KR100494014B1 - 제균성이 우수한 해도형 복합섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단면이 해도형(Sea-Island Type)인 제균성 복합섬유의 제조방법에 관한 것이다.

해 성분(海成分)으로서는 화학적으로 용출 가능한 고분자를 사용하고 도 성분(島成分)으로서는 다공질 무기 세라믹 미분말을 사용하여 제조한 MB와 일반 합성 수지 칩(chip)을 사용하며, 이들을 용융 방사기를 이용하여 복합 방사함으로써 제균성이 우수한 해도형 복합섬유를 제조할 수 있다.

Description

제균성이 우수한 해도형 복합섬유의 제조방법{Process for preparing sea-island type composite fibers having excellent antimicrobial property}

본 발명은 해도형 복합섬유(Sea-Island type composite fiber)의 도 성분(sea component)에 다공질 무기 세라믹 미분말이 존재하도록 하여 제균성(制菌性)을 부여한 해도형 복합섬유의 제조방법에 관한 것이다.

섬유의 경우, 인체의 땀이나 외부의 오염에 의해 미생물이 번식하기 때문에, 다량의 암모니아가 발생하여 불쾌한 냄새가 발생할 뿐만 아니라 인체에 해로운 위생상의 문제가 일어난다. 이러한 이유로 인해, 예전부터 섬유재료로부터 악취나 땀을 제거할 수 있는 기능을 섬유재료에 부여하고자 하는 많은 시도가 있어왔다.

섬유재료에 항균성을 부여하는 방법으로는, 얼마 전까지만 해도 유기 실리콘계의 4급 암모늄염 화합물을 섬유재료에 처리하여 섬유재료에 항균성을 부여하는 방법이 광범위하게 사용되고 있으나, 유기 실리콘계의 4급 암모늄염 화합물을 처리한 섬유재료의 경우, 세탁 내구성이 뒤떨어지는 한편, 특히 염소계 세제를 사용하는 경우, 섬유재료가 황변되는 결점을 나타내고 있다.이러한 이유로 인해, 일본 공개특허공보 제(소)54-38951호에서는 이온 교환성 공중합체로부터 섬유를 제조하고 이를 구리 염과 은 염의 수용액으로 처리하여 섬유 표면에 금속 이온을 표출시켜 항균성을 부여하고 있다. 그러나, 이와 같은 방법도 금속 이온이 고분자와 반응함에 따라 섬유의 물성이 저하되기 때문에, 사(絲)의 제조공정 및 염색 등의 후속 공정에서 공정의 원활성이 뒤떨어지는 문제점이 생기게 된다. 또한, 나일론 수지에 제균제인 금속 이온이 치환된 다공질 무기 세라믹 미분말을 첨가하고 일반 방사용 노즐을 사용하여 제균성 섬유를 제조하는 경우, 제균성이 떨어질 뿐만 아니라 소취(消臭) 기능이 저하되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 위에서 언급한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 섬유 자체에 항균성을 부여할 뿐만 아니라 제균제가 포함된 섬유의 접촉 표면적을 넓혀서 제균성을 향상시키고, 또한 부가적으로 일부 소취 기능이 가능해지도록 한 제균성이 우수한 해도형 복합섬유의 제조방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.

이러한 본 발명의 목적은 다공질 무기 세라믹 미분말이 함유된 합성 수지와 섬유 형성능을 갖는 합성 수지를 도 성분에 포함하며, 다공질 무기 세라믹 미분말 1 내지 30중량%와 섬유 형성능을 갖는 합성 수지 칩 70 내지 99중량%를 도 성분으로 하여 복합 방사함으로써 달성된다.

섬유 단면의 구조를 해도형으로 구분하여, 다공질 무기 세라믹 미분말을 함유하는 도 성분이 섬유의 전체 단면적의 10 내지 90%를 차지하고, 도 성분의 수는, 섬유의 전체 단면적을 기준으로 하여, 5 내지 50개 정도의 분포를 이루며, 이때 복합섬유의 섬도는 2 내지 70데니어(denier)이고, 다공질 무기 세라믹 미분말의 첨가량은, 원사의 중량을 기준으로 하여, 0.1 내지 10중량%인 것을 특징으로 한다.

도 성분에서는 다공질 무기 세라믹 미분말을 배합한 해도형 중합체로서 방사 가능한 열가소성 수지인 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리아미드 등을 사용하고, 해 성분에서는 화학적으로 용출 가능한 이용성(易溶性) 폴리에스테르, PVA, PEG 등을 사용한다.

