KR20090021568A - 항균성, 원적외선 성능이 우수한 원착 항균성 복합섬유의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항균 및 원적외선 발생 특성을 갖는 심초형(Core-skin type)단면을 갖는 복합섬유의 제조방법에 관한 것으로, 심형(Core)은 현재 생산되는 합성수지 칩을 사용하고, 초형(Skin)에는 미분말 다공질 세라믹과 안료 및 염료를 이용하여 제조한 마스터 배치(MB)와 합성수지 칩(chip)을 용융방사기를 이용 복합 방사하여 항균성 및 원적외선 발생 특성을 높이고, 물성이 우수한 항균성, 원적외선 성능이 우수한 원착 항균성 복합섬유를 제조하는데 있다.

항균성, 원적외선, 복합섬유, 합성수지 칩, 다공질 세라믹

Description

항균성, 원적외선 성능이 우수한 원착 항균성 복합섬유의 제조방법{Process for the dope dyed antimicrobial composite fibers having antimicrobial and far infrared radiation}

본 발명은 섬유 표면에 다공질 무기 미립자와 염료, 안료를 일부 존재하게 하여 항균 및 원적외선 발생을 부여하는 원착 복합섬유의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적인 섬유의 경우 인체의 땀 및 외부 오염에 의해 미생물이 번식하기 때문에 다량의 암모니아가 발생하여 불쾌한 냄새 및 인체에 해로운 문제가 일어난다. 그러한 이유로 예전부터 섬유재료에 이러한 기능을 부여하고자 많은 시도가 있어 왔다.

섬유에 항균성을 부여하는 방법으로는 얼마 전까지 만 해도 유기 실리콘 제4급 암모늄염계가 광범위하게 사용되고 있는데 불규칙한 입자 모양을 지니고 있어 분산성이 좋지 못한 문제점을 가지고 있다.

또한 세탁내구성 및 염소계 세제를 사용할 경우 황변되는 결점을 나타내고 있다. 이러한 이유로 일본 공개특허공보 제(소)54-38951호에는 이온 교환성 공중합 체를 제조하여 동 염 및 은 염의 수용액으로 처리하여 섬유표면에 금속이온을 표출시켜 항균성을 부여한 경우도 있다. 그러나 이와 같은 방법도 금속이온이 고분자와 반응을 하여 물성이 저하되기 때문에 사(絲) 제조 공정 및 염색 등의 후 공정에서 공정의 원활성이 떨어지는 문제점이 생기게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하고 섬유자체에 항균성을 부여할 뿐만 아니라 바람직하게는 원적외선 성능까지 부여하고자 연구한 결과 불활성인 무기 미립자를 일반 합성수지 칩을 이용하여 섬유를 제조하고 이것을 섬유 표면에 존재하게 하여 세탁내구성이 우수하고 공정 원활성이 우수한 제균 복합섬유를 제조하기에 이르렀다.

또한 부가적으로 일부 소취가 가능한 것으로 밝혀져 소취기능도 부여하였다.

악취화합물의 대표적인 성분으로는 암모니아, 황화수소, 트리메틸아민, 아세트알데히드 및 메틸머캅탄 등과 같은 많은 종류의 악취성분이 존재하며 이러한 악취의 제거방법은 다공성 물질을 이용하는 물리흡착방법, 산, 알칼리 등에 의한 화학흡착방법 등으로 나뉘어 질 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 결점을 개선한 것으로 복합 섬유에 다공질 무기 미립자를 존재하게 하고, 미립자의 다공질 세라믹이 일반사로 생산했을 때의 표면 존재 비율에 비하여 섬유의 표면으로 많은 유도 및 존재하게 하여 우수한 항균성 및 원적외선 발생은 물론 부가적으로 소취가 가능한 원착 복합섬유의 제조방법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은, 항균성을 부여하는 동시에 원적외선을 발생하는 다공성 무기 미립자와, 무기 미립자가 결합되는 수지로서 다공성계의 무기 세라믹 폴리머에 의해 달성된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 결점을 개선한 것으로 복합사 섬유 에 다공질 무기 미립자를 존재하게 하고, 미립자의 다공질 세라믹이 일반사로 생산했을 때의 표면 존재 비율에 비하여 섬유의 표면으로 많이 유도 및 존재하게 하여 우수한 항균성 및 원적외선 발생은 물론 부가적으로 소취가 가능한 원착 복합섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 금속이온이 미생물의 신진대사를 파괴하여 항균성을 나타내 고, 원적외선을 발생하는 주 구성원이 Al과 Si라는 것을 알게 되었고, 사용된 물질이 다공성의 큰 표면적을 가지고 있어서 본 발명에서 이루고자 하는 조건을 가지고 있다는 점에 착안하여 다공성계의 무기 세라믹을 섬유표면에 존재하게 하여 제균성 및 원적외선 발생은 물론 부가적으로 소취가 가능한 원착 복합섬유를 제조하였다.

