KR100608559B1 - 항균성 탄성 섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 은(Ag)을 함유하는 항균성 탄성섬유 및 그 제조방법에 있어서, 입자크기가 101nm - 1㎛인 은를 투입함으로써 항균성이 우수하면서도 방사작업성에 영향을 주지 않고 원사의 색상에도 영향을 주지 않는 항균성 탄성섬유 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

은(Ag), 항균성, 탄성섬유, 방사작업성

Description

항균성 탄성 섬유 및 그 제조방법 {Antimicrobial Elastic Fiber and Process for Preparing it}

본 발명은 항균성 탄성섬유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 은(Ag)을 함유하는 항균성 탄성섬유의 제조방법에 관한 것이다.

폴리우레탄계 탄성섬유는 탄성과 탄성회복력이 우수하여 스타킹이나 여성용 속옷류 및 신축성 직물에 많이 이용되고 있으며, 에어로빅복, 수영복 등으로 그 용도가 계속 확대되고 있다.

그러나 몸에서 배출되는 여러 가지 분비물에 의하여 의류에 많은 종류의 세균류 및 곰팡이류가 부착 서식하는 경우가 발생하게 되는데, 이 중에는 직물에 부착하여 인체에 해로움을 주지는 않지만 의류를 변질, 착색, 오염시켜 악취를 발생시키는 것도 있고, 직접적으로 인체에 해를 입히는 경우도 있다. 특히, 여성의 거들 및 브래지어와 같은 속옷에 탄성섬유를 사용하는 경우에는 땀 등에 의한 분비물로 인하여 세균 또는 곰팡이류가 탄성섬유에 서식할 수 있다.

폴리우레탄 탄성섬유에 항균성을 부여하기 위한 방법으로 미국특허 제 4,837,292호에 개시된 바와 같이 소프트 세그먼트로 지방족 디올 중 폴리카보네이트디올 종류인 폴리(펜탄-1,5-카보네이트)디올, 폴리(헥산-1,6-카보네이트)디올 또는 이들의 공중합체를 사용함으로써 항균성을 부여하는 방법이 알려져 있다. 그러나 이 방법이 별도의 항균제를 투입하지 않고 원부재료 자체의 물성을 이용하여 항균성을 부여하는 방법이라는 장점은 갖지만, 항균효과가 저조하다는 문제점이 있다.

또한, 한국 공고특허 제 93-5099호와 같이 무기계 항균제로서 다공성 무기물질인 결정성 알루미노 실리케이트 제올라이트에 살균성 금속이온을 이온 교환시켜 사용하는 경우에는 제올라이트 자체가 강한 흡착 특성을 나타내어 수분이 흡착될 경우 탄성섬유 제조공정 중 탄성섬유 고분자인 폴리우레탄을 가교시키는 역할을 하여 중합물의 점도를 상승시키고 겔을 형성시키므로 필터 압력이 급속히 증가하고, 방사 시 사절이 자주 발생하는 원인이 된다.

또한 한국 등록특허 제445313호에서는 항균제로서 ZnO, SiO₂, 알칼리금속산화물 등으로 구성되는 유리 금속화합물을 사용하여 항균성을 탄성섬유에 부여하는데, 상기 항균제는 탄성사 제조시 사용되는 폴리우레탄용 용매인 디메틸아세트아마이드 또는 디메틸포름아마이드와 같은 극성 용매에서 잘 응집된다. 그 결과, 방사 공정에서 방출 압력 상승과 사절이 많이 발생하여, 항균성 섬유의 안정된 방사가 지속적으로 행해지기 어려운 문제가 있다.

일본특허공개 평7-166425호에서는 항균제로 나노 은(Nano Ag)을 사용하여 항균성을 부여하고 있는데, 나노 은의 입자 크기를 1 - 100nm로 한정하고 있다. 그러나 1- 100 nm의 나노 은은 그 색상이 회색이므로, 폴리우레탄에 혼합하여 방사할 경우 원사의 색상을 황색 및 회색으로 변색시키는 문제점이 발생하고 있다.

이에 본 발명은 상기 언급한 선행기술의 문제점 및 단점을 해결하기 위하여, 항균성이 우수하면서도 방사작업성에 영향을 주지 않고 원사의 색상에도 영향을 주지 않는 항균성 탄성섬유 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 입자크기가 101nm - 1㎛인 은을 함유하는 항균성 탄성섬유 및 그 제조방법에 대한 것이다.

