KR100857662B1 - 은 나노 입자 함유 항균직물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 은 나노 입자 함유 항균직물의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미리 교반한 폴리에스터 수지에 은 나노 입자 콜로이드 용액를 투입함으로써 은 나노 입자 콜로이드 용액에 함유된 은 입자가 응집 없이 폴리에스터 내에 분산되어 기존의 시트 제조용 직물이 동등한 물성을 가지므로 자동차용 시트 등에 적용할 수 있는 은 나노 입자 함유 항균 직물의 제조 방법에 관한 것이다.

폴리에스터, 은 나노, 항균, 분산, 자동차 시트

Description

은 나노 입자 함유 항균직물의 제조방법{Method of preparation for Antimicrobial Cloth containing Silver Nano Particles }

본 발명은 은 나노 입자 함유 항균직물의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미리 교반한 폴리에스터 수지에 은 나노 입자 콜로이드 용액를 투입함으로써 은 나노 입자 콜로이드 용액에 함유된 은 입자가 응집 없이 폴리에스터 내에 분산되어 기존의 시트 제조용 직물이 동등한 물성을 가지므로 자동차용 시트 등에 적용할 수 있는 은 나노 입자 함유 항균 직물의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 들어 나노기술의 발달로 나노크기를 갖는 수많은 무기입자 또는 금속입자들을 제조하는 것이 용이해졌다. 무기물 또는 금속의 나노 입자들은 그들의 극대화된 표면적 및 양자효과로 인해 벌크상에서 나타나는 물리, 화학적 성질들을 더욱 적은 양으로도 더욱 뛰어나게 구현할 뿐 아니라, 벌크상과는 다른 성질들을 나타내기도 하는 것으로 보고 되고 있다. 이러한 나노 입자들은 극소량 사용하여도 벌크상으로 사용되는 재료와 거의 동등하거나 더욱 우수한 효과를 나타내는 나노 입자들은 극소량 사용되기 때문에 인체 및 환경에 대한 독성도 거의 나타내지 않으므로 환경친화적이고 인체 및 자연 환경에도 유익한 재료로 인정되어 이에 대한 수많은 연구가 진행되고 있다.

이러한 나노 입자들을 합성섬유 고분자제품에 혼입시켜 복합재료로 사용할 경우 고분자수지와 무기 또는 금속 나노 입자와 낮은 상용성, 응집, 불균일 분포 등으로 인하여 복합재료의 물성의 저하 및 불투명화 등의 문제점을 야기하여 나노 입자화에 따른 의도하는 효과를 수득하는 것이 어려운 것으로 알려져 있다. 이러한 불상용성, 응집, 불균일 분포와 같은 문제점을 해결하기 위하여 예를 들면 나노 입자의 관능화, 분산제와 같은 상용화제의 사용, 나노 입자 존재하의 중합반응 등의 방법 등이 제안되었지만, 아직 만족할 만한 방법이 개발되어 있지 않다.

은(銀)은 전도성을 갖는 금속으로 항균, 살균, 항곰팡이, 탈취 등의 복합적인 성능을 가지는 것으로 고대로부터 알려져 있다. 은은 값비싼 귀금속이기 때문에 은의 전도성, 항균성 등을 경제적으로 이용하기 위하여 은을 미립자와 하거나 실리카, 제올라이트 등의 다공성 물질에 담지시키거나 또는 코팅하여 이용해 왔다. 나노 크기로 미립자화된 은 나노 입자들은 벌크상의 은에 비해 더욱 탁월한 성질들을 나타낼 것으로 기대되어 은 나노 입자를 분말 또는 용액상으로 제조하는 나노 기술에 대하여 수많은 연구가 있었다. 한편 이렇게 제조된 은 나노 입자를 사용한 연구에서 은 나노 입자들은 어떠한 종류의 세균들에 대해서도 99% 이상의 살균력을 보여주는 등, 벌크상의 은에 비하여 향상된 항균, 살균, 항곰팡이 등의 효과를 보여주는 것으로 보고되었다.

이러한 나노 입자화된 은을 고분자수지에 첨가하여 필름등과 같은 항균성 물 품을 제조하는 것이 제안되어 있다. 그러나 콜로이드 상태의 은나노 입자들은 건조 시에 서로 응집하여 마이크로미터 단위의 입자로 성장하게 되며 고분자 수지내에 나노미터 크기로 재분산이 어려우며 분말상태의 은 나노 입자들은 고분자 수지와의 상용성이 적어 혼합이 어려우며 응집이 발생하여 고분자 수지내에 나노미터 크기로 재분산이 어려운 것으로 알려져 있다.

