KR100445313B1

KR100445313B1 - 항균성 탄성섬유

Info

Publication number: KR100445313B1
Application number: KR20010044724A
Authority: KR
Inventors: 서승원; 송병수
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2004-08-18
Also published as: KR20030010003A

Abstract

본 발명은 항균성 탄성섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항균제로서 ZnO 50∼78몰%, SiO₂21∼49몰%, 및 알카리금속산화물 1∼10몰% 로 구성되며, 평균 입자 크기가 0.1㎛이상 5㎛ 이하인 유리화합물을 원사대비 0.2 내지 5중량% 포함하는 항균성 스판덱스 섬유에 관한 것이며, 본 발명에 의해 방사공정을 거쳐도 황변 문제를 일으키지 않으며, 반영구적으로 항균성을 부여한 탄성사를 제공할 수 있다.

Description

항균성 탄성섬유 {Antibacterial Spandex}

본 발명은 항균성 탄성섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항균제로 ZnO, SiO₂, 및 알카리금속산화물로 구성되는 유리(glass)화합물을 사용함으로서 방사공정을 거쳐도 황변 문제를 일으키지 않으며, 항균성이 우수한 탄성섬유에 관한 것이다.

폴리우레탄계 탄성섬유는 탄성과 탄성회복력이 우수함으로써 스타킹이나 여성용 속옷류 및 신축성 직물에 많이 이용되고 있으며, 에어로빅복, 수용복으로의 용도도 계속 확대되고 있다. 그러나 몸에서 배출되는 여러 가지 분비물에 의하여 의류에 많은 종류의 세균류 및 곰팡이류가 부착 서식하는 경우가 발생하게 되는데, 이중에는 직물에 부착하여 인체에 해로움을 주지는 않지만 의류를 변질, 착색, 오염시켜 악취를 발생시키는 것도 있고, 직접적으로 인체에 해를 입히는 경우도 발생하게 된다. 특히, 여성의 거들 및 브레이저 등으로 탄성섬유를 사용하는 경우가 많이 있는데 이러한 경우 땀 등에 의한 분비물로 인하여 세균 또는 곰팡이류가 탄성섬유에 서식하는 경우가 있게 되는 것이다.

폴리우레탄 탄성섬유에 항균성을 부여하기 위한 방법으로 미국특허 제4,837,292호에 소프트 세그먼트로 알리파틱디올 중 폴리카보네이트디올 종류인 폴리(펜탄-1,5-카보네이트)디올, 폴리(헥산-1,6-카보네이트)디올 또는 이들의 공중합체를 사용함으로서 항균성을 부여하는 방법이 발표되어 있다. 이는 별도의 항균제를 투입하지 않고 원부재료 자체의 물성을 이용하여 항균성을 부여하는 방법이지만 항균효과가 저조한 문제점이 있다.

또한, 국내 공고특허 제1993-5099호에서와 같이 무기계 항균제로서 다공성 무기물질인 결정성 알루미노 실리케이트 제올라이트에 살균성 금속이온을 이온 교환시켜 항균제로 사용하는 경우 제올라이트 자체가 강한 흡착 특성을 나타내므로 이로 인하여 수분이 흡착될 경우 탄성섬유 제조공정 중 중합반응시 원부재인 디이소시아네이트와 급격히 반응하여 우레아를 형성하거나 뷰렛 또는 알로파네이트를 형성하여 고분자를 가교시키는 역할을 하여 중합물의 점도를 상승시키고 겔을 형성시키므로 필터의 압력을 급속히 증대시키고, 방사시 사절이 자주 발생하는 원인이 된다.

국내 등록특허 제103406호에서는 은 또는 지르코늄을 포함하는 비다공성 무기세라믹을 사용하여 탄성섬유에 항균성을 부여하고 있으나, 이 경우 스판덱스가 황변되는 문제가 발생하였다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 방사공정을 거쳐도황변의 문제를 일으키지 않으며 반영구적으로 항균성을 부여한 항균성 탄성사를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 항균제로서 ZnO 50∼78몰%, SiO₂21∼49몰%, 및 알카리금속산화물 1∼10몰% 로 구성되며, 평균 입자 크기가 0.1 ㎛이상 5㎛ 이하인 유리화합물을 원사대비 0.2 내지 5중량% 포함하는 항균성 스판덱스 섬유에 관한 것이다.

이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 항균제 성분으로 ZnO은 50∼78몰%, SiO₂21∼49몰%, 알카리금속산화물 1∼10몰%로 구성되며, 평균 입자 크기가 0.1 ㎛이상 5㎛ 이하인 유리화합물을 사용한다. 상기 항균제는 비다공성 항균제로서, 수분의 흡착이 거의 없어 중합물에 투입시 겔 발생 우려가 없으며, 염색 공정시 염색 불균일 문제를 초래하지 않는다.

