KR100419118B1 - 희토화합물을 원료로 하는 항균섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세륨화합물을 함유하는 항균섬유의 제조방법에 관한 것으로, 특히 보온성 과 항균성이 강한 원적외선을 발산하는 희토화합물인 세륨화합물의 미세 분말을 섬유제조용 용융 폴리머에 혼합하고, 이를 방사함을 특징으로 하는 항균섬유의 제조방법에 관한 것으로, 그 기술구성은 폴리에스테르, 나일론, 아크릴, 폴리프로필렌중 선택된 1종의 합성수지에 세륨화합물의 분체를 첨가하여 용융, 방사를 통하여 합성섬유를 제조함에 있어서, 합성수지 폴리머 100중량부에 대하여 평균입경 1∼20 미크론의 고순도 세륨화합물(CeO₂) 분체를 0.1 내지 5중량부 첨가하고, 이를 충분히 혼합한 후에 용융 방사함을 특징으로 하는 항균섬유의 제조방법으로서 본 발명은 특히 살균과 항균성이 뛰어나고 높은 원적외선을 방사하므로 이 항균섬유를 통상의 면, 모, 실크등의 섬유와 혼방하여 얻은 혼방사를 사용하여 각종 섬유직물, 의류, 침구류 및 각종 건강보조기구를 제조함으로써, 살균 및 항균성이 우수하고 탈취작용과 세균으로부터의 질병예방을 기할 수 있는 유익한 용도 전개가 가능한 효과를 가진다.

Description

희토화합물을 원료로 하는 항균섬유의 제조방법{Method for manufacturing an antibacterial fiber made of rare earth compounds}

본 발명은 희토화합물을 함유하는 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 특히 보온성 과 항균성이 강한 원적외선을 발산하는 희토화합물로서 세륨화합물의 미세 분말을 섬유제조용 용융 폴리머에 혼합하고, 이를 방사함을 특징으로 하는 항균섬유의 제조방법에 관한 것이다. 일반적으로 세륨화합물은 원적외선을 발산하여 인체의 혈액순환작용에 도움을 주며, 항균 및 살균력을 갖고 있어 각종 질병의 치료와 피부미용, 노화방지등에 그 효과가 크다. 따라서 이와같은 세륨화합물을 섬유중에 혼재시킨 합성섬유를 면, 모, 실크 등의 천연섬유와 혼방하여 얻게 된 혼방사로 제조한 각종 섬유제품은 원적외선을 외부로 발산하기 때문에 살균 및 항균성이 우수하며, 탈취작용과 보온효과가 클뿐만 아니라 각종 세균으로부터 질병의 예방을 기할수 있게 된다.종래에 원적외선 방사를 목적으로 하는 섬유를 제조하기 위해서 맥반석, 황토, 운모석등 천연광물의 미세분말을 섬유와 혼재시킨 항균섬유의 제조가 특허제 231059호 및 204292호에 의해 개시된바 있으나, 만족스런 효과를 거두지 못하고, 원적외선을 발산하는 희토류 금속염 과 설폰산염 또는 황산에스테르염으로 구성된 섬유용 항균 조성물이 일본 공개특허 특개 2001-200469호, 특개평 7-292397호에 의하여 공지되고 있으나, 원적외선을 발산하는 희토류 금속은 원소주기율표에서 보면, 제3족 원소중 원자번호 57에서 71까지의 란탄계열 15개 원소와 스칸듐(Se), 이트륨(Y)을 포함하는 원소로서 이들은 모두 희유원소이고, 서로가 섞여서 산출되므로 원광석에서 별도로 분리하기에는 상당히 어려움이 따르며 절차가 매우 복잡하여 사용에 어려움이 따른다.

