KR100551916B1 - 아황산칼슘 입자를 함유하는 기능성 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아황산칼슘 입자를 함유하는 섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 의류용, 침장용, 의료용, 산업용 내장재, 필터류 등에 적용하여 인체에 유해하거나 기계 장비 및 시설물 등에 해로운 염소나 기타 산화성 물질들을 제거하는 목적에 사용할 수 있는, 아황산칼슘 입자를 함유하는 기능성 섬유에 관한 것이다.

아황산칼슘, 기능성, 섬유, 염소, 필터

Description

아황산칼슘 입자를 함유하는 기능성 섬유{FUNCTIONAL FIBER CONTAINING CALCIUM SULFITE}

최근 각종 기능성 섬유 및 침구류가 많이 등장하고 있는데, 그 중에도 건강과 관련된 자기특성, 원적외선, 항균, 탈취, 소취 기능을 갖는 기능성섬유 및 플라스틱 제품들이 다양하게 선보이고 있다. 예를 들어 한국특허출원 10-1999-0049582는 기능성 침구류에 관한 것으로, 침구류를 제조할 때 자성체를 사용하는 것이다. 상기 발명은 침구류의 재질로서 자성체나 혹은 자성체를 함유하는 물질을 사용하여 만들어 인체의 미세 자기장을 안정화시키는데 도움을 줄 수 있고, 따라서 과도한 긴장으로 항상 스트레스를 받고 있는 현대인들의 머리를 맑게 하는 효과가 있음을 기재하고 있다.

또한, 건강한 삶에 대한 관심이 증대하면서 기능성 섬유에 대한 관심이 높아지고 있어서 다양한 특성을 가지고 있는 섬유들이 개발되고 있다. 예를 들면 인체에 유익한 원적외선 방사, 항균성, 대전방지성, 자외선 차단, 탈취성 및 전자파 차 단 등과 같은 기능이 부여된 합성 섬유가 개발되었으며, 이중 일부는 성공적으로 시판되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 아황산칼슘 입자를 함유하는 합성 섬유를 제공하는 것으로, 섬유원사를 제조하는 공정중에 아황산칼슘 입자를 첨가함으로서 의류용이나 침장용, 의료용 또는 산업용 내장재나 필터 등에 적용하여 인체에 유해하거나 기계장비 및 시설물 등에 해로운 염소나 기타 산화성 물질들을 제거하는 목적에 편리하게 사용할 수 있는 아황산칼슘 입자를 함유하는 기능성 섬유를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 아황산칼슘을 함유하는 기능섬 섬유를 의류용 섬유에도 적용하여 대기중의 유해한 산화성 물질이나 유해한 작업환경에서 발생하는 유해한 산화성 물질들이 인체에 접촉하기 전에 아황산 칼슘과의 반응에 의해 차단되는 것은 물론, 인체의 노화 원인 가운데 하나인 산화반응을 막아주어 피부 노화예방을 방지하는 것도 본 발명의 기술적 과제이다.

본 발명은 아황산칼슘 입자를 함유하는 섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게 는 섬유 원사를 제조하는 공정 중에 아황산 칼슘 입자를 첨가함으로서 의류용, 침장용, 의료용, 또는 산업용 내장재나 필터 등에 적용하여 인체에 유해하거나 기계장비 및 시설물 등에 해로운 염소나 기타 산화성 물질들을 제거하는 목적에 편리하게 사용할 수 있는 아황산칼슘 입자를 함유하는 기능성 섬유에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

통상의 합성 섬유의 제조 공정은 이미 공지된 기술로 수많은 특허에서도 입자를 함유하는 섬유 원사를 제조하는 방법들이 공지되어 있다. 따라서 본 발명에서는 폴리에스테르섬유, 폴리프로필렌섬유, 나일론 섬유, 아크릴섬유, 레이온 섬유 및 기타 섬유 들의 원사를 방사하는 공정에서 원료가 되는 합성 수지 또는 섬유를 구성하게 되는 원료 물질과 함께 아황산 칼슘을 섬유 원사의 제조 공정 중에 투입함으로써 아황산 칼슘의 입자가 함유된 섬유 원사를 제조하는 기술을 제공하고자 한다.

물론, 상기에 적어 놓은 섬유 들은 일반적인 몇가지 만을 적어 놓은 것이며 본 발명의 개념으로 상기 적시 되지 않은 섬유라 할지라도 동일한 개념으로 적용될수 있다.

예를 들어 섬유의 원료가 되는 수지를 한가지 단독으로 사용하지 않고 몇가지를 혼합하여 사용하거나, 특이한 관능기를 갖는 수지를 사용한다거나 하는 것 등이 이에 속한다. 또한 콩섬유나, 대나무섬유 등과 같은 천연 섬유소나 천연단백질 성분을 추출하여 단백질섬유 또는 재생 단백질계 섬유나 셀룰로오스계 섬유 등을 만든 경우도 이에 속한다.

