KR101058203B1 - 침상형 산화아연 단결정체를 함유한 백색의 정전기 방지 및항균 섬유 - Google Patents

침상형 산화아연 단결정체를 함유한 백색의 정전기 방지 및항균 섬유 Download PDF

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Abstract

본 발명은 침상형 산화아연 단결정체를 포함하는 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 열가소성 수지 85 내지 95 중량부; 및 침상형 산화아연 단결정체 5 내지 15 중량부를 포함하는 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유에 관한 것이다. 또한, 열가소성 수지 88 내지 93 중량부; 및 침상형 산화아연 단결정체 7 내지 12 중량부를 포함하는 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 우수한 대전방지성능 및 항균성을 가지는 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유를 제공할 수 있다.
대전방지성능, 항균성, 침상형 산화아연 단결정체

Description

침상형 산화아연 단결정체를 함유한 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유{White colored static dissipative and anti-bacterial fiber comprising needle shaped zinc oxide whisker}
본 발명은 침상형 산화아연 단결정체를 함유한 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유에 관한 것이다.
일반적으로 면, 마, 견 등과 같은 친수성 섬유는 대전현상이 잘 일어나지 않기 때문에 정전기로 인한 장해가 크지 않지만, 폴리에스터(Polyester) 또는 나일론(Nylon) 등과 같은 소수성의 합성섬유는 물을 흡수하지 않기 때문에 일반적으로 정전기가 발생하여 대전하기 쉬운 단점이 있다.
이러한 합성섬유의 문제점을 극복하고자, 종래 다양한 방법을 통하여 정전기 방지 성능을 나타내는 섬유를 개발하고자 하였으나, 각각의 경우에 일정한 문제가 있었다.
즉, 종래에는 정전기 방지 섬유의 제조방법으로서, 합성섬유에 화학적으로 대전 방지가공을 하는 방법이 개발되었으나, 이와 같은 방법은 후 가공에 해당하므로 마찰이나 반복 세탁 시 대전 방지기능이 저하되었다.
또한, 은과 같은 도전성 금속을 섬유에 코팅하는 방법이 개발되었으나, 이 경우 섬도가 아주 굵은 모노사 형태가 되어 섬유의 고유기능이 떨어졌다.
이에, 원사를 만드는 과정에서 복합방사 등의 설비를 이용하여 섬유의 내부에 정전기 방지 미립자를 넣어서 방사하는 방법이 개발되었으나, 종래 정전기 방지 미립자로 주로 사용되어 오던 카본 분말은 대전방지기능을 향상시킬 수 있었던 반면에 검정색을 띄고 있으므로 섬유에 다양한 색상표현을 구현하기 어려웠다.
따라서 이와 같은 카본 분말의 사용에 따른 문제에 대한 대응방안으로서, 표면층을 소광제로 처리하여 연한 색상을 나타내는 방법이 제시되었으나, 이와 같은 방법에 의하면 도전성 물질이 섬유 표면에 형성되지 않고, 비도전성 물질이 표면에 코팅되는 것이므로 대전방지성능이 저하된다는 문제가 있었다.
또한, 정전기 방지 미립자로서 백색금속화합물을 사용하는 방법도 개발되었으나, 종래 사용되어 온 백색금속화합물들은 일반적인 카본 분말을 사용한 경우에 비하여 대전방지기능이 떨어지며, 고온 처리에 취약하다는 문제점이 있었고, 인디움 주석 화합물(ITO) 또는 안티몬 주석 화합물(ATO)과 같은 무기 투명 도전성 재료를 사용하는 방법도 제시되었으나, 각각 가격이 너무 비싸거나 환경 오염의 우려가 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 우수한 정전기 방지성능 및 항균성을 갖는 백색의 침상형 산화아연 단결정체를 함유함으로써 우수한 대전방지성능뿐만 아니라 항균성을 나타내며, 나아가 다양한 색상 구현에 따른 섬유로서의 기능성을 향상시킬 수 있는 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 열가소성 수지 85 내지 95 중량부; 및 침상형 산화아연 단결정체 5 내지 15 중량부를 포함하는 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 열가소성 수지 88 내지 93 중량부; 및 침상형 산화아연 단결정체 7 내지 12 중량부를 포함하는 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유를 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유는 우수한 정전기 방지성능 및 항균성을 나타내는 백색의 정전기 방지 미립자인 침상형 산화아연 단결정체를 함유하여 대전방지성능 및 항균성은 물론 백색의 섬유로서 다양한 색상구현을 통하여 섬유로서의 기능성을 동시에 향상시킬 수 있다.