상기 성분 중 ZnO는 항균성을 부여하는 물질로 그 함량이 78몰%를 초과하면, 유리(glass)화합물로 만들기 어렵고, 50몰%미만이면 항균성이 불충분하다. 알카리금속산화물로는 알카리금속 Na, K 및 Li의 산화물을 사용할 수 있으며, 2∼3종을 함께 사용하는 것도 가능하다. 알카리금속산화물은 내변색성 및 내수성을 항균제에 부여하는데 매우 중요한 역할을 한다. 알카리금속산화물이 10몰%를 초과하면 항균제의 수용해성이 크게 되어 항균성이 떨어져 지속성이 있는 항균성을 가져올 수 없고, 내변색성 및 내수성에 손상을 입게 된다.

항균제의 유리(glass)형성 성분인 SiO₂가 49몰%를 초과하면, 수용해성이 크게 되어 항균성이 떨어지고, 21몰% 미만에서는 안정화된 유리(glass)형성 성분을 얻기가 어렵다. 본 발명에 있어서 필수의 유리(glass) 형성 성분은 SiO₂이지만, SiO₂성분의 일부를 대신하여 기타 유리(glass)형성 성분을 사용할 수 있다. 기타 유리(glass) 성분으로 바람직하게는 P₂0₅, Al₂0₃, Ti0₂, ZrO₂등을 사용한다. 상기 기타 유리(glass) 성분의 함량은 바람직하게는 0.1∼19몰% 이하이다.

본 발명의 탄성사를 제조하는데 사용되는 세그먼티드 폴리우레탄 중합체는 당 분야에 공지된 바와 같이 유기 디이소시아네이트 및 고분자 디올을 반응시켜 폴리우레탄 전구체를 제조한 후, 이를 유기 용매에 용해시킨 다음 디아민 및 모노아민과 반응시킴으로써 제조된다.

본 발명에서 사용되는 상기 유기 디이소시아네이트는 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 톨루엔디이소시아네이트, 부틸렌디이소시아네이트, 수소화된 P,P 메틸렌디이소시아네이트 등이 있다. 상기 고분자 디올로는 폴리테트라메틸렌에테르 글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트디올 등이 사용될 수 있다. 상기 디아민류는 쇄연장제로서 사용되며, 이의 예로는 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 하이드라진 등이 있다. 또한 상기 모노아민은 쇄중지제로서 사용되며, 이의 예로는 디에틸아민, 모노에탄올아민, 디메틸아민 등이 있다. 첨가제로서는 UV 안정제, 산화방지제, NOx가스 황변방지제, 점착방지제, 염착증진제, 내염소제 등이 사용될 수 있다.

본 발명에 사용되는 항균제는 원사대비 0.2 내지 5중량%를 투입하는 것이 좋다. 항균제의 양이 0.2중량% 미만이면 항균효과가 없으며, 5중량%를 초과하면 스판덱스사의 물성저하를 초래하고 더 이상의 항균효과도 기대할 수 없다. 본 발명에 사용되는 항균제는 다른 첨가제들과 함께 혼합하여 첨가할 수 있으며, 다른 첨가제를 먼저 첨가한 후 방사 직전에 첨가해도 좋다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 : 세그먼트 폴리우레탄 중합체의 제조

디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 518g과 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 2328g(분자량 1800)을 질소가스기류 주에서 85℃, 90분간 교반하면서 반응시켜, 양 말단에 이소시아네이트를 포함하는 폴리우레탄 전구체를 제조하였다. 상기 폴리우레탄 전구체를 실온으로 냉각시킨 후, 여기에 디메틸아세트아미드 4643g을 첨가하고 용해시켜 폴리우레탄 전구체 용액을 수득하였다. 이어서, 프로필렌디아민 54g 및 디에틸아민 9.1g을 디메틸아세트아미드 1889g에 용해시킨 용액을, 10℃ 이하에서 상기 폴리우레탄 전구체 용액에 첨가하여 세그먼트 폴리우레탄 중합체 용액을 제조하였다. 상기 중합물에 통상의 UV안정제, 산화방지제, 황변방지제 등을 투입하고, 항균제를 투입하였다. 항균제는 ZnO 62.1 몰%, SiO₂31.1몰%, P₂0₅2.5몰%, Al₂O₃2.3몰%, Na₂O 2몰%로 구성되는 유리 화합물을 사용하여 원사내 함량이 1중량%가 되도록 투입하였다. 이 방사원액을 탈포시킨 후, 건식방사 공정에서 방사온도를 250℃로 조정하여 4필라멘트 40데니아 탄성사를 제조하였다. 이렇게 수득된 탄성사로 호나편기(KT-400, 직경 4 inch, 침수 400개, 나가카세이키(Nagakaseiki)사, 일본)를 이용하여 시편으로서 스판덱스 환편물을 편직하였으며, 이어서 통상의 스판덱스 정련방법을 이용하여 스판덱스 환편물을 정련하여 물성을 평가하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