같은 이유로 아황산칼슘 분말 외에 보조 성분으로서 항균제, 원적외선 방출 세라믹, 활성탄 또는 자성체와 같은 다른 분말을 혼합하여 사용하거나, 아황산칼슘 중의 칼슘 성분의 일부를 알칼리토금속, 알칼리금속, 수소 및 다른 금속 등 칼슘이 아닌 다른 원소 성분으로 치환시킨 물질을 사용한다거나 하는 것도 본 발명의 범주에 들어간다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 언급한 몇 가지 섬유 원사를 통상의 공정으로 제조하여 그 특성을 제시하는 바, 본 발명의 범주가 실시예에 의하여 제한되는 것은 아님을 밝혀둔다.

아황산칼슘을 함유하는 섬유를 제조하는 방법은, 섬유의 원료가 되는 수지를 중합하는 단계에서 아황산칼슘의 미분말을 넣어주고 중합한 후에 섬유를 방사하거나, 아황산 칼슘의 고농도 마스터배치를 만들어 섬유 방사공정을 거쳐 아황산 칼슘 분말을 함유한 섬유를 제조하는 등의 방법이 있다. 상기 방법 외에도, 통상의 일반 원사를 이용하여 섬유 원단을 제직한 후에 섬유 원단의 표면에 아황산칼슘 분말을 부착시켜서 아황산 칼슘 분말을 함유한 섬유 원단을 제조할 수도 있다. 물론, 아황산칼슘 분말은 나염 공정 중이나 별도의 특수한 분말 부착 공정을 도입하여 부착시킬 수 있으며, 원단의 전체에 고르게 부착시키거나 또는 원하는 문양을 부여할 때 그 문양에서만 아황산 칼슘 분말이 부착되도록 하는 것이 모두 가능하다.

또한, 일반 섬유를 부직포로 만들어 활용하는 경우, 부직포의 제조공정에서 바인더와 함께 분말을 분무하거나 함침시켜 아황산칼슘의 분말을 부착시키는 것 등도 가능하다.

섬유 원단에 코팅하거나 부직포 제조공정에서 혼합 부착시키는 방법은 모두 아황산 칼슘입자가 섬유 원사의 내부에는 없고 섬유 원사 외부 표면에만 존재하게 되므로 함량은 동일하게 사용하더라도 효과는 월등히 높게 나타난다. 반면에 표면에 부착되어 있는 상태이므로 분말의 탈락에 따른 지속성이 떨어지는 단점이 있으며 촉감이나 적용 분야 등에서 제한적일 수밖에 없는 단점이 있다.

본 발명의 섬유 제조방법은 통상의 합성섬유 방사 방법 외에 공기 분사압출 방법 등의 방법도 가능하다.

섬유중의 아황산 칼슘입자의 크기와 함량에 관해서는 섬유의 용도와 섬유의 굵기 등에 따라 구분되어지는데, 의류용이나 침장용 등 생활주변에서 사용되는 경우에는 섬유의 굵기도 비교적 매우 가늘고, 촉감이나 강도 등의 물성이 보다 더 중요하기 때문에 입자의 크기도 매우 작은 입자를 사용해야 할 뿐 아니라 함량을 높이는 것은 바람직하지 못하다. 따라서 함량은 대개 10% 이하로 하는 것이 일반적이며 더욱 바람직하게는 5%이하가 좋다. 입자의 크기는 일반적으로 의류용인 경우는 평균 0.5㎛이하, 최대크기 2㎛이하가 바람직하며, 침장용 등의 경우는 평균크기 2㎛이하 최대크기 10㎛이하가 바람직하다.

그러나 산업용자재나 필터용 등으로 사용되는 섬유의 경우는 물성이나 촉감 등이 그다지 중요하지 않은 경우가 많고 섬유의 굵기가 수백 데니어에 이르는 등 매우 굵은 섬유를 사용하기도 하는데 이와 같은 경우에는 아황산 칼슘의 함량을 매우 높게 하여도 섬유를 제조하여 목적하는 곳에 사용하는데 지장이 없다. 따라서 이들의 경우에는 아황산칼슘의 함량을 70%까지 높게 하여 섬유를 제조할 수 있다. 같은 이유로 입자의 크기도 의류용이나 침장용보다 큰 것을 사용하여도 문제는 없으나 본래의 추구하는 기능을 충분히 발휘하고자 하는 경우에는 가능한 작은 크기의 입자를 사용하는 것이 좋다.

또한 무기물 입자를 함유하는 기능성 섬유는 섬유자체의 비중이 무거워지는 단점이 있는데 이 같은 문제점을 보완하려면 아황산칼슘을 함유하는 섬유를 중공사형태로 제조하거나, 또는 아황산 칼슘입자를 중공구 형태로 만들어서 사용하면 쉽게 해결할 수 있다.

이하 본 발명을 실시 예를 통하여 보다 상세히 설명한다.

