섬유 소재는 1,000회 만에 손상되었으나 내마찰성 섬유 소재에 있어서는 3,000회 만에 손상되었다. 이때의 평가 조건은 마찰체로는 #400 Sand Paper를 사용하였고, 하중은 SDY는 400g, DTY에 있어서는 200g 을 사용하였다. 이상의 결과에서 PTFE 입자를 도입한 내마찰성 섬유 소재는 종래의 섬유 소재 에 비교하여 2배 이상의 내마찰성을 가지는 것을 확인하였다. 마. 심미성 섬유 소재 기술 개발 1) 특수중공사의 개발 가) 특수중공사의 개발 방향 미래 일상생활용 스마트 의류에 있어 의류의 기본적인 기능인 심미성의 부 여에 있어서 종래의 합성섬유 및 앞서 살펴본 기능성으로는 충분하지가 않다. 따 라서 기능성의 부여와 동시에 심미성(Fashion 성 및 Natural 성)을 가질 수 있도 록 하기위해 경량/쾌적성 섬유 소재인 高 중공사를 진일보시킨 특수중공사를 개발 하였다. 중공사는 통상, 단면이 원형인 관계로 중공사만으로는 우수한 경량 성능은 기대 할 수 있으나 의류 소재에 요구되는 특성인 심미성을 나타내는 데에 있어서는 한 계가 있다. 즉, 高 중공사만으로는 합성섬유의 느낌을 강하게 내게 되며 면섬유와 같은 천연섬유의 느낌은 구현하기 어렵다. 천연섬유와 같은 느낌을 주기 위해서는 기본적으로 단일하고 동일한 섬유만으 로는 구성하여서는 어려우며 다양한 단면 형태의 섬유를 균일하게 혼합하는 기술 을 개발하여야 한다. 나) 특수중공사 제조 시험 심미성과 우수한 경량성을 가지는 고기능성 원사를 개발하기 위해 이형단면의 특수 Nozzle을 설계하였다. 특수 Nozzle을 설계하기 위해서는 섬유 고분자 물질 의 특수 Nozzle에서의 유동 특성을 예측하여야 하며 이를 위해서 컴퓨터 시뮬레 이션 기법을 활용하여 Nozzle의 형태, 크기 등에 따른 섬유 고분자의 유동을 예 88

측하였으며 이에 바탕하여 Nozzle의 형태를 선정한 후 실제 Nozzle을 제작하였으 며 이를 이용하여 특수한 단면을 가지는 Y+ 형의 단면을 가지는 특수중공사를 개발하였다. 그림 55 특수 중공사 원사 단면 상기의 사진은 Y자 모양의 단면이 형태의 고중공사에 혼재되어 있는 특수 중공사의 단면을 나타낸 것이다. 이와 같은 방법으로 단면을 구성하면 고중공사에 의한 경량성과 Y자 형태의 단면에 의한 이형화 및 그에 따른 섬유상에서의 Bulky 한 구조로 인해 우수한 경량성과 높은 심미성을 동시에 나타낼 수 있다. 2) Cotton-Like 사가공 기술 개발 가) Cotton-Like 가연 기술 개발 심미성 부여의 방법으로 Cotton-Like 가연 기술을 개발하였다. 89

(a) (b) 그림 56 가연의 원리 (a) 가연되는 섬유의 모식도 (b) 가연 장치의 모식도 그림 65는 필라멘트 상의 섬유에 대한 가연의 원리를 나타낸 것으로 그림 65의 (b)와 같은 장치를 이용하여 그림 65의 (a)와 같은 형태로 섬유를 가공하는 것이 다. 그러나 일반적인 가연방법에 의하여 高 중공사를 가공하는 경우에는 중공이 파 괴되어버리기 쉽다. 이는 높은 가연수 및 가연속도에 기인하는 것으로 중공이 파 괴되지 않으면서 가연사의 면섬유와 같은 자연스러운 외관과 부드러운 촉감을 주 기 위해서는 적정 가연수로 조정하고 가연속도를 400m/min 이하의 저속으로 하 여야 한다. Cotton-Like 가연 기술을 개발하기 위하여 그림 65에서와 같은 가연장치를 이용 하되 가연수 및 가연속도를 조정, 중공을 유지하면서 면섬유와 같은 단면과 외관 을 가지도록 하였다. 아래의 그림 66은 이러한 과정에서 얻어진 가연사의 단면을 나타낸 것이다. (a) 는 가연 전의 필라멘트 상태이고 (c)는 일반 가연 조건 즉, 높은 가연수와 600m/min 수준의 빠른 가공 속도로 가연하였을 때의 가공사의 단면을 나타낸 것 이다. (c)에서는 중공이 대부분 파괴되어버렸음을 볼 수 있다. (b)는 Cotton-Like 가연 기술을 이용하여 만든 가공사로 중공이 모두 유지되고 있으며 단면은 그림 2의 면섬유의 단면과 유사하다. 90

