KR101013365B1 - 해조류 섬유를 함유한 부직포 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해조류 섬유를 원료로 하여 만들어진 부직포에 관한 것이다. 보다 자세하게는 일반적으로 사용되는 부직포에서 나일론이나 면사 등의 기존 섬유 대신 해조류 섬유를 사용하여 부직포를 제조하고 이를 마스크팩이나 시트, 패치 제형에 활용시킴으로써 친환경적인 공법을 이용하여 제조된 해조류 섬유의 우수한 함수율과 유해성분 흡착 능력을 활용하여 화장료 유효성분의 전달 능력과 그 효능을 극대화시킨 제품에 관한 것이다.

해조류 섬유, 해조류 펄프, 마스크팩, 부직포, 패치

Description

해조류 섬유를 함유한 부직포 및 이의 제조방법{Non-woven algae fabric and the method for preparing thereof}

본 발명은 해조류 섬유를 이용한 부직포 및 이를 이용한 팩 제형에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 친환경적인 공법을 이용하여 제조된 해조류 섬유의 우수한 함수율과 유해성분 흡착 능력을 활용하여 화장료 유효성분의 전달 능력과 효능을 극대화시킨 제품에 관한 것이다.

부직포란 섬유를 직포공정을 거치지 않고, 평행 또는 정방향(不定方向)으로 배열하고 합성수지 접착제로 결합하여 펠트모양으로 만든 것으로 원료 섬유로는, 처음에는 면, 비스코스레이온이 주로 사용되었으나, 1950년대 중반부터는 나일론 등의 합성섬유도 사용되었다.

부직포의 가공법에는 침지식(浸漬式)과 건식(乾式)이 있다. 침지식은 초지식(抄紙式)이라고도 하며, 섬유를 합성수지 접착제 통에 넣어 적셨다가 건조·열처리한 것으로, 종이와 비슷하다. 건식은 섬유를 얇은 솜 모양으로 만든 것에 합성수 지를 내뿜고 열을 가하여 건조시킨 것이다.

부직포의 생산기술은 1950년경부터 미국에서 급속도로 발전하였는데, 섬유가 얽혀 있어서 종횡의 방향성이 없으며, 결이 없어 자른 가장자리가 풀리는 일도 없기 때문에 여러 가지 용도의 공업용으로 널리 쓰이고 있다. 특히 절단면이 풀어지는 현상이 없으며, 가격이 저렴하면서도 물이나 용매에 침지된 상태에서도 강도를 유지할 수 있고 섬유조직이 해리되지 않아 화장품이나 의약품을 담지해 사용하는 각종 패치 제형에 우수한 전달수단으로서 널리 사용되어 왔다. 그러나 기존에 사용된 부직포는 합성섬유와 수지계 접착제를 사용하여 접합한 섬유조직으로서 섬유 자체의 흡수성이나 수분 유지능력이 뛰어나지 못하고, 피부에 축적되는 각종 유해물질에 대한 흡수능력이 부족한 점이 단점으로 지적되었다.

이에 대한 대안으로서 면, 대마, 아마, 황마, 저마, 마닐라삼, 삼지닥나무, 닥나무, 짚, 에스파르토, 대나무, 버개스 등이 천연 섬유의 원료로서 연구되어 왔으나, 산업 원료로서의 이용에 필요할 만큼의 물량이 충분하지 못하고, 충분한 물성을 확보하지 못하였으며, 제조공정에서 다량의 화학물질에 의한 해리와 표백 공정이 필요하여 대안이 되지 못하였다.

근래에 이르러, 육상 자원의 부족 현상과 함께 새로운 영역인 해양 자원에 대한 관심이 증대하였으며, 해조류를 이용한 펄프의 연구개발이 본격화되기 시작하였다. 해조류는 육상 식물인 목재에 비하여 그 조직이 부드럽고, 구성하고 있는 섬유질이 미세하며 육지에 비해 월등히 넓은 공간에서 특별한 관리가 없어도 양식이 가능하여 월등히 많은 바이오매스를 가진다는 장점이 있다. 생장 속도 또한 나무보 다 빠르고, 재배를 위한 별도의 토양이 필요치 아니하며, 섬유질의 추출이 쉬워 펄프화 공정이 단순하고 생산 시설이 저렴하여 해조류를 이용한 펄프의 개발 연구가 진행되어 왔다(한국특허출원 제2004-0092297호, 제2005-0096046호).

