KR100584821B1

KR100584821B1 - 케라틴 섬유의 표면 개질 방법

Info

Publication number: KR100584821B1
Application number: KR1020040018781A
Authority: KR
Inventors: 전병대; 한태성; 박준호
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2006-05-30
Also published as: KR20050093444A

Abstract

본 발명은 펜톤 반응 및 단백질 분해 효소(protease)를 이용하여 케라틴 섬유의 표면 스케일을 제거하여 케라틴 섬유의 표면을 개질하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하여 a) 케라틴 섬유를 음이온 계면활성제로 처리하여 케라틴 섬유 표면에 음이온 계면활성제를 부착하는 단계; b) 상기 단계의 케라틴 섬유에 양이온을 투입하여 케라틴 섬유 표면에 양이온 금속을 부착시키는 단계; c) 상기 단계의 케라틴 섬유에 산화제를 투입하여 양이온과 산화제의 펜톤 반응에 의해 스케일을 제거하는 단계; 및 d) 상기 단계에서 스케일을 제거한 케라틴 섬유를 단백질 분해 효소로 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하여, 펜톤 반응 및 단백질 분해 효소(protease)를 이용하여 케라틴 섬유의 표면 스케일을 제거하여 방축 효과 및 촉감 개선 효과를 가진 케라틴 섬유의 표면을 개질하는 방법이 제공된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 케라틴섬유의 표면 스케일 성분을 제거하여 세탁에 의한 수축을 방지하는 동시에 캐시미어와 같은 부드러운 촉감을 부여하여 고부가가치 제품을 제조할 수 있게 된다.

케라틴 섬유, 표면 개질, 스케일 제거, 방축 가공, 펜톤 반응, 단백질 분해 효소

Description

케라틴 섬유의 표면 개질 방법{Method for surface modification of keratin fiber}

도 1은 일반적인 케라틴 섬유의 표면 개질전 구조를 보여주는 단면도,

도 2는 본 발명의 방법에 따라 케라틴 섬유의 표면 개질후 구조를 보여주는 단면도,

도 3은 일반적인 케라틴 섬유의 표면 개질전 전자현미경 표면사진,

도 4는 본 발명의 방법에 따라 케라틴 섬유의 표면 개질후 전자현미경 표면사진이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 최외곽 큐티클층 2 : 제1 외부큐티클층

3 : 제2 외부큐티클층 4 : 내부큐티클층

5 : 세포간 접합제

본 발명은 케라틴 섬유의 표면 개질 방법, 보다 상세하게는 펜톤 반응 및 단백질 분해 효소(protease)를 이용하여 케라틴 섬유의 표면 스케일을 제거하여 케라틴 섬유의 표면을 개질하는 방법에 관한 것이다.

케라틴 섬유(양모)는 케라틴이라는 단백질로 이루어져 있으며, 도 1에서 보는 바와 같이 단면이 원형 또는 타원형이며, 외곽에는 비늘 모양의 스케일(scale)이라고 하는 외곽큐티클층(epicuticle; 1)과 외부큐티클층(exocuticle; 2,3)이 있으며, 양모의 종류와 품질에 따라 그 모양이 다르다. 케라틴 섬유는 이 표면의 비늘 모양의 스케일(1,2,3) 때문에 양모 섬유가 서로 마찰되면 섬유는 전진은 하지만 후퇴는 하지 못한다. 따라서 섬유가 일단 엉키면 풀리지 않고 밀착되어 두터운 층을 형성하는 데, 이러한 성질을 축융성(縮絨性; felting)이라 한다. 이 축융성은 펠트 제조와 모직물의 축융 가공에 이용되기도 하나 축융성은 모직물의 사용 중 또는 세탁시 마찰에 의하여 두꺼워지고 수축이 일어나는 원인이 된다.

케라틴섬유는 물 세탁하는 경우 방축가공을 부여하지 않는 한 펠트화 수축하게 되므로, 염소계 용제나 석유계 용제를 사용하여 세탁하는 드라이클리닝이 주로 이용되어 왔다. 그러나 드라이클리닝은 대기 오염 등의 환경오염 문제를 일으키기 때문에 환경문제의 처리규정 강화에 따라서 최근에는 수계 세탁이 신장되고 있다.

따라서, 모직물의 수축을 방지하기 위하여 방축 가공을 하게 되는 데, 종래 에는 3 내지 5%의 유기염소화합물 용액 또는 과망간산칼륨이나 과황산과 같은 약품으로 스케일의 일부를 용해시켜 제거하거나 스케일을 폴리아미드 또는 폴리아크릴과 같은 합성 수지로 피복하는 방법이 이용되었다.