(a) (b) (c) 그림 57 중공사의 가연 조건에 따른 단면 형태 (a) Filament 상태(가연전) (b)반가연 상태 (c)완전 가연 상태 다음의 그림 67은 高 중공사의 Cotton-Like 가연 전후의 모습을 전자현미경으로 관찰, 비교한 사진이다. 사진에서 보는 바와 같이 가연 후 면섬유와 유사한 단면 과 측면을 가진다는 것을 알 수 있다. 가연 전 가연 후 그림 58 高 중공사의 Cotton-Like 가공 전후 비교 또, 앞서 개발한 특수 중공사를 이용, 면섬유와 같은 단면 및 촉감과 외관을 가 지도록 하기위해 특수 중공사의 가연 기술을 개발하였다. 특수 중공사의 가연 과 정을 통해 종래의 합성섬유의 가연으로는 얻을 수 없는 높은 수준의 Bulky성과 부드러움을 얻을 수 있었다. 91

가공 전 가공 후 그림 59 특수 중공사의 Cotton-Like 사가공 전후 비교 위의 그림은 본 과제에 의해서 개발된 특수 중공사의 Cotton-Like 가연 결과를 나타낸 것으로 아래의 천연섬유(면)의 단면사진과 비교하여 섬유의 단면뿐만 아니 라 면섬유의 루멘에 의한, 면섬유의 독특한 측면이 나타나는 등, 형태에 있어 매 우 유사하며, 동시에 Y 형태의 이형단면섬유가 혼재되어 있어, 섬유 간 간격이 넓 어 매우 Bulky한 느낌을 줄 수 있다. 그림 60 (비교) 면섬유의 단면 및 측면 나) Cotton-Like 방적사 개발 앞서 개발한 高 중중공사를 이용, 면섬유에서와 같은 심미성을 얻기 위해 중공사 를 38mm 단섬유화하고 소면/연조/정방하여 방적사를 제조하였다. 아래의 그림은 高 중공 방적사의 단면을 나타낸 것으로 30%의 중공율을 유지하면서 부드러운 촉 감과 자연스러운 외관을 가짐으로써 경량화 외에도 필라멘트 섬유로는 얻을 수 없는 부드럽고 따뜻함을 얻을 수 있다. 92

그림 61 高 중공 방적사(30 s)의 단면 3) 특수중공사의 쾌적성 평가 본 과제를 통해 개발된 특수 중공사는 상기 내용에서 본 바와 같이 형태의 고중공사와 Y형태의 이형단면사가 혼재되어 있어 섬유의 내부 구조가 Bulky하다. 따라서 종래의 합성섬유에 비교하여 흡한속건성능이 있을 것으로 예상할 수 있다. 이에, 심미성 고중공사를 사용하여 제조한 원단과 일반 원단, 흡한속건성 원단에 대하여 흡한속건성능을 평가하였다. 흡한속건성은 수분을 잘 빨아들이고 이를 원 단 내부로 빠르게 확산시켜 외부로 배출, 증발시키는 기능성을 말하는 것으로 흡 한속건성능이 뛰어날수록 쾌적성이 우수하다. 흡한속건성능의 평가는 한국공업규격 KS K 0815(편성포의 시험 방법)에 따른 다. 즉, 상온의 물에 폭과 길이가 일정하도록 취해진 시료의 한 끝만 담그고 모세 관 현상에 의하여 흡수되는 물의 높이를 측정하는 것이다. 아래의 그래프는 그 결 과를 나타내는 것으로 일반사 적용 원단에 비교하여 흡한속건성 원단은 흡수높이 가 매우 높다는 것을 알 수 있다. 동시에 심미성 고중공사를 적용하여 제조한 원 단들도 유사한 수준의 흡수높이를 보인다. 따라서 심미성 고중공사를 이용하면 최 근 개발되고 있는 흡한속건성 기능성 원사를 이용한 것만큼의 쿨링/쾌적성을 기 대할 수 있으며 동시에 고중공사에 의한 경량화, 이형단면섬유에 의한 심미성도 기대할 수 있다. 93

특수중공사2(SDY) 특수중공사1(DTY) 특수중공사1(SDY) 흡한속건사(DTY) 흡한속건사(SDY) 일반사(DTY) 일반사(SDY) 0 2 4 6 8 10 12 14 흡수높이(cm) 그림 62 특수중공사의 흡수높이(Wicking Test) 비교 평가 위의 그림 15는 일반사와 통상의 흡한속건사, 특수중공사의 흡수높이를 평가, 비교한 것으로 그림에서 보는 바와 같이 특수중공사 및 그 가공사는 우수한 흡한 속건성을 가진다. 94

2-2. 2단계 연구개발 추진 실적 가. 경량/쾌적성 섬유 소재 개발 1) 고중공섬유의 생산성 및 단면 재현성 확보 1단계 사업의 결과 개발된 30% 이상의 고중공율을 가지는 고중공사의 생산기 술개발이 본 과제의 목표 중 하나인 바, 원사의 생산성을 확보하는 것이 무엇보다 중요하나 동시에 30% 이상의 고중공율을 가지는 원사 단면에 대한 재현성의 확 보가 또한 중요하다. 따라서 1단계에서보다 원사 생산 규모에 있어서 Scale Up을 실시하고 이때의 원사 단면이 1단계에서 개발된 고중공섬유의 단면과 비교하였다. 그림 63 고중공섬유의 단면 구조 좌 : 1단계 결과(PILOT Scale) 우 : 2단계 결과(Mass Development Process Scale) 상기 그림에서 보는 바와 같이 원사의 단면에 있어서의 30% 정도의 중공을 그 대로 보여주고 있다. 즉, 1단계에서 개발된 고중공 섬유의 단면에 있어서 2단계에 서의 재현성이 확보되었다. 95

