KR101938226B1 - 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유, 이의 제조방법 - Google Patents

화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유, 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화생방물질에 대한 보호기능을 가지는 섬유 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 화생방물질을 흡착하는 섬유 지지체 및 상기 섬유 지지체에 흡착된 상기 화생방물질을 분해하는 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 이민기(=NH) 및 수산화기(-OH) 또는 이들의 조합을 포함하는 작용기를 가지고, 상기 섬유 지지체에 적층된 폴리머를 포함한다.

Description

화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유, 이의 제조방법 {FIBER WITH IMPROVED PROTECTION AGAINST CHEMICAL, BIOLOGICAL, AND RADIOLOGICAL MATERIALS, PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 화생방물질에 대하여 보호기능을 가지는 섬유에 관한 것이다.
전쟁이나 테러에서 사용될 수 있는 화생방물질로 많이 알려진 물질로는 신경화학작용제인 사린(GB), 소만(GD), VX(O-ethyl S-(2-diisopropylamino)ethyl methylphosphonothioate)와 피부에 닿으면 수포를 유발하는 머스타드 가스(HD)가 있다. 이러한 화생방물질과 접촉할 위험이 있는 사람들은 적당한 보호복을 착용하거나 적당한 보호 물질에 의해 상기 화생방물질로부터 보호되어야 한다.
일반적으로 기체 상태의 화생방물질로부터 인체를 보호하기 위한 보호복은 폴리에스터 계열의 섬유 소재에 라텍스나 고무 등이 얇게 도포하여 화생방물질을 일차적으로 차단하는 외피와 바인더를 사용하여 표면이 처리된 활성탄을 포함하는 내피를 포함한다. 이러한 보호복은 내피의 바인더 사용으로 기공성이 저하되어 공기투과도가 낮아 활동시 체열이 쌓이며 땀 배출이 어려워 업무 수행시 내부 온도의 상승으로 인한 열피로가 발생한다. 상기 열피로는 전신의 무기력감, 권태감, 투통, 현기증, 구토 및 쇼크 증상을 수반할 수 있으므로 작업자의 작업성을 저하시키고 있다. 또한, 활성탄은 흡착 능력에 한계가 있으며, 무거운 무게로 인하여 착용자에게 피로감을 누적시킨다. 나아가 활성탄의 낮은 신축성으로 활성탄을 포함하는 보호복은 활동성이 떨어지며 착용감에서도 제한이 있다.
따라서, 화생방물질로부터 보호하는 보호복은 인체에 유해한 물질로부터 인체를 보호할 수 있어야 하고 경량화 및 신축성이 보강되어야 한다. 또한 누적되는 열피로도를 개선하여 작용자의 활동성과 작업성을 향상할 수 있는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유의 개발이 요구되고 있다. 이에 본 발명에서는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상되며, 경량화되고, 신축성이 향상된 섬유 및 이의 제조방법을 제시한다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 경량화되고, 통기성이 향상된 화생방물질 보호기능 섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 화생방물질 분해 기능이 향상된 섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유는 화생방물질을 흡착하는 섬유 지지체 및 상기 섬유 지지체에 흡착된 상기 화생방물질을 분해하는 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 이민기(=NH) 및 수산화기(-OH) 또는 이들의 조합을 포함하는 작용기를 가지고, 상기 섬유 지지체에 적층된 폴리머를 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 섬유 지지체는 상기 화생방물질과 수소결합하는 작용기를 포함하고, 상기 섬유 지지체는 면, 마, 목제섬유, 면혼방섬유 및 나일론 또는 이들의 조합을 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 폴리머는 화생방물질이 가수분해되도록 공기중 수분을 흡착할 수 있다. 또한, 상기 폴리머는 상기 화생방물질과 결합하여 화생방물질을 분해할 수 있다. 구체적으로 상기 폴리머는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, PEI)과 폴리비닐 알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
상기 폴리머는 상기 섬유 지지체 100 중량부당 50 내지 500 중량부로 상기 섬유 지지체에 적층될 수 있다.