톱(top), 조방사 또는 실 상태의 케라틴섬유의 방축가공으로서는 우선, 염소 또는 염소계 화합물을 이용하여 처리하고, 이어서 염소계 양이온수지(폴리아미드에피클로르히드린수지)로 처리하는 방법이 종래부터 세계적으로 널리 이용되어 왔다.

그러나, 염소계 방축가공방법은 케라틴섬유의 단백질 등 유기물질과 염소가 결합하여 AOX(Absorbable Organic Halogens, 흡수성 유기할로겐 화합물)이 생성되고, 유출되는 경우 환경에 악영향을 미치는 문제점을 가지고 있다. AOX는 생체 중에 들어가면 축적되어 발암의 원인이 되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 환경보호 및 위생상 케라틴섬유의 방축가공에 있어서 AOX를 생성하지 않는 비염소계 방축가공방법이 요구되고 있다.

이러한 상황에서 케라틴섬유의 비염소계 방축가공제를 이용한 방법으로서 실리콘수지를 이용하는 방법(일본 특개평 4-100970호)이나 알칼리성 단백질 분해효소를 이용하는 방법(일본 특개평 11-172580호)이 제안되고 있지만, 충분한 방축성이 발현되지 않거나, 가공 공정상 문제가 발생하거나 하여 충분히 만족할 수 있는 것은 얻을 수 없었다.

또, 음이온성의 중아황산소다로 블록화된 우레탄 예비중합체로 처리하는 방법이 있으나, 음이온화된 케라틴섬유에 충분히 흡착되지 않는 결점이 지적되고 있다. 또한, 중아황산 소다 이외의 활성수소를 갖는 블록화제, 예를 들면 알콜류나 알킬페놀로 블록화된 우레탄 예비중합체로 처리한 경우에는 블록화제의 해리(解離) 온도가 높아지기 때문에 건조공정의 가열만으로는 충분히 수지화를 진행할 수 없고, 충분한 내세탁성을 갖는 방축성을 부여할 수 없는 문제점을 가지고 있다.

한편, 합성수지로 케라틴 섬유의 표면을 피복(도포)하는 경우 강도는 증가하나 감촉이 나빠지고, 섬유 자체의 고유한 물성 및 특성을 잃어버리게 되는 결정적인 문제점을 가지고 있다.

또한, 케라틴섬유는 표면에 있는 딱딱한 스케일로 인하여 촉감이 거칠어 내의로 사용할 수 없는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 종래의 방축 가공 방법들이 가지고 있는 문제점들, 즉, 환경에 대한 문제를 제거하고, 소수성 스케일을 제거하여 축융성을 개선시키며, 촉감을 개선할 수 있는 케라틴 섬유의 표면 개질 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적에 따른 케라틴 섬유의 표면 개질 방법은 산화제와 양이온 금속을 이용한 펜톤(Fenton) 반응을 통하여 케라틴 섬유의 소수성 스케일을 물리화학적으로 제거한 후 단백질 분해 효소로 처리하여 거칠어진 섬유 표면을 깨끗하게 마무리하여 케라틴 섬유의 방축 효과 및 캐시미어와 같은 촉감을 부여하는 방법이다.

본 발명의 케라틴 섬유의 표면 개질 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

a) 케라틴 섬유를 음이온 계면활성제로 처리하여 케라틴 섬유 표면에 음이온 계면활성제를 부착하는 단계;

b) 상기 단계의 케라틴 섬유에 양이온을 투입하여 케라틴 섬유 표면에 양이온 금속을 부착시키는 단계;

c) 상기 단계의 케라틴 섬유에 산화제를 투입하여 양이온과 산화제의 펜톤 반응에 의해 스케일을 제거하는 단계; 및

d) 상기 단계에서 스케일을 제거한 케라틴 섬유를 단백질 분해 효소로 처리하는 단계.

상기 본 발명에 따른 케라틴 섬유의 표면 개질 방법을 구체적으로 설명한다.

먼저, 상기 본 발명의 케라틴 섬유의 표면 개질 방법은 특별히 이에 한정되는 것은 아니지만, 양모 원료, 슬라이버, 조방사, 방사, 직물 등 케라틴 섬유의 각 가공 단계에서 적용될 수 있다.

