KR100745467B1 - 항균성 및 대전방지성을 가지는 기능성 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 항균성 및 대전방지성을 갖는 기능성 섬유에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 이산화티탄과 풀러렌을 혼입한 열경화성 수지의 코팅층을 형성함으로써 이루어진, 항균성과 대전방지성을 겸비한 기능성 섬유가 제공된다.
항균, 대전방지, 열경화성 수지, 섬유, 이산화티탄, 풀러렌

Description

항균성 및 대전방지성을 가지는 기능성 섬유{Functional fiber having antibacterial and antistatic effect}
본 발명은 항균성 및 대전방지성을 갖는 기능성 섬유에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화티탄과 풀러렌을 이용하여 제조되는 항균성과 대전방지성을 겸비한 기능성 섬유에 관한 것이다.
최근 급속한 사회발전과 더불어 생활수준이 향상됨에 따라, 친환경, 위생 등의 이른바 웰빙(well-being) 소재에 대한 요구가 사회적으로 증가하고 있다. 특히,직접적으로 신체에 접촉하는 섬유제품에 대하여도 이러한 요구가 반영되어 다양한 기능을 가진 소위 "기능성 직물"에 대한 수요가 증가하고 있고, 이러한 소비자의 요구에 부응하여 항균, 방취, 치유(healing), 대전방지 등의 기능을 갖는 섬유 제품의 개발이 본격화되고 있다.
한편, 미생물은 광범위한 분야에서 유익하게 사용되는 존재이나 한편으로는 식료품의 부패 또는 병원균으로서 인간, 동식물에 피해를 주는 유해함도 동시에 가지는 것으로서, 다양한 분야에서 항균성에 대한 요구가 있어 왔다.
특히, 황색포도상구균은 오래전부터 화농균과 식중독균으로 알려져 있으며 최근에는 항생물질 등에 저항성을 갖는 내성균-MRSA(메치시린 내성 포도상구균)이 출현하여, 병원에서 주요 감염원으로 문제가 되고 있어, 저항력이 약한 고령자나 면역성이 저하된 환자가 이에 감염되면, 체내로부터 MRSA를 배제하는 것이 어렵게 되어 치료가 어렵게 된다. 때문에 선진국에서는 병원에서 사용하는 의류제품에 MRSA의 증식을 억제하는 제품을 사용하는 것을 적극 권장하고 있다.
이러한 유해한 세균의 증식을 억제하기 위해 사용되는 항균제는 유기 항균제와 무기 항균제로 구분되는데, 유기항균제로는 항균성 식물로부터 추출한 천연 추출물을 섬유에 처리하는 방법이 대표적인 것으로서, 예를 들면 널리 알려진 고삼(Sohora flavescens)과 자몽(Grapefruit) 추출물 성분이 있으며, 고삼에서는 마트린(Matrine), 옥시마트린(Oxymatrine), 소포라놀(Sophoranol), 아나기린(Anagyrine), 자몽에서는 구연산 및 비타민 C가 항균성 기능을 부여하고 있다.
항균성을 직물 등에 부여하는 기술은, 대한민국 특허공고 1996-0015185호에서 "고삼과 자몽에서 추출한 추출물"을 선택하여 물티슈에 적용한 기술, 일본 특개소59-130371호에서 유기실리콘 제4급 암모늄염을 사용한 항균방취가공 기술, 대한민국 특허 제0124965호에서 "항균성 발현 금속성분을 방사시에 혼입하여 항균성을 부여한 기술" 등이 존재한다.
이러한 방법들에 의한 항균방취 섬유 중, 항균성의 발현을 위해 첨가되는 4급 암모늄염은 인체유해성과 금속성분을 방사시에 혼입함으로써 공정에서 기술상의 어려움이 있어 새로운 기술전개에 의한 개발이 요구되고 있고, 고삼과 자몽에서 추출한 추출물은 그 항균성 및 시효에 따른 항균 잔존성이 높지 않아 직물과 같은 섬 유제품에 시행하기에는 어려움이 있다.