이에 본 발명의 목적은 해조류 섬유를 이용한 부직포 및 이를 이용함으로써 화장료의 유효성분을 효과적으로 전달할 수 있는 팩 또는 시트를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 해조류 섬유를 함유하는 해조류 섬유 부직포를 제공한다.

상기 해조류 섬유 부직포는 a) 해조류 섬유를 천연 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상과 혼합하고 접착제를 이용하여 물에 균일 분산시키는 단계; b) 혼합액을 컨베이어 벨트 위에 균일한 두께로 분산 적층시켜 웹(Web)을 형성하는 단계; c) 형성된 웹을 롤러를 이용하여 압착하는 단계; 및 d) 건조 단계;를 통하여 제조된다.

본 발명에 의한 해조류 섬유 부직포는 생산 공정이 친환경적이고 펄프화 공정도 단순하며 낮은 비용으로서 생산 가능하다. 또한 기존의 부직포에 비하여 함수 능력이 뛰어나고 유해성분의 흡착능력이 우수하여 화장료의 유효성분의 전달을 효과적으로 할 수 있다.

부직포의 제조 방법은 여러 가지가 존재한다. 건식 방법으로서는 섬유 결합 방법으로서 접착제를 침투시키거나 스프레이를 통하여 분사하는 건조공정을 거치는 케미컬 본딩 방식이 있으며, 열 가소성 수지를 혼합 사용한 후 융융점까지 가열하여 섬유조직을 결합시켜 제조하는 써멀 본딩(Thermal bonding) 방식, 압축공기와 접착제를 이용하는 에어레이 방식 등이 대표적인 건식 부직포 제조 방법들이다.

습식 방법은 제지공정인 초지법과 그 방식이 동일하며, 원료를 일반 종이 펄프 대신에 부직포 형성에 필요한 각종 섬유질을 이용하는 것이 차이점이며 물성을 자유로이 조절할 수 있는 점이 특징이다.

니들펀칭 부직포(Needle Punching)라 하여 섬유를 특수바늘을 이용하여 물리적으로 결합시켜 제조하는 방식도 있고, 스판레스(수류결합법-Water zet)라 하여 섬유에 고압의 물을 분사해서 웹(Web)을 결합시키는 방식도 있으며, 이는 홀 타입(Hole type)과 플랫 타입(Flat type)이 있고 유연성과 통기성이 뛰어난 것이 특징이다. 위생적이어서 메디칼용 심지, 생활용품, 코팅 기포, 루핑(Roofing)재, 와이퍼(Wiper) 등으로 주로 사용된다. 스판본드(Spun Bond) 방식은 원료(주로 PP, PET)를 방사하여 열에 의해 자체 접착하여 웹(Web)을 형성한다. 스테치 본드(Stitch Bond)라 하여 섬유를 접착제 없이 실로 짜서 제조하는 부직포도 있다.

본 발명에서 해조류 섬유는 우뭇가사리, 꼬시래기, 코토니, 스피노섬, 돌가사리, 김, 해인초, 풀가사리, 개우무, 새발, 꼬시래기, 가시우무, 비단풀, 단박, 석묵, 지누아리 등과 같은 홍조류나 파래, 클로렐라, 장구말, 반달말, 청각, 청태 등의 녹조류, 미역, 다시마, 모자반, 톳, 감태, 곰피, 대항 등의 갈조류 등이 사용가능하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 수중에서 형체를 유지하고 있는 대부분의 해조류로부터 제조될 수 있다.

또한, 상기 해조류 섬유는 당업계에서 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들면, 한천젤을 용해시킬 수 있는 추출용매에 해조류를 일정시간 침지하여 추출용매로 한천젤을 용해시킨 다음, 잔류 슬러리를 물리적으로 분쇄하고 필요에 따라 Cl₂O 또는 H₂O₂와 같은 표백제를 이용하여 표백하면 해조 섬유질만을 추출하여 얻어낼 수 있다.

또는, 해조류를 초산과 같은 산성 용액에 침지시킨 다음, 물로 세척 후 탈수시키고, 상기 탈수된 해조류를 물과 같은 추출용매에 일정시간 침지시켜 한천젤을 추출한 다음, 잔사를 다단계로 표백 처리하고, 이를 수집하여 해조류 섬유를 제조할 수 있다. 해조류 섬유는 별도의 조해 과정이 필요치 않아 유독성 화학물질을 필요로 하지 아니하며, 광물성 표백제가 없이도 백색도를 유지시킬 수 있다.