한편 은 나노 입자와 단량체를 포함하는 용액의 중합반응에 의해 은나노 입자를 고분자 수지내에 혼입시키는 방법이 제안되어 있다. 이러한 방법으로 은나노 입자가 비교적 균일하게 분산되어 있는 복합재료를 얻을 수 있지만 용액중합에만 적용할 수 있고 은나노 입자 또는 이의 용매, 또는 은 나노 입자를 균일하게 분산시키기 위해 사용하는 분산제 등의 첨가제가 중합반응에 영향을 끼칠 수 있다는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 종래의 시트에 적용된 직물이 가진 무기물 첨가에 따른 내마모도 저하의 문제점과 낮은 항균성 등의 문제점을 해결 하고자 하였다.

그 결과 폴리에스터 수지를 단독 교반 후 은 나노 입자를 함유한 은 나노 콜로이드 용액을 투입하여 혼합하여 항균성이 향상되고 동시에 기존 직물이 가진 내마모도 등의 특성이 동등하여 시트용 직물에 적용할 수 있는 은 나노 입자 함유 항균직물의 제조 방법을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 항균성이 향상된 은 나노 입자 함유 항균직물의 제조방법 을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은

1) 폴리에스터 수지의 온도가 45 ~ 85 ℃가 될 때까지 30 ~ 50 rpm 속도로 교반하는 단계;

2) 상기 1) 단계의 교반된 폴리에스터 수지에 은 나노 콜로이드 용액을 투입하여 45 ~ 85 ℃ 하에서 10 ~ 20 분 동안 50 ~ 100 rpm 속도로 교반하는 단계; 및

3) 상기 2 단계에서 얻어진 폴리에스터와 은 나노 콜로이드 용액 혼합물을 120 ~ 150 ℃하에서 용융시킨 후 1000 ~ 2000 m/분으로 방사하는 3 단계를 포함하는 은 나노 입자 함유 항균직물의 제조 방법에 특징이 있다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 폴리에스터 수지를 단독 교반 후 은 나노 입자를 함유한 은 나노 콜로이드 용액을 투입하여 혼합하여 항균성이 크게 향상되고 내마모성 등의 시트용 직물이 가져야 할 특성이 동등하여 시트에 적용할 수 있는 은 나노 입자 함유 항균직물의 제조 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 은 나노 입자 함유 항균직물의 제조 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 폴리에스터 수지를 사용한 이유는 폴리에스터 수지가 저가이면 서 높은 마모강도를 보유한 특성이 있기 때문에 직물을 제조 하는데 있어서 상기 폴리에스터 수지를 적용하면 은 나노 콜로이드 용액과 최적의 혼합으로 인하여 항균 효과가 극대화 될 수 있다.

상기 폴리에스터 수지는 테레프탈레이트계 폴리에스터 수지를 사용할 수 있으며 용융지수가 50 ~ 60 g/10분 인 것을 사용하는 것이 용융방사를 위해 보다 효과적 이다.

본 발명의 은 나노 입자 함유 항균직물의 제조 방법은 먼저 폴리에스터 수지의 온도가 45 ~ 85 ℃로 증가 시 까지 교반 한다. 상기 온도가 45 ~ 85 ℃ 일때까지 교반 하는 이유는 폴리에스터 수지의 고분자 사슬들이 주위 열에너지에 의해 유동이 시작되는 온도이기 하기 때문이며, 상기 온도가 45 ℃ 미만 시 다음 단계에서 투입되는 은 나노 콜로이드 용액의 수분 증발이 늦어지며, 85 ℃ 초과 시 은 나노 콜로이드 용액의 수분이 너무 빨리 증발되어 은 나노 입자가 균일하게 수지 표면에 점착되지 못하는 문제점이 발생한다. 상기 폴리에스터 수지는 용융지수가 50 ~ 60 g/10분이며 상기 용융지수가 50 g/10분 미만 시 은나노 입자 분산에 따른 용융점도가 높아지는 문제점이 있으며, 60 g/10분 초과 시 용융 방사 시 낮은 용융 점도에 의한 불안정한 방사 특징이 있으며, 에스터 계열 수지로서 내마모성이 우수한 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리사이클로헥산 디메틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리트리에틸렌 테레프탈레이트 등 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물을 사용하는 것이 보다 효과적이다.

