KR100254040B1 - 전기석입자함유레이온섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에는, 입자직경이 0.3㎛이하인 전기석입자를 0.05∼2.0중량%함유하는 레이온섬유인 엘렉트렛섬유가 제안되어 있다. 이 엘렉트렛섬유는 혈액순환을 촉진시킴으로써 인체의 강장에 효과적이다. 이 엘렉트렛섬유는 전기석입자가 균일하게 분산된 레이온의 방사액을 섬유의 형태로 방사함으로써 제조된다.

Description

전기석입자함유레이온섬유 및 그 제조방법

본 발명은 전기석미립자를 함유하는 레이온섬유인 신규의 섬유재료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 생체세포의 강장 또는 활성화효과를 보이는 활성이온을 방출가능한 레이온섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 관심의 쟁점으로서 소위 활성이온에 의해 생체세포를 활성화하여 생체의 건강상태를 향상시켜, 자율·운동신경계의 제어, 정상적인 수면의 촉진, 정신안정화, 피로회복의 가속화 등을 위해 활성이온을 이용하는 것에 대한 각종 연구가 현재 진행중에 있다.

이러한 활성이온을 방출하는 물질중의 하나로서, 전기석은 천연광물이지만 인공적으로도 합성가능하므로 유망한 것으로 제안되고 있다. 즉, 전기석은 영구분극성을 지닌 공지의 엘렉트렛(electret)광물중에서 가장 강한 영구자발전기분극성을 지니므로, 그의 분극벡터는 외부전계에 의해 영향받지 않는다. 또, 전기석광물은 원적외선을 방출하는 것도 주목받고 있다.

본 발명자중의 한 사람은, 이러한 사실에 주목하여, 전기석미립자를 함유하는 소정의 섬유의 직물로 이루어진 인간의 의복이나 운동용 지지체에 대한 혈액순환의 개선 등의 유익한 효과를 광범위하게 조사한 후 일본국 특공평 6-104926호 공보에서 전기석함유엘렉트렛섬유를 제안한 바 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 생체세포의 활성화를 위해서 유용할 뿐만 아니라 크게 향상된 고효율로 활성이온을 방출할 수 있는 신규의 전기석함유엘렉트렛레이온계 섬유 및 그의 유효한 제조방법을 제공하는 데 있다.

따라서, 본 발명에 의해 제공되는 엘렉트렛섬유는, 해당 섬유중에 균일하게 분산된 입자직경이 0.2㎛이하인 전기석입자를 레이온의 양에 의거해서 0.05∼2중량%, 바람직하게는 0.05∼0.5중량% 함유하는, 비스코스프로세스 및 큐프라암모늄프로세스에 의한 각종 레이온섬유를 포함하는 레이온섬유이다.

상기 정의된 본 발명의 레이온계의 엘렉트렛섬유는, 이하의 공정으로 이루어진 방법에 의해 제조된다. 즉,

(a)레이온의 방사수용액을 제조하는 공정;

(b)상기 방사수용액중에, 입자직경이 0.2㎛이하인 전기석입자를 레이온의 양에 의거해서 0.05∼2.0중량%의 양으로 균일하게 분산시키는 공정; 및

(c)상기 레이온의 전기석함유방사액을 전기석함유섬유의 형태로 방사하는 공정.

제1도는 엘렉트렛섬유로부터 방출된 활성이온의 측정장치의 개략도

제2도는 제1도에 도시한 장치를 이용해서 각 실시예에서 제조된 엘렉트렛섬유로부터 방출된 활성이온을 포획한 물의 전기전도도를 상기 섬유중의 전기석입자의 함량의 함수로서 표시한 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 블로어펌프 2 : 활성화용기

3 : 시료대 4 : 세라믹히터

5 : 온도계 6 : 온도센서

7 : 전원 8 : 온도조절장치

9 : 유리비커 10 : 증류수

11 : 백금전극 12 : 전도도미터

상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 엘렉트렛섬유는 소정입자크기를 지님과 동시에 섬유본체에 특정량으로 균일하게 분산된 전기석입자를 함유하는 레이온섬유이다.