표 29 고중공섬유의 생산성 및 원사 물성 생산량 만권율 강도 신도 구분 (Ton) (%) (gf/d) (%) 1단계 - - 4.4 35 2단계 1차 10 86 4.5 35 2차 20 90 4.5 35 상기의 표는 고중공 섬유의 생산 결과를 요약한 표이다. 생산 규모를 일반적인 폴리에스테르 섬유의 생산 규모로까지 확대하였으며, 권량 6kg을 기준으로 하여 만권율 즉 생산성이 90%에 이른다. 원사의 물성(강도 및 신도)는 1단계에서 개발 된 고중공 섬유의 물성과 동일하며, 일반적으로 사용되는 폴리에스테르 섬유의 물 성에 비교하여서도 유사한 값이다. 나. 열적쾌적성 섬유 소재 개발 1) PCM 마이크로캡슐의 내구성 개선 본 과제의 1차년도에는 1단계 사업에서 개발된 고캡슐화도 및 고열량의 마이크 로캡슐을 이용하여 그 벽재를 다양한 물질로 외부 및 내부를 코팅함으로서 내열 성, 내구성, 안정성이 향상된 마이크로캡슐을 제조하는 연구를 하였다. 캡슐의 벽재 물질로는 멜라민 포름알데하이드를 사용하였으며, 이 벽재의 코팅 은 다양한 isocyanate 물질을 이용하였다. 코팅을 위한 방법으로는 벽 외부 코팅 을 위해 캡슐의 캡슐화 반응이 종료된 후, 코팅 물질을 분산시켜 추가적인 반응을 통해 코팅하였으며, 벽재 내부의 코팅은 에멀젼 제조 시 코팅 물질을 함께 넣어 반응시켰다. 제조된 내부 및 외부가 코팅된 흡발열 마이크로캡슐의 형태를 평가하 기 위하여 시차주사현미경을 이용하여 마이크로캡슐을 관찰하였으며, 제조된 마이 크로캡슐의 입자의 크기 및 그 분포를 입도분포 분석기를 이용하여 평가하였다. 또, 시차주사열량계를 이용하여 흡발열 성능을 평가하였으며 열중량분석계를 사용 하여 고온에서의 심물질의 보호성능 등 열적 안정성을 평가하였다. 96

벽재 외부를 코팅한 흡발열 마이크로캡슐의 경우 열중량분석계를 이용한 분석 에서 5% 무게 감소를 보이는 온도가 25도 이상 증가하였으며, 이에 따른 캡슐화 도는 비슷하게 유지되었다. 반면에 벽재 내부를 코팅한 흡발열 마이크로캡슐의 경 우 5% 무게 감소를 보이는 온도가 39도까지 증가하여 열적 안정성이 향상되었으 나, 이에 따른 상전이물질의 캡슐화도가 감소되는 경향을 나타내었다. Outside coating Inside coating 그림 64 Outside/Inside Coating 법 비교 2) PCM 마이크로캡슐의 섬유화 PCM 마이크로캡슐을 섬유 매트릭스 속으로 도입, 분산시킴으로써, 온도조절 성 능을 가지는 섬유를 개발하였다. 97

그림 65 PCM 마이크로캡슐이 분산되어 있는 Lyocell 섬유의 단면 위의 그림은 PCM 마이크로캡슐이 Lyocell 섬유 고분자 매트릭스 내에 분산되 어 있는 형태를 보여주는 전자현미경 사진이다. 위의 그림에서 보는 바와 같이, 섬유의 단면상에 직경 1~3μm 수준의 PCM 마이 크로캡슐이 분산되어 있으며, 단면 형성과정에서 일부 마이크로캡슐이 절단되었 다. 98

위의 그림은 PCM 마이크로캡슐 섬유의 시차주사열량곡선으로써 상전이온도 3 2, 흡열량 4.7J/g을 볼 수 있다. 99

위의 그림은 동일한 PCM 마이크로캡슐 섬유에 대한 시차주사열량 곡선으로써, Cooling Run 결과를 나타낸 것이다. 온도가 강온하는 상황에서는 18 에서부터 발열이 일어나 14 에서 최대 발열을 하며, 이때의 열량은 5J/g 이다. 이러한 결과로 볼 때, 개발된 PCM 마이크로캡슐 섬유는 승온 조건에서는 32 의 더운 상황에서 흡열을 하고, 강온 조건에서는 14 의 추운 상황에서 발열을 하 여, 온도의 변화에 따른 스트레스를 경감시켜 줄 수 있을 것으로 판단할 수 있다. 100

