KR100780320B1

KR100780320B1 - 기능성 광물질을 함유하는 폴리에스테르 수지의 제조방법

Info

Publication number: KR100780320B1
Application number: KR1020060020076A
Authority: KR
Inventors: 최종기
Original assignee: (주)티에스 아쿠아 텍
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-11-28
Also published as: KR20070090405A

Abstract

본 발명은 기능성 광물질을 함유하는 폴리에스테르 수지의 제조방법에 관한 것으로, 토르말린과 모나자이트 및 일라이트를 포함하며 평균입경이 0.6-50㎛인 광물질 분말 40-59.5중량부와, 계면활성제 0.2-1.0중량부 및 함께 에틸렌 글리콜 40-59.5중량부를 혼합하고 분쇄기에서 분쇄하여 광물질의 평균입경이 0.1-0.4㎛가 되도록 분쇄된 에틸렌 글리콜 슬러리를 폴리에스테르 축중합 반응의 감압공정 직전에 광물입자의 함량이 0.5-3중량%가 되도록 투입하는 단계를 포함하며, 본 발명에 의한 수지는 일반 수지와 유사한 수준의 백색도를 유지하면서, 음이온 발생량, 원적외선 발생량이 종래의 기능성 수지에 비하여 우수하며, 섬유의 제조에 이용될 경우 팩압상승으로 인한 연속작업이 불가능하였던 종래의 문제점을 완벽하게 해결할 수 있다.

폴리에스테르, 광물입자, 토루말린, 일라이트, 모나자이트, 계면활성제, 혈류개선, 수맥차단

Description

기능성 광물질을 함유하는 폴리에스테르 수지의 제조방법{Method of proparing of polyester resin containing functional mineral material}

도 1은 본 발명의 제조방법에 의하여 얻어진 폴리에스테르 수지의 현미경 사진이고,

도 2는 티셔츠 착용 전의 적외선 촬영 사진이고,

도 3은 티셔츠 착용 30분 후의 적외선 촬영 사진이고,

도 4는 티셔츠 착용 전의 혈액을 촬영한 현미경 사진이고,

도 5는 티셔츠 착용 30분 후의 혈액을 촬영한 현미경 사진이다.

본 발명은 기능성 광물질을 함유하는 폴리에스테르 수지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하기로는 백색도 및 혈액순환 촉진효과가 향상된 폴리에스테르 수지의 제조방법에 관한 것이다.

폴리에스테르에 여러 가지 첨가제를 첨가함으로써 기능성을 부여하기 위한 시도는 그동안 많이 이루어져 왔다. 최근에는 운모, 각섬석, 맥반석, 황토 등이 건 강에 유익한 광석으로 알려지게 됨에 따라 이러한 광물질을 폴리에스테르에 첨가하려는 연구도 활발히 진행되고 있다.

폴리에스테르에 광물질을 첨가하는 기술은 한국 공개특허 제2002-0070672호와 같이 광물질(운모)을 첨가하는 기술과 한국특허 제354848호와 같이 광물질 및 은계항균제를 같이 첨가하는 기술이 있다.

전자의 기술은 항균성을 효과적으로 부여할 수 없다는 문제점을 가지고 있으며, 후자의 기술은 초기 백색도 미흡 및 특히 시간의 경과에 따라 색상이 변화된다는 문제점을 가지고 있다. 그리고 두 기술의 공통적인 문제점은 얻어진 수지로 합성섬유를 제조할 경우에 팩압의 상승으로 인하여 경제성이 있을 정도(7일 이상)의 연속적인 작업이 이루어지지 아니한다는 치명적인 결점을 가졌다.

연속작업이 이루어지지 아니하는 원인은 운모와 같은 경도가 낮은 광물질은 미립자로 분쇄하는 것이 용이하지 아니할 뿐만 아니라, 미립자로 분쇄된다 하더라도 재응집이 잘 일어나기 때문이다. 재응집된 입자들은 큰 입자와 같은 거동을 보이므로 연속작업을 방해하는 것이다.

