KR100544780B1 - 항균성 해도형 폴리에스터계 복합섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해도형 폴리에스터계 복합섬유에 있어서, 도성분은 금속이온을 지닌 제올라이트계 무기입자를 함유하는 마스터 배치 칩(Master Batch chip)과 일반 폴리에스터 칩을 혼합한 성분으로 하고, 해성분으로는 금속 설포네이트염 및 폴리 알킬렌 글라이콜을 공중합시킨 이용해성 폴리에스터로 이루어지고, 용출후의 단사섬도가 0.01∼0.3데니어인 것을 특징으로 하는 항균성 해도형 폴리에스터계 복합섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로서 제조되는 복합섬유는 항균성 및 소취성이 대단히 우수하고, 촉감 및 기모성이 우수한 다기능성 폴리에스터계 복합섬유이다.

Description

항균성 해도형 폴리에스터계 복합섬유 및 그 제조방법 {Antibacterial sea-island polyester composite filament and precipitation thereof}

본 발명은 폴리에스터 섬유의 제조시 일정 함량의 금속이온을 지닌 제올라이트계 무기입자를 함유한 폴리에스터 마스터 배치 칩을 일정 비율로 혼합하고 복합방사법을 하여 항균 및 소취성이 뛰어난 초극세 폴리에스터 복합섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

생활 수준의 향상과 환경에 대한 여러 사람들의 관심이 증대되고 있는 현실에서 고부가가치를 갖는 차별화 소재의 일환으로 인공피혁, 고급 스웨드 제품, 고급 완구류, 고질감 의류용 직편물에 응용할 수 있는 극세 복합사에 관한 수요가 증가하고 있다.

그런데, 섬유는 인체로부터의 땀, 지방, 단백질 및 기타 유기물이 부착되면 세균 등 미생물의 증식에 유리한 환경을 조성하기 때문에 섬유의 변퇴색을 일으키며 사람에게도 접촉을 통하여 질병을 일으킬 수 있다. 특히, 섬유에 서식하는 각종 미생물은 섬유를 손상시키는 원인 외에 세균이 서식하고 있는 섬유와의 접촉을 통 하여 치명적인 질병을 유발할 수 있으며 더구나 지속적인 생활 수준의 향상은 아파트 등의 집단적인 생활을 통하여 세균의 번식이 용이하고, 장마철 또는 동절기에 그 피해가 확산되며, 유아 또는 노년층, 병약자 등 면역력이 약한 사람들에게 감염될 확률이 높다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 첫째 중합시 항균물질을 도입하는 방법, 둘째 방사시 항균물질을 혼합방사하는 방법, 셋째 후가공시 항균물질을 부여하는 방법 등이 있다. 이러한 방법을 통하여 항균, 소취기능을 부여하는 방법이 종래부터 관심의 대상이 되어 왔으며 최근 소비자들의 생활 수준이 향상되고 보다 쾌적한 생활에 대한 욕구가 증대되는 추세에 부응하여 후가공 공정 뿐 아니라 중합물의 개질 또는 항균성이 뛰어난 물질의 혼합 및 복합방사를 통하여 항균성 및 소취성이 우수한 섬유의 제조에 대한 연구가 늘어나고 있는 실정이다.

이에 따라 일본특허 특개소 59-134418, 61-17567 등에서는 범용 폴리에스터 섬유에 금속 화합물이나 지르코니아 함유 액상제를 스프레이법으로 도포하는 방법이 제시되었으나 세탁내구성이 문제되었다. 이러한 단점을 개선키 위해 한국특허출원 제1993-0009061호 등에서는 무기 항균제 조성물을 섬유에 부착한 후 열처리하는 방법 등이 제시되었으나 한계가 있었다. 한편, 한국특허출원 제1992-0008832호에서는 무기계 항균제를 액상 폴리에스터형 분산제에 혼합하여 방사공정에 투입하는 방법을 도모하였고 일본특개소 61-234390, 62-101643 및 한국특허출원 제1991-0014960, 1990-0022031, 1990-0022031호에서는 무기계 제올라이트, 산화물계 세라믹, 다공성 알루미나 실리케이트 및 고온 소성 처리한 실리카/알루미나(Silica/Alumina )등을 이용하여 마스터 배치 칩을 제조한 후 혼합방사를 통해 항균성이 우수한 폴리에스터 섬유 제조방법을 공지하였으나 무기 항균제의 강력한 수분 흡수 특징으로 용융방사시 방사성 확보가 어렵고 점도 저하에 따른 섬유의 물성 저하 및 무기물 미립자에 의한 압력상승, 기타 색상불량 및 분산성 조절 등이 여전히 문제로 남아 있다.