한편, 의류용, 인테리어용, 산업용에 사용되는 직물의 경우 정전기 발생이 소비자에게 불쾌감을 주거나 몸에 밀착되거나 인화성 물질을 다루는 작업장에는 화재의 발생원으로 대전방지에 대한 요구가 있어왔다.
대전방지성을 부여하는 기술로는 섬유표면에 도전성 미립자를 분산시킨 유기층을 형성하는 방법, 방사시에 카본블랙과 같은 도전성 재료를 혼입하는 방법, 진공증착이나 스퍼터링을 이용하여 섬유표면에 도전막을 형성하는 방법 등이 있다.
이러한 방법 중, 미국 특허 제3803453호에는 도전성 카본블랙을 방사시 섬유의 코어부분으로 하고, 비도전성 중합체를 시이스로 하여 복합방사한 도전성 복합사 제조방법을 제안하였으나, 이 방법에 따르면 고도의 방사기술이 필요한 단점을 가질 뿐만 아니라, 다양한 섬유제품에 널리 적용할 수 없는 한계를 갖는다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 간단한 공정의 후가공 공정에 의해 제조되는 항균성과 대전방지성을 겸비한 기능성 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기능성 섬유는,
열경화성 수지 100중량부에 대하여, 용매 20~100중량부, 이산화티탄 1~10중량부 및 C60, C72, C76, C82 및 C84로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 풀러렌의 혼합물을 0.001~0.1 중량부 포함하는 기능성 코팅액 조성물을 섬유 표면에 도포하고 열처리함으로써 이루어진 기능성 코팅층이 형성되어 있어 항균성과 대전방지성을 겸비한 것을 특징으로 한다.
상기 구성을 상세하게 설명하면, 본 발명에 따른 기능성 섬유의 제조에 사용되는 섬유 제품은 직물, 편물, 부직포와 같은 형태의 각종 포지 및 섬유 원사 등에 모두 적용이 가능하고 특별히 제한되지 않으며, 원료가 되는 섬유의 종류도 천연섬유, 합성섬유, 반합성섬유, 재생섬유 등 각종 섬유에 적용가능하고, 특별히 제한되지 않는다. 또한 적용되는 제품의 분야도 의료용 제품이나 실내 인테리어용 직물 등에 이르기까지 다양한 제품분야에 적용이 가능하다.
그리고, 본 발명의 기능성 섬유를 제조하기 위한 항균성 부여제로서 사용되는 이산화티탄(TiO2)은, 반도체 및 백색 안료로서 널리 사용되는 값싸고 내구성이 우수한 물질로서, 천연으로는 브루카이트 ·예추석(銳錐石) ·판(板)티탄석 ·일메나이트(티탄철석) 등의 광물로서 존재한다. 그리고 이 이산화티탄은 3가지 결정구조로서 각각 존재하는데, 이 중에서 아나타제가 광촉매 효과가 가장 우수하다고 알려져 있다. 본 발명에 따른 기능성 섬유의 제조에 사용되는 이산화티탄으로는 이러한 아나타제(anatase)를 비롯하여, 루타일(rutile), 무정형 산화티탄 등과 같은 티탄 산화물을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이산화티탄의 사용량은 상기한 바와 같이 열경화성 수지 100중량부에 대해 1~10중량부 범위로 사용하는데, 사용량이 이 범위보다 적으면 항균효과를 발휘하기에 부족하며, 사용량이 상기 범위를 초과하여 지나치게 많으면 작업성에 문제가 있 고, 섬유의 촉감이 불량해지는 문제가 있어 바람직하지 않다.
한편, 상기 풀러렌(fullerene)은 대전방지성을 부여하기 위하여 사용되는 것으로서, 열경화성 수지 100중량부에 대해 0.001~0.1중량부의 미량을 사용한다.