상기 단계 a)에서, 음이온 계면활성제로는 술폰산 계통의 알킬술폰산염, 알킬벤젠 및 알킬나프탈렌술폰산염, 술포호박산, 합성탄닌계 축합물 등을 들 수 있으며, 특히 LAS(sodium lauryl sulphate), 지방산 술폰산염, 합성탄닌계 화합물 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 음이온 계면활성제는 20 내지 60 중량% 농도의 수용액 상태로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 음이온 계면활성제 수용액은 케라틴 섬유 100중량부에 대해 2 내지 10 중량부의 비율로 사용된다.

상기 단계 a)는 대기압하에서 상온 내지 80℃, 바람직하게는 60℃ 내외의 온도에서 10분 내지 1 시간, 바람직하게는 약 30분 동안 음이온 계면활성제 수용액 중에 케라틴 섬유를 침지함으로써 수행된다. 필요에 따라 적절히 교반할 수 있다.

상기 단계 b)에서, 양이온의 종류로는 철, 구리, 니켈, 크롬, 망간 등이 있으며, 예를 들어, 철 이온 공급원으로는 염화제1철(Ⅱ), 염화제2철(Ⅲ), 황산제1철(Ⅱ), 황산제2철(Ⅲ) 등을 들 수 있고, 구리 이온의 공급원으로서는 황산구리, 염화제1구리, 염화제2구리 등을 들 수 있으며, 상기 염화철 등은 10 내지 20중량% 농도의 수용액 상태로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 양이온 수용액은 케라틴 섬유 100중량부에 대해 0.1 내지 5 중량부의 비율로 사용된다.

상기 단계 b)는 대기압하에서 상온 내지 70℃, 바람직하게는 약 40℃ 내외의 온도에서 10분 내지 1 시간, 바람직하게는 약 30분 동안 양이온 수용액 중에 음이온 계면활성제가 표면에 부착된 케라틴 섬유를 침지함으로써 수행된다. 필요에 따라 적절히 교반 할 수 있다.

상기 단계 c)에서, 산화제로는 과산화수소, 과황산수소염 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 상업적으로 구입할 수 있는 35중량%의 과산화수소수가 사용될 수 있다. 상기 산화제는 케라틴 섬유 100중량부에 대해 20 내지 300 중량부의 비율로 사용된다.

상기 단계 c)는 대기압하에서 상온 내지 80℃, 바람직하게는 약 60℃ 내외의 온도에서 10분 내지 1 시간, 바람직하게는 약 30분 동안 산화제 용액 중에 양이온 이 표면에 부착된 케라틴 섬유를 침지함으로써 수행된다. 필요에 따라 적절히 교반할 수 있다.

상기 단계 d)에서, 단백질 분해 효소(protease)로는 알칼라제(Alkalase) 2.5L, 에스페라제(Esperase) 6.0T, 프로테아제(Protease) NL, 프로테아제(Protease) A, 프로테아제(Protease) P, 프로테아제(Protease) S, 에버라제(Evelase) 6.0 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 알칼라제 2.5L, 에스페라제 6.0T 또는 프로테아제 NL이 사용될 수 있다. 상기 단백질 분해 효소는 케라틴 섬유 100중량부에 대해 0.1 내지 5 중량부의 비율로 사용된다.

상기 단계 d)는 대기압하에서 상온 내지 80℃, 바람직하게는 약 50℃ 내외의 온도에서 30분 내지 4 시간, 바람직하게는 약 1시간 동안 단백질 분해 효소 용액 중에 펜톤 반응을 통해 스케일을 제거하고 수세한 케라틴 섬유를 침지함으로써 수행된다. 필요에 따라 적절히 교반할 수 있다.

상기 각 단계에서 사용되는 시약들은 단일의 성분 또는 동일한 작용을 하는 다른 성분들과의 조합으로도 사용될 수 있다.

상기한 본 발명의 방법에 따라 케라틴 섬유의 표면 개질하면, 도 1에서의 스케일 즉 외곽큐티클층(1,2,3)이 제거되어 도 2에서 나타난 바와 같이 내부큐티클층(4)만이 남게 되는 것이다. 여기서 도면부호 5는 섬유표면의 세포층을 서로 연결하는 세포간 접합제(intercellurar cement)이다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하 의 실시예는 본 발명을 당업자들에게 더욱 잘 이해시키기 위해 제공되는 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

오스트레일리아산 메리노종 양모(평균 섬도 20㎛)의 슬라이버(sliver) 10g을 1g/l 농도의 알킬술폰산염 음이온 계면활성제 수용액 200ml 에 침지하고 40℃에서 30분간 교반하면서 처리하였다. 그 후 상기 양모 슬라이버를 염화제2철(Ⅲ) 0.1g/l 용액으로 40℃에서 30분간 처리하여 철이온을 섬유에 부착시켰다. 여기에 시판 과산화수소(농도 35%) 100g/l 용액으로 70℃에서 60분간 처리하였다. 수세후 단백질분해효소인 알칼라제(Alkalase) 2.5L 1% owf(on the weight of fiber)로 50℃에서 1시간 처리하였다. 그리고 섬유에 부착되어 있는 금속이온을 제거하기 위하여 금속이온봉쇄제 DTPA 1g/l와 Sodium hydrosulphite 1g/l로 80℃에서 10분간 처리하였다.