본 발명에 사용된 다공성 무기 미립자의 경우는 금속이온의 바인더(Binder)로 사용되었으며, 성분조성은 알루미나 실리카계의 무기물로써 비표면적은 100 내지 800㎡/g, 세공경 3 내지 10Å, 비중 2.1, 밀도가 0.4g/min인 특징을 가지고 있다. 섬유에 적용하기 위하여 입자크기는 0.1 내지 10μ이하의 크기로 조정되었으며 다공성 세라믹의 경우 수분 흡착이 뛰어나 사용하기 전에 70 내지 200^oC에서 1 내지 30시간 이하로 건조하여 사용하여야 한다.

이하 본 발명을 상세히 성명하면 다음과 같다.

본 발명에 있어서 심성분(Core)으로는 일반 합성수지 칩을 사용하고, 초성분(Skin)으로는 미분말 다공성 무기 세라믹과 안료 및 염료를 이용하여 제조한 마스터 배치(MB: Master Batch)와 합성수치 칩을 사용하고 이 때 금속이온을 함유하는 다공성 무기 세라믹의 첨가량은 원사내에 0.1 내지 10중량%가 적당하며, 0.3 내지 5.0중량%가 바람직하다. 세라믹의 첨가량이 0.1중량% 미만인 경우에는 최종 원사에서 효과가 불충분하며 10중량% 초과일 경우에는 사절 및 후공정에서 어려울 뿐 아니라 경제적으로도 이익이 없어지게 된다.

원착의 경우는 0.1 내지 2.0중량%의 염료 및 안료를 혼합하여 제조하게 되면 다양한 색상 및 농도를 띄게 된다. 본 발명에 의한 원착사는 방사 시에 미리 염료나 안료를 투입하여 색깔을 부여하기 때문에 사용하지 않은 일반적인 원사와 비교할 때 동일한 색농도를 내기 위해서 사용되는 염료의 양을 30 내지 80% 줄일 수도 있으며, 염색공정을 거치지 않고 방사에서 색상을 맞출 수도 있는 장점이 있다.

본 발명의 미분말 다공성 무기 세라믹을 배합한 심초형 폴리머로서는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 방사 가능한 열가소성 수지를 사용하여 제조한 것을 특징으로 한다.

또한 사용되는 염료의 양이 적기 때문에 세탁, 마찰 시에 빠져나오는 염료의 양이 상대적으로 적게 되어 염색견뢰도가 3급 이상으로 향상된다.

본 발명에 있어서 항균 및 원적외선 성능을 효과적으로 발휘하기 위해서 다공성 무기 세라믹에 함유된 금속의 양은 다공성 무기 세라믹 전체 중량에서 차지하는 정도가 0.1 내지 10중량%되게 하였으며 바람직하게는 0.1 내지 5.0중량%되게 하였다. 0.1중량% 미만일 경우에는 최종 섬유에 대하여 항균효과가 불충분하며, 10중량% 초과일 경우 무기 세라믹의 색상이 변화하여 방사 시에 황변의 원인이 되는 결과를 가지게 되며, 제직한 후에도 원하는 색상의 염색이 불가능하게 되는 문제가 발생한다.

본 발명에 있어서 금속이온을 함유하는 무기 세라믹을 섬유중에 첨가하는 방법 중에서 중합과정에 첨가하는 방법은 세라믹의 표면에 있는 금속성분이 중합반응 중 촉매작용을 하여 중합반응 중에 부 반응이 발생하거나 금속이온들이 착화합물을 형성하여 수지의 색상이 변하는 문제가 일어나게 된다.

따라서 본 발명에서는 제균 파우더를 일반수지 칩과 용융 혼합하여 마스타 배치(MB: Master batch) 칩을 만든다. 이때 항균 파우더를 일반수지에 1% 내지 50%로 혼합하여 방사공정도중 압출기 내부에서 분산시키는 방법을 사용하였다.

이때 마스타 배치 칩을 만들 경우 분산성 및 최종 연신사의 표면에 금속이온을 함유한 무기 세라믹이 분포되게 하기 위하여 방사하고자 하는 일반적으로 사용하는 합성수지 칩보다 융점이 같거나 높은 열가소성 폴리머를 이용하여 마스타 배치 칩을 제조하는 것이 좋다.

이러한 융점이 10 내지 20^oC 높은 폴리머를 일반수지와 혼합하여 방사할 경우 방사하여 섬유로 형성되면서 섬유 단면의 바깥영역에 다공성 무기 세라믹이 분포하게 되어 제품으로 사용할 때 항균 및 원적외선 성능을 충분히 나타내게 된다.

또한 복합 방사의 기술에 의하여 심초형 및 사이드 바이 사이드(side by side)구조로 만들어질 수 있으며, 이때 초부에 금속이 포함된 무기 세라믹이 분포되게 조절한다.