풀러렌은 흑연조각에 레이저를 쏘았을 때 남아 있는 그을음에서 발견된 새로운 물질로서, 일반적으로 풀러렌이라 함은 탄소 원소 60개가 축구공 모양으로 결합하여 생긴 탄소의 클러스터 C60을 주로 일컫는다. 이 C60 풀러렌은 12개의 5원환과 20개의 6원환으로 이루어져, 지름 약 1㎚의 "나노의 축구공"을 형성하고 있는데, 이러한 구조적인 특성으로 인해 풀러렌은 우수한 도전성을 나타내기 때문에 열경화성 수지에 첨가하여 대전방지성의 코팅층을 형성할 수 있다.
이러한 풀러렌은, 압력 약 50~600토르의 헬륨가스 안에서 흑연을 전극으로 하여 아크방전을 하여 생성된 주석의 유기용매 추출로 얻어지며, 이때 럭비공 모양의 C60이나, 보다 사이즈가 큰 C76, C78, C82와 같은 고차 풀러렌도 얻어진다.
이들 이산화티탄과 풀러렌은 결합제로서 열경화성 수지에 혼입하여 항균성 및 대전방지성을 갖는 기능성 코팅액 조성물을 만들어 직물 등의 섬유에 도포 등의 방법으로 부여한 후, 건조 및 열경화하여 섬유에 기능성 코팅층을 형성하는 방법으로 부여할 수 있다.
예컨대, 직물 또는 원사 형태의 섬유에 스프레이 도포, 나이프 도포, 침적, 스크린 도포 등의 각종 방법으로 도포할 수 있으며, 포지나 원사의 특성, 가공공정상의 경제성 등에 따라 가장 적합한 방법을 적의 선택하여 시행할 수 있다.
이러한 코팅액 조성물을 형성하는 데에 사용되는 결합제로서의 열경화성 수 지는, 1개 이상의 관능기를 가진 화합물로서, 예컨대, (메타)아크릴레이트와 같은 불포화 이중결합을 갖는 것과 에폭시기 또는 실란올기와 같은 반응성 치환기를 갖는 것 등을 들 수 있다. 이러한 관능기를 갖는 본 발명에서 사용되는 열경화성 수지의 구체적인 예로서는, 에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 다가 알코올과 다가 카르복실산 및 무수물과 아크릴산을 에스테르화하여 얻어지는 폴리에스테르 (메타)아크릴레이트, 폴리실록산 폴리아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트 등이 있다. 그리고 불소를 함유하는 불소함유 에폭시아크릴레이트와 불소함유 알콕시 실란 등 불소계 바인더를 이용할 수 있는데, 섬유 제품의 특성상 특히 상기 불소계 열경화성 수지 바인더를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 열경화성 수지에 대해서는 필요한 경화제를 첨가하게 된다.
한편, 상기 코팅액 조성물의 제조에 사용되는 용매로서는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 프로판올 등의 알코올류, 메틸 이소부틸 케톤과 같은 케톤류, 초산메틸, 초산 에틸 등의 에스테르류, 톨루엔, 크실렌, 벤젠과 같은 방향족 화합물, 디에틸에테르 등의 에테르류, 및 물 등을 사용할 수 있으나 이들에 한정되는 것은 아니다.
이외에도, 기능성 코팅층을 형성하기 위한 코팅액 조성물에는 분산제(비이온성 계면활성제, PEG)를 더 포함시킬 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
이하의 실시예 및 비교예에서 항균성 및 대전방지성은 하기와 같은 방법으로 이루어졌다.
항균성 시험
항균성은 KS K 0693-2001의 방법에 따라 이루어졌으며, 채용된 공시균은 황색포도상구균(Staphylococcus Aureus, American Type Culture Collection ATCC 6538) 및 폐렴구군(Klebsiella Pneumoniae, ATCC 4352)이다.
대전방지성 시험
Hiresta의 MCP-HT450을 사용한 표면저항율을 측정하여 대전방지성을 시험하였다.
세탁 견뢰도 시험
ISO 105 C06 A2S 방법에 따라 다섬오염포를 처리 직물에 부착하여 시험하였으며, 사용한 세제는 0.4% ECE Reference Detergent 와 0.1% Soduim Perborate Tetrahydrate Solution 이며 10개의 Steel Ball을 강구로 사용하였다.
