KR100684286B1

KR100684286B1 - 기능성 마스터배치 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR100684286B1
Application number: KR1020060034682A
Authority: KR
Inventors: 황지찬
Original assignee: (주)지엔씨글로텍
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2007-02-22
Also published as: TW200732386A

Abstract

본 발명은 기능성 마스터배치 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기능성 마스터배치는 항균제 및 고분자 수지를 포함하는 것으로서, 상기 항균제는 이산화티타늄 및 산화아연으로 이루어지는 담체; 및 상기 담체에 담지된 은 및 산화마그네슘;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 기능성 마스터배치는 산화아연 및 이산화티타늄과 이들에 담지된 은 및 산화마그네슘을 함유하는 항균제를 포함함으로써, 섬유 가공시 첨가되는 각종 계면활성제를 비롯한 여타 섬유가공용제에 의해 은과 산화마그네슘이 변질되는 것과 은과 산화마그네슘이 이탈하여 유실되는 것을 방지할 수 있으며, 산화아연, 이산화티타늄 및 산화마그네슘이 은의 기능을 보조하여, 소량의 은을 사용하고도 우수한 항균, 살균 및 소취 성능을 발휘할 수 있다.

마스터배치, 항균제, 고분자 수지, 담지, 담체

Description

기능성 마스터배치 및 이의 제조방법{FUNCTIONAL MASTER BATCH AND METHOD OF PREPARING THE SAME}

본 발명은 기능성 마스터배치 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 항균, 살균 및 소취 성능이 우수하고 저렴한 가격으로 제조가 가능한 기능성 마스터배치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

마스터배치(master batch)란, 화학섬유 또는 석유화학 관련 공산품의 제조시에 이들에 기능성을 부여하기 위하여 첨가되는 항균제 등의 배합제의 분산을 좋게 하고, 배합제의 흩날림을 방지하기 위하여, 고분자 수지에 배합제를 고농도로 혼합하여 제조되는 첨가물질을 말한다.

종래, 항균, 살균 및 소취 기능을 부여하기 위하여 금속 또는 세라믹 등의 항균성 무기물질을 함유하는 마스터배치가 화학섬유나 석유화학 공산품의 제조에 주로 이용되었으며, 그러한 항균성 무기물질로는 그것의 우수한 항균 성능으로 인해 은(Silver)이 가장 대표적으로 사용되었다.

은을 함유하는 마스터배치의 제조방법으로는 나노화된 은 파우더를 고분자 수지에 혼입하고 교반한 후, 압출, 냉각, 컷팅의 공정을 거쳐 마스터배치를 제조하 는 방법과 고분자 수지에 콜로이드화된 은을 투입하여 건조시키면서 교반, 압출, 냉각, 컷팅의 공정을 거쳐 마스터배치를 제조하는 방법이 대표적이다.

그러나, 마스터배치는 확실한 기능성을 부여하고 분산이 잘 일어나도록 할 수 있어야 하며, 변질이 없어야 하고, 사용이 간편하여야 함을 고려할 때, 나노 은 파우더를 이용하여 제조되는 마스터배치가 요구되는 정도의 성능을 갖기 위해서는, 원사 생산시 야기될 수 있는 사절현상을 방지하기 위한 은 입자의 균일성 문제, 색상 문제 및 분산성의 문제 등이 먼저 해결되어야 하고, 은 콜로이드를 이용하는 경우도 황변현상을 방지하기 위한 완벽한 환원 기술이 필요하고, 액체 상태인 은 콜로이드를 고분자 수지와 혼합하여 교반하면서 수분을 100% 제거하여야 하는 공정상의 문제점 등이 해결되어야 한다.

또한, 은을 항균 물질로 사용할 경우 섬유 가공시에 투입되는 각종 계면활성제를 비롯한 섬유가공용제에 의한 산화 등의 변질의 문제가 있음에도, 종래의 방법들은 이를 해결하지 못하여, 마스터배치가 충분한 기능을 발휘하지 못하였다. 실제로, 낮은 데니어의 실을 생산하여 필라멘트 상태에서는 높은 항균기능을 나타내지만, 이 실을 이용하여 편직하거나 직조한 후 원단 상태에서 염색을 하면, 염색공정 중 사용되는 다량의 산성 또는 염기성의 섬유용제에 의해 은이 산화되고 이탈하여 유실되므로 공산품으로 제조된 후에는 항균 및 살균 기능을 유지하지 못하는 문제가 있었다.