본 발명에 따른 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유의 제조방법은 화생방물질을 흡착할 수 있는 섬유 지지체를 준비하는 제1단계 및 상기 섬유 지지체 상에 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 이민기(=NH) 및 수산화기(-OH) 또는 이들의 조합을 포함하는 작용기를 가지는 폴리머를 전기방사하여 적층하는 제2단계를 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 섬유 지지체는 상기 화생방물질과 수소결합하는 작용기를 포함하고, 구체적으로 상기 섬유 지지체는 면, 마, 목제섬유, 면혼방섬유 및 나일론 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 폴리머는 화생방물질이 가수분해되도록 공기중 수분을 흡착할 수 있다. 상기 폴리머는 상기 화생방물질과 결합하여 화생방물질을 분해할 수 있다. 상기 폴리머는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, PEI)과 폴리비닐 알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 폴리머는 상기 섬유 지지체 100 중량부당 50 내지 500 중량부로 상기 섬유 지지체에 전기방사로 적층될 수 있다.
본 발명에 따른 섬유는 화생방물질을 흡착하는 섬유 지지체에 화생방물질을 분해할 수 있는 폴리머를 적층하여, 경량화되고, 통기성이 향상될 수 있다.
또한, 화생방물질을 흡착하는 섬유 지지체에 화생방물질을 분해할 수 있는 폴리머를 도입함으로써, 화생방물질 분해 기능이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 제조방법에 대한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실험예의 분석방법에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예와 비교예의 화생방물질의 분해효율 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 섬유 및 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명은 가볍고 반응성이 풍부한 폴리머를 섬유 지지체에 전기방사를 통해서 적층하여 섬유 지지체의 경량성과 통기성은 유지하고 독성의 화생방물질에 대한 보호기능을 획기적으로 높일 수 있는 섬유 및 제조방법을 제공한다. 상기 섬유는 화생방물질 보호장비뿐만 아니라 민간 산업용 보호복과 같은 용도에 다양하게 적용될 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유는 화생방물질을 흡착하는 섬유 지지체 및 상기 섬유 지지체에 흡착된 상기 화생방물질을 분해하는 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 이민기(=NH) 및 수산화기(-OH) 또는 이들의 조합을 포함하는 작용기를 가지고, 상기 섬유 지지체에 적층된 폴리머를 포함하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유일 수 있다.
이하 각각의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 상기 섬유 지지체는 셀룰로오스 기반의 섬유이며, 상기 화생방물질과 수소결합하는 작용기를 포함할 수 있다. 상세하게 상기 섬유 지지체는 면, 마, 목제섬유, 면혼방섬유 및 나일론 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이들 섬유 지지체에는 수산화기(-OH)가 다수 존재한다.
일 실시예에서, 화학식 1과 같이 셀룰로오스의 수산화기와 화생방물질(soman, GD)는 수소결합을 할 수 있다. 이를 통하여 화생방물질의 머무름 시간을 증가시킬 수 있다.
Figure 112017032657049-pat00001
또한, 상기 섬유 지지체로 셀룰로오스 기반의 섬유를 사용함으로써, 본 발명의 섬유를 이용하여 섬유의 재단 또는 봉재가 용이하여 보호복 또는 보호장비를 만들기에 활용도가 증가할 수 있다.
한편, 상기 폴리머는 일 실시예에서 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 이민기(=NH) 및 수산화기(-OH)로 화생방물질(GD)을 화학식 2 또는 화학식 3과 같이 분해할 수 있다.
Figure 112017032657049-pat00002
Figure 112017032657049-pat00003
또한, 상기 폴리머는 일 실시예에서 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 이민기(=NH) 및 수산화기(-OH)와 공기중 수분을 수소결합으로 흡착하여, 화생방물질(GD)이 화학식 4와 같이 가수분해되게 할 수 있다.
Figure 112017032657049-pat00004
구체적인 예로 상기 폴리머는 아민기가 풍부한 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, PEI)과 수산화기기 풍부한 폴리비닐 알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리머는 상기 섬유 지지체의 100 중량부당 50 내지 500 중량부로 상기 섬유 지지체에 적층될 수 있다. 상기 폴리머가 상기 섬유 지지체의 100 중량부당 50 중량부 미만일 때, 상기 폴리머로 인한 화생방물질의 분해가 미약할 수 있다.