(실시예1)

아황산 칼슘은 습식 분쇄기로 분쇄하고 건조 및 해쇄하여 평균 입자크기 0.3 μm, 90% 입자크기 0.9μm, 최대크기 2 μm 이하의 미세한 분말로 만들었다. 이 파우더와 폴리에스터, 폴리프로필렌, 나일론의 합성수지 칩을 이용하여 각각 20 중량%의 아황산 칼슘 분말을 함유하는 마스터 배치 칩을 만들었다. 이들 각각의 마스터배치 칩과 각각의 버진 칩을 혼합하고 통상의 방법으로 용융방사하여 아황산 칼슘이 1.5중량% 함유된 2데니어 섬도를 갖는 폴리에스터 섬유원사, 폴리프로필렌 섬유원사, 나일론 섬유원사를 제조하였다.

(실시 예 2)

실시 예 1에서 사용한 것과 동일한 분말을 면 100% 섬유 원단의 표면에 코팅 처리하여 아황산칼슘 분말이 1.8 중량% 부착된 섬유 원단을 제조하였다.

(실시예3)

실시예1에서 사용한 것과 동일한 분말을 폴리프로필렌 부직포에 코팅하여 아황산칼슘 분말이 1.8 중량% 부착된 플리프로필렌 부직포를 제조하였다.

(실시예4)

폴리프로필렌(분자량 50,000, 용융지수 40) 펠렛 70중량%와 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 분말 30 중량%를 혼합용융하여 마스터 배치 칩을 만들고, 이어서 이 마스터 배치 칩과 버진 칩을 혼합하여 혼합물을 공기 분사 압출기에 넣고 170 ^oC로 가열하여 용융시킨 다음, 멀티 노즐헤드 온도 330^oC, 스크류 회전 속도 30 rpm, 공기분사온도 및 압력 100^oC 및 10 kPa, 그리고 압출기와 수집부 사이의 거리 15 cm 등의 압출조건 하에서 분사 압출시켜 직경이 20 μm이고, 아황산 칼슘 분말이 10% 포함된 PP섬유를 얻을 수 있었다.

이 섬유를 30 mm 축을 갖는 수집부에 직접 분사압출 방사하여 미세 섬유들을 직접 열접촉시키고, 부직 구조를 갖는 스펀본드형 다기능성 카트리지 필터를 제조하였다. 제조된 스펀 본드형 다기능성 카트리지 필터는 내경 30mm, 외경 60mm 및 길이 300mm이고 충전밀도는 0.8이고, 기공 크기는 5μm이었다.

(실시예 5)

실시예 1에서 사용한 것과 동일한 분말을 통상의 아크릴 섬유 제조 공정에 투입하여 아황산칼슘 분말이 3.0 중량% 포함된 2데니어 섬도의 아크릴 섬유를 만들었다.

(실시예6)

실시예 1에서 사용한 것과 동일한 분말을 이용하여 레이온 섬유의 제조 방법으로 아황산 칼슘 분말이 3.0 중량% 포함된 2데니어 섬도의 레이온 섬유를 만들었다.

(실시예7)

실시예 5에서 다른 기능을 더하기 위해, 아황산 칼슘과 입자의 크기가 같은 무기항균제, 원적외선 방사물질, 활성탄, 자성체가 각각 0.5중량% 포함되고, 아황산칼슘 분말이 3.0 중량% 포함되어 입자의 총 함량이 5%인, 2데니어 섬도의 아크릴섬유를 만들었다.

(실시예8)

본 발명의 아황산칼슘을 함유하는 섬유의 염소제거 성능을 알아보기 위하여 증류수를 이용하여 염소의 농도가 10 ppm으로 조정된 용액을 만들고 실시예1, 실시예5, 실시예6 및 실시예7에서 제조한 섬유들에 통과시켜 염소 제거 성능을 평가하 였다. 이때 각각의 섬유를 50그램씩 취하여 직경 5cm의 유리관에 섬유층을 20cm 높이로 충전한 다음, 상향류 방식으로 염소를 함유하는 물을 통과시켰을 때, 토출구의 용액에서 잔류 염소를 측정하여 제거되는 잔류 염소의 비율을 계산하는 방식으로 하였다. 이때 유속은 5cm/s가 되도록 유지시켰다.

아황산칼슘 입자 함유 섬유의 염소제거 성능

시험대상	실시예1 폴리에스테르	실시예1 나일론	실시예1 폴리프로필렌	실시예5	실시예6	실시예7
제거율(%)	95.0	94.5	96.7	99.8	99.2	99.9

본 발명에서는 의류용이나 침장용, 의료용 또는 산업용 내장재나 필터 등에 적용하여 인체에 유해하고 기계장비 및 시설물 등에 해로운 염소나 기타 산화성 물질들을 제거하는 목적에 사용가능한 아황산칼슘 입자를 함유하는 기능성 섬유를 제조하여 시험한 결과 염소를 제거하는 효과를 나타냈다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 섬유성분 30 ∼ 99.9 중량%와 아황산칼슘 입자, 항균제, 원적외선 방출 세라 믹, 활성탄 또는 자성체 중에서 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 물질 0.1 ∼ 70 중량% 구성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 아황산칼슘 입자를 함유하는 기능성 섬유