본 발명은 열가소성 수지 85 내지 95 중량부; 및 침상형 산화아연 단결정체 5 내지 15 중량부를 포함하는 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유는 전술한 바와 같이, 열가소성 수지 85 내지 95 중량부; 및 침상형 산화아연 단결정체 5 내지 15 중량부를 포함하며, 보다 바람직하게는, 열가소성 수지 88 내지 93 중량부; 및 침상형 산화아연 단결정체 7 내지 12 중량부를 포함하는 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유를 포함한다.
상기 열가소성 수지는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리아미드 (나일론) 등과 같이 섬유상을 형성하기에 유리한 합성 수지로서, 섬유로 사용될 수 있는 모든 종류의 열가소성 합성 수지를 포함한다.
상기 침상형 산화아연 단결정체는 테트라포드(tetrapod) 형상의 침상형 산화아연 단결정체 또는 단순바늘 형상의 침상형 산화아연 단결정체를 포함한다.
도 1은 테트라포드 형상의 침상형 산화아연 단결정체를 나타낸 사진이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 테트라포드 형상의 침상형 산화아연 단결정체는 4개의 침상 부분을 구비하며, 상기 침상 부분은 도 2에 나타난 바와 같이, 일단이 뾰족한 바늘 형상으로 이루어진다.
여기서, 상기 침상형 산화아연 단결정체는 전체 섬유 100 중량부에 대하여, 5 내지 15 중량부로 함유되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 7 내지 12 중량부로 함유될 수 있다.
상기 침상형 산화아연 단결정체가 5 중량부 미만으로 함유되는 경우, 표면 저항치가 증가함에 따라 정전기 방지성능을 나타내기가 어렵다는 문제가 있으며, 15 중량부를 초과하여 함유되는 경우, 정전기 방지 성능은 향상되지만, 방사과정에서 형성된 실의 인장 강도가 현저하게 떨어지거나 실의 표면이 거칠어질 수 있어 섬유를 방사하는데 어려움이 있을 수 있다.
플라스틱 판상 등에 대전방지성능을 적용하고자 하는 경우와 달리 미세한 폭으로 이루어진 섬유 내에서는 정전기 방지 미립자 간에 전기적인 접촉이 이루어지는 도전터널 내에 침상형 산화아연 단결정체가 형성되므로 상기 침상형 산화아연 단결정체가 5 내지 15 중량부로 포함되는 경우, 정전기 방지 섬유로서 사용하기에 충분한 대전방지성능 및 인장 강도를 나타낼 수 있다.
아울러, 실의 인장 강도 및 정전기 방지 성능 모두에 있어서 보다 우수한 물성을 나타내기 위해서는 상기 침상형 산화아연 단결정체는 전체 섬유 100 중량부에 대하여 7 내지 12 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유는 방사와 연신 공정을 거치면서 분자 배향이 이루어지고, 이에 따라 결정화도가 증가하게 되는데, 상기 침상형 산화아연 단결정체는 공정 온도에서 활성화되어 열가소성 수지의 수소결합에 의한 결정화도를 촉진하는 역할을 한다.
또한, 이와 같은 분자 재배열과 결정화 과정에서 침상형 산화아연 단결정체의 일부는 테트라포드 형상을 나타내며, 나머지는 1축 내지 2축의 단순바늘 형상으로 열가소성 수지의 유동 재배열과 결정화에 따라 길이 방향으로 배향이 이루어진다.
따라서 일반적으로 사출이나 압출 성형에서 대전방지 효과를 나타내기 위해 투입하여야 하는 금속 도전성 충전제의 함유량보다 현저하게 적은 침상형 산화아연 단결정체의 함량으로도 정전기 방지 섬유로서 충분한 대전방지기능을 나타낼 수 있다.
아울러, 침상형 산화아연 단결정체는 산소원자를 포함하고 있는데, 이와 같은 산소 원자는 강한 산화 활성 능력이 있어, 각종 세균의 생물활성(biological activity)과 신진대사 번식 기능을 파괴함으로써 항균 작용을 하며, 이로 인하여 본 발명에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유는 우수한 항균성을 나타낸다.