한편, 상기 폴리머가 상기 섬유 지지체의 100 중량부당 500 중량부를 초과할 경우, 상기 폴리머가 상기 섬유지지체를 과하게 덮게 되어 섬유지지체와 화생방물질의 접촉이 방지될 수 있다. 상기 섬유지지체와 화생방물질의 접촉이 방지되어, 상기 섬유지지체가 화생방물질을 흡착할 확률이 줄어들기 때문에, 화생방물질화부터 인체를 효과적으로 보호할 수 없으며, 화생방물질의 분해능력 또한 저하될 수 있다. 또한, 상기 폴리머의 중량이 증가하여 본 발명의 섬유로 화생방물질 보호보호 제작하였을 때, 활동성이 저하될 수도 있다.
즉, 본 발명에 의한 섬유는 화생방물질을 흡착할 수 있는 상기 섬유 지지체와 화생방물질을 분해할 수 있는 상기 폴리머가 동시에 화생방물질에 작용하여 독성의 화생방물질에 대한 섬유의 보호기능 및 분해기능이 향상될 수 있다.
한편 전술한 본 발명의 섬유의 제조방법은 화생방물질을 흡착할 수 있는 섬유 지지체를 준비하는 제1단계 및 상기 섬유 지지체 상에 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 이민기(=NH) 및 수산화기(-OH) 또는 이들의 조합을 포함하는 작용기를 가지는 폴리머를 전기방사하여 적층하는 제2단계를 포함할 수 있다. 상기 전기방사로 상기 섬유 지지체에 상기 폴리머를 적층하는 것으로 상기 섬유 지지체를 완전히 덮지 않기 때문에 화생방물질을 흡착할 수 있는 상기 섬유 지지체와 화생방물질을 분해할 수 있는 상기 폴리머가 동시에 화생방물질에 작용할 수 있게 된다.
상세하게, 상기 섬유 지지체는 상기 화생방물질과 수소결합하는 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 면, 마, 목제섬유, 면혼방섬유 및 나일론 또는 이들의 조합을 포함일 수 있다.
또한, 상기 폴리머는 화생방물질이 가수분해되도록 공기중 수분을 흡착하고 상기 화생방물질을 분해할 수 있다. 상기 폴리머는 아민기가 풍부한 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, PEI)과 수산화기가 풍부한 폴리비닐 알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 전기방사로 상기 폴리머는 상기 섬유 지지체 100 중량부당 50 내지 500 중량부로 상기 섬유 지지체에 적층될 수 있다.
이하에서는, 실시예 및 실험예들을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만, 후술할 실시 예 및 실험 예들에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석되지 않는다.
실시예:
도 1을 참조하면, 회전이 가능하여 세로로 넓은 면적의 직물을 전기방사로 제조할 수 있는 드럼수집기에 면섬유(섬유 지지체)을 감싸고, 전기방사 장치에 본 발명의 폴리에틸렌이민(폴리머)을 용해 또는 분산시켜 폴리머 혼합액을 준비하고 이를 전기방사기의 주사기에 주입한다. 다음으로 5 kV 이상의 고전압을 상기 전기방사 장치에 가하여, 상기 폴리머 혼합액의 표면장력을 극복한다. 즉, 이때 전기방사 장치의 바늘을 통하여 상기 폴리머 혼합액이 방출되어 면섬유에 적층된다. 이와 같은 과정으로 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유가 제조된다.
실험예:
도 2를 참조하면, 전술된 실시예에서 제조된 섬유를 유리관 중간에 20 mg을 충전하고, 상기 유리관의 양쪽 입구를 유리솜으로 지지한다. 다음으로 유리관의 한쪽 끝으로 공기 또는 헬륨을 30 내지 50 ml/min의 유량으로 주입하고, 공기 또는 헬륨이 주입되는 방향의 유리솜에 화생방물질(GD)을 주입하여 유리관의 다른 입구로 실시예에서 제조된 섬유를 통과한 기체가 방출되게 한다. 기체가 방출되는 유리관의 입구에 가스크로마토그해피/질량분석기(gas chromatography/mass spectrometer, GC/MS)를 in-situ로 연결하여 방출되는 기체의 성분을 분석하여, 실시예에서 제조된 섬유의 기능을 평가한다. 상세하게 주입된 상기 화생방물질과 화생방물질의 분해산물을 정성 및 정량 분석한다.