즉, 본 발명의 엘렉트렛섬유중의 전기석입자의 입자직경은 0.3㎛이하, 바람직하게는 0.2㎛이하일 필요가 있다. 또, 레이온섬유에 분산된 전기석입자의 양은 레이온의 양에 의거해서 0.05∼2.0%, 바람직하게는 0.05∼0.5중량%의 범위에 있다. 이들 요건을 만족할 경우, 본 발명의 전기석함유레이온섬유는, 생체강장목적에 유용하다.

전술한 바와 같이 방사액에의 분산조제의 첨가없이도 극히 미세한 입자직경을 지닌 전기석입자가 방사액중에 용이하고 매우 균일하게 분산될 수 있으므로, 레이온섬유중의 전기석입자의 함량이 비교적 낮아도 매우 높은 활성이온방출효율을 얻을 수 있다라고 하는 점은 상당히 예기치 않은 발견이다. 이 극미세전기석입자에 의한 예기치 않은 이점은, 레이온의 방사액중의 셀룰로스계 부분이 자발분극된 전기석입자와의 강한 상호작용을 보이는 중합체전해질의 한 종류라는 사실의 결과인 것으로 추정된다.

일반적으로 말해서, 주요 입자의 응집체의 형성에 의해 입자의 입자직경이 감소함에 따라 수반되는 입자분산액의 균일성에 곤란성이 증가하는 것은 섬유의 방사액으로서 중합체재료용액으로의 이물질의 미립자가 분산하는 경향이다. 따라서, 분산액에 분산조제를 첨가하는 것은 이러한 균일한 분산액을 얻는 데 실용적이나, 전기석입자의 입자직경이 극히 작을 경우 상당한 효과는 없다. 한편, 전기석입자의 입자직경이 감소함에 따라 전기석입자로부터의 활성이온의 방출량은 증가된다.

공지된 바와 같이, 레이온섬유의 방사액에 있어서의 셀룰로스계 분자는 비스코스프로세스뿐만 아니라 큐프라암모늄프로세스에 의해서 중합체전해질형태로 되므로, 전기석입자의 입자직경이 극히 작을 경우에도 전기석입자와 중합체전해질간의 이온상호작용에 의해 상당히 예기치 않은 매우 균일한 전기석입자의 분산액을 얻을수 있는 것으로 추정된다.

레이온계 섬유중에 미립자형태로 분산된 전기석은, 천연광물의 일종으로 하기 일반식 :

MX₃B₃Al₃(AlSi₂O₉)₃(O, OH, F)₄

(식중 M은 나트륨 또는 칼슘원자, X는 알루미늄, 철, 리튬, 마그네슘 또는 망간원자임)으로 표시된 화학조성을 지닌다. 투명성이 양호한 고순도의 전기석은 보석으로서 알려져 있고, 인공적인 단결정 전기석의 제조방법이 개발되어 있다. 본 발명에 있어서, 전기석의 원천은 특히 한정되지 않고 천연 및 인공전기석결정을 동등하게 사용할 수 있다. 전기석은 외부전계에 의한 분극벡터에의 영향없이 자발적인 영구전기분극되기 쉽다. 전기석의 영구분극은 광물질중 가장 강하고, 또 전기석이 원적외광을 방출하는 것도 공지되어 있다. 또한, 전기석은, 유전분극이 외력에 의한 응력의 인가하에서 이온성 결정에 유기되는 현상인 압전효과를 받기 쉽고, 또 상기 결정이 국부적으로 가열될 때 해당 결정의 표면상에의 전하의 발생현상인 초전기효과를 일으키기 쉽다. 또, 내부에 전기석미립자가 분산된 섬유로부터 비이온성 활성이온이 방출된다고 하는 사실도 확립되어 있다.

전기석으로부터의 활성이온방출효과는, 광물이 극미립자형태인 경우 크게 향상된다. 이점에 관해서, 본 발명에서 사용되는 전기석입자는 입자직경이 0.3㎛이하, 바람직하게는 0.2㎛이하일 필요가 있다. 레이온섬유에 함유된 전기석입자의 양은, 활성이온방출과 비용간의 양호한 균형을 얻는 관점으로부터 레이온의 양에 의거해서,0.05∼3중량%, 바람직하게는 0.05∼1.0중량%이다. 전기석입자의 양이 너무 적으면, 당연히 활성이온방출이 너무 낮은 한편, 전기석입자의 양의 상기 상한치를 초과한 증가는 특히 부가적인 이점은 없고 비용증가에 의한 경제적인 단점을 지닌다.