복합비는 금속이온을 함유하는 다공성 무기 세라믹이 첨가된 부분이 전체 단면적에서 5 내지 90%의 범위가 되도록 하는 것이 좋으며 이렇게 제조되는 복합섬유의 섬도는 0.5 내지 50데니어의 범위를 갖는다. 효과적인 성능을 나타내기 위하여 금속이온이 포함된 무기세라믹을 포함하는 부분이 포함하지 않는 부분보다 섬유 단면의 바깥부분에 있도록 하는 것이 바람직하다.

● 항균 시험법

시험규격 KSK 0693-2001 시험규격에 의하여 황색포도상구균 및 MRSA에 대하여 항균효과를 시험하였다. 한천배지에 배양균을 접종하여 37^oC에서 18시간 배양한 균을 접종원으로 하여 시험편에 접종한 후 일정량의 액체를 가하여 시험편으로부터 세균을 액중에 추출시킨다. 그 다음 처리포와 미처리포의 액중에 잔존하는 세균의 수를 측정하여 금속이온이 포함된 다공성 무기세라믹의 첨가로 인한 세균의 감소 백분율을 계산하였으며, 백분율이 99.4%이상일 경우 항균성 양호, 그 이하일 경우에는 불량으로 판정하였다.

● 소취 시험법

암모니아, 황화수소등의 악취가스를 집어넣은 글라스(glass) 증발관을 데시케이터(desiccator) 아래에 놓고, 연결되어 있는 통로의 판 위에 시험편을 위치시킨 후 데시케이터를 밀봉하여 25^oC에서 2시간 방치한 후 글라스 증발관의 악취농도를 검지관에서 측정하여 아래의 식에 의해 악취농도 감소율을 측정하였다.

악취농도 감소율(%)= 1-잔존 악취농도(ppm)/감소전의 악취농도(ppm)X 100

● 세탁 내구성 시험법

시험포 100g에 욕비는 50:1로 하고, 세제 35g의 세탁욕에 집어넣고 온도 40^oC에서 12분 동안 처리한 후 10회 반복하여 실시하였다. 세탁 후에는 상기의 방법으로 제균 및 소취성능을 평가하였다.

이하, 본 발명을 실시 예 및 비교 예를 들어 본 발명을 설명하는데, 이들 실시 예는 본 발명을 한정하거나 제한하는 것으로 간주되어서는 아니된다.

실시 예 1 내지 2, 비교 예 1 내지 2

사용된 수지는 상대점도 3.03의 나일론과 평균입경 1.14㎛의 미분말 다공성 세라믹인 항균제를 사용하고, 항균 마스터 배치 함량은 원사내에 0.5%를 투입하여 복합 섬유를 제조했다. 이때 방사온도를 265℃로 하고, 직경이 0.25의 복합 방사용 노즐을 사용하여 미연신 필라멘트를 얻었다.

비교 예로 이 미연신사를 2.7배에 냉연신하여 70/24데니어의 항균성 복합 섬유를 제조하고 같은 조건으로 혼합방사(일반사)하여 표 1에 비교하였다.

구 분			원사내 항균제 함량 (%)	원사내 안료 함량 (%)	제균성		소취성	원적외선 방사성	세탁 내구성	농담 여부
					황색포도상구균	MRSA
복합사	단면비 (심초)	5:5	0.5	0.2	◎	○	○	○	○	농
		7:3	0.5	0.2	◎	◎	○	◎	◎	농
일반사			0.5	0.2	○	△	△	○	△	담

도 1은 본 발명의 항균성 원착 복합 섬유의 단면 개략도 이다.

Claims (4)

1. 심성분(Core)에는 일반 합성수지 칩을 사용하고, 초성분(Skin)에는 미분말 다공성 무기 세라믹과 안료 및 염료를 이용하여 제조한 마스터 배치(MB: Master Batch)와 합성수치 칩을 사용하여 복합 방사하는 것을 특징으로 하는 항균성, 원적외선 성능이 우수한 원착 항균성 복합섬유의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 미분말 다공성 무기 세라믹의 첨가량은 원사내에 0.1 내지 10중량%로 한 것을 특징으로 하는 항균성, 원적외선 성능이 우수한 원착 항균성 복합섬유의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 미분말 다공성 무기 세라믹을 함유한 초성분은 섬유단면적의 5 내지 90%를 차지하고, 상기 복합 섬유의 섬도는 0.5 내지 50데니어를 갖는 것을 특징으로 하는 항균성, 원적외선 성능이 우수한 원착 항균성 복합섬유의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 미분말 다공성 무기 세라믹을 배합한 심초형 폴리머로서는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 방사 가능한 열가소성 수지를 사용하여 제조한 것을 특징으로 하는 항균성, 원적외선 성능이 우 수한 원착 항균성 복합섬유의 제조방법.

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