본 발명은 세륨화합물과 같은 원적외선을 발산하는 희토화합물의 미세입자를 폴리머와 혼합, 용융상태에서 압출 방사하여 얻게되는 항균섬유를 면, 모, 실크 등의 천연섬유와 혼방하여 혼방사를 얻고, 이 혼방사로 각종 섬유직물, 의류, 침구류, 건강보조기구등을 제조함으로서 이들이 원적외선을 발산하여 보온성을 향상시키고, 살균 및 항균 작용에 의하여 각종 세균으로부터 질병의 예방을 기할 수 있을뿐만 아니라 냄새를 제거하고, 이온의 발생으로 체내의 기능을 원활하게 하여 피부미용과 노화방지에 기여할 수 있도록 세륨화합물을 함유하는 원사의 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.일반적으로 희토류 원소는 원소주기율표 제3족 원소 중 원자번호 57 에서 71까지의 란탄계열 15개 원소와 스칸듐(Se) 및 이트륨(Y)를 합쳐 17종이 있는데, 화학적 성질이 비슷하고 섞여서 산출되므로 별도로 취출하기 위해서는 절차가 매우 복잡하여 형광제나 원자로에서의 열 중성자 흡수체와 같이 원소 하나 하나의 특유한 성질을 이용하는 경우를 제외하고는 섞여있는 그대로 사용하는 경우가 많다.

본 발명에서 적용되는 희토화합물은 세륨화합물로서, 산화세륨(CeO₂)을 주성분으로 하는 희토화합물과 용융폴리머를 혼합하여 섬유 및 원사를 제조하게 된다.

본 발명에서 적용되는 세륨 원소는 희토류 원소로서 일반적으로 은백색 또는 회색으로, 공기중에서 서서히 산화하며, 산 또는 뜨거운 물에는 녹지만 알칼리에는 녹지 않는다. 화학적 성질은 +4가의 화합물로서 알칼리 금속 및 알칼리 토금속에 이어 양성이 현저하며, 그 수산화물은 염기를 형성한다..

본 발명은 합성섬유 제조용 폴리머를 용융로에서 폴리머를 형성하고, 이 폴리머에 혼합시키기 위해서 희토화합물을 일정한 크기의 입자로 분급한 다음, 상기 혼합기내에서 용융 폴리머와 혼합시키고, 압출기를 통해 방사함으로서 본 발명 항균섬유를 얻게된다. 이와같이 하여 얻은 항균섬유는 각종 천연섬유와 혼방하여 혼방사를 얻게되며, 이 혼방사로 직물지, 의류, 솜, 실, 침구류 및 각종 의료/건강 보조기구등을 제조함으로써 이들이 원적외선에 의하여 보온성을 더욱 증대시키고, 살균 및 항균과 탈취작용을 할 수 있도록 함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 나일론, 아크릴, 폴리프로필렌 중 선택된 1종의 합성수지에 세륨화합물의 미세분체를 첨가하여 혼합, 용융, 방사하여 합성섬유를 제조함에 있어서, 합성수지 폴리머 100중량부에 대해서 평균입경 1 내지 20 미크론의 고순도 세륨화합물(CeO₂) 분체를 0.1 내지 5중량부 첨가하고, 이를 충분히 혼합한 후에 용융 방사함을 특징으로 하는 항균섬유의 제조방법에 관한 것으로, 원료로 하는 고순도 세륨화합물은 바스트나사이트 또는 모나자이트의 정광(精鑛)으로 부터 용매 추출과정을 거쳐 얻은 것으로, 합성섬유 제조용 폴리머와의 충분한 혼합을 위하여 일정한 입자 크기를 갖는 미립자로 분급하는 분급과정, 상기 폴리머를 용융로에서 용융상태를 계속적으로 유지하도록 하는 용융 폴리머의 형성과정 및 상기 분급과정에 의해 분급된 세륨화합물과 상기 용융 폴리머를 충분히 혼합시키는 혼합과정. 그리고 상기 혼합과정에 의하여 혼합된 폴리머를 방사하는 방사과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 것으로, 본 발명은 고순도 세륨화합물로 구성되는 산화세륨(CeO₂)을 주성분으로 한다.

일반적으로, 희토류원소는 17종이 있는데, 화학적 성질이 비슷하고 섞여서 산출되므로, 이를 분리하는데는 그 공정 및 절차가 매우 까다롭다. 원자로에서의 열 중성자 흡수체의 경우와 같이, 원소 하나 하나의 특유한 성질을 이용하는 경우를 제외하고는 일반적으로 섞여있는 상태로 사용하는 경우가 많다.이하, 본 발명의 세륨화합물을 원료로 한 항균섬유의 제조방법을 실시예에 따라 구체적으로 설명한다.