한편, 한국특허출원 제1997-0061814호에서는 금속산화물이나, 세균 등 유해물질의 흡착력이 우수하고, 유효 미네랄 방출이 가능한 원적외선을 방출하는 맥반석을 이용한 방법이 개발되었다. 그러나, 천연광물인 맥반석을 이용하여 섬유화하는 방법에 있어서, 미세다공이 많고 입자간 인력이 강한 맥반석은 기존의 방법을 통하여 입자분산성 조절 및 입자 혼련이 매우 어려우며, 2데니어 이하의 세섬도 필라멘트 방사시에는 미립자에 의한 압력상승으로 인한 사절 등이 발생하여 방사가 매우 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 기술상의 문제점을 해결하고 항균 원사의 기능성을 저해하지 않으면서 입모 및 촉감 등 품질이 우수한 폴리에스터 초극세사의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기에서 서술한 문제점들은 주로 미립자들의 응집현상과 강력한 수분흡수 특징으로 인한 용융방사시의 점도 저하에 의한 것으로 볼 수 있다. 본 발명자는 이를 개선하기 위하여 마스터 배치 칩 제조시 점도 저하에 따른 방사성 및 물성 저하 를 개선하기 위해 고점도(IV 0.70∼0.90)칩을 이용하여 평균입경 0.01∼3.0㎛의 항균 무기물 미립자를 1∼20중량% 함유한 마스터 배치 칩을 제조한다. 또한 응집현상을 방지하기 위해서 평균입도가 0.5㎛ 이하인 입자가 60% 이상 분포된 무기계 미립자를 사용하고 섬유 내 미립자의 농도는 0.1∼5중량%으로 투입하는 경우에 기능성의 향상 및 방사성 및 물성이 개선되며 미립자의 농도가 최적화된다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.

그러므로 본 발명에 의하면 해도형 폴리에스터계 복합섬유에 있어서, 도성분은 고유점도(Ⅳ) 0.70~0.90dl/g인 폴리에스터에 금속이온을 지니며 평균입경이 0.01~3.0㎛이고, 입경 0.5㎛이하인 입자가 무기입자 총중량의 60중량% 이상인 제올라이트계 무기입자를 1~20중량% 함유시킨 마스터 배치 침(Master Batch chip)과 일반 폴리에스터 칩을 혼합한 성분으로 하고, 해성분으로는 금속 설포네이트염 및 폴리 알킬렌 글라이콜을 공중합시킨 이용해성 폴리에스터로 이루어지고, 용출후의 단사섬도가 0.01~0.3데니어인 것을 특징으로 하는 항균성 해도형 폴리에스터계 복합섬유가 제공된다.

또한 상기 항균성 해도형 폴리에스터계 복합섬유를 제조하는 바람직한 방법으로는, 도성분과 해성분을 혼합하되 도성분은 금속이온을 지닌 제올라이트계 무기입자를 고유점도(Ⅳ) 0.70~0.90dl/g인 폴리에스터에 1~20중량% 함유시킨 마스터 배치 칩(Master Batch chip)과 일반 폴리에스터 칩을 혼합한 성분으로 하고, 해성분으로는 금속 설포네이트염 및 폴리 알킬렌 글라이콜을 공중합시킨 이용해성 폴리에스터로 하여 복합방사하는 것을 특징으로 하는 항균성 해도형 폴리에스터계 복합섬유의 제조방법이 제공된다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 항균성 해도형 폴리에스터계 복합섬유는 도성분과 해성분으로 구성되는데 제올라이트계 무기입자를 함유하는 마스터 배치 칩(Master Batch chip)과 일반 폴리에스터 칩이 혼합된 도성분과 금속 설포네이트염 및 폴리 알킬렌 글라이콜을 공중합시킨 이용해성 폴리에스터가 해성분으로 되어 이루어진다.