3) PCM 원단 가공 기술 개발 PCM 마이크로캡슐의 섬유 내로의 도입뿐만 아니라 원단 표면 가공기술을 개발 하였다. 그림 68 원단 표면 가공을 위한 PCM 마이크로캡슐 위의 그림 2는 원단 표면 가공을 위하여 제조된 PCM 마이크로캡슐의 주사전사 현미경 사진이다. 사진에서 보는 바와 같이 마이크로캡슐은 매끈한 표면을 가지고 있으며, 마이크로캡슐의 크기는 5~15μm로 매우 크다. 그러나 마이크로캡슐의 크기 가 커질수록 마이크로캡슐을 구성하는 벽재의 두께가 두꺼워지므로 심물질인 상 전이 물질에 대한 보호 능력이 커지게 되는 장점이 있다. 101

그림 69 원단 코팅용 PCM 마이크로캡슐의 시차주사열량곡선 상기의 PCM 마이크로캡슐을 이용하여 폴리에스테르 직물의 이면에 코팅 가공 을 실시하였다. 그림 70 PCM 마이크로캡슐이 가공된 원단의 표면(좌측)과 단면(우측) 102

상기의 그림은 PCM 마이크로캡슐이 코팅 가공된 원단의 이면에서의 코팅 층에 대한 표면 및 단면에 대한 주사전자현미경 관찰 사진을 나타낸 것이다. 좌측의 표 면 사진에서는 코팅체인 폴리우레탄 수지 입자들 사이로 PCM 마이크로캡슐이 존 재하는 것을 볼 수 있으며, 우측의 단면사진에서도 PCM 마이크로캡슐이 분포하 고 있음을 알 수 있다. 그림 71 PCM마이크로캡슐 코팅 원단의 시차주사열량곡선(저온 고온) 상기의 그림은 PCM 마이크로캡슐이 코팅된 원단에 대한 시차주사열량 분석을 실시한 결과를 나타낸 것으로 저온에서 고온으로 온도를 상승시켰을 때의 열량의 출입 관계를 나타낸 것이다. 33 부근에서 온도 상승에 따른 흡열을 보이고 있으 며, 이는 심물질인 상전이물질의 용융에 의한 것이다. 이때의 열량은 22~23J/g 수 준으로 열적 쾌적성을 확보하는 데에 충분한 수준이다. 시차주사열량계를 이용하 여 3회에 걸쳐 반복 시험하였으며 매 회 재현성 있는 열량 출입이 있음을 확인하 였다. 103

그림 72 PCM마이크로캡슐 코팅 원단의 시차주사열량곡선(고온 저온) 위의 그림은 PCM 마이크로캡슐이 코팅된 원단에 대한 시차주사열량 분석을 실 시한 결과를 나타낸 것으로 고온에서 저온으로 온도를 하강시켰을 때의 열량의 출입 관계를 나타낸 것이다. 2 부근에서 발열 피크가 나타남을 볼 수 있으며, 이는 상전이물질의 동결에 의한 것이다. 이때의 열량은 22J/g 수준으로 열적 쾌적 성을 확보하는 데에 충분한 수준이다. 시차주사열량계를 이용하여 3회에 걸쳐 반 복 시험하였으며 매 회 재현성 있는 열량 출입이 있음을 확인하였다. 표 30 PCM 마이크로캡슐 코팅 원단의 세탁 내구성 평가 구분 조건 세탁시간 0분 70분 200분 승온 23J/g 22J/g 22J/g 강온 22J/g 22J/g 21J/g 위의 표는 PCM 마이크로캡슐이 코팅된 원단의 세탁 내구성을 평가한 결과이 다. 세탁 횟수(세탁시간)가 증가함에 따를 흡열, 발열량의 변화가 거의 없는 것으 104

로 나타났다. 세탁 시간 200분은 세탁횟수로 환산하면 약 9회에 해당하는 바, 세 탁 내구성은 9회 이상인 것으로 확인되었다. 다. 나노웹 투습방수 원단 소재 개발 1) 폴리우레탄계 나노 웹 투습방수막 제조 기술 개발 그림 73 투습방수원단에 의한 쾌적성 부여의 원리 위의 그림은 투습방수 기능을 가지는 의류용 원단에 의하여 쾌적성이 부여되는 원리를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 투습방수원단을 이용하면 피부에 서 발생하는 땀은 원활하게 배출되고 강우의 의복 내로의 침투는 막아주는 기능 을 얻을 수 있다. 본 과제의 1단계에서는 나노섬유에 의한 투습방수 기능성 부여의 가능성을 확 인하였으며, 2단계 1차년도에는 전기방사에 의한 나노웹을 형성, 투습방수 원단으 로의 적용 가능성을 확인하고 일상생활용 의류로써의 활용이 가능하도록 성능을 개선하였다. 105

