KR100426789B1

KR100426789B1 - 페그마타이트와 키토산을 이용한 기능성 섬유 제조방법

Info

Publication number: KR100426789B1
Application number: KR10-2002-0002727A
Authority: KR
Inventors: 박성태
Original assignee: (주)대동바이오텍
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2004-04-14
Also published as: KR20020023327A

Abstract

본 발명은 섬유제품에 항균방취기능 및 보습성을 부여하기 위하여 천연고분자물질인 키토산과 천연 광물질인 페 그마타이트(pegmatite:거정석)를 위생가공제로 하고, 상기 위생가공제를 섬유에 부착하기 위하여 유기용 바인더 대신에 수용성 바인더를 사용하여 1Layer 또는 3Layer 기법으로 코팅하여 된 기능성 섬유제조방법에 관한 것으로, 항균방취효과와 함께 보습성 및 원적외선 효과를 향상시키고 유산소 운동에 따르는 에너지 교환과 지방제거를 극대화하여, 신진대사를 촉진 및 혈액순환 개선을 유도하여 기초대사율의 최대활용을 통해 요요현상이나 신진대사기능장애를 불러 일으키지 않으면서 신체와 친화적으로 비만을 극복할 수 있는 효과가 있는 페그마타이트와 키토산을 이용한 기능성 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

Description

페그마타이트와 키토산을 이용한 기능성 섬유 제조방법{Ability fiber manufacture method to use pegmatite and Quito acid}

본 발명은 섬유제품에 항균방취기능 및 보습성을 부여하기 위하여 천연고분자물질인 키토산의 도입과 함께 원적외선 효과를 부여하기 위한 천연 광물질인 페그마타이트(pegmatite:거정석)를 위생가공제로 하고, 상기 위생가공제를 섬유에 부착하기 위하여 유기용 바인더를 사용하지 않고 수용성 바인더를 사용하여 1Layer 또는 3Layer 기법으로 코팅하여 된 기능성 섬유제조방법에 관한 것으로, 항균방취효과와 함께 보습성 및 원적외선 효과를 동시에 부여하는 기능성 섬유 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 인체에서 분비되는 땀, 지방질, 노폐물, 분뇨등을 영양원으로 하여 번식하는 황색포도상구균이나 요소 분해균은 피부의 민감한 부위에 피부 질환을 유발하는 등 인체와 자연환경에 유해할 뿐만 아니라, 오염물 분해작용에 관여하여 암모니아 가스를 발생시키고 악취를 내어, 현실적으로 항균성 섬유의 사용이 절실히 필요하게 되었다.

특히 운동후의 내의나 운동복에서 발생되는 악취제거는 피부보호를 위해서도 항균방취가공의 필요성이 요구되고 있는 실정이다.

지금까지 알려진 항균 방취가공방법으로는 섬유(직물원단) 제품에 은, 구리, 아연, 산화은, Acrylonitril-황화동복합체, 산화아연등과 같은 무기화합물을 도포하거나 4급 암모늄과 같은 유기화합물을 도포하는 방법이 있으며, 또한 저분자와 고분자를 4급 암모늄과 공중합시켜 방사하는 방법과; 섬유의 표면을 피리듐염 4급, 암모늄염과 반응시키도록하는 방법과; 단순히 키토산을 묽은 유기산에 용해시켜 키토산염 형태로 섬유제품에 패딩시켜 위생제품으로 만드는 방법이 있다.

이와 같은 금속이온이나 4급 암모늄염에 따른 세균 및 살균작용은 섬유표면에 형성된 항균작용기에 미생물이 직접 접촉되어 이루어지는 것으로서, 세포벽이음이온으로 대전되어 있는 미생물이 금속이온이나 4급 암모늄의 양이온과 전기적으로 결합되어, 세포기능인 전자전달계가 저하되고 이로 인해 호흡이 정지되거나 세포벽이 파괴되며 또한 상기 세포액은 유출되면서 사멸하게 되는 것이다.

그러나 이와 같은 항균성화합물로 된 유기 가공제들은 섬유에 유기적으로 접촉되지 못하는 문제와 함께 세탁 내구성의 결여, 촉감의 저하, 형광증백품에 처리되었을 경우 음이온성 함유 염료로부터 형광이 소실되거나 변색이 발생하는 단점이 있다.

또한, 이들중 일부는 장시간 자외선에 노출되면서 고분자쇄의 일부가 절단되어 위생제품의 황변현상 또는 위생가공제로서의 기능이 상실될 뿐만 아니라, 인체에 작용하여 아토성피부염과 같은 알레르기성 피부질환을 유발시키는 유해물질로 변성될 수 있는 문제점이 있다.