전술된 방법과 동일한 방법으로 표 1의 면섬유, 화학작용기가 없는 폴리머, 폴리에틸렌이민 및 면섬유에 폴리에틸렌이민이 전기방사(실시예)된 샘플을 각각 평가하여 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3을 참조하면, 면섬유와 섬유 지지체 없이 아민기가 풍부한 폴리에틸렌이민이 전기방사된 샘플인 샘플번호 1, 3은 50 %미만으로 화생방물질(GD)를 분해할 수 있으나, 본 발명의 실시예인 샘플번호 4는 섬유 지지체가 화생방물질을 흡착하고, 전기 방사된 폴리머가 화생방물질을 직접 분해 또는 수분을 화생방물질에 공급하여 화생방물질을 분해하기 때문에 80 % 이상의 분해효율을 가지는 것을 알 수 있다.
샘플번호 섬유 지지체 전기 방사된 폴리머
1 면섬유 없음
2 없음 화학작용기가 없는 폴리머
3 없음 폴리에틸렌이민
4 면섬유 폴리에틸렌이민
발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (14)

  1. 화생방물질을 흡착하는 섬유 지지체; 및
    상기 섬유 지지체에 적층된 폴리머를 포함하고,
    상기 폴리머는,
    전기방사 가능한 재질로 형성되고,
    상기 섬유 지지체에 흡착된 상기 화생방물질을 분해하는 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 이민기(=NH) 및 수산화기(-OH) 또는 이들의 조합을 포함하는 작용기를 가지고,
    상기 섬유 지지체의 일부를 덮도록 적층되어, 상기 화생방물질이 상기 섬유 지지체와 상기 폴리머에 의하여 동시에 분해되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 지지체는 상기 화생방물질과 수소결합하는 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 섬유 지지체는 면, 마, 목제섬유, 면혼방섬유 및 나일론 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머는 화생방물질이 가수분해되도록 공기중 수분을 흡착하는 것을 특징으로 하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 폴리머는 상기 화생방물질을 분해하는 것을 특징으로 하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 폴리머는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, PEI)과 폴리비닐 알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머는 상기 섬유 지지체 100 중량부당 50 내지 500 중량부로 상기 섬유 지지체에 적층되는 것을 특징으로 하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유.
  8. 화생방물질을 흡착할 수 있는 섬유 지지체를 준비하는 제1단계; 및
    상기 섬유 지지체 상에 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 이민기(=NH) 및 수산화기(-OH) 또는 이들의 조합을 포함하는 작용기를 가지는 폴리머를 전기방사하여 적층하는 제2단계;를 포함하고,
    상기 제2단계에서 상기 폴리머는 상기 섬유 지지체의 일부를 덮도록 적층되어 상기 화생방물질이 상기 섬유 지지체와 상기 폴리머에 의하여 동시에 분해되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 섬유 지지체는 상기 화생방물질과 수소결합하는 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 섬유 지지체는 면, 마, 목제섬유, 면혼방섬유 및 나일론 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 폴리머는 화생방물질이 가수분해되도록 공기중 수분을 흡착하는 것을 특징으로 하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 폴리머는 상기 화생방물질을 분해하는 것을 특징으로 하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 폴리머는 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, PEI)과 폴리비닐 알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유의 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 폴리머는 상기 섬유 지지체 100 중량부당 50 내지 500 중량부로 상기 섬유 지지체에 적층되는 것을 특징으로 하는 화생방물질에 대한 보호기능이 향상된 섬유의 제조방법.
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JP2005536380A (ja) * 2002-08-29 2005-12-02 ブリュッヒャー ゲーエムベーハー 吸着材料及びその使用
KR101478638B1 (ko) 2013-07-25 2015-01-02 국방과학연구소 화생 보호복용 선택투과성 보호재 및 그 제조방법
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