한편, 미국의 규격 ANSI/EIA-541-1988에서는 정전기 확산성능을 나타내기 위한 표면 저항치를 10E5 내지 10E12 Ω/sq로 규정하고 있는데, 도전성 물질이 함유되지 않은 일반 합성섬유의 표면 저항치는 10E13 Ω/sq 이상으로서, 부도체의 성질을 가진다.
여기서, 본 발명에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유는 표면 저항치가 10E5 내지 10E10 Ω/sq일 수 있으며, 10E6 내지 10E10 Ω/sq인 것이 보다 바람직하다.
상기 표면 저항치가 10E6 Ω/sq 미만인 경우 도체에 가까워지므로 스파크가 일어나거나 감전이 될 우려가 있으며, 10E10 Ω/sq를 초과하는 경우 정전기 확산성능이 떨어져 정전기 방지 섬유로서 이용하기 어려울 수 있다.
여기서, 상기 침상형 산화아연 단결정체는 평균 섬유장이 5 내지 50㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 5 내지 15㎛인 것을 사용할 수 있다.
상기 평균 섬유장은 상기 침상형 산화아연 단결정체가 상호 간에 잘 연결됨으로써 원활한 전하 이동이 이루어질 수 있는지 여부를 판단할 수 있는 중요한 인자이며, 평균 섬유장이 커질수록 단결정체 상호 간에 연결되는 부분이 많아지기 때문에 보다 우수한 정전기 방지성능을 나타낼 수 있다.
상기 침상형 산화아연 단결정체의 평균 섬유장이 5㎛ 미만인 경우, 단결정체 상호 간을 연결하는 도전 통로의 형성이 원활하지 않아 정전기 방지기능이 떨어질 수 있으며, 15㎛를 초과하는 경우, 섬유의 굵기가 너무 굵어져서 미세한 섬유로 이루어진 부드러운 직물의 제조에는 적합하지 않고, 혼련 시에 분산성이 떨어질 수 있으며, 테트라포드 형상의 침상형 산화아연 단결정체가 쉽게 분지될 수 있다는 문제가 있다.
또한, 상기 침상형 산화아연 단결정체의 유전율은 8.5 이상인 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 유전율은 2.4 ⅹ 1010 Hz의 주파수에서 측정한 값을 의미한다.
아울러, 상기 침상형 산화아연 단결정체는 체적고유 저항이 105 내지 1010 Ω·㎝인 것이 바람직하다.
한편, 상기 침상형 산화아연 단결정체는 알루미늄, 갈륨 및 인듐으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 3족 원소가 도핑되는 것이 바람직하다.
이와 같이 침상형 산화아연 단결정체에 3족 원소가 도핑되는 경우 대전방지성능이 보다 향상될 수 있다.
이하, 도 3을 참고하여 본 발명의 일 예에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유를 설명하도록 한다. 다만, 이는 본 발명의 일 예에 불과하며 본 발명의 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 예에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유(100)는 섬유 내측에 도전터널이 형성되어 복수 개의 침상형 산화아연 단결정체가 상기 도전터널 내에서 상호 간에 전기적으로 접촉되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 복수 개의 침상형 산화아연 단결정체는 단순바늘 형상의 단결정체(110) 및 테트라포드 형상의 단결정체(130)가 도전터널 내에서 상호 간에 전기적으로 접하고 있는 구조를 형성함으로써 전하 이동이 원활하며, 우수한 대전방지성능을 나타낼 수 있다.
아울러, 상기 침상형 산화아연 단결정체는 직경과 길이의 아스팩트 비가 5 내지 50인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유는 표면 홀에 도전성 입자가 담지된 다공성 세라믹스를 추가로 포함할 수 있다.
상기와 같은 다공성 세라믹스는 상기 침상형 산화아연 단결정체 간에 전기적인 접촉이 향상되도록 침상형 산화아연 단결정체의 상호 연결을 도와주는 역할을 한다.