이와 같은 이유로, 나노 은의 우수한 항균 및 살균 기능성에도 불구하고, 현재까지 이를 이용하여 충분한 성능을 발휘할 수 있는 마스터배치는 개발되지 못하 고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 항균, 살균 및 소취 성능이 우수하고, 저렴한 가격으로 생산이 가능한 기능성 마스터배치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 우수한 항균, 살균 및 소취 기능을 갖는 마스터배치를 간단하고 저렴하게 제조할 수 있는 기능성 마스터배치의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기능성 마스터배치는, 항균제 및 고분자 수지를 포함하는 것으로서, 상기 항균제는 이산화티타늄 및 산화아연으로 이루어지는 담체; 및 상기 담체에 담지된 은 및 산화마그네슘;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 기능성 마스터배치는 항균, 살균 및 소취 성능이 우수하고, 저렴한 가격으로 생산이 가능하다.

본 발명의 기능성 마스터배치에 있어서, 상기 이산화티타늄 및 산화아연의 입경은 0.15 내지 0.25㎛인 것이 바람직하고, 상기 은 및 산화마그네슘의 입경은 1 내지200nm인 것이 바람직하다. 또한, 상기 항균제에 포함되는 이산화티타늄, 산화아연, 은 및 산화마그네슘의 함량비는 이산화티타늄 50 내지 60 중량부, 산화아연 30 내지 40 중량부, 은 10 내지 15 중량부, 산화마그네슘 1 내지 5 중량부인 것이 바람직하다. 아울러, 상기 항균제의 함량비는 상기 마스터배치 총 중량의 3 내지 10 %인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 기능성 마스터배치의 제조방법은 (S1) 이산화티타늄 분말 및 산화아연 분말을 혼합하고 교반하여 혼합 분말을 제조하는 단계; (S2) 상기 혼합 분말에 졸 상태의 산화마그네슘을 치환시키고 건조한 후, 졸 상태의 은을 치환시키고 건조하여 항균제 분말을 제조하는 단계; (S3) 고분자 수지를 용융시키고, 용융된 고분자 수지에 상기 항균제 분말을 첨가한 후 교반하여 항균제 함유-용융 고분자 수지를 제조하는 단계; 및 (S4) 상기 항균제 함유-용융 고분자 수지를 압출 및 사출하고 냉각시킨 후 컷팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 기능성 마스터배치의 제조방법은, 그를 통해 우수한 항균, 살균 및 소취 기능을 갖는 마스터배치를 간단하고 저렴하게 제조할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 기능성 마스터배치에 대하여 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등 물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 기능성 마스터배치는 종래 나노 은을 항균제로 함유하는 마스터배치의 문제점으로 지적되었던 은의 변색, 산화, 이탈 등의 문제점을 해결함으로써, 우수한 항균, 살균 및 소취 성능을 나타낸다. 이러한 본 발명에 따른 기능성 마스터배치는 고분자 수지 및 항균제를 포함하여 이루어진다.

상기 고분자 수지로는 공업적으로 사용되는 모든 고분자 수지들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 그 대표적인 예로 나일론(Nylon), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에스테르(Polyester), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리아마이드(Poly Amide, PA), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리우레탄(Polyurethane, PU), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile Butadien Styrene, ABS), 고강도 폴리스티렌(High Impact Polystyrene, HIPS), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 고밀도 폴리에틸렌(high-density Polyethylene, HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(low-density Polyethylene, LDPE), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 폴리프로필렌 옥사이드(Polyphenylene Oxide, PPO), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terepthalate, PBT) 등이 있다.

상기 항균제는 은, 산화마그네슘, 이산화티타늄 및 산화아연을 포함하여 이루어진다. 상기 은은 우수한 항균, 살균 및 소취 기능을 발휘하며, 산화마그네슘, 이산화티타늄 및 산화아연은 이러한 은의 기능을 보조하여, 상호간 상승 작용으로 인해 성능을 더욱 극대화시킬 수 있다.