본 발명의 전기석 함유 레이온섬유는, 알루미나, 코디어라이트 및 β-리티아휘석 등의 규산광물질, 지르코니아, 지르콘, 마그네시아, 티탄산알루미늄 등 뿐만 아니라 이산화망간, 산화철, 산화크롬, 산화코발트 및 산화구리 등의 전이금속화합물, 질화규소, 탄화규소 등을 포함한 원적외광을 방출하는 기타 무기 또는 세라믹재료의 미립자를 또 함유해도 된다.

이하, 예를 들면 소위 비스코스프로세스에 의해 레이온섬유를 얻는 본 발명의 전기석함유레이온섬유의 제조방법의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

우선, 전기석을 입자직경이 0.3㎛이하, 바람직하게는 0.2㎛이하인 입자로 미분쇄한다. 이 전기석의 분쇄방법은 건식법 및 습식법을 포함해서 특히 제한되지 않지만, 그중 매체로서 물을 사용하는 습식법이 효율의 관점에서 바람직하다. 또, 필요시, 상기 무기 또는 세라믹재료를 1종이상 습식분쇄공정중에 전기석과 함께 분쇄해도 된다. 이와 같이 해서 얻어진 전기석입자를 비스코스프로세스에 의해 레이온의 방사액에 특정량 첨가하여 종래의 방법으로 방사된 전기석입자를 함유하는 비스코스레이온의 방사수용액을 얻는다. 또, 이 방사수용액에는, 필요시 항균제, 항진균제 및 탈취제 등을 혼합해도 된다.

전기석함유레이온섬유로부터의 활성이온방출의 효율은 후술하는 시험법에 의해 측정가능하다. 즉 전기석함유레이온섬유로부터 방출된 활성이온을 불활성캐리어가스의 흐름에 의해 포획함과 동시에 연속적으로 증류수에 도입하면서 증류수의 전기전도도를 모니터하여 상기 섬유로부터의 활성이온방출량에 상당하는 시간의 증가를 검출한다. 예를 들면, 전기석함유레이온섬유에 의한 생체강장효과는 증류수의 전기전도도가 시험개시로부터 3시간 경과후의 시점에서 적어도 2.2㎲/cm인 경우 특히 현저하다

이하, 전기석함유레이온섬유 및 그의 제조방법을 각종 예에 의해 설명하나, 본 발명의 범위는 어쨋든 이로써 한정되는 것은 결코 아니다.

[실시예 1]

전기석함유레이온섬유를 이하의 방법으로 제조하였다.

종래의 방법에 따라, 목재펄프 100중량부에 20%수산화나트륨수용액 350중량부를 첨가하고, 실온에서 2시간동안 교반하여, 알칼리셀룰로스를 제조하였다. 이 알칼리셀룰로스에 2황화탄소 30중량부를 혼합하고 실온에서 3시간 동안 교반하여 셀룰로스크산텐산나트륨용액을 얻었다.

다음에, 이렇게 얻어진 크산텐산염용액을 수산화나트륨수용액으로 희석함으로써, 셀룰로스함량이 8.7중량%, 총알칼리함량이 6.0중량%, 총황함량이 2.4중량%인 방사액을얻었다. 이 방사액에, 물과립법으로 제조한 입자직경이 0.2㎛이하, 평균 입자직경이 0.15㎛인 전기석미립자를 각각 셀룰로스함량에 의거해서 0.05중량%, 0.1중량%, 0.2중량%, 0.3중량%, 0.5중량%, 1.0중량%, 2.0중량%, 3.0중량%, 5.0중량% 및 7.0중량% 혼합하였다.

이렇게 제조된 전기석입자를 함유한 방사액의 각각을, 직경이 0.08mm인 구멍 50개를 지닌 방적돌기를 사용하여, 방사속도 60m/분으로 하여, 50℃에서 황산 120g/l, 황산나트륨 280g/l 및 황산아연 15g/l를 함유하는 방사조내로 방사한 후, 종래의 2조스트래치방사법으로 연신처리함으로써, 상기와 같이 각기 함량이 다른 전기석함유레이온섬유를 얻었다. 이들을 각각 섬유No.1∼No.10으로 칭하고, 섬도는 15데니르였다.

상기 전기석함량이 서로 다른 레이온섬유에 대해 이하의 방법으로 활성이온방출평가시험을 행하였다.