여기서, 상기 다공성 세라믹스는 알루미나(alumina), 코디어라이트(cordierite), 고토감람석(Forsterite) 및 제올라이트(zeolite) 등일 수 있으며, 실리케이트, 알루미노실리케이트, 메탈로실리케이트, 메탈로알루미노실리케이트, 알루미노포스페이트, 및 메탈로알루미노포스페이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
다만, 본 발명의 다공성 세라믹스는 상기 기재된 것에 한정되는 것은 아니고, 표면에 홀이 형성되어 상기 홀에 도전성 입자를 부착시킴으로써 본 발명에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유의 정전기 방지 성능을 향상시킬 수 있는 다공체를 모두 포함할 수 있다.
또한, 상기 다공성 세라믹스는 평균 입경이 1 내지 15㎛인 결정성 입자인 것이 바람직하다.
상기 다공성 세라믹스의 평균 입경이 1㎛ 미만인 경우 정전기 방지 금속이 표면 홀에 부착되기 어려우며, 15㎛를 초과하는 경우 방사 시에 섬유형성이 용이하지 않을 수 있으며, 섬유의 인장강도를 떨어뜨릴 수 있다.
한편, 상기 도전성 입자는 상기 다공성 세라믹스의 표면 홀에 10 내지 25중 량%로 담지되는 것이 바람직하며, 이 경우 이온교환 방식을 통하여 담지시킬 수 있다.
상기 도전성 입자는 금, 은, 백금, 구리 및 티탄산바륨으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 은 또는 티탄산바륨인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유는 상기 침상형 산화아연 단결정체가 열가소성 수지에 잘 분산될 수 있도록 분산의 보조역할을 하는 분산제를 추가로 포함하는 것이 바람직하며, 상기 분산제로는 Ca활제를 사용할 수 있다.
다만, 상기 분산제는 본 발명의 목적에 따라 침상형 산화아연 단결정체가 열가소성 수지에 잘 분산될 수 있도록 분산을 보조할 수 있는 분산제를 모두 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유는 자외선 차단제를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
산화아연은 특성상 자외선을 차단하기도 하지만 일광 자외선을 흡수하여 광활성 촉매작용을 하기도 하며, 이러한 광활성 촉매작용에 의하여 열가소성 수지 자체가 열화될 수 있기 때문에 이를 억제하기 위하여 자외선 차단제를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 자외선 차단제는 티타늄 이산화물, 철 산화물 및 마그네슘 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유는 상기와 같이 열가소성 수지에 침상형 산화아연 단결정체 외에도 다공성 세라믹스, Ca활제 및 자외선 차단제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 첨가할 수 있으며, 상기 침상형 산화아연 단결정체, 다공성 세라믹스, Ca활제 및 자외선 차단제와 같이 열가소성 수지 외에 첨가되는 물질은 전체 섬유 100중량부에 대하여, 15 중량부를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
즉, 섬유를 방사하는데 있어서, 전체 섬유 100 중량부에 대하여 열가소성 수지를 제외한 다른 물질의 함량이 15 중량부를 초과하는 경우에는 섬유로서의 기능성이 현저하게 떨어지므로 섬유를 형성하는 것 자체가 어려울 수 있으므로 상기 침상형 산화아연 단결정체와 다공성 세라믹스, Ca활제 및 자외선 차단제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가물질을 혼합한 혼합물질은 전체 섬유 100 중량부에 대하여 15 중량부를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
이하, 도 4를 참고하여 본 발명의 다른 일 예에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유를 설명하도록 한다.
본 발명의 다른 일 예에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유(200)는 단순바늘 형상의 단결정체(210) 및 테트라포드 형상의 단결정체(230)가 상호 접촉하여 연결되어 있으며, 상기 단결정체들 사이 공간에 다공성 세라믹스(250)가 마련되어 상기 단결정체들 상호 간에 전기적인 접촉면적을 늘릴 수 있다.
즉, 상기 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유(200)는 표면 홀에 도전성 입자가 담지된 다공성 세라믹스(250)를 추가로 포함하므로 전기적인 접촉면적이 보다 넓어 져 전하 이동이 보다 원활해지고, 이에 따라 보다 우수한 정전기 방지 기능을 나타낼 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유를 제조하는 방법은 열가소성 수지 85 내지 95 중량부와 침상형 산화아연 단결정체 5 내지 15 중량부를 혼합하여 방사하는 방법을 모두 포함할 수 있다.
일 예를 들면, 우수한 정전기 방지성능을 나타내는 침상형 산화아연 단결정체를 준비하고, 상기 침상형 산화아연 단결정체를 열가소성 수지와 혼합함으로써 마스터배치를 준비할 수 있다.