해조류 섬유는 프락토오스와 셀룰로오스를 주성분으로 하여 이루어져 있고, 열에 의해 용융되지는 않으며, 그 두께는 1~10㎛, 길이는 수십~수천㎛에 이른다. 필터를 이용하면 쉽게 원하는 크기의 섬유질을 얻어낼 수 있고, 부직포의 제조는 길이와 두께에 따라 건식 공법의 대부분이 적용 가능하며, 초지법을 이용한 습식, 스프레이 접착 방식으로도 생산이 가능하다.

본 발명이 제공하는 해조류 섬유를 함유한 부직포는

a) 해조류 섬유를 천연 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상과 혼합하고 접착제를 이용하여 물에 균일 분산시키는 단계;

b) 혼합액을 컨베이어 벨트 위에 균일한 두께로 분산 적층시켜 웹(Web)을 형성하는 단계;

c) 형성된 웹을 롤러를 이용하여 압착하는 단계; 및

d) 건조 단계;

를 통하여 제조될 수 있다.

본 발명에서 사용하는 해조류 섬유는 직경이 3~7㎛ 정도의 것이지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 완성된 부직포의 건조 중량 대비 1~80중량%의 양으로 사용된다.

본 발명에서 천연 섬유 또는 합성 섬유를 사용하는 것은 제형 침지시의 강도를 유지하기 위한 것으로 완성된 부직포의 건조 중량에 대하여 1~80중량%의 양으로 사용될 수 있으며, 천연 섬유로는 면, 마, 목재 펄프, 모, 견섬유와 같은 섬유가 사용될 수 있다. 또한, 합성 섬유로는 아크릴, 폴리아미드(예를 들어, 나일론 6, 나일론 6/6, 나일론 12, 폴리아스파라긴산, 폴리글루타민산 등), 폴리아민, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아크릴(예를 들어, 폴리아크릴아미드,폴리아크릴로니트릴, 메타크릴산 및 아크릴산의 에스테르 등), 폴리카보네이트(예를 들어, 폴리비스페놀 A 카보네이트, 폴리프로필렌 카보네이트 등), 폴리디엔(예를 들어, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리노르보멘 등),폴리에폭시드, 폴리에스테르(예를 들어, 폴리에틸 렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리카프로락톤, 폴리글리콜라이드, 폴리락타이드, 폴리히드록시부티레이트, 폴리히드록시발러레이트, 폴리에틸렌 아디페이트, 폴리부틸렌 아디페이트, 폴리프로필렌 숙시네이트 등), 폴리에스테르(예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜(폴리에틸렌 옥사이드), 폴리부틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리옥시메틸렌 (파라포름알데히드), 폴리테트라메틸렌 에테르(폴리테트라히드로푸란), 폴리에피클로로히드린 등), 폴리플루오로카본, 포름알데히드 폴리머(예를 들어, 우레아-포름알데히드, 멜라민-포름알데히드, 페놀 포름알데히드 등), 천연폴리머(예를 들어, 셀룰로스, 키토산, 리그닌, 왁시 등), 폴리올레핀(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리부텐, 폴리옥텐 등), 폴리페닐렌(예를 들어, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리페닐렌 에테르 설폰 등), 실리콘 함유 폴리머(예를 들어, 폴리디메틸 실록산, 폴리카보메틸 실란 등), 폴리우레탄, 폴리비닐(예를 들어, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 알콜의 에스테르 및 에테르, 폴리비닐 아세테이트, 폴리스티렌, 폴리메틸스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리메틸 비닐 에테르, 폴리에틸 비닐 에테르, 폴리비닐 메틸 케톤 등), 폴리아세탈, 폴리아릴레이트, 및 코폴리머(예를 들어, 폴리에틸렌-코-비닐 아세테이트, 폴리에틸렌-코-아크릴산, 폴리부틸렌 테레프탈레이트-코-폴리에틸렌 테레프탈 레이트, 폴리라우릴락탐-블록-폴리테트라히드로푸란 등) 등도 사용될 수 있다.