본 발명에서 도성분의 성분으로 사용하는 제올라이트계 무기입자는 합성 또는 천연의 제올라이트에 은, 동, 아연 등과 같은 항균성을 갖는 금속을 나트륨 이온과 이온교환 반응을 시켜 제조한 항균 작용을 하는 금속을 함유하는 무기 고체입자를 사용할 수 있다.

일반적으로 제올라이트 구조물은 천연의 제올라이트나 합성 제올라이트에 관계없이 그 구조내에 5% 내지 32%의 수분을 함유하고 있고 수분을 흡,탈착하는 성질을 갖고 있으므로 폴리에스터 섬유 제조시 수분에 의한 가수분해로 물성 저하를 야기하게 된다. 이러한 제올라이트 구조 내에서 수분을 완전히 제거하는 것은 매우 어렵고 또한 수분을 만족할 만한 수준으로 제거하더라도 보관 또는 마스터 배치 및 섬유 제조공정 중 대기의 수분을 급속히 흡착하는 성질 때문에 폴리에스터 섬유 제조시의 물성 저하를 막기 위해서는 세심한 주의가 요구된다.

이러한 물성 저하를 방지하기 위해 본 발명에서는 평균입경 0.01∼3.0㎛인 항균 무기물 미립자를 1∼20중량% 함유한 마스터 배치 칩을 제조함에 있어서는 통상의 일반 폴리에스터보다 극한점도가 높은 고점도 칩을 이용한다. 이때 입자 크기가 3.0㎛보다 크게되면 복합사 제조시 입자 크기로 인하여 복합사 단면이 불량해지 는 원인이 된다. 또한 미립자들의 응집에 따른 방사성 저하 및 압력상승 문제는 주로 입자의 크기, 형상, 표면적, 비중, 전하 및 화학적 성질 등에 의하여 발생되는데 특히 입자의 산포도는 분산성에 직접적인 영향을 미친다. 일반적으로 크기면에서 평균 입도가 0.5㎛ 이하인 입자가 60% 이하인 경우에는 분자간의 인력으로 인해 응집화 현상이 매우 빠르게 발생하고, 이에 따라 방사성을 크게 저하시키게 된다. 따라서 상기의 응집화 현상을 방지하기 위해서는 크기가 평균 입도(0.5㎛)이하인 입자가 60%이상 분포된 무기물 미립자를 사용하는 것이 바람직하다. 섬유 내 미립자의 농도는 0.1∼5중량%가 적당한데 그 이상으로 투입할 경우 기능성의 향상은 크지 않고 방사성 및 물성 저하가 크게 되어 미립자의 농도를 최적화하는 것이 필요하다. 또한 이때 사용하는 고점도 칩은 극한점도 기준 0.70이상의 것이 좋은데, 극한점도 0.70미만의 것을 사용하면 방사 후 제사시 사절 및 모우 등의 발생으로 물성 및 공정성이 떨어지는 원인이 된다.

이렇게 제조한 마스터 칩을 통상의 폴리에스터와 혼합하여 이를 도성분으로 하고, 이용해성 폴리에스터 폴리머를 해성분으로 하는데 해성분으로는 용출후 도성분의 항균성을 유지하면서 직편물 제조시 입모성을 유지하기 위해 도성분에 대비하여 해성분 용출속도가 매우 빠른 공중합 폴리에스터를 사용하는 것이 필수적이다. 구체적으로는 금속 설포네이트염을 함유하는 비스하이드록시 에틸 아이소프탈레이트 성분( Bis hydroxy ethyl isophthalate, 이하 DES로 약칭한다)을 중합물 대비 1∼6몰% 함유하고 평균 분자량이 2,000∼15,000인 폴리 알킬렌 에테르 글라이콜을 중합물 대비 3∼15 중량% 함유한 공중합 폴리에스터를 사용할 수 있다.

