KR100954538B1 - 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지 - Google Patents

기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지에 관한 것으로서, 특히 더욱 상세하게는 유효성능을 가지는 금속입자를 나노섬유에 나노상태로 코팅시킴으로써, 항균성이 우수하고 안정적으로 부여된 나노섬유를 제공할 수 있고, 섬유형성폴리머 역할을 하는 생분해성 재료를 사용함으로써, 금속입자에 의한 성능 이외에 생분해성을 가질 수 있고 생체친화성 재료로서 응용이 가능하며, 셀룰로오스 아세테이트와 질산은 용액을 용매에 용해시킨 재료를 추가하여 전기 방사함으로써, 외부 공기와 물을 포함한 세균 전달 가능 매개체로부터의 침입을 차단하여 공기정화 및 수 처리 기능을 수행할 수 있고, 광촉매를 추가함으로써, 항균성과 살균성을 부여할 수 있으며, 천연추출물을 추가함으로써, 항균성과 살균성은 물론 부패를 방지하고, 테트라에틸 오소실리케이트를 포함하는 용액에 질산은을 첨가시킨 실리카 졸 용액을 추가하여 전기 방사시킴으로써, 항균성과 내열성 및 기계적 강도로 인하여 수처리, 공기 정화 또는 고온용 필터와 같은 환경 분야와 내열성 복합체 또는 바이오 복합체 분야는 물론 촉매나 센서 분야에도 적용이 가능한 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지에 관한 것이다.
상기 본 발명인 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지는 유효성능을 가지는 금속입자와, 생분해성을 가지는 섬유형성폴리머와, 외부 공기와 물을 포함한 세균 전달 가능 매개체로부터의 침입을 차단하여 공기정화 및 수 처리 기능을 갖는 셀룰로오스 아세테이트와 질산은 용액을 용매에 용해시켜 항균성과 살균성을 갖는 용액과, 항균성과 살균성을 갖는 광촉매와, 항균성과 내열성 및 기계적 강도를 갖는 테트라에틸 오소실리케이트와 질산은을 첨가시킨 실리카 졸 용액과 천연추출물을 혼합한 방사용액으로 전기 방사하여 제조된 나노섬유로 형성된 것을 포함함을 특징으로 한다.
포장지, 나노섬유, 기능성, 항균성, 살균성, 생분해성, 내열성, 금속입자, 섬유형성폴리머, 셀룰로오스 아세테이트, 광촉매, 천연추출물, 테트라에틸 오소실리케이트, 전기방사.

Description

기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지{Packing paper using the nanofibers of functional subjoin}
본 발명은 유효성능을 가지는 금속입자를 나노섬유에 나노상태로 코팅시킴으로써, 항균성이 우수하고 안정적으로 부여된 나노섬유를 제공할 수 있고, 섬유형성폴리머 역할을 하는 생분해성 재료를 사용함으로써, 금속입자에 의한 성능 이외에 생분해성을 가질 수 있고 생체친화성 재료로서 응용이 가능하며, 셀룰로오스 아세테이트와 질산은 용액을 용매에 용해시킨 재료를 추가하여 전기 방사함으로써, 외부 공기와 물을 포함한 세균 전달 가능 매개체로부터의 침입을 차단하여 공기정화 및 수 처리 기능을 수행할 수 있고, 광촉매를 추가함으로써, 항균성과 살균성을 부여할 수 있으며, 천연추출물을 추가함으로써, 항균성과 살균성은 물론 부패를 방지하고, 테트라에틸 오소실리케이트를 포함하는 용액에 질산은을 첨가시킨 실리카 졸 용액을 추가하여 전기 방사시킴으로써, 항균성과 내열성 및 기계적 강도로 인하여 수처리, 공기 정화 또는 고온용 필터와 같은 환경 분야와 내열성 복합체 또는 바이오 복합체 분야는 물론 촉매나 센서 분야에도 적용이 가능한 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지에 관한 기술이다.
최근에 개발되어 적용되는 전기방사 기술은 종래의 섬유제조 기술에 비하여 섬유의 직경을 나노사이즈로 축소시킬 수 있다고 알려지면서부터 상기와 같은 섬유는 그 활용분야가 점점 커져가서 현재 상기의 제조방법은 물론 응용분야에 이르기까지 많은 연구가 진행 중에 있다.
그러나 상기와 같은 연구는 아직 초기단계로서, 실제 제품에 적용될 정도의 결과는 나오고 있지 않다. 특히, 나노섬유에 특정성분을 함유시켜 기능성을 부가하는 기술 분야의 경우는 이제까지 개발된 기술들을 이용하더라도 아직까지는 그 효과 및 안정성에 있어서 여전히 많은 문제점을 가지고 있다.