이어서, 상기 마스터배치에는 침상형 산화아연 단결정체 상호 간에 전기적 접촉을 향상시키기 위하여 다공체의 표면 홀에 도전성 입자가 담지된 다공성 세라믹스를 첨가할 수 있으며, 침상형 산화아연 단결정체가 잘 분산될 수 있도록 분산제 또는 광활성 촉매작용에 따른 열가소성 수지의 열화를 방지하기 위하여 자외선 차단제를 첨가할 수 있다.
여기서, 상기 침상형 산화아연 단결정체는 환원성 분위기에서 900 내지 1100℃의 용탕 상태의 아연 증기를 프로판 가스 등과 같은 연소 가스와 반응시킴으로써 얻을 수 있다.
이와 같은 제조방법에 따라 얻어진 침상형 산화아연 단결정체는 일반적인 구형 산화아연 단결정체와 비교할 때, 약 400배 이상의 우수한 전하밀도를 나타내며, 이에 따라 우수한 정전기 방지성능을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유의 방사방법은 열가소성 수지와 침상형 산화아연 단결정체를 혼합한 혼합물을 이용하여 방사하는 방법을 모두 포함할 수 있으며, 일 예로, 무기질 계의 이물질 재료를 혼합하여 방사하는 경우, 상기 이물질 재료가 지닌 경도와 분산 문제로 인하여 일반적으로 사용되는 이중화 컴포넌트(component) 복합방사 방법뿐만 아니라 단순방사 방법도 사용할 수 있다.
즉, 일반적으로 열가소성 수지에 무기질 계의 이물질 재료를 혼합하여 방사하는 경우, 상기 이물질 재료가 지닌 경도와 분산 문제로 인하여 통상적으로 보다 좋은 사질(絲質)과 매끄러운 표면유지를 할 수 있는 이중화 컴포넌트(component) 복합방사 방법을 사용하지만, 본 발명에 따른 침상형 산화아연 단결정체는 열가소성 수지와 혼합 시에 균일하게 분산될 뿐 아니라 모스(Mohs) 경도도 약 4 정도로 우수하게 나타나므로 제조비용의 절감을 위하여 단순방사 방법을 이용하는 것도 가능하다.
나아가, 연한 색감을 구현할 수 있도록 심사에 상기 침상형 산화아연 단결정체를 함유시키고, 초사에 열가소성 수지를 방사하는 심초사 방법을 이용할 수도 있다.
이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 일예에 불과하고, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
[실시예 1]
12시간 동안 140℃의 온도에서 건조된 고유점도가 0.63인 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate; PET) 수지와 침상형 산화아연 단결정체(needle shaped zinc oxide whisker; ZnO.W, WZ-05F1, ㈜마쓰시타 전기)를 7:3의 중량비로 교반기에 넣고, 100rpm으로 30분간 혼합하여 상기 침상형 산화아연 단결정체가 잘 분산된 혼합물을 준비하고, 상기 혼합물을 압출기(extruder)에 넣고, 230℃의 온도에서 용융 압출하여 절단한 마스터 배치를 준비하였다.
이어서, 상기 마스터 배치와 12시간 동안 140℃의 온도에서 건조된 고유점도가 0.8인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 3:7의 중량비로 혼합하여 다시 교반기에 넣고 혼련하였다.
상기 혼련을 통하여 얻어진 혼합물을 압출기에 넣은 후, 270℃의 온도에서 용융 압출하여 1,500 m/분의 사속으로 방사하였고, 이를 통하여 얻어진 600 데니어(denier)/24 필라멘트(filament)의 미연신사(undrawn yarn)를 연신기를 이용하여 4배로 연신하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 91 중량% 및 침상형 산화아연 단결정체 9 중량%를 함유하고, 강도가 5.7 g/denier인 150 데니어/24 필라멘트의 연신사를 얻었다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 준비한 마스터 배치와 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 혼합하는 과정에서 중량비를 조절하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합 및 방사를 수행함으로써 600 데니어/24 필라멘트의 미연신사 를 얻었다.
상기 미연신사를 4배로 연신하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 95 중량% 및 침상형 산화아연 단결정체 5 중량%를 함유하고, 강도가 6.0 g/denier인, 150 데니어/24 필라멘트의 연신사를 얻었다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일한 방법으로 준비한 마스터 배치와 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 혼합하는 과정에서 중량비를 조절하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합 및 방사를 수행함으로써 600 데니어/24 필라멘트의 미연신사를 얻었다.