실시예 1
이산화티탄(데구사제 P25) 0.02g과 C60 풀러렌 0.002g을 불소수지 에멀젼을 주성분으로 한 불소계 바인더(고형분 30%) 10g 및 경화제 0.1g과 혼합한 후, 이 혼합물을 물로 희석하여 코팅액 100g을 제조하였다.
상기 코팅액을 폴리에스테르 직물(경사 150D/45F, 위사 300D/96F)에 딥코 팅(dip coating)법에 의해 도포한 후, 110℃의 온도에서 3분간 건조시키고, 다시 170℃의 온도에서 1분간 열처리하여 경화시켰다.
비교예 1
실시예 1에서와 같이 코팅액을 제조하되, 이산화티탄과 풀러렌을 첨가하지 않고 코팅액을 제조하여, 실시예 1에서와 동일하게 폴리에스테르 직물에 도포하여 건조 및 열처리하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 코팅포 및 미처리 직물에 대하여 상술한 방법으로 항균성과 대전방지성을 시험하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 황색포도상구균 정균감소율 (%) 폐렴구균 정균감소율 (%) 표면 저항율 (Ω/sq) 세탁내구성 (급)
실시예 1 99.99 99.99 8*1011 변퇴:4 오염:4-5
비교예 1 56 57 1013 이상(측정불가) 변퇴:4 오염:4
미처리 직물 47 36 1013 이상(측정불가) 변퇴:4 오염:4-5
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 항균 및 대전방지성의 직물을 제조한 실시예 1의 경우가, 미처리 직물이나 이산화티탄 및 풀러렌 미첨가의 코팅액으로 코팅 처리한 비교예 1과 비교하여 정균 감소율과 표면 저항율이 현저하게 개선됨을 알 수 있다.
한편, 미처리 직물과 실시예 1의 결과를 비교한 결과 처리한 직물의 상태가 변함없이 초기 상태를 유지함을 확인할 수 있었다.
이러한 현상을 통하여 볼 때, 본 발명에서 사용한 이산화티탄과 풀러렌이 항균성과 대전방지성 증대에 직접적으로 기여하여 이를 통해 기능성 포지를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 항균 및 대전방지성을 겸비한 기능성 섬유는 병원성 세균에 대한 항균성 시험에서 99.99% 이상의 항균성을 나타낼 뿐만 아니라, 대전방지성도 뛰어난 효과를 갖는다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 기능성 섬유는 후처리공정에 의해 간단하게 기능성을 부여하기 때문에, 종래 기술에서와 같이 제조에 있어서의 공정상의 어려움이 없이 다양한 종류의 섬유에 대해 용이하게 적용할 수 있어, 이를 이용한 각종 섬유제품을 제조하여 의류로서 착용자의 위생을 증대하고, 각종 의료용품에 적용할 수도 있으며, 커튼 등의 인테리어직물에 적용하여 실내환경의 개선에도 도움을 주는 등 다양하고 광범위한 활용성을 갖는 이점이 있다.
특히, 이들 용도에 적용할 경우, 자체 대전방지성이 뛰어나기 때문에 정전기에 의한 실내 오염물질의 부착이 현저히 감소되어, 이들 오염물질에 의한 비위생적인 조건이 증가됨으로 해서 세균이 번식하는 등의 감염을 최소화하기 때문에 항균성이 더욱 향상되는 시너지 효과를 발휘할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

  1. 열경화성 수지 100중량부에 대하여, 용매 20~100중량부, 이산화티탄 1~10중량부 및 C60, C72, C76, C82 및 C84로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 풀러렌의 혼합물을 0.001~0.1 중량부를 포함하는 기능성 코팅액 조성물을 섬유 표면에 도포하고 열처리함으로써 이루어진 코팅층이 형성되어 있어, 항균성과 대전방지성을 겸비한 것을 특징으로 하는 기능성 섬유.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 불소함유 에폭시아크릴레이트 또는불소함유 알콕시 실란 중에서 선택되는 불소계 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 기능성 섬유.
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