따라서 항균성, 살균성이 우수하고 안정적으로 부여된 나노섬유를 제공할 수 있고, 생분해성을 가질 수 있고 생체친화성 재료로서 응용이 가능하며, 외부 공기와 물을 포함한 세균 전달 가능 매개체로부터의 침입을 차단하여 공기정화 및 수 처리 기능을 수행할 수 있고, 부패를 방지하며, 내열성과 기계적 강도를 갖는 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 유효성능을 가지는 금속입자를 나노섬유에 나노상태로 코팅시킴으로써, 항균성이 우수하고 안정적으로 부여된 나노섬유를 제공할 수 있는 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 섬유형성폴리머 역할을 하는 생분해성 재료를 사용함으로써, 금속입자에 의한 성능 이외에 생분해성을 가질 수 있고 생체친화성 재료로서 응용이 가능한 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 셀룰로오스 아세테이트와 질산은 용액을 용매에 용해시킨 재료를 추가하여 전기 방사함으로써, 외부 공기와 물을 포함한 세균 전달 가능 매개체로부터의 침입을 차단하여 공기정화 및 수 처리 기능을 수행할 수 있는 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 광촉매를 추가함으로써, 항균성과 살균성을 부여할 수 있는 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 천연추출물을 추가함으로써, 항균성과 살균성은 물론 부패를 방지하는 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 테트라에틸 오소실리케이트를 포함하는 용액에 질산은을 첨가시킨 실리카 졸 용액을 추가하여 전기 방사시킴으로써, 항균성과 내열성 및 기계적 강도로 인하여 수처리, 공기 정화 또는 고온용 필터와 같은 환경 분야와 내열성 복합체 또는 바이오 복합체 분야는 물론 촉매나 센서 분야에도 적용이 가능한 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지는 유효성능을 가지는 금속입자와, 생분해성을 가지는 섬유형성폴리머와, 외부 공기와 물을 포함한 세균 전달 가능 매개체로부터의 침입을 차단하여 공기정화 및 수 처리 기능을 갖는 셀룰로오스 아세테이트와 질산은 용액을 용매에 용해시켜 항균성과 살균성을 갖는 용액과, 항균성과 살균성을 갖는 광촉매와, 항균성과 내열성 및 기계적 강도를 갖는 테트라에틸 오소실리케이트와 질산은을 첨가시킨 실리카 졸 용액과 천연추출물을 혼합한 방사용액으로 전기 방사하여 집전체에 쌓이는 선의 직경이 나노크기인 섬유(Fiber)가 형성된 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 천연추출물은 계피추출물, 편백나무추출물, 번행초 추출물, 만병초 추출물 중에서 단수 또는 복수로 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 방사용액은 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오르 프로필렌 공중합체, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리우레탄, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 테트라에틸 오소실리케이트로 이루어진 군에 금속입자, 섬유형성폴리머, 광촉매, 천연추출물이 선택적으로 추가된 상기 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지 성분을 고형분 기준으로 50 내지 99 중량부로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 방사용액에 실리콘옥사이드(SiO2), 티타늄옥사이드(TiO2), 알루미늄옥사이드(Al2O3), BaTiO3 , LiO2, LiF, LiOH, LiN, BaO, Na2O, MgO, Li2CO3, LiAlO3, PTFE(Poly tetrafluoroethylene: 폴리 테트라 플루오로 에틸렌), 또는 이들의 혼합물을 수지 고형분 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 유효성능을 가지는 금속입자는 은, 금, 게르마늄 중에서 단수 또는 복수로 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 광촉매는 TiO2인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명은 유효성능을 가지는 금속입자를 나노섬유에 나노상태로 코팅시킴으로써, 항균성이 우수하고 안정적으로 부여된 나노섬유를 제공할 수 있다.
둘째, 본 발명은 섬유형성폴리머 역할을 하는 생분해성 재료를 사용함으로써, 금속입자에 의한 성능 이외에 생분해성을 가질 수 있고 생체친화성 재료로서 응용이 가능하다.
셋째, 본 발명은 셀룰로오스 아세테이트와 질산은 용액을 용매에 용해시킨 재료를 추가하여 전기 방사함으로써, 외부 공기와 물을 포함한 세균 전달 가능 매개체로부터의 침입을 차단하여 공기정화 및 수 처리 기능을 수행할 수 있다.