전기석함유레이온섬유로부터의 활성이온의 방출은, 하기 공정에 따라 도 1에 개략적으로 도시한 장치를 사용하여 20g의 전기석함유레이온섬유층을 통과시킨 후의, 공기를 불어넣은 물의 전기전도도변화에 의해 조사하였다. 즉, 상기 제조한 전기석함유레이온섬유시료를 활성화용기(2)내부에 장착된 시료대(3)에 설치하고, 시료대(3)상의 시료섬유를 전원(7)으로부터의 급전하에 세라믹히터(4)를 사용해서 35℃로 유지함과 동시에, 온도계(5)와 온도조절용 온도센서(6)가 구비된 활성화용기(2)를 에워싸게 하면서, 블로어펌프(1)를 동작시켜 이산화탄소 등이 없는 청정공기를 100㎖/분의 속도로 활성화용기(2)내로 도입시켰다.

시료대(3)를 투과하는 공기를, 온도조절장치(8)가 구비된 유리비커(9)내의, 초기전도도가 21℃에서 1.7㎲/cm인 21℃의 증류수(10)표면에 불어넣고, 증류수(10)의 전도도변화를, 증류수(10)속에 삽입된 봉형상의 백금전극(11)에 의해 전도도미터(12)(Precision LCR Meter, Mode1 4285A, 휴렛팩커드사제품)로 모니터하였다. 하기 표 1에, 입자직경이 0.2㎛이하인 전기석입자를 0.05∼7.0중량%범위의 각종 양으로 함유하는 섬유시료 No.1∼No.10에 대해, 물표면에 공기를 3시간 동안 불어 넣은 후, 증류수(10)의 전도도값을 나타내었다. 상기와 같이 공기를 3시간 불어넣은 후의 물의 전도도를, 레이온섬유중의 전기석입자함량에 관한 함수로서 도 2의 곡선A로 나타내었다.

[실시예 2]

실시예 1에 사용된 전기석미립자대신에 레이온섬유에 배합하는 전기석입자를 평균입자직경이 0.8㎛이고 입자직경이 1.0㎛이하인 것을 사용한 이외에는 실질적으로 실시예 1과 마찬가지로 실험을 행하였다. 전기석입자의 양을 변화시킨 시료No.11 ∼ No.21에 대해, 3시간 동안 공기를 불어넣은 후의 증류수의 전도도값을 표 1에 나타내고, 여기서 시료No.11은 대조용으로, 전기석입자를 함유하지 않은 레이온섬유에 대한 것이다. 공기를 3시간 불어넣은 후의 물의 전도도를 레이온섬유중의 전기석입자함량에 관한 함수로서 도 2의 곡선B(파선)로 나타내었다.

[표 1]

이들 실험결과로부터 알 수 있듯이, 증류수의 전도도는, 전기석입자를 함유하지 않은 레이온섬유의 물의 전도도가 1.84㎲/cm인 대조용과 비교하여, 공기가 전기석입자함유레이온섬유층을 통과하는 경우 물표면에 공기를 3시간 불어넣은 후에 2.08∼2.17㎲/cm로 증가하였다. 증류수의 전기전도도는, 레이온섬유중의 전기석입자의 함량이 0.05∼2.0중량%인 경우, 레이온섬유중의 전기석입자의 함량에 거의 의존하지 않았다.

한편, 레이온섬유에 배합된 전기석입자의 입자직경이 0.2㎛이하인 경우(실시예 2, 도 2의 곡선A), 증류수의 전기전도도는 전기석입자의 함량이 0.2∼0.3중량%일 때 최대치였고, 전기석함량이 2.0중량%까지 더욱 증가한 경우 감소하였다. 또, 증류수의 전기전도도는, 활성이온의 방출이 전기석입자의 입자직경에 의해 크게 의존하는 것을 표시하는 실시예 2에서보다도 훨씬 높았다.

또한, 전기석입자를 각각 0.2중량%와 5.0중량% 함유하는 실시예 1에서 제조한 시료섬유No.3과 No.9에 대해 전자가속전압 160kV에서 고해상투과전자현미경(Mode1 JEM-200CX, 닛뽄덴시사제품)으로 조사한 바, 시료No.3의 전기석입자는 입자직경이 0.02∼0.2㎛로 대부분 0.1㎛이하였고, 섬유중에 군일하게 분산되어 분포하고 있었던 데 대해, 시료No.9의 입자는 입자직경이 0.1㎛이하인 주된 입자의 응집체형태로 있었고, 이들 응집체는 대부분 입자직경이 0.2∼1.8㎛였다.