상기 방법으로 처리한 양모를 1:2 함금속염료로 염색한 결과, 처리하지 않은 양모에 비하여 색상이 밝고 농도가 Red 색상에서는 23%, Grey 색상에서는 38% 향상되는 것을 확인하였다.

상기에서 처리한 양모의 표면 전자 현미경 사진을 도 4에 나타내었다.

실시예 2

오스트레일리아산 메리노종 양모(평균 섬도 19㎛)를 소모방적으로 2/72으로 만든 실 10g을 1g/l 농도의 지방산 황산화물 음이온 계면활성제(라우릴알코올 황산염) 수용액 200ml 에 침지하고 40℃에서 30분간 교반하면서 처리하였다. 그 후 상기 양모 실을 황산구리 0.1g/l 용액으로 40℃에서 30분간 처리하여 구리이온을 섬유에 부착시켰다. 여기에 시판 과산화수소(농도 35%) 200g/l 용액으로 60℃에서 60분간 처리하였다. 수세후 단백질분해효소인 에스페라제(Esperase) 6.0T 1% owf로 50℃에서 1시간 처리하였다. 그리고 섬유에 부착되어 있는 금속이온을 제거하기 위하여 금속이온봉쇄제 DTPA 1g/l와 Sodium hydrosulphite 1g/l로 80℃에서 10분간 처리하였다.

상기 방법으로 처리한 양모를 1:2 함금속염료로 염색한 결과, 처리하지 않은 양모에 비하여 색상이 밝고 농도가 Red 색상에서는 16%, Grey 색상에서는 21% 향상되는 것을 확인하였다. 또한 물에 대한 적심(wetability)을 비교하기 위하여 미처리포지와 처리포지에 물방울을 떨어뜨린 결과, 미처리 양모는 공기중에서 완전히 건조될 때까지 적셔지지 않았으나, 처리 양모는 30분 이내에 완전히 적셔졌다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 새로운 케라틴 섬유의 표면 개질 방법에 의하면, 케라틴섬유의 표면 스케일 성분을 제거하여 세탁에 의한 수축을 방지하는 동시에 캐시미어와 같은 부드러운 촉감을 부여하여 고부가가치 제품을 제조할 수 있게 된다.

Claims

a) 케라틴 섬유를 음이온 계면활성제로 처리하여 케라틴 섬유 표면에 음이온 계면활성제를 부착하는 단계;

b) 상기 a) 단계를 거친 케라틴 섬유에 양이온을 투입하여 케라틴 섬유 표면에 양이온을 부착시키는 단계;

c) 상기 b) 단계를 거친 케라틴 섬유에 산화제를 투입하여 양이온과 산화제의 펜톤 반응에 의해 스케일을 제거하는 단계; 및

d) 상기 c) 단계에서 스케일이 제거된 케라틴 섬유를 단백질 분해 효소로 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 케라틴 섬유의 표면 개질 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 a) 단계의 음이온 계면활성제는

알킬술폰산염이나 알킬벤젠 및 알킬나프탈렌술폰산염, 술포호박산 또는 합성탄닌계 축합물을 중 어느 하나이고, 상기 음이온 계면활성제는 상기 케라틴 섬유 100 중량부에 대해 2 내지 10 중량부의 비율로 사용되고,

상기 b) 단계의 양이온은 철, 구리, 니켈, 크롬 또는 망간중 어느 하나이고, 상기 양이온은 상기 케라틴 섬유 100 중량부에 대해 0.1 내지 5 중량부의 비율로 사용되며,

상기 c) 단계의 산화제는 과산화수소수이고,

상기 d) 단계의 단백질 분해 효소는 알칼라제(Alkalase) 2.5L, 에스페라제(Esperase) 6.0T, 프로테아제(Protease) NL, 프로테아제(Protease) A, 프로테아제(Protease) P, 프로테아제(Protease) S 또는 에버라제(Evelase) 6.0 중 어느 하나이고, 상기 단백질 분해 효소는 0.1 내지 5% owf의 비율로 사용되는 것을 특징으로 하는 케라틴 섬유의 표면 개질 방법.