본 발명의 2 단계는 은 나노 입자가 10,000 ~ 15,000 ppm 함유된 은 나노 콜 로이드 용액을 20 ~ 30 중량% 투입하여 45 ~ 85 ℃ 하에서 10 ~ 20 분 동안 50 ~ 100 rpm 속도로 교반하는 단계이며, 상기 중량이 20중량% 미만 시 최종 제품의 항균력이 만족할 만한 수준이 되지 않고, 30 중량% 초과 시 과도한 은 나노 함량으로 인하여 원가가 상승하는 문제점이 발생하며, 상기 온도가 45 ℃ 미만 시 은 나노 콜로이드 내 은 나노 입자의 수지내 균일한 분산이 이루어지지 못하고, 85 ℃ 초과 시 은 나노 콜로이드 용액 중 은 입자를 분산기키는 수용액의 급격한 증발이 발생하여 은 입자의 균일한 분산이 되지 않는 문제점이 발생한다. 상기 교반 시간이 10 분 미만 시 은 입자의 균일한 분산이 어려워지며, 20 분 초과 시 불필요한 혼합 시간이 되는 문제점이 발생하며, 상기 교반 속도가 50 rpm 미만 시 은 입자의 균일한 분산이 이루어지지 않으며, 100 rpm 초과 시 과도한 교반에 의한 은 입자의 응집 문제가 발생한다.

2 단계 후 120 ~ 150 ℃ 하에서 방사기에 투입하여 용융 후 1000 ~ 2000 m/분 방사 조건으로 방사를 하는 3단계에서는 특히 용융방사 과정에서 수지의 표면에 접착된 은 나노 입자가 수지 내에 응집을 일으키지 않으면서 분산이 이루어지게 된다. 상기 온도가 120 ℃ 미만 시 균일한 방사가 이루어 지지 않고, 150 ℃ 초과 시 급격한 용융 점도 저하에 따른 균일한 방사가 이루어 지지 않는 문제점이 발생하며, 상기 방사조건이 1000 m/분 미만 시 경제성이 떨어지는 문제점이 발생하고, 2000 m/분 초과 시 방사체의 균일도가 떨어지는 문제점이 발생한다. 상기 방사기는 당 분야에서 사용하는 방사기로 특별히 한정하지 않으나 공정 관리 및 제품 균일도 관리 측면에서 우수한 용융 방사기를 사용하는 것이 보다 효과적이다.

상기의 방법으로 제조한 직물은 항균 효과가 탁월 하기 때문에 자동차 시트 이외에 자동차 헤드라이너 표면 섬유 소재, 자동차 리어 패키지 드레이 표면 섬유소재 등에 항균 직물로서 적용할 수 있다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

헨셀 믹서기에 폴리에스터 수지를(코오롱 社, K177Y제품) 100 kg 투입하고 30분 동안 50 rpm 조건으로 폴리에스터 수지의 온도가 55 ℃가 될때까지 교반하였다. 다음으로 10,000 ppm/kg 농도의 은나노 콜로이드 용액(NanoTek 社, Nanosilver 제품) 3kg을 상기의 교반된 폴리에스터 수지에 투입하여 20 분 동안 50 rpm 조건으로 회전시켰다. 상기 에서 얻어진 수득물을 폴리에스터 용융방사기에 주입하여 150 ℃ 조건에서 용융시켰다. 방사조건 2000 m/분으로 방사하여 연신, 혹은 미연신 폴리에스터 원사를 수득 후 제직 하였다. 아래 시험방법에 의한 시험 후 그 결과를 아래 표 1 에 나타내었다.

비교예 1

실시예 1 과 동일하게 실시하되, 폴리에스터 수지와 은 나노 콜로이드 용액을 동시에 투입하여 혼합 후 교반하였다. 아래 시험방법에 의한 시험 후 그 결과를 아래 표 1 에 나타내었다.

비교예 2

실시예 1 과 동일하게 실시하되, 폴리프로필렌 수지를 첨가하여 원사를 제조 하였고 아래 시험방법에 의한 시험 후 그 결과를 아래 표 1 에 나타내었다.