이들 전자현미경조사결과는 섬유중의 전기석함량이 낮을 경우에는 전기석입자가 섬유중에 매우 균일하게 분산될 수 있으나, 전기석함량이 너무 높을 경우에는, 입자가 응집체를 형성하는 경향이 있다는 것을 나타낸다. 이들 결과는, 전기석입자의 함량이 0.05∼2.0중량%범위에 있을 경우, 증류수의 전기전도도가 크게 증가하는 것을 표시한 도 2의 곡선A와 잘 일치한다.

[응용예(서모그래피 피부-온도측정)]

서모그래피(thermography) 피부-온도측정은, 피부온도를 초고감도의 적외선카메라로 측정하고, 그 피부온도의 분포를 각각의 온도범위에 대응하여 10개의 다른 색을 사용하는 서모그램이라 불리는 차트로 표현하는 방법이다.

매트리스A, B, C라고 칭한, 침대시트용의 3개의 매트리스를, 각각, 실시예 1에서 제조하여 시험한 시료No.3의 전기석함유레이온섬유, 실시예 2에서 제조하여 시험한 시료No.14의 전기석함유레이온섬유 및 전기석입자를 함유하지 않은 시료No.11의 레이온섬유를 포함하는 서로 다른 레이온섬유로부터 제조하였다. 각각의 매트리스 A, B, C를 침대에 펴고, 피검인으로서 건강한 성인을 얼굴을 위로 향하게 해서 눕게했다. 피검인의 피부온도를 서모그래피로 모니터한 바, 매트리스A 및 B에서는 각각, 누운동안 및 누운 후에 발의 온도가 1.1℃ 및 0.6℃상승하여 피하에 있는 혈액순환이 촉진됨을 보였으나, 매트리스C에 누워있는 피검인의 발은 아무런 온도상승이 검출되지 않았다.

상술한 실험결과에 의해, 레이온섬유에 함유되어 있는 전기석입자가 피하혈액순환에 대해 강장효과를 발휘하여 사람피부의 온도를 상승시키는 효과를 지니며, 이 효과는, 실시예 1 및 2에서 얻어진 물의 전기전도도 측정결과와 잘 일치하여 전기석입자의 입자직경에 의존한다는 결론에 이르게 된다. 즉, 실시예 1 및 2에서 행한 물의 전도도측정은, 생체세포에 대한 전기석함유섬유의 피하혈액순환촉진을 야기시키는 강장활성에 관한 양호한 지표를 제공해 준다.

이상 본 발명에 의하면, 생체세포의 활성화를 위해서 유용할 뿐만 아니라, 크게 향상된 고효율로 활성이온을 방출가능한 신규의 전기석함유레이온섬유 및 그의 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. 입자 직경이 0.02~0.2㎛인 전기석입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 전기석입자함유레이온섬유.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전기석입자의 양이 언로드된 레이온섬유의 양에 의거해서 0.05~2.0중량% 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전기석입자함유레이온섬유.
3. 제 2항에 있어서, 상기 전기석입자의 양이 언로드된 레이온섬유의 양에 의거해서 0.05~0.5중량% 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전기석입자함유레이온섬유.
4. 전기석 입자를 함유하는 레이온섬유를 제조하는 방법에 있어서,

   (a) 레이온의 방사수용액을 제조하는 공정;

   (b) 상기 방사수용액중에 입자직경이 0.02~0.2㎛인 전기석입자를 균일하게 분산시키는 공정; 및

   (c) 상기 레이온의 전기석함유방사액을, 전기석입자를 함유하는 섬유의 형태로 방사하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 전기석입자함유레이온섬유의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 전기석입자의 양이 레이온의 방사수용액중의 셀룰로스부분의 양에 의거해서 0.05~2.0중량% 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전기석입자함유레이온섬유의 제조방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 전기석입자의 양이 레이온의 방사수용액중의 셀룰로스부분의 양에 의거해서 0.05~0.5중량% 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전기석입자함유레이온섬유의 제조방법.

Images