한편, 한국특허 제450530호에서는 운모광물인 일라이트 입자 또는 일라이트 입자와 세리사이트 입자의 혼합물이 폴리에스테르 전체 중량의 0.3-10%이고, 은계 무기항균제 입자가 상기 운모광물 전체 중량의 5-30%가 되도록 하여, 1차로 수계 분쇄공정과 2차로 에틸렌 글리콜 분쇄공정으로 분쇄하여 에틸렌 글리콜 슬러리를 제조하고, 제조된 슬러리를 폴리에스테르 중합 공정 중에 첨가하여 제조하는 것을 특징으로 하는 기능성 폴리에스테르 섬유의 제조방법이 개시되어 있다.

이 기술에 의하여 얻어진 섬유는 축열성, 원적외선 방사성 및 탈취율에서 우수한 특성을 보이지만, 은계 항균제의 사용으로 인하여 시간의 경과에 따라 색상이 변하게 되는 문제점을 여전히 가지며, 또한 미세하게 분쇄된 광물 입자가 재응집 되는 문제점도 여전히 가지고 있다.

이러한 이유로 수많은 시제품이 개발되었음에도 불구하고 아직까지 경제성이 있는 기능성 물질을 함유한 폴리에스테르 수지 및 이를 이용한 섬유제품이 출현되지 아니하고 있는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연속 방사작업이 가능한 기능성 폴리에스테르 수지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적은 초기 백색도가 우수하고 시간의 경과에 따른 색상변화가 없는 폴리에스테르 수지를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 음이온 발생량과 혈류개선효과가 현저히 향상된 폴리에스테르 수지를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 수맥차단효과를 발휘하는 폴리에스테르 수지를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 모노필라멘트사의 직경이 1데니어 정도의 세섬도 원사용 폴리에스테르 수지를 제공하는 것이다.

본 발명은 토르말린과 모나자이트 및 일라이트를 포함하며 평균입경이 0.6- 50㎛인 광물질 분말 40-59.5중량부와, 계면활성제 0.2-1.0중량부 및 함께 에틸렌 글리콜 40-59.5중량부를 혼합하고 액상의 상태로 동시에 분쇄기에서 분쇄하여 광물질의 평균입경이 0.1-0.4㎛가 되도록 분쇄된 에틸렌 글리콜 슬러리를 폴리에스테르 축중합 반응의 감압공정 직전에 광물 분말의 함량이 0.5-3중량%가 되도록 투입하는 것으로 구성된다.

광물질은 필요한 경우 다른 종류의 광물질이 첨가될 수 있으며, 그 예로는 옥, 맥반석, 제올라이트, 솔라이트, 이산화티탄, 벤토나이트, 각섬석, 게르마늄석 등을 들 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 얻어진 수지의 백색도와 빛에 의한 변색을 방지하기 위해서는 은계 항균제의 사용이 배제된다. 그러나 통상 은계 항균제의 사용을 배제하게 되면 항균성이 부족하게 된다. 본 발명에서는 사용되는 광물을 적절히 선택하고, 광물 입자를 미세하게 분쇄한 다음 재응집을 방지함으로써 은계 항균제를 사용하지 아니하고도 충분한 항균성이 발현되도록 하였다.

본 발명에서 사용되는 광물질은 토르말린과 모나자이트 및 일라이트를 포함하며 필요에 따라 옥, 맥반석, 제올라이트, 솔라이트, 이산화티탄, 벤토나이트, 각섬석, 게르마늄석 등의 광물질 분말 2-5종이 함께 사용될 수 있다. 여러 종류의 광물질이 혼합사용될 경우에는 은계 항균제의 첨가 없이도 항균성이 발휘된다.

토르말린은 비교적 경도가 높은 광물이며 지금까지의 기술로는 0.6㎛ 이하의 입자로는 분쇄하기가 어렵다. 또한 모나자이트나 일라이트 등은 매우 무른 성질을 가지므로 이들이 혼합된 상태에서 통상의 방법으로는 원하는 입도의 분말을 얻을 수 없다. 또한 원하는 입도까지 분쇄한다고 하더라도 쉽게 재응집되므로 섬유 등의 제조에는 연속적으로 사용될 수 없다는 점은 전술한 바와 같다. 재응집된 광물 입자를 함유한 수지를 섬유의 제조에 사용한다면 팩압의 상승으로 1일, 길어야 3일 이상 연속작업을 할 수 없는 것이다.