비교예 3

실시예 1과 동일하게 실시하되, 폴리에스터 수지 교반 단계에서 수지의 온도가 35 ℃가 될때까지 교반하여 원사를 제조하였고 아래 시험방법에 의한 시험 후 그 결과를 아래 표 1 에 나타내었다.

비교예 4

실시예 1과 동일하게 실시하되, 폴리에스터 수지 교반 단계에서 수지의 온도가 95 ℃가 될때까지 교반하여 원사를 제조하였고 아래 시험방법에 의한 시험 후 그 결과를 아래 표 1 에 나타내었다.

[시험방법]

1. 항균력 : 은나노 입자 첨가 방식에 따른 항균력을 비교 평가하기 위하여 실시예와 비교예로 제조된 제직물에 대한 항균평가를 실시하였다. 항균 시험은 다음과 같이 시험하였다. 원형 디스크 (지름 4.8cm) 절단된 원단에 시험균을 접종하고 35 ℃ 조건에서 24시간 진탕 (150회/분)시켜 배양시킨 후 비이온성 계면활성 제 TWEEN(0.05%)을 함유하는 일정량의 인산완충용액 (pH 7.0) 속에 진탕시켜 배양된 세균을 추출시켰다. 세균의 수는 배양된 시료 중 일부 부분의 갯수를 측정한 후 이를 사용하여 전체 시료 부피에 대하여 근사치를 구하는 방법을 사용하여 갯수를 구하였다. 세균감소율 다음 식에 의하여 계산하였다.

세균감소율 (%) = [(최종 배양 후 균수-초기 주입 균수)/초기 주입 균수] × 100

2. 내마모도 : 직경 150 mm의 시험편을 채취하여 회전형 TABER 마모시험기에 취부하고, 마모륜 CS-10을 사용하여 1000g 하중을 가하면서 2000회 마모륜의 회전으로 시료에 마모를 가한 후 표면 닮음을 평가하였다.

상기 표1의 결과에서 보면, 본 발명의 실시예의 은 나노 함유 항균 직물의제조 방법으로 제조한 것과 비교예의 방법으로 제조한 것과 비교하면 24시간 후 비교예의 균주는 세균이 크게 증가하지만 실시예의 균주는 오히려 크게 감소한 것을 확인 할 수 있다.

구분	내마모도 (표면평가)
실시예	마모 없음
비교예1	마모 없음
비교예2	마모 없음
비교예3	마모 없음
비교예4	마모 없음

상기 표2의 결과에서 보면, 본 발명의 실시예의 은 나노 함유 항균 직물의제조 방법으로 제조한 것과 비교예의 방법으로 제조한 것을 비교하면 내마모도 특성 면에서 차이가 없음을 확인 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 은 나노 입자 함유 항균직물의 제조 방법에 의하면 은 나노 입자를 폴리에스터 수지내에 효과적으로 분산시킬 수 있어 은의 항균 효과를 극대화 시키며, 원단으로 제직 되어 자동차 시트 커버소재 등의 적용 할 수 있다.

Claims (4)

1) 폴리에스터 수지의 온도가 45 ~ 85 ℃가 될 때까지 30 ~ 50 rpm 속도로 교반하는 단계;

2) 상기 1) 단계의 교반된 폴리에스터 수지에 은 나노 콜로이드 용액을 투입하여 45 ~ 85 ℃하에서 10 ~ 20 분 동안 50 ~ 100 rpm 속도로 교반하는 단계; 및

3) 상기 2 단계에서 얻어진 폴리에스터와 은 나노 콜로이드 용액 혼합물을 120 ~ 150 ℃하에서 용융시킨 후 1000 ~ 2000 m/분으로 방사하는 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 은 나노 입자 함유 항균직물의 제조 방법.

제 1 항에 있어서,

상기 폴리에스터 수지와 은 나노 콜로이드 용액은 70 : 30 ~ 80 : 20 중량비로 구성되는 것을 특징으로 하는 은 나노 입자 함유 항균직물의 제조 방법.

제 1 항에 있어서,

상기 폴리에스터 수지는 테레프탈레이트계인 것을 특징으로 하는 은 나노 입자 함유 항균직물의 제조 방법.

제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 폴리에스터 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리사이클로헥산 디메틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리트리에틸렌 테레프탈레이트 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 은 나노 입자 함유 항균직물의 제조 방법.