상기 미연신사를 3배로 연신하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 85중량% 및 침상형 산화아연 단결정체 15중량%를 함유하고, 강도가 4.4 g/denier인 200 데니어/24 필라멘트의 연신사를 얻었다.
[실시예 4]
실시예 1과 동일한 방법으로 준비한 마스터 배치 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지와 은(silver) 15 중량%가 담지된 평균입경 10 ㎛의 알루미노실리케이트를 혼합하는 과정에서 중량비를 조절하였다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합 및 방사를 수행함으로써 얻어진 400 데니어/20 필라멘트의 미연신사를 얻었다.
상기 미연신사를 4배로 연신하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 90 중량%, 침상형 산화아연 단결정체 5 중량% 및 알루미노실리케이트(Aluminosilicatae; AS) 5중량%를 함유하고, 강도가 5.4 g/denier인 100 데니어/20 필라멘트의 연신사를 얻었다.
[실시예 5]
실시예 1과 동일한 방법으로 준비한 마스터 배치 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지와 은 15 중량%가 담지된 평균입경 10 ㎛의 알루미노실리케이트, Ca활제 및 이산화티탄을 혼합하는 과정에서 중량비를 조절하였다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합 및 방사를 수행함으로써 400 데니어/20 필라멘트의 미연신사를 얻었다.
상기 미연신사를 4배로 연신하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 90 중량%, 침상형 산화아연 단결정체 5 중량% 및 알루미노실리케이트 4 중량%, Ca활제(Ca) 0.5 중량% 및 이산화티탄(TiO2) 0.5 중량%를 함유하고, 강도가 5.4g/denier인 100 데니어/20 필라멘트의 연신사를 얻었다.
[실시예 6]
12시간 동안 120℃의 온도에서 건조된 용융지수(melt Index)가 25이며, 항복 인장 강도가 350인 폴리프로필렌(polypropylene; PP) 수지와 상기 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 침상형 산화아연 단결정체를 7:3의 중량비로 교반기에 넣고, 100rpm으로 30분간 혼합하여 상기 침상형 산화아연 단결정체가 잘 분산된 혼합물을 준비하고, 상기 혼합물을 압출기에 넣고, 210℃의 온도에서 용융 압출하여 절단한 마스터 배치를 준비하였다.
이어서, 상기 마스터 배치와 12시간 동안 120℃의 온도에서 건조된 용융지수가 25이며, 항복 인장 강도가 350인 폴리프로필렌 수지를 3:7의 중량비로 혼합하여 다시 교반기에 넣고 혼련하였다.
상기 혼련을 통하여 얻어진 혼합물을 압출기에 넣은 후, 240℃의 온도에서 용융 압출하여 1,500m/분의 사속으로 방사하였고, 이를 통하여 얻어진 600 데니어/24 필라멘트의 미연신사를 연신기를 이용하여 4배로 연신하여 폴리프로필렌 수지 91 중량% 및 침상형 산화아연 단결정체 9 중량%를 함유하고, 강도가 4.8g/denier인 150 데니어/24 필라멘트의 연신사를 얻었다.
[실시예 7]
폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 대신에 상대점도가 2.4인 폴리아마이드 수지를 사용하였다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합 및 방사를 수행하여 10 데니어(denier)의 모노 필라멘트를 얻고 이를 합사하여 폴리아미드 수지 91 중량% 및 침상형 산화아연 단결정체 9 중량%를 함유하고, 강도가 5.6g/denier인 폴리아미드사(나이론사)를 얻었다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일한 방법으로 준비한 마스터 배치와 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 혼합하는 과정에서 중량비를 조절하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합 및 방사를 수행함으로써 얻어진 600 데니어/24 필라멘트의 미연신사를 연신기를 이용하여 3배로 연신하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 84 중량% 및 침상형 산화아연 단결정체 16 중량%를 함유하고, 강도가 3.8g/denier인 200데니어/24 필라멘트의 연신사를 얻었다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 준비한 마스터 배치와 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 혼합하는 과정에서 중량비를 조절하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합 및 방사를 수행함으로써 600 데니어/24 필라멘트의 미연신사를 얻었다.