본 발명에서는 광물 입자와 에틸렌 글리콜 및 적절한 계면활성제를 혼합하여 습식 분쇄함으로써 광물 입자를 원하는 입경으로 미세하게 분쇄할 수 있으며, 또한 분쇄된 입자들이 재응집되지 않도록 하였다.

광물 입자가 평균입경 0.1-0.4㎛, 보다 바람직하게로는 0.2-0.3㎛의 크기로 분쇄되면 그 이전에는 발휘하지 않았던 여러 가지의 새로운 성질을 발휘하게 된다. 즉, 항균성, 수맥차단성 등 평균 입경 0.7㎛ 이상의 광물질이 가지지 못하였던 성질을 가짐과 동시에, 음이온 발생량, 원적외선 방사효율 및 혈류개선 효율 등의 성질이 현저하게 상승하게 된다. 또한 적혈구를 클러스트 상태에서 독립된 입자로 분산시키는 놀라운 효과도 발휘하게 된다. 뿐만 아니라, 미분쇄되고 재응집되지 아니하는 상기 혼합 광물의 분말은 270-300℃ 온도의 중합과정이나 290℃ 정도의 방사과정에 노출된다고 하더라도 그 물성이 그대로 유지된다.

광물 입자와 에틸렌 글리콜 및 계면활성제의 적절한 사용비율은 중량비로 40-59.5 : 40-59.5 : 0.1-1.0 이다. 상기 범위를 벗어나는 경우에는 분쇄효율이 저하될 뿐만 아니라, 얻어진 수지의 광물함량을 조절하기에 어려움이 있다.

사용되는 광물 입자의 혼합비는 중량비로 토르말린 : 모나자이트 : 일라이트 의 비율이 10-50 : 5-40 : 10-50 이 적절하다. 다른 광물 입자가 사용되는 경우에는 상기 비율이 유지되는 범위 내에서 다른 광물 입자를 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 계면활성제는 티타늄과 트리스(도데실벤젠설포네이토-o)-(2-프로파노레토-o)를 함유하는 계면활성제로, 보다 구체적으로는 일본 아지노모도사에서 시판하고 있는 상품명 KR 9SA이다. 이외의 다른 어떤 종류의 계면활성제도 분쇄된 광물입자의 재응집을 효과적으로 방지하지 못한다. 이 계면활성제는 무기물의 표면에 상온에서 화학적으로 결합하여 유기질의 피막을 만드는 성질이 있다. 이러한 성질로 인하여 미분쇄된 광물입자들이 재응집되는 것을 효과적으로 방지하는 것으로 추측된다.

미세하게 분쇄된 광물 입자를 함유하는 에틸렌 글리콜 슬러리는 폴리에스테르 축중합 반응의 감압공정 직전에 투입된다. 보다 바람직하기로는 에틸렌 글리콜 슬러리의 투입전에 2,000-5,000메쉬의 필터로 거르는 단계를 거치는 것이다. 이러한 필터링 공정을 통하여 장기 보존 등의 영향으로 발생될 수 있는 재응집 입자가 공정에 투입되는 것을 방지할 수 있다.

에틸렌 글리콜 슬러리의 투입량은 최종 수지에 광물 입자의 함량이 0.5-3중량%가 되도록 투입된다. 이 범위 미만의 경우에는 투입효과가 부족하며, 이 범위를 초과하게 되면 수지를 섬유 제조에 사용하는 경우 연속작업에 지장이 초래될 수도 있다.

본 발명의 실시예는 아래와 같다.

(실시예1)

평균입도 20㎛의 크기로 분쇄된 토르말린(10중량%), 모나자이트(12중량%), 일라이트(6중량%) 세리사이트(12중량%) 및 제올라이트(9중량%)로 구성되는 입자 49중량%를 에틸렌 글리콜 49중량%와 계면활성제(KR-9SA) 0.5중량% 및 안정제 1.5중량%를 혼합하고 액상의 상태로 습식분쇄하여 광물입자의 평균 입자크기가 310㎚가 되도록 분쇄하였다.