넷째, 본 발명은 광촉매를 추가함으로써, 항균성과 살균성을 부여할 수 있다.
다섯째, 본 발명은 테트라에틸 오소실리케이트를 포함하는 용액에 질산은을 첨가시킨 실리카 졸 용액을 추가하여 전기 방사시킴으로써, 항균성과 내열성 및 기계적 강도로 인하여 수처리, 공기 정화 또는 고온용 필터와 같은 환경 분야와 내열성 복합체 또는 바이오 복합체 분야는 물론 촉매나 센서 분야에도 적용이 가능하다.
여섯째, 본 발명은 천연추출물을 추가함으로써, 항균성과 살균성은 물론 부패를 방지한다.
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시 예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지를 제조하기 위한 장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기능성이 부가된 나노섬유의 주사전자현미경 사진이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지와 다양한 포장지로 과일을 포장하였을 때의 과일의 신선도와 형태의 변화를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지는 유효성능을 가지는 금속입자와, 생분해성을 가지는 섬유형성폴리머와, 외부 공기와 물을 포함한 세균 전달 가능 매개체로부터의 침입을 차단하여 공기정화 및 수 처리 기능을 갖는 셀룰로오스 아세테이트와 질산은 용액을 용매에 용해시켜 항균성과 살균성을 갖는 용액과, 항균성과 살균성을 갖는 광촉매와, 항균성과 내열성 및 기계적 강도를 갖는 테트라에틸 오소실리케이트와 질산은을 첨가시킨 실리카 졸 용액과, 천연추출물을 혼합한 방사용액으로 전기 방사하여 집전체에 쌓이는 선의 직경이 나노크기인 섬유(Fiber)가 형성된 것을 포함한다.
상기 기능성이 부가된 나노섬유의 제조는 도 1에 도시한 바와 같은 장치를 이용하는데, 원료를 적당한 용매에 용해하거나 고온으로 용융하여 제조한 방사액을 공급 장치를 이용하여 전기방사 노즐에 연결하고, 노즐과 집전체 사이에 고전압 발생장치를 이용하여 고전계(高電界, ~100kV)를 형성시켜 전기방사를 실시한다. 이 때, 사용되는 전기방사장치로는 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 일렉 트로-브로운법이나 원심전기방사 방법 등을 사용할 수도 있다. 상기와 같은 방법에 의해 제조된 나노섬유 웹은 직경이 대부분 1㎛미만으로 구성된 부직포의 형태이다.
상기 나노섬유 웹은 방사액에 고전압을 인가하고 전기 방사하여 나노섬유 웹을 제조하는데, 상기 제조된 나노섬유 웹을 캘린더링하여 일정한 두께로 제조한 후 상기에서 캘린더링된 나노섬유 웹을 공기 또는 불활성 기체 하에서 분당 1~5℃의 승온 속도로 200~400℃까지 열처리하여 안정화된 나노섬유를 만든다. 이렇게 제조된 안정화된 나노섬유는 전기 방사시 내부에 존재하는 잔류 용매가 완전히 제거되고, 열가소성 고분자 구조를 열경화성 고분자 구조로 변화시켜 내열성 및 취급성이 향상된다.
상기 본 발명의 일실시예에 따른 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지에 사용되는 주요 물질들의 기능을 살펴보면 다음과 같다.
상기 유효성능을 가지는 금속입자는 목적하는 성능을 가지는 금속을 적절히 선택할 수 있으며, 고형분 기준으로 1~50 중량부를 포함한다. 예를 들어, 은, 금 또는 게르마늄 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 은을 포함하는 경우, 최종 생성된 나노섬유는 항균성을 가질 수 있다. 은 입자를 포함시키는 경우, 상기 금속입자 제공성분은 예를 들어, 질산은 또는 황산은을 사용할 수 있는 것이다.
상기 섬유형성폴리머는 방사에 의하여 섬유를 형성할 수 있는 폴리머는 모두 사용될 수 있으며, 고형분 기준으로 1~50 중량부를 포함한다. 예를 들어, PAN(Poly acrylonitrile: 폴리 아크릴로 나이트릴)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 섬유형성폴리머는 방사에 의하여 섬유가 형성될 수 있는 폴리머라면 모두 사용될 수 있고, 예를 들어, PAN 등이 사용가능하다. 또한, 상기 섬유형성폴리머로서, 생분해성 폴리머를 사용할 수 있는 것이다.