1단계에 이어서 2단계에서는 스마트의류용 소재에 적합한 고분자로써, 방사성과 생산성이 우수하고 신축성 등 물성 면에서 가장 우수한 폴리우레탄을 선정하였다. 선정된 고분자에 대해 아래의 그림에서와 같이 Lab Scale의 전기방사 장치를 이용하여 폴리우레탄계 나노 웹을 제조하였으며, 나노 웹 및 적용 원단의 투습방 수 성능 및 의류용 섬유소재로써의 사용성 등에 대하여 평가하였다. 그림 74 전기방사의 원리(좌측)와 나노웹의 주사전자현미경 사진(우측) 나노 웹은 그림 85에서 보는 바와 같이 전기방사법에 의하여 제조되는데, 전기 방사는 고분자 용액을 노즐을 통하여 연속으로 공급하고 노즐에 직류의 고전압을 가하면 노즐의 맞은편에 있는 콜렉터로 전기적 인력이 발생하게 되며 이러한 전 기적 인력에 의하여 노즐로부터 고분자 용액이 방사되고 이어서 불안정성이 극대 화되는 구간을 경유하면서 나노섬유로 형성되어 수집되는 극세 섬유 제조방법이 다. 본 과제에서 투습방수원단을 제조하기 위하여 방사한 폴리우레탄계 나노섬유 의 현미경 사진을 우측에 나타내었다. 나노웹의 미세한 공극과 섬유의 매우 넓은 표면적 등으로 인하여 습기와 공기는 통과시키는 동시에 물은 통과시키지 않는 멤브레인과 같은 특성을 나타내게 되며, 이러한 특성을 이용하여 투습방수원단을 제조하였다. 106

표 31 폴리우레탄계 나노웹에 의한 투습방수 원단의 성능 평가 결과(1차) 시험 구분 T-1 T-2 투습방수 성능 나노웹 두께 투습도 내수압 (μm) (g/m 2 /day) (mmh 2 O) 10 10,000-20 11,000 3,000 10 10,000-20 10,000 3,100 상기의 표는 폴리우레탄계 나노웹을 원단에 부착하여 제조한 투습방수원단의 투습방수 성능평가 결과를 나타낸 것이다. 투습도는 한국공업규격 KS K 0594의 염화칼슘법에 의하여 측정한 것이고, 내수압은 KS K 0591의 저수압법에 의하여 평가한 결과이다. 투습도는 모두 10,000g/m 2 /day 이상으로 목표로 하는 8,000g/m 2 /day를 상회하는 결과를 얻었다. 내수압에 있어서는 3,100mmH 2 O 수준 으로 나타났다. 내수압과 투습성의 균형을 위하여 나노웹의 특성을 수정하였으며, 이를 기반으 로 하여 PILOT Scale의 전기방사 장치를 이용하여 나노웹을 원단 폭으로 제조하 고 이를 라미네이팅, 가공 하여 투습방수 원단 시작품을 제작하였다. 아래의 그림은 PILOT Scale에서 제조된 나노 웹을 나타낸 것이다. 그림 75 PILOT Scale로 제조된 투습방수용 나노 웹 107

아래의 그림은 이러한 방법으로 얻어진 나노웹 기반 투습방수원단에 대한 동적 투습성능 평가 결과를 나타낸 것이다. 그림 76 나노웹과 e-ptfe 멤브레인 기반 투습방수원단의 동적투습성능 비교 위의 그림에서 보는 바와 같이, 의류의 내부 상대습도를 최초 60%로 설정하고 시간이 경과함에 따른 내부 습도의 변화를 평가한 결과, e-ptfe 멤브레인 기반의 투습방수 원단에 비교하여서 월등히 우수한 투습성능을 가짐을 알 수 있었다. 108

109

위의 그림은 한국섬유기술연구소에 의뢰하여 평가한 나노웹 기반 투습방수원단 의 성능 평가 결과이다. 위의 그림에서 보는 바와 같이, 내수압은 조건에 따라 8,000mmH2O 를 넘는 결과도 확보하였다. 단, 투습도에 있어서는 목표로 하는 10,000g/m2/day 이상을 넘지는 않았으나, 이는 원단 가공 조건에 따라 상이하게 나타나는 부분이며, 앞서 살펴본 e-ptfe 멤브레인 기반의 투습방수원단과의 동적 투습성 평가 결과에서 보 는 바와 같이, 종래의 그 어떠한 투습방수원단보다도 투습성이 월등히 우수함을 알 수 있다. 110

그림 79 나노웹 기반 투습방수의류(봉제품)의 모습 위의 그림은 이러한 과정을 통하여 제조된 나노웹 기반의 투습방수원단을 활용 하여 제조한 봉제 시제품의 모습을 나타낸 것이다. 스마트의류로써의 가능성을 확 인하기 위하여 의류 시제품에는 MP3 모듈 등을 탑재할 수 있는 공간 및 신호전 달을 위한 Adapt Port 등을 설치하였다. 111