미세하게 분쇄된 광물입자를 함유하는 슬러리를 필터로 통과시켜 700㎚ 이상 크기의 재응집된 입자를 거르고 폴리에스테르 중합의 에스테르교환반응이 종료한 후 투입하고 이어서 축중합반응을 진행하여 얻어진 폴리에스테르 수지 중의 광물 입자의 함량이 1.45중량%가 되도록 하였다.

얻어진 수지의 현미경 사진은 도1과 같이 광물 입자가 균일하게 수지에 분산된 상태였으며, 이 수지를 사용하여 290℃에서 3000m/분의 방사속도로 용융방사하여 섬유를 제조하였다. 방사에 사용된 팩은 50-60메쉬로 조정하였다.

얻어진 섬유의 섬도는 폴리에스테르 POY 125D/72F 였으며, 이를 DTY로 가공하여 원사를 제조하였고, 이 원사를 기계로 편직하여 원단을 얻었다. 원사 및 원단의 물성은 아래의 표1과 같다.

[표 1]

강도(g/d)	4.2
음이온발생량(ION/cc) *1)	310
원적외선 방사율(5~20㎛) *2)	0.899
원적외선 방사에서지(W/㎡·㎛,37℃)	3.47×10²
연속작업시간	10일
백색도 *3)	95

*1) 음이온 발생량 측정방법

(1) 시험방법 : KFIA-FI-1042

(2) 시 험 편 : 100 X 150mm

(3) 전하입자 측정장치를 이용하여 실내온도 20℃, 습도 44%, 대기중 음이온수 104/cc의 조건에서 실험하였으며, 측정대상물에서 방출되는 음이온을 측정하여 단위체적당 ION수로 표시하였음.

*2) 원적외선 방사율 및 방사에너지 측정방법 : 37℃에서 FT-IR Spectrometer를 이용한 흑체(BLACK BODY) 대비 결과임.

*3) 백색도는 화이트 염색 후의 백색도임.

(실시예 2)

실시예1에 의하여 얻어진 원단으로 긴팔 티셔츠를 제작하여 30세의 건강한 남자에 입히고 착용 직후와 30분후의 적외선 촬영결과는 도2 및 도3과 같았다. 이에 의하여 본 발명의 수지로 제조된 섬유는 혈류량을 증가시키고 체온을 높이는 효과를 발휘한다는 것이 확인되었다.

(실시예 3)

실시예 2와 동일하게 시행하여, 가운 착용 직후와 30분 후의 혈액을 촬영한 현미경 사진은 도4 및 도5와 같았다. 이를 통하여 본 발명의 수지로 제조된 섬유는 핼액을 크러스터 상태에서 알갱이 상태로 분리시켜 혈액의 점도를 낮추는 효과를 발휘한다는 것이 확인되었다. 혈액의 점도를 낮춘다는 것은 혈액순환을 원활하게 하여 인체의 신진대사를 촉진시킨다는 의미이다.

(비교예 1)

실시예 1과 동일하게 시행하되 광물질을 세리사이트 및 제올라이트 대신에 은 이온이 2중량% 담지된 제올라이트로 대체하였다. 얻어진 직물의 백색도는 90으로 실시예 1 보다 부족하였으며, 특히 시간의 경과에 따라 지속적으로 변색이 일어났다.

(비교예 2)

실시예 1과 동일하게 시행하되, 계면활성제를 통상의 음이온성 계면활성제인 BALON-C(일성화학 제품)으로 대체하였다. 팩압의 상승으로 연속작업시간이 1일에 불과하였다.

(실시예 4)

실시예1에 의하여 얻어진 시편으로 항균성을 테스트 한 결과는 아래의 표2와 같았다.