본 발명은 또한 은(Ag)의 함량이 10 - 10000ppm인 것을 특징으로 하는 항균성 탄성섬유 및 그 제조방법에 대한 것이고, L값이 70 이상인 것을 특징으로 하는 항균성 탄성섬유에 대한 것이다.

은의 입자 크기가 100nm 이하의 경우에는 은의 색상이 회색을 나타내므로 폴리우레탄에 투입하여서 원사를 제조할 경우 원사의 색상이 황색 및 회색으로 변색하여 원사의 상품가치를 떨어뜨린다.

본 발명에서는 은의 입자크기가 증가할수록 색상이 회색에서 옅은 황색으로 변하는 것을 알게 되었다. 특히 101nm 이상의 은, 바람직하게는 200nm 이상의 은을 사용할 경우에는 종래 기술인 1 - 100nm의 은의 색과 다른 옅은 황색의 은을 얻을 수 있다. 그러나 은의 크기가 1㎛보다 클 경우에는 은의 입자 크기가 커서 탄성섬유 제조 공정 중 방사 필터 막힘, 방사 작업성 저하를 발생시킬 수 있고, 원사 내의 고른 분산이 어려워 동일함량을 투입시 입자가 1㎛ 이하의 은을 투입한 것보다 항균성이 떨어진다. 따라서 본 발명에서 101nm - 1㎛의 은을 사용함으로써 우수한 방사작업성에 영향을 주지 않고, 색상의 변색에 문제가 없는 원사를 얻을 수 있다.

항균제로서의 은의 함량은, 10ppm 미만에서는 항균성을 거의 발현하지 못하며, 10000ppm을 초과하면 은이 폴리우레탄 내에서 응집하는 현상이 발생하여 방사작업성이 떨어지므로 10ppm - 10000ppm이 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 100 - 5000ppm이다.

본 발명의 탄성섬유는 바람직하게는 폴리우레탄섬유이다.

본 발명의 탄성사 제조시 사용되는 세그먼티드 폴리우레탄 중합체는, 당 분야에 공지된 바와 같이 유기 디이소시아네이트 및 고분자 디올을 반응시켜 폴리우레탄 전구체를 제조한 후, 이를 유기 용매에 용해시킨 후 디아민 및 모노아민과 반응시킴으로써 얻어진다.

본 발명에서 사용되는 상기 유기 디이소시아네이트로는 디페닐메탄-4,4‘-디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 톨루엔디이소시아네이트, 부틸렌디이소시아네이트, 수소화된 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트 등을 예로 들 수 있고, 상기 고분자 디올로는 폴리테트라메틸렌에테르 글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트디올 등을 예로 들 수 있다. 또한 상기 디아민류는 쇄연장제로서, 그 구체적인 예로는 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 하이드라진 등이 있다. 한편, 상기 모노아민은 쇄종지제로서, 그 구체적인 예로는 디에틸아민, 모노에탄올아민, 디메틸아민 등이 있다.

그 밖에 기타첨가제로서는 UV 안정제, 산화방지제, NOX가스 황변방지제, 염착증진제, 내염소제 등이 부가적으로 사용될 수 있다.

본 발명에 사용되는 입자 크기 101nm - 1 ㎛의 은은 다른 첨가제들과 함께 혼합하여 폴리우레탄 중합체 용액에 첨가할 수도 있고 다른 첨가제를 먼저 첨가한 후 방사 직전에 첨가할 수도 있다.

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 1]