실시예 1

바스트나자이트 또는 모나자이트 정광으로 부터 용매 추출과정을 거쳐 고순도 희토화합물 정제과정을 거친 세륨화합물은 그 구성성분이나 조성의 차이가 크기 때문에 사용되는 선광공정도 많은 차이점이 있다. 이에 본 발명에서는 선광공정을 선택하는 기준으로 광물의 물리적 성질에 따라 기타광물과 희토광물을 분리하게 된다.

1) 희토화합물의 용매 추출과정:

이 공정은 세륨 원소(Ce) 4가 와 3가의 희토류 금속이 동일한 공정과정에서 서로 다른 화학성질을 보인다는 점을 이용하여 세륨과 기타 희토류 금속원소를 분리한다. 현재까지의 가장 이상적인 공정은 산화배소-염산침출-산화세륨을 채취하는 방법으로, 이 공정의 장점은 하나의 공정으로 바로 CeO₂99%제품을 얻을수 있다는 것인데, 원재료의 소모가 적고 제조원가도 비교적 낮다는 것이 특징이다.

2) 용매 추출로 희토류 화합물의 분급과정 :

밀폐된 분쇄실(Milling system)내에 피 분쇄재료를 자동 투입하고, 투입된 피 분쇄 재료를 고속회전하는 디스크밴(disc vane)의 원심력에 의해 가속이 이루어지도록 하여 충돌. 분쇄 및 글라인딩(grinding)분쇄를 한다.

분쇄물은 상승기류를 타고 상부의 분급 크레스파이어(classifier)에 공급되며, 여기서 과립자는 분쇄실에 다시 뒤돌려 보내어지고 미세한 입자는 외부에 설치된 포집장치로 보내어져 포집되며, 이러한 과정을 거쳐 용융 폴리머와의 혼합시 가장 이상적인 입자 크기인 평균입경 1∼20 미크론, 중심입도 5 미크론 크기로 분급한다.

3) 희토화합물과 용융 폴리머를 혼합기에서 혼합하는 혼합과정:

일반적으로 용융 폴리머와 분체를 혼합시킬 때 액상보다 분체 입자가 미세한 경우(10 미크론이하), 원료의 뭉침현상은 현저히 증가하므로 분체보다 액상 입자에 주의를 해야 하는데, 장시간의 혼합은 원료와 기계 구조물의 마찰 및 충격량을 증가시키게 되므로 이것은 분화율을 높이는 가장 큰 요인이 되며, 생산효과면에서 상당한 손실을 가져온다.

분체 혼합에 있어서, 분리현상의 원인으로 혼합된 원료의 입경, 비중, 형상차에 의하여 발생하는 것과 배출시 장시간 배출함으로써 입경차에 의하여 발생하는 두가지 원인이 있다. 이와같은 분리현상을 방지하기 위해서 무중력 혼합기는 혼합기내에 패들메카니즘(Paddle-Mechanism)을 통한 무중력 상태를 형성함으로서 혼합중 발생하는 분리현상을 방지하고, 배출 또한 두 개의 하부 도어(Bottom Door)를 이용하므로 배출시의 분리현상을 방지할 수 있다. 회전체는 혼합기의 성능을 결정짓는 가장 중요한 장치로서 회전속도를 빠르게 할 경우, 원료에 전달되는 충격량이 증가되어 분화의 원인이 되며, 반대로 회전 속도를 느리게 하면, 원료의 이성이 원활하지 못하여 장시간의 혼합시간을 유발시키기 때문에 분화현상등 균일한 혼합물을 얻을 수 없다.

혼합방식은 자연적 혼합방식과 강제적 혼합방식으로 구분할 수 있는데, 전자의 경우, 혼합시간이 길어지므로 혼합성능에 치명적인 결점을 자아내며, 후자의 경우, 혼합물의 이동속도와 회전체의 회전속도가 불일치하여 충격에 의한 원료의 파손이 야기된다. 따라서 이와같은 문제점을 극복하기 위해서는 짧은 혼합시간과 회전체의 저속 회전이 요구되며, 무중력 혼합기를 사용함으로써 분화율이 높은 상기 원료의 혼합에 있어서도 최적의 균일한 혼합을 얻을수 있다.혼합에 소요되는 시간은 폴리에스테르 용융 폴리머의 경우, 45초 내외의 혼합시간이 가장 적합한 시간으로 실험결과 알게 되었다.