제 2 절 연구개발 추진 체계 1. 1단계 기술개발 추진전략 및 추진체계 가. 기술개발 추진전략 스마트 의류에 적합한 기능성 섬유 소재의 개발에 있어, 다양한 가치의 기능성 이 요구될 수 있다. 그러나 이들 기능성 가운데에 일상생활용 스마트의류로써의 사용 환경을 고려할 때, 쾌적성이 가장 중요한 가치라고 할 수 있으며, 보다 자세 하게는 경량쾌적성, 열적쾌적성, 투습방수 쾌적성 등 3가지 측면에서의 쾌적성이 요구된다. 또, 의류로써의 가치의 존속을 위하여서는 물리적 내구성도 충분한 수준이 요구 된다. 이러한 쾌적성 및 사용성을 위한 기능성 부여 기술 가운데에는 이미 국내에서 그 동안 지속적이고도 상업적으로 개발 노력해온 기술도 있으며 개발 초기 단계 로 각 대학이나 연구소에서 활발한 개발이 이루어지는 기술도 있으며 개발을 위 한 준비 단계에 있는 기술도 있다. 따라서, 이러한 기능성 들이 종합적으로 나타나게 하기 위해서는 첨단 기능성 부여 기술에 대해 연구하여 온 국내 각 대학 및 연구소와의 긴밀한 협조관계를 형성하고 고기능성 관련 정보 및 기술을 공유함으로써 궁극적으로 스마트 의류용 섬유 소재 개발을 위한 토대를 마련하였다. 112

나. 기술개발 추진체계 계획 수립 및 자료 조사 1차년도 (2004. 7~ 2005. 6) 스마트의류용 Polymer선정 무독성 난연제 연구 항온 기능성 물질 개발 고중공, 쿨링/쾌적성 원사 Pack 시제작 고중공율 중공사 Pack 설계 쿨링/쾌적성 원사 모델 설정 전기방사 기술 연구 고중공, 쿨링/쾌적성 원사 방사 시험 항온기능물질 가공 기술 연구 고중공, 쿨링/쾌적성 원사 방사 시험 나노섬유 가공 기술 연구 2차년도 (2005. 7~ 2006. 6) 무독성, 내연소성 Polymer 개발 내연소성 원사 방사 시험 내연소성 원사 적용 제편 시험 나노섬유 가공 시험 원사 단계 강력, 탄성력 증강 시험 고중공, 쿨링/쾌적성 원단 제조 시험 경량화, 쿨링/쾌적성 평가 항온 기능성 원단 가공 기술 개발 경량화, 쿨링/쾌적성 향상 3차년도 (2006. 7~ 2007. 6) 내연소성, 쿨링/쾌적성 원사 개발 항온 기능성 세탁 내구성 향상 스마트의류용 원단 제조 시험 나노웹 투습방수 성능 평가 스마트의류용 섬유 소재 적용 의류 설계 스마트의류 소재 상품성 평가 113

다. 기술개발팀 편성도 세 부 주 관 기 관 참여연구원 담당기술내용 (주) KOLON 섬유연구소 총괄책임자(이 준규)외 13명 Bio Protection 소재 개발 자문위원 위탁기관 (수행기간 04.07.01~07.06.30) 위탁기관 (수행기간 04.07.01~07.06.30) 조창기(한양대학교) 영남대학교 한양대학교 자문위원 참 여 연 구 원 참 여 연 구 원 손태원(영남대학교) 위탁책임자(손태원)외 2명 위탁책임자(조창기)외 2명 담당기술내용 나노프로텍션 기술 개발 담당기술내용 PCM 가공 기술 개발 2. 2단계 기술개발 추진전략 및 추진체계 가. 추진전략 스마트 의류에 적합한 고쾌적성 섬유 소재의 개발에 있어 주지하는 바와 같이 경량/쾌적성, 열적 쾌적성, 투습방수성의 부여를 위해, 자세하게는 중공율 30% 이 상, 겉보기 비중 1.0 이하의 경량 섬유 소재, 상전이 온도 32 의 PCM 마이크로 캡슐을 함유하는 섬유 소재, 나노 웹에 의한 투습방수 원단 소재 등의 개발이 필 요하다. 이들 기술은 이미 본 과제의 1단계 사업을 통하여 국내의 대학과 기업이 공동 연구하여 기초기술을 확보한 상태이며 2단계 사업을 통하여 각 기술의 완성도를 높이고 상용화가 가능하도록 성능을 높이며 실제로 미래의 섬유/패션 산업에 기 114

여할 수 있도록 상업화 기술을 개발하여야 한다. 따라서, 이러한 기술들이 종합적으로 나타나 고부가가치의 스마트 의류가 되도 록 하기 위해서는 1단계 사업에서 형성된 각 대학 및 참여기업과의 공동연구를 더욱 심화시키고 타 세부주관기관과의 긴밀한 협조를 유지함으로써 고기능성 관 련 정보 및 기술을 공유한다면 스마트 의류용 섬유 소재 개발이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 이러한 관점에서 경량/쾌적성 섬유 소재의 생산기술 개발 및 상업화 기술 개 발, 열적 쾌적성 섬유의 제조 기술 개발, 나노 웹에 의한 투습방수 원단 소재 개 발을 세부주관기관에서 추진하되 PCM 마이크로캡슐의 성능 개선 및 최적화 등은 위탁연구기관에서, 나노 웹의 원단 적용, 경량/쾌적성 섬유 소재와 열적쾌적성 섬 유의 Fabrication, 가공기술기반의 열적쾌적성 의류 소재의 개발 등을 참여기업과 함께 수행함으로써 보다 효과적으로 스마트 의류용 고쾌적성 섬유 소재를 제공하 고자 하였다. 특히, 고쾌적성 섬유소재의 복합화를 통해 시너지 효과를 높이고, 타 세부과제 와 개발 기술의 결과물을 공유함으로써 스마트 의류의 사용성을 향상시키고 궁극 적으로 스마트 의류의 상용화를 실현시키고자 하였다. 115