또한, 해도형 복합섬유의 도 성분에 첨가되는 다공질 무기 세라믹 미분말의 입자 크기는 1㎛ 이하로 함을 특징으로 한다.

해도형 복합섬유는, 일반 섬유로 생산했을 때, 섬유의 접촉 표면적 비율에 비하여 화학적 용출에 의한 분할 공정을 거친 후에 극세 섬유화되고, 이에 따라 다공질 무기 미립자가 포함된 섬유의 접촉 표면적이 더욱 넓어지게 되어, 우수한 제균성능은 물론 부가적으로 소취 기능을 갖게 되며, 원사 내의 다공질 무기 세라믹 미분말의 함유량은 일반 섬유보다 적은 함유량으로 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다.

본 발명을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 금속 이온이 미생물의 신진대사를 파괴하여 제균성을 나타내는 주구성원이 알루미늄(Al)과 규소(Si)라는 것을 알게 되었고, 본 발명에서 사용하는 물질이 다공성이면서 큰 표면적을 가지고 있어서 본 발명에서 이루고자 하는 조건을 가지고 있다는 점에 착안하여 다공질 무기 세라믹 미분말이 섬유 표면에 존재하도록 하여 제균성은 물론 부가적으로 소취가 가능한 복합섬유를 제조하였다.

본 발명에서 사용하는 다공질 무기 세라믹 미분말의 경우는, 금속 이온의 바인더(Binder)로 사용되었으며, 성분 조성은 알루미나 실리카계 무기물로써 비표면적이 100 내지 800㎡/g이고, 세공 직경이 3 내지 10Å이며, 비중이 2.1이고, 밀도가 0.4g/min인 점을 특징으로 하고 있다. 해도형 복합섬유에 적용하기 위하여, 입자 크기는 0.05 내지 1㎛의 범위로 조정되었으며, 다공질 무기 세라믹 미분말의 경우, 수분 흡착이 뛰어나기 때문에, 사용하기 전에 80 내지 300℃의 온도에서 1 내지 30시간 이하의 시간 동안 건조시켜 사용하였다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 있어서, 금속 이온을 함유하는 다공질 무기 세라믹 미분말의 첨가량은 원사의 중량을 기준으로 하여 0.1 내지 10중량%가 적당하며, 0.1 내지 5중량%가 가장 바람직하다. 다공질 무기 세라믹 미분말의 첨가량이 원사의 중량을 기준으로 하여, 0.1중량% 미만인 경우에는 최종 원사에서 본 발명에서 얻고자 하는 효과가 불충분하게 나타나며, 10중량%를 초과하는 경우에는, 사절이 발생하며 후속 공정에서 어려울 뿐만 아니라 경제적으로도 이익이 없어지게 된다.

본 발명에서 사용하는 다공질 무기 세라믹 미분말의 경우에 있어서, 제균 성능의 효과는 다공질 무기 세라믹 미분말 표면에 존재하는 금속 이온의 양과 섬유의 표면에 존재하게 되는 다공질 무기 세라믹 미분말의 양에 크게 의존하며, 더구나 이의 사용량에 따라 최종 연신사의 색상이 크게 좌우된다.

일반적으로, 제균 성능을 효과적으로 발휘하기 위해서, 다공질 무기 세라믹 미분말에 함유된 금속의 양은 다공질 무기 세라믹 미분말의 전체 중량에서 차지하는 정도가 0.1 내지 10중량%로 되도록 하였으며, 바람직하게는 0.1 내지 5중량%로 되도록 하였다. 0.1중량% 미만인 경우에는, 최종 섬유에 대하여 제균효과가 불충분하게 되며, 10중량%를 초과하는 경우에는, 다공질 무기 세라믹 미분말의 색상이 변화하여 방사시에 황변의 원인이 되는 결과를 가져오게 되며, 제직한 후에도 원하는 색상의 염색이 불가능하게 되는 문제가 발생한다.

다공질 무기 세라믹 미분말을 섬유 속에 첨가하는 방법 중에서 중합 과정에 첨가하는 방법은 다공질 무기 세라믹 미분말의 표면에 있는 금속 성분이 중합반응 도중에 촉매작용을 하여 중합반응 도중에 부반응(副反應)이 발생하거나 금속 이온들이 착화합물을 형성하여 수지의 색상이 변하는 문제가 일어나게 된다.