특히, 상기 항균제에 있어 은 및 산화마그네슘은 이산화티타늄 및 산화아연 에 담지되어 있으므로, 은 및 산화마그네슘이 섬유 가공시에 투입되는 각종 계면활성제를 비롯한 섬유가공용제에 의해 변질되는 것을 방지할 수 있고, 담지에 의해 고정되므로 은 및 산화마그네슘이 염색 등의 공정을 통해 이탈하여 유실되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이산화티타늄과 함께 산화아연을 담체로 사용하므로써, 이산화티타늄만을 담체로 사용하는 경우에 비해, 파우더의 양산시 최종 파우더의 입자의 크기를 더욱 용이하게 조절할 수 있고, 광촉매적 역할을 더욱 강하게 수행하도록 보조하며, 고분자 수지에 투입되었을 때 교반이 용이하여 분산을 더욱 원활하게 할 수 있다. 아울러, 산화마그네슘은 광활성도를 상승시켜주고, 은의 기능을 활성화시켜주는 촉매제로 기능하여 항균 등의 기능성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 은이 백색을 띠는 이산화티타늄에 담지되어 있어, 은 자체의 색상인 짙은 브라운이나 짙은 회색이 희색되어 연한 아이보리 색상을 띠게 되므로, 훌륭한 미감을 일으켜 섬유패션업계에서도 널리 활용될 수 있다.

상기 항균제에 포함되는 이산화티타늄 및 산화아연의 입경은 특별히 제한되지 않으나, 분산성을 높이고 비표면적을 넓혀 단위 중량당 항균 효과를 높이기 위해 0.15 내지 0.25㎛인 것이 바람직하다. 상기 은 및 산화마그네슘의 입경 역시 특별히 제한되지 않으나, 분산성을 높이고 비표면적을 넓혀 단위 중량당 항균 효과를 높이기 위해 1 내지 200nm인 것이 바람직하다.

상기 항균제에 포함되는 이산화티타늄, 산화아연, 은 및 산화마그네슘의 함량비는 특별히 제한되지 않으며, 발명의 효과를 해하지 않고 본 발명의 목적에 부합하는 범위 내에서 적절하게 조절하여 사용할 수 있다. 다만, 항균, 살균 및 소취 성능을 극대화하기 위해, 함량비는 이산화티타늄 50 내지 60 중량부, 산화아연 30 내지 40 중량부, 은 10 내지 15 중량부, 산화마그네슘 1 내지 5 중량부인 것이 바람직하다. 분산제를 첨가할 경우 분산제의 함량은 0.01% 이하의 극소량 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 기능성 마스터배치에 있어서, 항균제의 함량비는 특별히 제한되지 않으나, 분산성을 고려할 때 상기 항균제의 함량비는 마스터배치 총 중량의 3 내지 10%인 것이 바람직하다. 상기 기능성 마스터배치에는 항균제의 고른 분산을 위해 분산제를 더 첨가할 수 있으며, 분산제를 첨가할 경우 분산제의 함량은 0.01% 이하의 극소량 첨가하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 기능성 마스터배치는 나일론(Nylon), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에스테르(Polyester), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리아마이드(Poly Amide, PA), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리우레탄(Polyurethane, PU), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile Butadien Styrene, ABS), 고강도 폴리스티렌(High Impact Polystyrene, HIPS), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 고밀도 폴리에틸렌(high-density Polyethylene, HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(low-density Polyethylene, LDPE), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 폴리프로필렌 옥사이드(Polyphenylene Oxide, PPO), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terepthalate, PBT) 등의 다양한 고분자 수지로 제조되는 화학섬유 및 석유화학관련 공산품에 첨가되어 항균, 살균 및 소취 성능을 크 게 향상시킬 수 있다.

이하, 앞서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 기능성 마스터배치의 제조방법에 대하여 설명한다. 다만, 아래에서 설명되는 제조방법은 본 발명의 기능성 마스터배치를 제조할 수 있는 바람직한 제조방법의 일 예로서, 본 발명의 기능성 마스터배치의 범위가 이에 의해 제한되지 않는다.