디페닐메탄-4,4‘-디이소시아네이트 518g과 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 2328g (분자량 1800)을 질소가스기류 중에서 85℃, 90분간 교반하면서 반응시켜, 양 말단에 이소시아네이트를 포함하는 폴리우레탄 전구체를 제조하였다. 상기 폴리우레탄 전구체를 실온으로 냉각시킨 후, 여기에 디메틸아세트아미드 4643g을 첨가하고 용해시켜 폴리우레탄 전구체 용액을 수득하였다. 이어서, 프로필렌디아민 54g 및 디에틸아민 9.1g, 디메틸아세트아미드 1889g을 용해시킨 용액을, 10℃ 이하에서 상기 폴리우레탄 전구체 용액에 첨가하여 세그먼티드 폴리우레탄 중합체 용액을 제조하였다. 이 중합물의 고형분대비 첨가제로서는 에틸렌비스(옥시에틸렌)비스-(3-(5-t-부틸-4-히드록시-m-톨릴)-프로피오네이트) 1.5중량%, 5,7-디-t-부틸-3-(3,4-디메틸페닐)-3H-벤조퓨란-2-온 0.5중량%, 1,1,1′,1′-테트라메틸-4,4′-(메틸렌-디-p-페닐렌)디세미카바지드 1중량%, 폴리(N,N-디에틸-2-아미노에틸 메타크릴레이트) 1중량%, 이산화티탄 0.1중량%, 입자크기가 250nm인 은 1000ppm을 투입하였다. 이 방사원액을 탈포시킨 후, 건식방사 공정에서 방사온도를 250℃로 조정하여 4필라멘트 40데니아 탄성사를 제조하였다. 상기에서 제조한 탄성사를 환편기(KT-400, 직경 4 inch, 침수 400개, 나가카세이키(Nagakaseiki)사, 일본)를 이용하여 스판덱스만의 환편물을 편직하였으며, 이어서 통상의 스판덱스 정련방법을 이용하여 스판덱스 환편물을 정련하였다. 하기와 같은 방법으로 물성평가를 하고, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

(1) 항균성 평가

상기 환편물 시료를 이용하여 다음과 같은 방법으로 항균성을 평가하였다. 황색포도상 구균(ATCC6538, Staphylococcus aureus)과 대장균(ATCC8739, Escherichia coli)을 시험균으로 채택하여 한국산업규격 K 0693 - 2001 방법으로 항균성(정균감소율)을 평가하였다.

항균성(정균감소율)(%) = [(대조편의 18시간 배양 후 생균수 - 시험편의 18시간 배양 후 생균수)/대조편의 18시간 배양 후 생균수]×100

- 시험편 : 스판덱스 환편물

- 대조편 : 면(한국산업규격 K 0905-1996에 해당되는 면)

(2) 백색도 평가

상기 환편물 시료를 이용하여 다음과 같은 방법으로 백색도를 평가하였다. 칼라-뷰 분광광도계(Color-view spectrophotometer)(BYK-Gardener사, 미국)를 이용하여 Lightness값 "L"를 각각 측정하였다.(Test 조건 : Instrument Geometry = 45°/0°, Illuminant/Observer = D65/10°, 11 mm sample port aperture 사용, 측정횟수 3회)

[실시예 2]

입자크기가 1㎛인 은 1000ppm 투입하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 스판덱스 환편물을 수득하였고, 그 물성평가 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

[실시예 3]

입자크기가 150nm인 은 1000ppm 투입하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법 으로 스판덱스 환편물을 수득하였고, 그 물성평가 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

[비교예 1]

입자크기가 50nm인 은 1000ppm 투입하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 스판덱스 환편물을 수득하였고, 그 물성평가 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

[비교예 2]

입자크기가 3㎛인 은 1000ppm 투입하는 것외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 스판덱스 환편물을 수득하였고, 그 물성평가 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

	방사작업성 (사절수:횟수/시간)	원사 색상 (L 값)	항균성(정균감소율%)
			황색포도상구균	대장균
실시예 1	0.01	89.1	99.3	99.4
실시예 2	0.01	89.2	99.5	99.5
실시예 3	0.01	80.0	99.7	99.1
비교예 1	0.01	67.2	99.4	99.1
비교예 2	3	88.2	89.1	67.1

* L값이 클수록 백색도가 증가함

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 제조된 항균성 탄성섬유는 우수한 항균성을 유지하면서도 방사 작업성이 우수하고, 원사 색상이 변색되지 않는 효과를 갖는다.

Claims (4)

1. 탄성섬유의 고분자 중합공정에서 입자크기가 101nm - 1㎛인 은(Ag)를 투입하여 제조하는 것을 특징으로 하는 항균성 탄성섬유의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리우레탄중합공정이 유기 디이소시아네이트 및 고분자 디올을 반응시켜 폴리우레탄 전구체를 제조한 후 이를 유기용매에 용해시켜서 디아민 및 모노아민과 반응시키는 세그먼티드 폴리우레탄 중합체 용액 제조공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성 탄성섬유의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 은(Ag)의 함량이 10 - 10000ppm인 것을 특징으로 하는 항균성 탄성섬유의 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항의 방법에 의하여 제조된, L값이 70 이상인 것을 특징으로 하는 항균성 탄성섬유.