따라서, 본 발명에서는 다공질 무기 세라믹 미분말을 일반 수지 칩과 용융 혼합하여 마스타 배치 칩을 만든다. 이때, 다공질 무기 세라믹 미분말을 일반 수지에 1 내지 50중량%의 양으로 혼합하고 방사공정 도중에 압출기 내부에서 분산시키는 방법을 사용하였다. 마스타 배치 칩을 제조하는 경우, 분산성 및 최종 연신사의 표면에 다공질 무기 세라믹 미분말이 분포되도록 하기 위하여 방사하고자 하는 일반 수지 칩보다 융점이 동일하거나 높은 열가소성 중합체를 이용하여 마스타 배치 칩을 제조하는 것이 바람직하다. 융점이 10 내지 20℃ 높은 중합체를 일반 수지와 혼합하여 방사하는 경우, 섬유 단면의 바깥 영역에 다공질 무기 세라믹 미분말이 분포하게 되어, 제품으로 사용할 때 제균 성능을 충분히 나타내게 된다. 그리고 해도형 복합 방사용 노즐을 사용하여 복합 방사 기술에 의하여 해도형 단면으로 만들어질 수 있으며, 이때 도 성분에 다공질 무기 세라믹 미분말이 분포하도록 조절한다.바람직하기로, 세라믹 분말과 수지의 혼합 비율은 다공질 무기 세라믹 미분말 1 내지 30중량%와 섬유 형성능을 갖는 합성 수지 칩 70 내지 99중량%를 도 성분으로 하여 복합 방사한다.여기서 도 성분으로는 다공질 무기 세라믹 미분말을 배합한 해도형 중합체로서 방사 가능한 열가소성 수지인 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리아미드 등을 사용하고, 해 성분에서는 화학적으로 용출 가능한 이용성(易溶性) 폴리에스테르, PVA, PEG 등이 선택적으로 사용된다.

섬유 내에 다공질 무기 세라믹 미분말이 첨가된 도 부분이 전체 섬유 단면적의 10 내지 90%를 차지하고, 도 성분의 수는 5 내지 50개로 하는 것이 좋으며, 효과적인 성능을 나타내기 위하여, 다공질 무기 세라믹 미분말을 포함하는 도 부분이 섬유 단면적에 많이 분포되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 해 성분은 화학적으로 용출 가능한 이용성 폴리에스테르, PVA, PEG 등으로 제조된다.

이하에서 본 발명에 따르는 제조방법으로 수득한 해도형 복합섬유에 대하여 항균 시험과 소취 시험을 하는 과정을 설명한다.

1. 항균 시험법

시험 규격 KS K 0693-2001 시험법에 따라, 황색 포도상 구균 및 MRSA에 대하여 항균효과를 시험하였다. 한천 배지에 배양균을 접종하고 37℃에서 24시간 동안 배양한 균을 접종원(接種源)으로 하여 시험편에 접종한 후 일정량의 액체를 가하여 시험편으로부터 세균을 액에 추출시킨다. 이어서, 처리포와 미처리포의 액에 잔존하는 세균의 수를 측정하여 금속 이온이 포함된 다공성 무기 세라믹의 첨가로 인한 세균의 감소 백분율(%)을 계산하였으며, 백분율이 99% 이상인 경우를 우수, 95 내지 98%인 경우를 보통, 95% 미만인 경우를 불량으로 판정하였다.

2. 소취 시험법

암모니아, 황화수소 등의 악취 가스를 집어넣은 유리 증발관을 데시케이터 아래에 놓고, 연결되어 있는 통로의 판 위에 시험편을 위치시킨 다음, 데시케이터를 밀봉하고, 25℃에서 2시간 동안 방치한 다음, 유리 증발관의 악취 농도를 검지관에서 측정하여 다음 수학식 1에 따라 악취 농도 감소율을 측정하였다.

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실시예 1

사용된 수지는 도 성분에는 상대점도가 3.03인 나일론과 평균 입자 직경이 0.3㎛인 다공질 무기 세라믹 미분말인 제올라이트계 제균제를 사용하고, 해 성분에는 이용성 폴리에스테르를 사용하며, 제균제는 원사 내에 0.2%의 양으로 투입하여 해도형 복합섬유를 제조하였다. 이때, 방사온도를 295℃로 하고, 직경이 0.25mm인 해도형 복합 방사용 노즐을 사용하여 미연신 필라멘트사를 수득하였다. 당해 미연신사를 2.7배의 연신비로 냉연신하여 70f/24d의 해도형 복합섬유를 제조하고, 화학적 용출에 의해 분할시켜 0.3데니어의 필라멘트사를 수득하였다.