나. 기술개발 추진체계 코오롱패션머티리얼(주) 한양대학교 경량쾌적성 원단 성능 평가 시험 섬유 제조기술기반 열적쾌적성 섬유소재 1차년도 (2007. 8~ 2008. 7) 나노 웹 적용 투습방수 원단 생산 나노 웹 생산기술 개발 PCM 마이크로캡슐 성능/제조조건 최적화 고쾌적성 섬유 소재 복합화 기술 개발(용도 개발) 의류 적용 시제품 개발 코오롱패션머티리얼(주) 한양대학교 경량쾌적성 원단 의류 적용 시험 섬유 제조기술기반 열적쾌적성 섬유소재 개발 2차년도 (2008. 8~ 2009. 7) 나노 웹 적용 투습방수 원단 생산 나노 웹 생산기술 개발 PCM 마이크로캡슐 성능/제조조건 최적화 고쾌적성 섬유 소재 복합화 기술 개발(용도 개발) 스마트 의류 적용/상용화 116

다. 기술개발팀 편성도 세 부 주 관 기 관 코오롱패션머티리얼(주) 자문위원 참여기업 (수행기간 07.08.01~09.07.31) 위탁기관 (수행기간 07.08.01~09.07.31) 조창기(한양대학교) 코오롱패션머티리얼(주) 한양대학교 참 여 연 구 원 총괄책임자(이준규)외 12명 참 여 연 구 원 위탁책임자(조창기)외 2명 담당기술내용 스마트 의류용 고쾌적성 섬유소재의 개발 담당기술내용 PCM 마이크로캡슐 성능개선 및 가공기술 개발 117

제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 1. 시장현황 및 사업화 계획 가. 시장 현황 1) 국내 외 시장 규모 및 수출 입 현황 (단위 : 백만원) 규모 년도 (2009년) 현재년도 (2010년) 개발종료후 1년 (2012년) 개발종료후 3년 세계시장규모 77,753,130 77,791,832 77,869,237 한국시장규모 709,200 712,530 715,120 규모 년도 (2007년) 2년전 (2008년) 1년전 (2009년) 현재년도 수출규모 2,732,897 2,601,405 596,152 수입규모 985,527 1,001,732 21,286 * 본 기술제품과 직접적으로 관련된 시장 규모 및 수출 입 규모만 제시 * 산출 근거 제시 요망 (근거 자료명, 산출 방법 등) * 산출근거:한국섬유산업연합회의 섬유산업 통계와 세계 섬유 품목별 생산추 이 (2009, 한국화섬협회)의 나일론 및 폴리에스테르 장섬유 부분의 관련 자료를 참고하여 작성한 것으로 본 기술 개발의 내용과 직접적으로 연관성이 있는 화섬 사에 국한하여 계산한 것이다. 2000년 이후 세계 화섬사 시장 규모는 상관계수 0.92의 매우 높은 수준으로 직선적인 성장을 보이고 있다. 이에 바탕하여 2012년 까지의 세계 시장과 한국 시장의 규모를 예측하였다. 아울러, 수출입규모에 있어 서 2009년(현재년도)는 1~4월까지의 누적이다. 118

2) 주요 수요처 현황 수요처 국명 수요량 1) 관련제품 2) 보끄레머천다이즈 한국 5,000백만원 고쾌적성 섬유소재 The North Face 미국 20,000백만원 고쾌적성 섬유소재 Columbia 미국 40,000백만원 투습방수원단 1) 본 기술제품의 수요량(단위 포함) - 파악이 가능한 경우 작성 2) 본 기술제품이 수요처에서 원부자재로 사용되는 경우의 최종제품 나. 경쟁업체 현황 1) 본 기술제품과 직접적 경쟁관계에 있는 국내 외 업체 현황 국내 국외 기업명 매출(국내점유율, %) 기업명(국명) 매출(세계점유율, %) 없음 - Kuraray 1) (일본) 60 Toray 1) (일본) 32 Outlast 2) (미국) 80 1) 2) : 중공사에 의한 경량성 섬유 소재 분야 : 상전이 물질에 의한 열적 쾌적성 섬유 소재 분야 2) 본 기술제품과 직접적 경쟁관계에 있는 국내 외 업체의 기술 분석 국내 국외 기업명 장점 약점 기업명(국명) 장점 약점 중공사 분야의 세계 용출형 중공사 기 1위 업체로 중공사의 없음 Kuraray (일본) 술. 복합방사에 의한 원료, 공정의 핵심기술 제조에 의존적 보유 중공사 적용 의류용 나일론 중공섬유에 Toray(일본) 소재 가공 분야의 핵심 국한. 의류용도 전개에 기술을 보유 있어 제한적 상전이물질 마이크 직경이 큰 섬유소재 Outlast (미국) 로캡슐을 이용한 섬유 에 주로 적용 가능. 에 대한 원천기술 보유 세섬도화 부족 119