먼저, 이산화티타늄 분말 및 산화아연 분말을 혼합하고 교반하여 혼합 분말을 제조한다. 이산화티타늄 분말 및 산화아연 분말의 입경은 특별히 제한되지 않으나, 분산성을 높이고 비표면적을 넓혀 단위 중량당 항균 효과를 높이기 위해, 0.15 내지 0.25㎛인 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 혼합 분말에 졸 상태의 산화마그네슘을 치환시키고 건조한 후, 졸 상태의 은을 치환시키고 건조하여 항균제 분말을 제조한다. 여기서, 산화마그네슘을 치환시키는 과정은 졸 상태의 산화마그네슘을 상기 혼합분말에 혼합하고 교반한 후 숙성시킴에 의해 이루어질 수 있으며, 은을 치화시키는 것 역시 동일한 방법으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 단계에서 은 및 산화마그네슘의 입경은 특별히 제한되지 않으나, 분산성을 높이고 비표면적을 넓혀 단위 중량당 항균 효과를 높이기 위해, 1 내지 200nm인 것이 바람직하다.

상기 두 과정에서 첨가되는 이산화티타늄, 산화아연, 은 및 산화마그네슘의 양의 비는 특별히 제한되지 않으나, 항균, 살균 및 소취 성능을 극대화하기 위해, 이산화티타늄 50 내지 60 중량부, 산화아연 30 내지 40 중량부, 은 10 내지 15 중량부, 산화마그네슘 1 내지 5 중량부인 것이 바람직하다.

항균제 분말이 제조되면, 고분자 수지를 용융시키고, 용융된 고분자 수지에 상기 항균제 분말을 첨가한 후 교반하여 항균제 함유-용융 고분자 수지를 제조한다. 상기 고분자 수지로는 나일론(Nylon), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에스테르(Polyester), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리아마이드(Poly Amide, PA), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리우레탄(Polyurethane, PU), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile Butadien Styrene, ABS), 고강도 폴리스티렌(High Impact Polystyrene, HIPS), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 고밀도 폴리에틸렌(high-density Polyethylene, HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(low-density Polyethylene, LDPE), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 폴리프로필렌 옥사이드(Polyphenylene Oxide, PPO), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terepthalate, PBT)가 대표적으로 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 공업용으로 사용되는 모든 고분자 수지들이 사용될 수 있다. 용융 고분자 수지에 항균제 분말을 첨가할 때, 항균제의 고른 분산을 위해 분산제를 더 첨가할 수 있으며, 분산제를 첨가할 경우 분산제의 함량은 0.01% 이하의 극소량 첨가하는 것이 바람직하다.

마지막으로, 이상의 공정을 통해 제조된 항균제 함유-용융 고분자 수지를 압출 및 사출하고 냉각시킨 후 컷팅 함으로써 본 발명의 기능성 마스터배치를 제조할 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하 기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

실시예 1

평균 입경 0.2㎛의 이산화티타늄 분말 및 평균 입경 0.2㎛의 산화아연을 혼합하여 혼합 분말을 제조한 후, 제조된 혼합 분말에, 평균 입경 100nm의 졸 상태의 산화마그네슘을 혼합하고 80℃의 온도로 건조한 후 숙성시켜 산화마그네슘을 치환하고, 평균 입경 100nm의 졸 상태의 은을 혼합하고 80℃의 온도로 건조한 후 숙성시켜 은을 치환하여 항균제 분말을 제조하였다. 상기 항균제 제조 시 첨가된 이산화티타늄, 산화아연, 은 및 산화마그네슘의 중량비는 이산화티타늄 40 중량%, 산화아연 45 중량%, 은 10 중량%, 산화마그네슘 5 중량% 이었다. 이와 같이 제조된 항균제 분말의 평균 입경을 측정한 결과, 약 250㎛이었다.