그리고 키토산을 이용한 섬유제품의 항균방취가공을 부여하기 위해서는 어떤 방법으로든 키토산을 용해하고 섬유제품에 처리하는 공정을 거쳐야 한다.

그러나 상기에서 언급된 키토산은 물에 녹지 않고 유기산 수용액에서 용해되므로 인하여 섬유제품에 처리하기 위해서는 묽은 산 용액으로 처리해야 하는데, 이때 섬유는 상해를 받기 쉽다.

또한, 산과 염의 결합으로 형성되어 양이온을 띠고 있는 키토산은 NaOH와 같은 알카리 용액으로 처리하면 암모늄이온이 아민기로 전환되므로 인하여 항균방취 기능이 소실되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해소할 수 있도록 된 위생가공제와 상기 위생가공제를 이용한 기능성 섬유 제조방법을 제공하여 섬유원단에 대하여 적용될 수 있는 위생가공제를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 페그마타이트 분말, 바인더, 용제 및 키토산을 묽은 유기산에 용해시켜 목적물인 위생가공제를 얻고 이와 같이 얻어진 위생가공제를 패딩 또는 코팅을 실시할 때에 첨가하여 섬유가 원적외선 및 항균방취, 보습효과 등의 기능을 부가시킬 수 있도록 된 기능성 섬유제품을 얻도록 하였으며, 상기 페그마타이트를 효과적으로 섬유에 부착되게 하기 위하여 바인더인 폴리우레탄 수지를 사용하고 바인더의 용제로는 Methyl ethyl ketone(MEK)을 사용하는 수단과; 상기 페그마타이트와 키토산을 동시에 섬유에 부착되게 하기 위하여 페그마타이트는 수용성 바인더를 사용하여 이루어지는 수단과; 셀룰로즈의 구조와 비슷한 구조를 갖는 키토산은 묽은 유기산(초산, 젖산, 의산) 등으로 녹이면 분자쇄증에서 2번 탄소에 붙어 있는 아민기(-NH₂)에 제4급 염화가 형성되므로써 양(+)이온 작용이 극대화되어 탁월한 위생가공효과를 얻을 수 있는 기능성 섬유 제조방법에 관한 것이다.

도 1a, 1b는 페그마타이트가 도포된 기능성 섬유제품을 전자현미경으로 촬영한 상태도

도 2a, 2b는 페그마타이트와 키토산 용액을 폴리우레탄 바인더로 도포된 기능성 섬유제품을 전자현미경으로 촬영한 상태도

도 3a, 3b는 페그마타이트을 바인더로 1차 코팅, 키토산 용액을 2차 코팅, 페그마타이트를 바인더로 3차 코팅한 기능성 섬유제품을 전자현미경으로 촬용한 상태도

도 4a, 4b 및 도 5a, 5b는 페그마타이트와 키토산 용액을 거품발생기를 이용하여 혼합시키고 섬유원단에 도포한 기능성 섬유제품을 전자현미경으로 촬영한 상태도

본 발명의 위생가공제와 상기 위생가공제를 이용한 기능성 섬유 제조방법을 제공하여 섬유원단에 적용될 수 있도록 구성된 위생가공제는 페그마타이트와 키토산의 혼합물질로 하였다.

이하, 본 발명의 실시예에 의해서 이루어진 그 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 위생가공제로 사용되는 페그마타이트는 천연 광물질로서, 원소분석 결과 게르마늄(Ge). 세레늄(Se), 홀륨(Ho), 세륨(Ce), 산화나트륨(Na₂O), 산화칼슘(CaO), 산화칼륨(K₂O), 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO₂) 등을 대표적으로 함유하고 있다.

그리고 키토산은 환경문제가 거의 없고 인체에 무해한 천연 항미생물중 가장 대표적인 것으로 항균성, 인체적합성 및 양이온성의 특징이 있다.

또한, 상기 키토산으로 처리된 섬유는 항미생물성, 방취 및 보습효과 등 복합적인 기능을 나타내는 것으로 널리 알려져 있다.

한편, 상기 키토산은 기히 공용되는 물질로서 그의 추출 방법과 효과에 대한 구체적인 설명은 생략키로 한다.

그리고 본 발명에서의 페그마타이트를 이용한 위생 가공제 제조 및 도포방법으로 기능성 섬유를 제조하는 방법은 바인더 대비 MEK 5∼10%(중량)로 폴리우레탄을 녹이고, 페그마타이트 분말 5∼30Wt%를 첨가하여 섬유상에 도포하는 방법이다.

따라서, 본 발명에서 페그마타이트 및 키토산을 이용한 위생가공제 제조 및 도포방법에 의한 기능성 섬유를 제조하는 방법으로는 3 Layer Type Coating, 1 Layer Type Coating, 1 Layer Type Foam Coating하는 3종류로 대별할 수 있다.