본 발명에서 섬유의 점착에 사용되는 접착제는 부직포의 목적한 성질에 따라 완성된 부직포의 건조 중량에 대하여 5~60중량%의 양이 사용되고, 환경친화적인 소 재의 특성을 유지하기 위하여 수용성 고분자로 구성된 천연 물질을 이용할 수 있으며, 옥수수, 감자 등의 전분을 사용할 수 있다. 또한 폴리 초산비닐, 폴리 염화 비닐, 폴리 비닐 알코올(Poly Vinyl Alcohol), 폴리 비닐 아세테이트(Poly Vinyl Acetate), 이소부텐(Isobutene), 무수말레인산 공중합체, 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide), 아크릴(Acryl) 공중합체 등도 접착제로서 사용될 수 있다.

형성된 웹을 롤러를 이용하여 압착함으로써 형태안정성을 갖도록 하고 섬유 집합체가 잘 엉켜 있을 수 있도록 할 수 있으며, 이 때 압착은 10~50kg/cmG의 선압력으로 시행한다. 또한, 건조는 100~200℃의 온도에서 이루어진다.

상기와 같은 방법으로 제조된 해조류 섬유 부직포는 마스크팩이나 시트, 패치 제형에서 사용될 수 있으며, 해조류 섬유의 우수한 함수율과 높은 제형 유지 능력 및 탁월한 유해성분 흡착 효능으로 화장료의 유효성분의 흡수량과 흡수깊이를 증가시키며, 제품의 사용감을 크게 개선하는 효과가 있어 그 효능을 극대화시킬 수 있다.

본 발명에서 사용할 수 있는 유효성분이 담지된 제형은 그 제형에 있어서 특별히 한정되는 바가 없으며, 예를 들면 유효성분이 녹아있는 유기용액이나 수용액, 유효성분을 담지하는 고분자입자 또는 리피드 입자 수용액일 수 있다. 또는 이들을 함유하는 유연화장수, 영양화장수, 마사지크림, 영양크림, 로션, 연고, 겔 등을 사용할 수 있다.

이하, 실시예 및 시험예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명 이 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.

[참고예] 케미컬 본딩법에 의한 습식 해조류 섬유 부직포 생산

부직포 제조에 사용되는 해조류 섬유는 대한민국 동해바다에서 채취된 우뭇가사리를 이용하였으며, 맑은 물에 세척하여 부착된 패각류나 이물질을 1차 제거한 후 증기를 이용하여 2시간동안 쪄 내었다. 이후 초산을 5% 혼합하여 100중량배의 물에 혼합하여 한천(agar)을 제거하고, 남은 섬유질을 해조류 섬유의 원료로서 사용하였다. 한천이 완전히 제거되도록 3회 반복하여 한천을 추출하였다. 제거된 한천은 본래의 용도에 맞게 활용될 수 있다(KR 2005-0096046). 해조류 섬유의 제조는 페가서스 인터내셔널에서 담당하였으며, 특허의 원 공정은 수돗물이나 수영장의 소독약으로서 쓰이고 있는 이산화염소를 이용하여 1차 표백 후 과산화수소를 이용하여 2차 표백하는 것으로 되어 있으나, 해조류의 질감을 살리기 위해서는 표백 공정이 필요치 아니하여 여기에서는 녹색의 비표백 섬유를 사용하였으며, 일반적인 부직포 제작을 위해서는 인체에 해가 없는 이산화염소와 과산화수소를 이용한 표백 과정을 첨가할 수 있다.

케미칼 본딩은 웹에 접착제를 부가하여 부직포를 제조하는 방법으로 다양한 접착제가 사용되며 접착제로는 수용성 에멀젼 형태의 접착제가 주로 사용되고 있다. 웹을 형성하기 위하여 먼저 면 섬유와 해조류 섬유, 전분을 섞어 물에 블렌딩한 후 필요에 따라 분쇄하여 플러프를 형성하였다. 분쇄 및 혼합 과정은 섬유의 길이를 일정하게 유지하여 주는 과정을 포함하며, 구성 성분의 비율은 목적에 따라 조절이 가능하나 여기서는 면 70%, 해조류 섬유 10%, 전분 10%, 폴리 비닐 아세테이트 수지 10%로 하였다. 섬유조직이 잘 엉키어 웹이 형성되면 이를 접착시키기 위하여 폴리 비닐 아세테이트 수지를 스프레이 방식으로 웹 위에 도포하며, 이를 120℃ 30kg/cmG 로 압착 건조하여 부직포를 제조하였다.