폴리 알킬렌 에테르 글라이콜(Poly alkylene ether glycol, 이하 PAG로 약칭한다)의 함량이 3중량%보다 낮을 경우에는 알칼리 수용액에 대한 용출성이 낮아져 초극세사의 제조가 어려울 뿐만 아니라 용출성을 높이기 위해 DES 함량을 높여야 하며 이 경우 다시 고중합도의 중합물을 얻기 어려운 문제가 반복적으로 발생한다. 또한 함량이 15중량%를 넘는 경우에는 중합물의 용융온도가 너무 낮아져 열적안정성에 큰 문제가 생기며 거품(foam)이 대량으로 생겨 중합 공정의 관리가 어려운 문제가 발생한다.

본 발명에서의 항균성 해도형 복합섬유는 상기한 도성분과 해성분의 폴리에스테르계 폴리머를 해도형 복합방사 설비를 활용하여 제조할 수 있다. 이때 도성분과 해성분간 복합비가 중량비로 75:25∼50:50의 비율로 하고 형태를 형성하도록 하여 방사구금에서 용융압출시키고 용융압출된 사조를 냉각장치를 통하여 냉각시킨 후 방사구금 직하에 설치된 가열통을 통하여 통과시킨 후 유제 공급장치를 통하여 유제를 부여하고 권취 장치를 통하여 권취한다.

한편, 해성분 용출후의 단사섬도는 0.01∼0.3데니어인 것이 바람직하다. 단사섬도가 0.01데니어 미만이면 항균 입자 분포에 비하여 도성분의 섬도가 낮아서 정상적인 단면 형성이 어려워지고 사절이 자주 발생되어 제사 공정시의 효율이 저하되며 0.3데니어 이상이면 직편물 제조시 스웨이드조의 발현이 저하되는 단점이 있다.

상기에 설명된 항균제 및 방사장치를 이용하여 항균성 및 소취성이 우수한 초극세 폴리에스터를 제조하는 방법을 이하의 실시예로 자세히 설명하고자 한다. 하지만 본 발명이 다음의 예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

제올라이트계 무기물 미립자의 평균 크기가 1.5㎛ 이고 0.5㎛ 이하의 크기를 갖는 입자가 60% 분포한 미분말을 고유점도 0.79인 고점도 폴리에스터와 용융 혼합(90 : 10)하여 마스터 배치 칩(Master Batch Chip)(이하 MB칩)을 만들고 고유점도 0.64인 통상 폴리에스터와 혼합하여 도성분내 미립자의 농도가 1.0중량%가 되도록 한다.

해성분으로는 금속 설포네이트염을 함유하는 DES성분을 중합물 대비 2.7몰%, 평균 분자량이 4,000인 PAG를 중합물 대비 10중량% 투입한 공중합 폴리에스터를 사용하였다.

상기의 도성분과 해성분을 중량비 기준으로 70:30으로 하여 복합방사 장치를 사용하여 2800m/분의 속도로 방사한 다음 통상의 연신 설비를 이용하여 연신비 1.75로 연신하여 75데니어 폴리에스터계 복합 섬유를 제조하였다. 제조된 폴리에스터계 복합 섬유를 레이저 산란법에 의한 말버른(MALVERN)사의 입도분석기 및 이미지 어넬라이져(Image analyzer)가 장착된 전자현미경(SEM)을 이용하여 투입된 입자의 입도분포를 측정하였으며, 복합방사기를 48시간 동안 가동하여 권량기준 4kg으로 하여 전체 생산량에 대한 만관량의 비율을 만관율로 하여 방사성을 평가하였으며, KS K 0693 정량평가법을 사용하여 폴리에스터계 복합섬유의 항균성을 평가하였다.

[비교예 1]

실시예 1에서 항균 마스터 칩을 첨가하지 않은 통상의 폴리에스터를 도성분으로 하고 표1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 조건에서 폴리에스터계 복합섬유를 제조하였다.