그리고 제 1의 수단으로는 3 Layer 형식으로 키토산을 다량 도포가능하며,중간층에 고르게 필름이 형성되고 수지 상부와 하부층에 의해 block(블록)이 형성되어 키토산이 섬유로 부터 이탈되지 못하도록 하는 방법으로 아래와 같다.

* 3 Layer Type Coating

- 1층(Layer) : 코팅 바인더에 거정석을 첨가(바인더 대비 20∼40Wt%)하여 고속 교반기를 이용하여 고르게 혼합하여 1차 도포한다.

- 2층(Layer) : 묽은 초산촉매에 녹인 키토산 용액(빙초산 1% 용액에 키토산 0.1∼3%로 녹인 키토산 용액)을 코팅에 알맞은 점도(바인더 대비 2∼10%)로 첨가한 후 1 Layer 위에 고르게 도포한다.

- 3층(Layer) : 1층(Layer)과 동일하게 2층(Layer)위에 top 코팅한다.

그리고 제 2의 수단은 1 Layer Type Coating 즉, 한꺼번에 (1욕법) 필요한 바인더, 페그마타이트(바인더 대비 10∼40Wt%), 키토산(바인더 대비 키토산 0,3% 용액을 2∼20%)을 함께 혼합하여 섬유상에 도포하는 것이다.

그리고 제 3의 수단은 1 Layer Type Foam Coating 즉 바인더, 거정석 15Wt%, 키토산 2%용액(빙초산 1% 용액에 키토산 2% 용액제조)을 함께 혼합하여 foam generator(거품 발생기)를 이용하여 섬유상에 도포하는 방법으로 일반 도포 방법과는 달리 코팅층이 micropore cell(미세 구멍층) 구조를 형성하여 통기성을 지닌 코팅층을 형성하는 것이다.

한편, 도포에 의한 기능성섬유 제조 방법은 통상의 코팅(도포) 방법과 동일한 방법과 조건하에 실시되며, 코팅(도포)되는 섬유의 조건 및 특성에 따라 달라지는 코팅(도포) 조건은 기존의 조건과 유사하게 변화되므로 구체적인 코팅(도포) 공정의 설명은 일반적인 방법으로 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서 상기와 같은 방법에 의하여 실험한 결과는 다음과 같으며, 아래의 실시예와 시험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1 >

바인더 대비 MEK 5∼10Wt%로 폴리우레탄을 녹이고, 페그마타이트 20Wt%를 첨가하여 섬유상에 도포하는 방법이다.

< 실시예 2 >

1. 코팅 바인더에 거정석을 바인더 대비 30Wt% 첨가시키고 고속 교반기를 이용하여 고르게 혼합하여 1차 도포한다.

2. 묽은 초산촉매에 녹인 키토산 용액(빙초산 1% 용액에 키토산 2%로 녹인 키토산 용액)을 코팅에 알맞은 점도(바인더 대비 5%)로 첨가한 후 1층(Layer) 위에 고르게 도포한다.

3. 1층(Layer)과 동일하게 2층(Layer) 위에 고르게 도포한다.

< 실시예 3 >

페그마타이트(바인더 대비 10∼40Wt%), 키토산(바인더 대비 키토산 0.3% 용액을 2∼20%)을 함께 혼합하여 섬유상에 도포하는 것이다.

< 실시예 4 >

페그마타이트를 10∼30Wt%, 키토산 0.5∼5%용액(1% 빙초산 용액에 키토산 2% 용액 제조)을 함께 혼합하여 foam generator(거품 발생기)를 이용하여 섬유상에 도포하는 방법으로 일반 도포 방법과는 달리 코팅층이 micropore cell(미세 구멍층)구조를 형성하여 통기성을 지닌 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.

그리고 상기 실시예 공정에 따라 얻어진 최종목적물인 섬유기능성 제품의 원적외선 방사량 측정 결과는 아래와 같다.

[ 실험예 1 ]

페그마타이트 함량을 5, 10, 20, 30 Wt% 4종에 대하여 폴리우레탄 바인더로 섬유원단에 도포하여 인간의 체온 상태인 37℃에서 원적외선 방사량을 측정하였다.

Sample	방사율(5∼20㎛)	방사에너지(W/㎡·㎛,37℃)
섬유원단(A)	0,892	3.44 ×10²
섬유원단(B)	0.896	3.45 ×10²
섬유원단(C)	0.899	3.47 ×10²
섬유원단(D)	0.902	3.48 ×10²

(표1) 페그마타이트로 코팅처리한 섬유원단의 원적외선 방사에너지

[ 실험예 2 ]

페그마타이트 함량을 20Wt%를 폴리우레탄과 혼합하여 섬유원단에 도포한 후 표면 및 단면을 전자 현미경(SEM)으로 촬용하여 도 1에 나타내었다.