비교예

항균제로서 한국 특허공개 제1995-18734호의 실시예 1에 개시된 은 3.8중량%와 지르코늄 35중량%가 첨가된 평균입경이 0.4㎛인 비다공성 무기계 항균세라믹을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 물성을 평가하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[물성평가 방법]

(1) 항균성 평가

황색포도상 구균(ATCC6538, Staphylococcus aureus)과 대장균(ATCC8739, Escherichia coli)을 시험균으로 채택하여 전배양과 본배양 후 시험균 현탁액을 만들고 시료를 투입하여 진탕배양(300rpm × 1hr, 25℃±5)시킨 후 균수를 세어 최초의 균수와 진탕배양 후 균수를 비교하여 균 감소율을 쉐이크 플라스크 방법(shake flask method)으로 평가하였다. 탄성사 환편물 100g을 세제 35g이 투입된 10리터수용액에서 10분간 세탁 후 탄성사 환편물을 건져내어 자연건조시키는 것을 20회 반복 실시한 후 상기에 언급한 항균성을 평가하였다.

(2) 내변색성 평가

정련한 스판덱스 환편물 길이 10㎝로 하기의 평가를 진행하였다.

① 자외선 테스트

Accelerated Weathering Tester(Q-Panel사, 미국)를 이용했으며, 자외선 램프는 UV B 램프를 사용했다. 온도는 60℃로 고정하고 시료는 24시간 처리하였다.

② 내열성 테스트

공기순환이 가능한 Geer Oven(도요세이키, 일본)에서 200℃에서 20분동안 처리하였다.

③ NOx 가스 테스트

이온교환수 300mmL, 85% 인산수용액 8mL 아초산소다 (NaNO₂) (10g/L) 40mL의 혼합 용액으로 NOx 가스 발생액을 만든 다음, 밀폐된 용기 내에 상기 용액을 넣고 시료를 이 용기 내에서 상온, 24시간 동안 NOx 가스로 처리하였다. 내변색성 평가는 칼라-뷰(가드너사, 미국)를 사용하여 "b"값(황변값)을 측정하였다.

	세탁전 항균성	세탁후 항균성	내변색성
	황색포도상구균	대장균	황대포도상구균	대장균	초기(b값)	자외선(b값)	내염성(b값)	NOx성(b값)
실시예	99.5	99.6	99.1	99.0	0.22	20.95	8.69	12.71
비교예	99.4	99.6	99.0	99.0	9.34	24.71	24.68	22.27

* 내변색성에서 "b값"이 낮을수록 우수함

본 발명의 항균제를 적용한 스판덱스는 항균성이 우수하면서도 스판덱스 황변의 문제를 일으키지 않으므로 스판덱스에 적용하기에 적합하다.

Claims

항균제로서 ZnO 50∼78몰%, SiO₂21∼49몰%, 및 알카리금속산화물 1∼10몰% 로 구성되며, 평균 입자 크기가 0.1㎛ 이상 5㎛ 이하인 유리화합물을 원사대비 0.2 내지 5중량% 포함하는 항균성 스판덱스 섬유.
제 1항에 있어서, 알카리금속산화물은 Na, K, 및 Li의 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종이상의 산화물인 것을 특징으로 하는 항균성 스판덱스 섬유.
항균제로서, ⅰ)ZnO 50∼77.9몰%, ⅱ) SiO₂와, P₂0₅, Al₂0₃, TiO₂및 ZrO₂로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 기타 유리성분의 혼합물 21.1 ~ 49몰% 및 ⅲ) 알칼리 금속산화물 1 ~ 10 몰%로 구성되고, 평균입자크기가 0.1㎛ 이상 5㎛ 이하인 유리화합물을 원사대비 0.2 내지 5중량% 포함하는 항균성 스판덱스 섬유로서, 이 때 ⅱ) SiO₂와 기타유리성분의 상기 혼합물에서, SiO₂함량은 반드시 21몰% 이상이고, 기타 유리성분은 0.1∼19 몰%로 포함되는 항균성 스판덱스 섬유.