4) 이와같이 용매 추출과정과 분급과정에 의하여 선별된 세륨화합물의 미세분말을 혼합기 중에서 상기 용융 폴리머의 형성과정에서 형성된 용융 폴리머와 혼합하는 혼합과정에 따라 세륨화합물이 혼합된 용융 폴리머를 얻게 된다. 이때 세륨화합물과 용융 폴리머와의 비율은 합성수지 100중량부에 대하여 세륨화합물 0.1 내지 5 중량부를 첨가하여 혼합하는 것이 이상적이다. 이와같은 혼합과정에 의하여 세륨화합물과 용융 폴리머가 혼합된 용융폴리머를 압출기에서 방사하여 섬유를 얻도록 한다.

이상과 같이 방사된 섬유는 장섬유 상태나 단섬유 상태로 필요에 따라 선택적으로 방사가 가능하다. 이와같이 만들어진 항균섬유를 면이나 모, 실크 또는 화학섬유와 혼합하여 혼방섬유를 만들고, 이를 원사로 하여 각종 섬유직물, 의류, 솜, 실, 침구류, 의료/건강보조기구를 제조하여 사용함으로서 이들이 원적외선에 의하여 보온성을 더욱 향상시킬 수 있고, 또 살균 및 탈취작용을 할 수 있는 항균섬유의 제품을 얻을 수 있다.

실시예 2

폴리머를 용융로에서 용융시켜 용융상태를 유지하도록 하는 용융 폴리머의 형성과정으로 이루어지며, 이 폴리머는 주로 아크릴, 나일론, 폴리에스테르 등을 사용할 수 있으며, 이들을 용융 폴리머로 사용하기 위해서 이들을 용융시키는 용융온도는 대략 섭씨 70도 이상이며, 폴리머의 특성에 따라 각각 다르다.

이와같이 형성된 용융 폴리머에 세륨화합물을 혼합하기 위해서는 입도 분포를 최대 과립자 10 내지 20 미크론 이하로 선별하는 분급과정으로 이루어진다.

이와같은 분급과정에 의하여 10 내지 20 미크론으로 분급된 세륨화합물과 혼합기에서 상기 용융 폴리머의 형성과정에 의하여 얻어진 용융 폴리머에 혼합하는 혼합과정에 따라 세륨화합물이 혼합된 용융 폴리머를 얻게 된다. 이때, 세륨화합물과 용융 폴리머와의 비율은 0.1 내지 5 중량부 범위내로 하여 혼합하는 것이 이상적이다.

이와같은 혼합과정에 의하여 세륨화합물과 용융 폴리머가 혼합된 폴리머를 압출기에 의해 방사하여 섬유를 얻도록 하는 방사과정으로 이루어진다.

이상과 같이 방사되는 섬유는 장섬유 상태와 단섬유 상태로 필요에 따라 선택적으로 방사가 가능하다.

상기와 같이 만들어진 섬유를 면이나 모, 실크 또는 화학섬유와 혼합하여 혼방섬유를 만들고, 이 혼방섬유로 각종 섬유직물, 의류, 솜, 실, 의료/건강보조기구를 제조하여 사용함으로써 이들이 원적외선에 의하여 보온성 및 혈액순환을 더욱 향상시키고, 또 살균 및, 탈취기능을 갖는 섬유제품을 얻을 수 있다.

본 발명은 원적외선을 방사하여 우리 몸의 혈액순환작용에 도움을 주며, 항균 및 살균력을 가지고 있는 세륨화합물이 함유된 항균섬유를 면, 모, 실크 등의 모든 섬유와 혼방하여 각종 섬유직물, 의류, 솜, 실, 침구류, 의료/건강 보조기구를 제조하여 사용함으로서 이들이 원적외선에 의하여 보온성을 더욱 향상시키고, 또 살균 및 탈취 성능을 가지며, 각종 세균의 번식을 방지할 수 있는 섬유를 제공하게 되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 폴리에스테르, 나일론, 아크릴, 폴리프로필렌중 선택된 1종의 합성수지에 세륨화합물의 분체를 첨가하여 용융, 방사를 통하여 합성섬유를 제조함에 있어서, 합성수지 폴리머 100중량부에 대하여 평균입경 1∼20 미크론의 고순도 세륨화합물

   (CeO₂) 분체를 0.1 내지 5중량부 첨가하고, 이를 충분히 혼합한 후에 공지의 방법으로 용융 방사함을 특징으로 하는 항균섬유의 제조방법
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제