[ 실험예 3 ]

바인더 대비 각각 페그마타이트 함량을 20Wt%, 키토산 2% 용액(1% 빙초산 용액에 키토산 2% 용액제조)를 폴리우레탄 바인더로 혼합하여 섬유원단에 도포한 후 표면 및 단면을 전자 현미경(SEM)으로 촬영하여 도 2와 같이 나타내었다.

[ 실험예 4 ]

바인더 대비 페그마타이트 함량을 15Wt%로 폴리우레탄으로 1차 도포후, 키토산 2% 용액(빙초산1% 용액에 키토산 2% 용액제조)을 2차 도포하고, 바인더 대비 페그마타이트 함량을 10Wt%로 폴리우레탄 바인더로 3차 섬유원단에 도포한 후 표면 및 단면을 전자 현미경(SEM)으로 촬용하여 도 3과 같이 나타내었다.

[ 실험예 5 ]

바인더, 거정석 15Wt%, 키토산 2%용액(1% 빙초산 용액에 키토산 2% 용액 제조)을 거품발생기(foam generator)를 이용하여 혼합시키고 섬유원단에 도포한 후, 표면 및 단면을 전자현미경(SEM)으로 촬영하여 도 4와 같이 나타내었으며, 상기 방법으로 통기성/투습성(투습방수가공)이 부여되는 구멍이 발생되었음.

[ 실험예 6 ]

페그마타이트와 키토산을 이용한 위생가공제로 처리된 섬유원단의 항균도 조사는 KS KO693법에 따라 실시하였으며, 양성지성 세균인 스테필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus : ATTC D6538)를 공시균으로 사용하였다.

시료(Sample)	1	2	3	4
균감소율(%)	99.9%	99.9%	99.9%	99.9%

(표2) 위생가공처리된 섬유원단의 항균도(균감소율%)

[ 결과 ]

위생가공 처리된 섬유우레탄의 각 시료들은 균이 거의 완벽하게 소멸되었음을 확인할 수 있었다.

이상과 같이 코탕처리한 원단의 원적외선 방사율 측정결과 37℃, 5∼12㎛에서 89% 이상으로 나타났으며, 원적외선 효과인 유산소 운동에 따르는 에너지 교환과 지방제거를 극대화하여, 신체에 무리없이 신진대사를 촉진하고, 체온을 상승시켜 혈액순환 개선을 유도하여 기초대사율의 최대활용을 통해 요요현상이나 신진대사기능장애를 불러 일으키지 않으면서 신체와 친화적으로 비만을 극복할 수 있는 효과가 있다.

Claims

페그마타이트와 키토산을 이용한 기능성 섬유 제조방법에 있어서,

상기 페그마타이트 분말, 바인더 용제와 키토산을 묽은 유기산에 용해시켜 하나의 위생가공제로 구성시키되, 상기 위생가공제를 섬유제품 표면에 도포하여 부착시키기 위하여 바인더인 폴리우레탄을 사용하는 수단과; 상기 바인더의 용제로 Methyl ethyl ketone(MEK)을 사용하여 제조함을 특징으로 하는 페그마타이트와 키토산을 이용한 기능성 섬유 제조방법
제 1항에 있어서,

상기 바인더 대비 MEK 5∼40%로 폴리우레탄을 녹이고, 페그마타이트 5∼30Wt%를 혼합한 위생가공제를 제조함을 특징으로 하는 페그마타이트와 키토산을 이용한 기능성 섬유 제조방법
제 1항에 있어서,

상기 바인더 대비 MEK 5∼40%로 폴리우레탄을 녹이고, 페그마타이트5∼30Wt%, 키토산 0.5%∼10%용액을 혼합한 위생가공제를 제조함을 특징으로 하는 페그마타이트와 키토산을 이용한 기능성 섬유 제조방법
제 1항에 있어서,

코팅 바인더에 페그마타이트를 바인더 대비 5∼30Wt%첨가하여 고속 교반기를 이용하여 혼합시킨 후 섬유표면에 1차 도포하고 묽은 초산 촉매에 녹은 키토산 0.5∼10%용액의 위생가공제를 상기 1차 도포된 표면위에 다시 고르게 도포하여 코팅시킬 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 페그마타이트와 키토산을 이용한 기능성 섬유 제조방법
제 1항에 있어서,

상기 페그마타이트 바인더 대비 10∼30Wt%와 키토산 0.5∼10%용액이 혼합된 위생가공제를 섬유표면에 도포하여 코팅시킬 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 페그마타이트와 키토산을 이용한 기능성 섬유 제조방법