다음으로, 수지 혼합교반기에서 150℃의 온도로 나일론 수지를 용융시키고, 용융된 고분자 수지에 앞서 제조된 항균제 분말을 첨가한 후 교반하였다. 20분 경과 후 180℃로 온도를 높인 후 왁스계의 분산제를 투입하여 30분간 교반하고, 노즐을 통해 압출되는 피사출물을 급속 냉각시킨 후 컷팅하여 기능성 마스터배치를 제조하였다. 상기 과정에서 고분자 수지, 항균제 분말 및 분산제의 함량비는 각각 96.99%, 3%, 0.01%이었다.

이와 같이 제조된 마스터배치를 나일론 수지(메인 수지)에 3 중량%의 함량으로 투입한 후, 3 데니어의 굵기로 원사를 제조하였다.

실시예 2

실시예 1에서 제조된 것과 동일한 방법으로 제조된 폴리에스터 마스터배치를 폴리에스터 수지에 3 중량%의 함량으로 투입한 후, 1데니어의 굵기로 원사를 제조하였다.

항균성 검사

상기 실시예 1, 2에 따른 원사에 대하여 한국원사직물시험검사소를 통해 항균 기능성을 시험한 결과, 모두 99.9%이상의 균 감소율을 보였고, 본 실을 이용하여 직물로 제직하고 염색과정을 수행한 후 다시 항균검사를 수행한 결과, 양군 모두 99.9%이상의 항균 기능성이 유지됨을 확인하였다.

본 발명의 기능성 마스터배치는 항균제에 은, 산화마그네슘, 이산화티타늄 및 산화아연이 함유되어 우수한 항균, 살균 및 소취 성능을 갖는다. 특히, 은을 산화마그네슘과 함께 이산화티타늄 및 산화아연에 담지시켜 사용함으로써, 섬유 가공시 첨가되는 각종 계면활성제를 비롯한 여타 섬유가공용제에 의해 은이 변질되는 것과 은이 이탈하여 유실되는 것을 방지할 수 있으며, 산화마그네슘, 산화아연 및 이산화티타늄 자체의 항균기능 및 은이온 활성화기능에 의해 항균제의 성능을 더욱 높여, 본 발명의 마스터배치를 사용하여 제조되는 화학 섬유 및 플라스틱 제품의 항균, 살균 및 소취 기능을 크게 향상시킨다.

또한, 본 발명의 기능성 마스터배치의 제조방법은, 그를 통해 우수한 항균 등의 기능을 갖는 기능성 마스터배치를 간단하고 경제적인 방법으로 제조할 수 있는 장점이 있다.

Claims

항균제 및 고분자 수지를 포함하는 기능성 마스터배치에 있어서,

상기 항균제는 이산화티타늄 및 산화아연으로 이루어지는 담체; 및

상기 담체에 담지된 은 및 산화마그네슘;을 포함하고

상기 이산화티타늄 및 산화아연의 입경은 0.15 내지 0.25㎛이고,

상기 은 및 산화마그네슘의 입경은 1 내지 200nm인 것을 특징으로 하는 기능성 마스터배치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 항균제 내의 상기 이산화티타늄의 함량비는 50 내지 60 중량부이고,

상기 산화아연의 함량비는 30 내지 40 중량부이고,

상기 은의 함량비는 10 내지 15 중량부이며,

상기 산화마그네슘의 함량비는 1 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는 기능 성 마스터배치.
제1항에 있어서,

상기 기능성 마스터배치에 포함되는 항균제의 함량비는 마스터배치 총 중량의 3 내지 10%인 것을 특징으로 하는 기능성 마스터배치.
(S1) 이산화티타늄 분말 및 산화아연 분말을 혼합하고 교반하여 혼합분말을 제조하는 단계;

(S2) 상기 혼합 분말에 졸 상태의 산화마그네슘을 치환시키고 건조한 후, 졸 상태의 은을 치환시키고 건조하여 항균제 분말을 제조하는 단계;

(S3) 고분자 수지를 용융시키고, 용융된 고분자 수지에 상기 항균제 분말을 첨가한 후 교반하여 항균제 함유-용융 고분자 수지를 제조하는 단계; 및

(S4) 상기 항균제 함유-용융 고분자 수지를 압출 및 사출하고 냉각시킨 후 컷팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 마스터배치의 제조방법.