다. 사업화 전략 1) 제품 홍보, 판로 확보, 판매 전략 등의 사업화 추진 전략 가) 제품 홍보 섬유, 의류 관련 학회 발표 참여기업을 통한 전시회 발표 및 홍보 나) 판로확보 및 전략 본 과제의 타 세부과제와 연계, 상품화 추진 참여기업을 통한 마케팅 2) 본 기술제품이 신규시장 창출가능성 및 신규시장 정의 등 가) 신규시장의 정의 고쾌적성 섬유 소재의 신규시장은 스마트 의류 적용을 통해 발생되는 국내외 에서 발생되는 시장을 신규시장으로 정의한다. 나) 신규시장 창출가능성 고쾌적성 섬유 소재는 스마트 의류 개발에 있어 기본 소재로써 사용이 예상됨 에 따라 스마트 의류의 국내외 수요의 폭발적인 증가에 더불어서 의류 소재로 써의 수요도 폭발적으로 증가할 것으로 예상된다. 특히, 본 연구과제의 구성요소인 고중공섬유와 열적쾌적성 섬유소재, 나노섬유 에 의한 고성능 투습방수 소재의 적용에 의한 시너지 효과로 스마트 의류 자체 의 기능성과 의류 소재의 기능성을 동시에 구현, 의류로써의 상품의 가치를 높 임으로써 선진국에서 개발하고 있는 스마트 의류 제품에 비해 보다 경쟁력이 있을 것으로 예상할 수 있다. 120

3) 생산 계획 구분 ( 2010년) 개발종료후 1년 ( 2011년) 개발종료후 2년 ( 2012년) 개발종료후 3년 시장점유율(%) 60 65 80 국 내 판매량(단위:Ton) 300 500 1,000 판매단가(천원/Ton) 2,100 2,100 2,100 국내매출액(백만원) 630 1,050 2,100 시장점유율(%) 8 10 12 해 외 판매량(단위: Ton) 20 25 50 판매단가($/Ton) 1,700 1,700 1,700 해외매출액($) 34,000 42,500 85,000 당사 생산능력 1) 500 700 1,500 * 당사 생산능력1)은 본 기술제품 사업화를 위해 계획하고 있는 설비투자를 고려하여 적절한 단위 (예: 갯수, 무게 등)로 작성 4) 투자 계획 (단위 : 백만원) 항목 ( 2010년) 개발종료후 1년 ( 2011년) 개발종료후 2년 ( 2012년) 개발종료후 3년 매출원가 1) (천원/Ton) 1,750 1,450 1,150 판매관리비 2) 250 300 300 자본적 지출 토지 3 3 3 건물/구축물 2 5 5 기계장치등 0 10 20 자본적지출 합계 5 18 28 * 매출원가1) : 재료비, 노무비, 제조경비 등 매출원가 총액 * 판매관리비2) : 인건비, 감가상각비, 기타경비 등 판매관리비 총액 121

주 의 1. 이 보고서는 지식경제부에서 시행한 지식경제 기술혁신사업 기술개발 보고서 이다. 2. 이 기술개발내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시 지식경제부에서 시행한 지식경제 기술혁신사업의 기술개발결과임을 밝혀야 한다. 122

[보고 서식 제3호 1] 최종보고서 요약서 과제명 스마트의류용 고쾌적성 섬유소재의 개발 주관기관 코오롱패션머티리얼(주) 총괄책임자 이준규 참여기관 한양대학교 산학협력단 참여기관책임자 조창기 총사업비 (천원) 민간부담금 정부출연금 합계 현금 현물 1,550,000 560,000 1,240,000 1,800,000 총 개 발 기 간 2004. 8. 1. ~ 2009. 7. 31. 키워드 쾌적성, 중공섬유, 나노웹, 투습방수, 온도조절, 상전이 개발결과 요약 최종목표 개발내용 및 결과 미래 일상생활용 스마트 의류에 요구되는 기능성 및 스마트 의 류의 사용 목적에 부합하는 쾌적성을 구현할 수 있는 섬유 소 재의 개발 1. 경량섬유 소재 개발 : 중공율 30% 이상의 고졍량 소재 개발 2. 온도조절 소재 개발 : PCM 마이크로캡슐에 의한 온도조절 소재 개발 3. 투습방수 소재 개발 : 나노웹 기반 쾌적성 섬유 개발 사업화 계획 무역수지 개선효과 기대효과 1. 고기능성의 새로운 섬유 소재 개발을 통한 차별화 및 고부 (기술적 및 가가치화 경제적 효과) 2. 다양한 섬유 제조 기술의 연구개발 및 상업화 기반 마련 적용분야 일상생활용 스마트의류, 경량성 의류(셔츠, 데님 등), 트래킹용 투습방수의류 등 사업화 소요 기간(년) 3 소요예산 (백만원) 8,000 예상 매출규모 현재 3년후 5년후 (억원) 5 15 100 (단위:억원) 현재 3년후 5년후 수입대체 - 5 80 수 출 5 10 20 123