[비교예 2∼4]

비교예 1에서 항균 마스터 칩을 첨가한 폴리에스터를 도성분으로 하고 표1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건에서 폴리에스터계 복합섬유를 제조하였다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
입자크기 (㎛)	1.5	1.5	1.5	1.5	-	1.5	1.5	1.5
입자 분포(%) (0.5㎛이하)	60	60	60	60	-	40	60	40
도 성 분 입자량 (wt%)	1.0	1.0	1.0	1.0	-	1.0	1.0	1.0
도성분 갯수	37	19	51	7	37	37	3	2
도성분 단사섬도	0.04	0.08	0.03	0.2	0.04	0.04	0.5	0.7

상기 실시예1∼4 및 비교예1∼4에 의해 제조된 최종제품의 특성을 표2에 나타내고 있다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
방사성(%)	97	98	96	99	98	70	95	95
항균성(%)	99	99	99	99	72	92	98	97
스웨이드 효 과	◎	○	◎	○	◎	◎	△	×

*스웨이드 효과 : ◎ : 매우 양호 ○ : 양 호 △ : 보 통 × ; 불 량

*상기 실시예1에서는 방사성 및 항균성이 우수하고 스웨이드 효과가 매우 양호하나, 비교예1에서는 항균 마스터 칩을 첨가하지 않았기 때문에 항균성 수치가 낮게 나타나며, 비교예2에서는 0.5㎛이하의 입자 분포(%)가 낮은 관계로 방사성이 좋지않게 나타난다. 또한 비교예3에서는 도성분의 수가 적어 충분한 스웨이드 효과가 발현되지 아니하며 비교예4에서는 스웨이드효과가 나타나지 않았다.

본 발명에 의해 폴리에스터 비이용해성 성분과 이용해성 성분으로 이루어진 상기 항균성 해도형 폴리에스터계 복합섬유는 세균과 미생물의 번식을 억제하여 항균성 및 소취성이 우수한 섬유제품으로 이용할 수 있으며, 폴리에스터 복합섬유중의 해성분 용출이 용이하여 초극세사를 용이하게 제조할 수 있으며 제직후 스웨이드효과를 높일 수 있어 촉감 및 기모성이 우수한 섬유제품을 제조할 수 있다.

Claims (4)

1. 해도형 폴리에스터계 복합섬유에 있어서, 도성분은 고유점도(Ⅳ) 0.70~0.90dl/g인 폴리에스터에 금속이온을 지니며 평균입경이 0.01~3.0㎛이고, 입경 0.5㎛이하인 입자가 무기입자 총중량의 60중량% 이상인 제올라이트계 무기입자를 1~20중량% 함유시킨 마스터 배치 침(Master Batch chip)과 일반 폴리에스터 칩을 혼합한 성분으로 하고, 해성분으로는 금속 설포네이트염 및 폴리 알킬렌 글라이콜을 공중합시킨 이용해성 폴리에스터로 이루어지고, 용출후의 단사섬도가 0.01~0.3데니어인 것을 특징으로 하는 항균성 해도형 폴리에스터계 복합섬유.
2. 제 1항에 있어서, 도성분을 구성하는 폴리에스터가 금속이온을 지닌 제올라이트 성분을 0.1∼1.0중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 항균성 해도형 폴리에스터계 복합섬유.
3. 삭제
4. 해도형 폴리에스터계 복합섬유의 제조방법에 있어서, 도성분과 해성분을 혼합하되 도성분은 금속이온을 지닌 제올라이트계 무기입자를 고유점도(Ⅳ) 0.70~0.90dl/g인 폴리에스터에 1~20중량% 함유시킨 마스터 배치 칩(Master Batch chip)과 일반 폴리에스터 칩을 혼합한 성분으로 하고, 해성분으로는 금속 설포네이트염 및 폴리 알킬렌 글라이콜을 공중합시킨 이용해성 폴리에스터로 하여 복합방사하는 것을 특징으로 하는 항균성 해도형 폴리에스터계 복합섬유의 제조방법.