또한 예를 들어, 상기 금속입자로서 은을 사용하고, 상기 폴리머로서 생분해성 폴리머를 사용하는 경우, 항균성과 생분해성을 모두 가지는 나노섬유의 제조가 가능하다. 이러한 나노섬유는 예를 들어, 의료가운, 생체조직재료 등의 의료용품으로 적용할 수 있는 것이다.
상기 광촉매는 예를 들어, TiO2이며, 고형분 기준으로 1~50 중량부를 포함한다.
상기 천연추출물은 계피추출물, 편백나무추출물, 번행초 추출물, 만병초 추출물 등이 있는데, 고형분 기준으로 1~30 중량부를 포함한다. 여기서 상기 계피추출물은 Cinnamic계열로서, 곰팡이 억제, 항균, 살균 작용을 하고, 상기 편백나무추출물은 Phytoncide 계열로서, 항균, 살균 작용을 하며, 상기 번행초 추출물과 만병초 추출물은 생선이나 육류 등이 부패되는 것을 막는 기능을 한다.
상기 용매는 유기용매 또는 물 등의 수성 용매가 사용될 수 있다. 상기 유기용매의 예는 벤젠 등이나 이에 한정되지는 않는다.
상기 방사용액은 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오르 프로필렌 공중합체, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리우레탄, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 테트라에틸 오소실리케이트로 이루어진 군에 금속입자, 섬유형성폴리머, 광촉매, 천연추출물이 선택적으로 추가된 상기 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지 성분을 고형분 기준으로 50~99 중량부를 포함하는 것이고, 상기 방사용액에 실리콘옥사이드(SiO2), 티타늄옥사이드(TiO2), 알루미늄옥사이드(Al2O3), BaTiO3 , LiO2, LiF, LiOH, LiN, BaO, Na2O, MgO, Li2CO3, LiAlO3, PTFE, 또는 이들의 혼합물을 수지 고형분 100 중량부에 대하여 1~20 중량부로 더 포함할 수 있는 것이다.
그러므로 항균성, 살균성이 우수하고 안정적으로 부여된 나노섬유를 제공할 수 있고, 생분해성을 가질 수 있고 생체친화성 재료로서 응용이 가능하며, 외부 공기와 물을 포함한 세균 전달 가능 매개체로부터의 침입을 차단하여 공기정화 및 수 처리 기능을 수행할 수 있고, 부패를 방지하며, 내열성과 기계적 강도를 갖는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지를 제조하기 위한 장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기능성이 부가된 나노섬유의 주사전자현미경 사진.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지와 다양한 포장지로 과일을 포장하였을 때의 과일의 신선도와 형태의 변화를 나타낸 도면.

Claims (6)

  1. 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지에 있어서,
    유효성능을 가지는 금속입자와, 생분해성을 가지는 섬유형성폴리머와, 외부 공기와 물을 포함한 세균 전달 가능 매개체로부터의 침입을 차단하여 공기정화 및 수 처리 기능을 갖는 셀룰로오스 아세테이트와 질산은 용액을 용매에 용해시켜 항균성과 살균성을 갖는 용액과, 항균성과 살균성을 갖는 광촉매와, 항균성과 내열성 및 기계적 강도를 갖는 테트라에틸 오소실리케이트와 질산은을 첨가시킨 실리카 졸 용액과 천연추출물을 혼합한 방사용액으로 전기 방사하여 집전체에 쌓이는 선의 직경이 나노크기인 섬유(Fiber)가 형성된 것을 포함함을 특징으로 하는 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 천연추출물은 계피추출물, 편백나무추출물, 번행초 추출물, 만병초 추출물 중에서 단수 또는 복수로 선택되는 것을 특징으로 하는 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 방사용액은 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오르 프로필렌 공중합체, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리우레탄, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 테트라에틸 오소실리케이트로 이루어진 군에 금속입자, 섬유형성폴리머, 광촉매, 천연추출물이 선택적으로 추가된 상기 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지 성분을 고형분 기준으로 50 내지 99 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 방사용액에 실리콘옥사이드(SiO2), 티타늄옥사이드(TiO2), 알루미늄옥사이드(Al2O3), BaTiO3 , LiO2, LiF, LiOH, LiN, BaO, Na2O, MgO, Li2CO3, LiAlO3, PTFE(Poly tetrafluoroethylene: 폴리 테트라 플루오로 에틸렌), 또는 이들의 혼합물을 수지 고형분 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 유효성능을 가지는 금속입자는 은, 금, 게르마늄 중에서 단수 또는 복수로 선택되는 것을 특징으로 하는 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 광촉매는 TiO2인 것을 특징으로 하는 기능성이 부가된 나노섬유를 이용한 포장지.
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