[시험예 1] 해조류 섬유 부직포의 함수율 및 수분유지능력 측정

해조류 섬유 부직포의 함수율 및 수분 유지능력을 측정하기 위하여, 해조류 섬유를 10중량% 함유한 부직포(참고예)와, 해조류 섬유를 함유하지 아니한 동일 중량의 부직포를 준비하여 30분간 증류수에 침지시켜 충분히 수분을 흡수하게 한 후, 30분간 실온에 건조시켜 최초 수분 함유량을 측정하였다.

해조류 섬유 부직포와 면 부직포의 함수율은 도 1에 도시하였으며, 시간의 경과에 따른 면 부직포의 함수율에 대한 해조류 섬유 부직포의 함수율의 비율을 표 1에 나타내었다.

해조류 펄프 부직포의 함수율

시간	1	2	3	4	5	6	7	8	9
비율	1.34	1.44	1.56	1.72	1.93	2.30	2.92	4.71	11.51

상기 표 1을 보면, 해조류 섬유 부직포는 일반 면 부직포 대비 34%의 수분을 담지할 수 있으며, 함유한 수분을 보다 낮은 비율로 발산하여 순면 부직포에 비하여 팩 제형에 보다 적합한 성질을 가지고 있음을 알 수 있다. 최초 1시간 경과 후 1.34:1의 비율이었으나 9시간이 경과한 후에는 순면 부직포는 거의 수분을 함유하고 있지 못하였으나 해조류 섬유가 포함된 부직포는 면 부직포보다 11.51배의 수분을 함유하고 있는 것으로 나타났다.

[시험예 2] 해조류 섬유 부직포의 유해 물질 흡착 능력 측정

해조류 펄프 부직포의 유해 물질 흡착 능력을 확인하기 위하여 1000ppm의 카드뮴 수용액에 1%의 면 섬유, 해조류 섬유, 면 부직포, 해조류 섬유 함침 부직포를 투입하여 3시간, 12시간이 경과한 후 잔여 용액의 카드뮴 농도를 원소분석을 통해 정량하여 흡착 효능을 평가하였으며, 아무것도 넣지 않은 것을 대조군으로 하였다. 실험 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

	대조군	면 섬유	해조류 섬유	면 부직포	해조류 섬유 부직포
3시간	498ppm	340ppm	303ppm	395ppm	331ppm
12시간	499ppm	293ppm	184ppm	324ppm	245ppm
변화량	100%	-41.4%	-63.1%	-35.1%	-50.9%

상기 표 2를 보면, 해조류 섬유는 63.1%의 카드뮴 흡착 능력을 보여 면 섬유에 비해 약 21.7% 우수한 중금속 흡착 효능을 보이며, 해조류 섬유가 담지된 부직포는 50.9%의 중금속을 흡착하여 면 부직포에 비하여 15.8% 우수한 중금속 흡착 효능을 가진 것을 알 수 있다.

결론적으로, 해조류 펄프는 미세한 섬유조직 및 내강을 가지고 있어 일반 천연/합성 섬유에 비하여 우수한 수분 흡착능력과 유지능력을 가지고, 높은 유해물질 흡착 능력을 가지는 것으로 보이며, 따라서 화장품용 소재로서 높은 환경 안정성과 더불어 우수한 효능을 가지는 것으로 판단된다.

도 1은 해조류 섬유 부직포와 면 부직포의 함수율을 나타낸 그래프이다. 좌측의 그래프는 해조류 섬유를 함유한 부직포의 수분 함유량이며, 오른쪽의 그래프는 면 부직포의 수분 함유량이다.

Claims (6)

1. 홍조류 및 녹조류에서 선택된 1종 이상의 해조류 섬유를 함유하는 부직포.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 부직포는 천연 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 부직포.
4. 제 1항에 있어서, 상기 해조류 섬유는 부직포 건조 중량에 대하여 1~80중량%의 양으로 함유되는 부직포.
5. 제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부직포는 마스크팩, 시트 또는 패치 제형으로 이용되는 부직포.
6. a) 해조류 섬유를 천연 섬유 및 합성 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상과 혼합하고 접착제를 이용하여 물에 균일 분산시키는 단계;

   b) 혼합액을 컨베이어 벨트 위에 균일한 두께로 분산 적층시켜 웹(Web)을 형성하는 단계;

   c) 형성된 웹을 롤러를 이용하여 압착하는 단계; 및

   d) 건조 단계;

   를 통하여 제조되는 부직포의 제조방법.

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