비교예 1

실시예 1에서 설명한 바와 같은 제균제를 원사 내에 0.5%의 양으로 투입하고, 상대점도가 3.03인 나일론 수지와 제균제를 넣어 일반 방사용 노즐을 사용하여 방사하여 미연신 필라멘트사를 수득하고, 당해 미연신사를 2.8배의 연신비로 냉연신하여 70d/24f의 일반 필라멘트사를 제조하였다.

비교예 2

실시예 1에서 설명한 바와 같은 제균제를 사용하고, 제균제는 원사 내에 0.4%의 양으로 투입하고, 코어-시이드형(core-sheath type) 복합 방사용 노즐을 사용하여 코어 부분에 제균 MB와 상대점도 3.03의 나일론 수지를, 시이드 부분에는 상대점도 3.03의 나일론 수지를 넣어 복합방사하여 미연신 필라멘트사를 수득하고, 당해 미연신사를 2.5배의 연신비로 냉연신하여 70d/24f의 코어-시이드형 복합섬유를 제조하였다. 이들을 상기한 시험법에 따라 비교한 결과, 실시 예는 표 1과 같이 제균성 및 소취성이 우수한 것임을 알 수 있었다.

구분		원사내제균제 함량(%)	제균성		소취성
			황색 포도상 구균	MRSA
비교예1	일반섬유	0.5	○	△	△
비교예2	시드-코어형복합섬유(복합비=5:5)	0.4	◎	○	○
실시예	해도형복합섬유	0.2	◎	◎	○

본 발명은, 위에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 결점을 개선한 것으로 해도형 복합섬유의 도 성분에 다공질 무기 세라믹 미분말이 존재하도록 함으로써, 일반 섬유로 생산했을 때의 섬유의 접촉 표면적 비율에 비하여 해도형 복합섬유는 화학적 용출에 의해 극세 섬유화된다. 이에 따라, 다공질 무기 세라믹 미분말이 포함된 섬유의 접촉 표면적이 더욱 넓어지게 되어 우수한 제균성은 물론 부가적으로 소취 가능한 복합섬유를 제조할 수 있으며, 원사 내의 다공질 무기 세라믹 미분말의 함유량이 일반사보다 적은 함유량으로 동일한 항균 및 소취 기능성을 발휘할 수 있으므로, 경제적인 장점이 있다.

본 발명을 천연 스웨드(suede) 직물과 유사한 인조 스웨드 직물의 제조에 적용하는 경우, 기모 가공 후에 발생하는 인조 스웨드 직물의 세균 번식을 제어할 수 있는 일반 제균섬유에 비해 적은 다공질 무기 세라믹 미분말의 함량으로도 충분한 항균 및 소취 효과를 발휘할 수 있는 제품을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 해도형 복합섬유의 개략적인 단면도이다.

* 도면의 기호에 대한 설명 *

1. 다공질 무기 세라믹 미분말 MB(제균제) + 일반 합성 수지 칩

2. 화학적으로 용출 가능한 합성 수지 칩

Claims (3)

1. 금속 이온을 함유하는 다공질 무기 세라믹 미분말이 함유된 합성 수지와 섬유 형성능을 갖는 합성 수지를 도 성분에 포함하고, 화학적으로 용출 가능한 이용성 수지를 해 성분에 포함하여 복합 방사함으로써 제조된 것을 특징으로 하는 제균성이 우수한 해도형 복합섬유의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 다공질 무기 세라믹 미분말을 함유하는 도 성분이 섬유 전체 단면적의 10 내지 90%를 차지하고, 다공질 무기 세라믹 미분말의 첨가량이, 원사의 중량을 기준으로 하여, 0.1 내지 10중량%이며, 섬도가 2 내지 70데니어(denier)임을 특징으로 하는, 제균성이 우수한 해도형 복합섬유의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다공질 무기 세라믹 미분말의 입자 크기가 1㎛ 이하임을 특징으로 하는, 제균성이 우수한 해도형 복합섬유의 제조방법.