[표 2]

시험항목	자료구분	초기농도	18시간 후 농도	정균감소율(%)
S.aurens에 의한 항균시험	표준포	5.8×10⁴	3.0×10	-
S.aurens에 의한 항균시험	아쿠아 위생용 부직포 N3	5.8×10⁴	1.2×10	99.6
K.pneumoniae에 의한 항균시험	표준포	4.8×10⁴	2.6×10	-
K.pneumoniae에 의한 항균시험	아쿠아 위생용 부직포 N3	4.8×10⁴	4.2×10	98.4

1) 시험방법 :KS K 0693-2001

2)사용균주

Staphylococcus aureus ATCC 6538

Klebsiella pneumoniae ATCC 4352

3) 비이온계면활성제 : 접종균에 0.05% 비이온 계면활성제 사용(Snogen)

4) 표준포 사용 : KS K 0905 염색견뢰도용 첨부백포 : Cotton

(실시예 5)

실시예1과 동일하게 시행하되, 광물 입자를 토르말린(15중량%), 모나자이트(25중량%) 및 일라이트(9중량%)로 대체하였다. 얻어진 시편의 물성은 아래의 표3과 같이 실시예1에 의하여 얻어진 시편의 물성과 큰 차이가 없었다.

[표 3]

강도(g/d)	3.91
음이온발생량(ION/cc) *1)	388
원적외선 방사율(5~20㎛) *2)	0.900
원적외선 방사에서지(W/㎡·㎛,37℃)	3.47×10²
연속작업시간	10일
백색도 *3)	95

*1) 음이온 발생량 측정방법

(1) 시험방법 : KFIA-FI-1042

(2) 시 험 편 : 100 X 150mm

*3) 백색도는 화이트 염색 후의 백색도임.

(실시예 6)

실시예1에 의하여 얻어진 시편으로 수맥 차단효과를 테스트 한 결과, 수맥차단지수(중화지수)는 93.3/100(평점 A)이었다. 수맥검사방법은 엘로드(L-lord)를 이용하여 검사하되 1차 25번의 수맥검사결과와 2차 수맥공간에서의 인체반응을 기준으로 하여 백분율로 표시하는 방법을 취하였다.

이상의 실시예를 통하여 확인되는 바와 같이 본 발명에 의한 폴리에스테르 수지는 일반 수지와 유사한 수준의 백색도를 유지하면서, 음이온 발생량, 원적외선 발생량이 종래의 기능성 수지에 비하여 우수하며, 섬유의 제조에 이용될 경우 팩압상승으로 인한 연속작업이 불가능하였던 종래의 문제점을 완벽하게 해결할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 폴리에스테르 수지는 은계 무기항균제의 사용 없이도 항균성을 발휘하며, 인체에 악영향을 미치는 수맥파를 효과적으로 차단할 수 있고, 매우 우수한 혈류개선효과를 발휘한다.

Claims

토르말린과 모나자이트 및 일라이트를 포함하며 평균입경이 0.6-50μm인 광물질 분말 40-59.5중량부와, 티타늄과 트리스(도데실벤젠설포네이토-o)-(2-프로파노레토-o)를 함유하는 계면활성제 0.2-1.0중량부 및 에틸렌글리콜 40-59.5 중량부를 혼합하고 액상의 상태로 분쇄기에서 분쇄하여 광물질의 평균입경이 0.1-0.4μm가 되도록 분쇄된 에틸렌글리콜 슬러리를 폴리에스테르 축중합 반응의 감압공정 직전에 광물입자의 함량이 0.5-3중량%가 되도록 투입하는 단계를 포함하는 기능성 폴리에세테르 수지의 제조방법.
제1항에 있어서, 토르말린과 모나자이트 및 일라이트의 중량비는 10-50 : 5-40 : 10-50인 것을 특징으로 하는 기능성 폴리에스테르 수지의 제조방법.
제1항에 있어서, 광물질 분말은 옥, 맥반석, 제올라이트, 솔라이트, 이산화티탄, 벤토나이트, 각섬석, 게르마늄석 중 선택된 1종 이상을 더욱 더 포함하는 것으로 특징으로 하는 기능성 폴리에스테르 수지의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서, 분쇄된 광물입자의 평균입경은 0.2-0.3㎛인 것을 특징으로 하는 기능성 폴리에스테르 수지의 제조방법.
제1항에 있어서, 분쇄된 에틸렌 글리콜 슬러리를 투입 전에 호머믹서에서 2000 내지 5000메쉬의 필터로 거르는 단계가 추가되는 것을 특징으로 하는 기능성 폴리에스테르의 제조방법.