상기 미연신사를 4배로 연신하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 96 중량% 및 침상형 산화아연 단결정체 4 중량%를 함유하고, 강도가 6.0g/denier인 150 데니어/24 필라멘트의 연신사를 얻었다.
[비교예 3]
실시예 1과 동일한 방법으로 준비한 마스터 배치와 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 상기 실시예 1과 동일한 중량비로 혼합하고, 사출 성형기를 사용하여 성형하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 91 중량% 및 침상형 산화아연 단결정체 9 중량%를 함유하는 것으로서, 가로 및 세로의 길이가 각각 10cm이고, 두께가 3mm인 폴리에스테르 평판을 제조하였다.
[비교예 4]
폴리에틸렌테레프탈레이트 수지와 침상형 산화아연 단결정체의 중량비를 다르게 하였다는 점을 제외하고는 상기 비교예 3과 동일한 방법으로 폴리에스테르 평판을 제조하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 70 중량% 및 침상형 산화아연 단결정체 30 중량%를 함유하는 것으로서, 가로 및 세로의 길이가 각각 10cm이고, 두께 가 3mm인 폴리에스테르 평판을 제조하였다.
[실험예]
1. 표면 저항치 및 인장강도의 측정
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1, 2를 통하여 얻어진 섬유와 비교예 3, 4를 통하여 얻어진 평판의 수지 조성물에 대하여 표면 저항치를 측정한 결과 및 상기 실시예 1 내지 7과 비교예 1 및 2를 통하여 얻어진 섬유에 대하여 인장 강도를 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
조성(wt%) 표면저항치 (Ω/sq) 인장강도g/d
실시예 1 PET 91, ZnO.W 9 10E8 5.7
실시예 2 PET 95, ZnO.W 5 10E10 6.0
실시예 3 PET 85, ZnO.W 15 10E7 4.4
실시예 4 PET 90, ZnO.W 5, AS 5 10E7 5.4
실시예 5 PET 90, ZnO.W 5, AS 4, Ca 0.5,
TiO2 0.5		 10E7 5.4
실시예 6 PP 91, ZnO.W 9 10E8 4.8
실시예 7 Nylon 91, ZnO.W 9 10E8 5.6
비교예 1 PET 84, ZnO.W 16 10E7 3.8
비교예 2 PET 96, ZnO.W 4 10E11 6.0
비교예 3 PET 91, ZnO.W 9 시편 Plate 10E12 -
비교예 4 PET 70, ZnO.W 30 시편 Plate 10E10 -
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 7에 따른 섬유의 경우 표면 저항치가 모두 10E6 내지 10E10 Ω/sq의 범위 내로 나타남으로써 우수한 대전방지성능을 가질 뿐 아니라 인장 강도도 4.4 내지 6.0g/d로 나타남으로써 섬유의 기능성 면에서나 방사에 문제가 없었다.
그러나 비교예 1에 따른 섬유의 경우, 침상형 산화아연 단결정체가 많이 함유되어 표면 저항치가 10E7 Ω/sq로 나타나서 대전방지성능은 문제가 없었지만, 인장 강도가 매우 낮은 3.8g/d로 나타났다. 또한, 비교예 2에 따른 섬유의 경우, 섬유 내에 이물질의 함량이 적어 인장 강도는 6.0g/d로 높게 나타났지만, 표면 저항치가 10E11 Ω/sq로 높게 나타났다.
2. 항균능력 시험
본 발명의 실시예 1에 따른 섬유와 일반 섬유의 항균성을 테스트(2008.08.29 KATRI;Korea Apparel Testing & Reseearch Institude)하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5의 A는 1.3 ⅹ 105 CFU/㎖ 농도의 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)을 시험균으로 사용하여 정균 감소율을 측정한 것이고, B는 1.3 ⅹ 105 CFU/㎖ 농도의 폐렴균(Klebsiella pneumoniae ATCC 4352)을 시험균으로 사용하여 정균 감소율을 측정한 것이다.
또한, 도 5에서 A-1 및 B-1은 일반 미가공 섬유에 대해서 항균성을 테스트한 것이고, A-2 및 B-2는 본 발명의 실시예 1에 따른 섬유에 대해서 항균성을 테스트한 것이다.
그 결과, 도 5에 나타난 바와 같이, 일반 미가공 섬유를 테스트한 A-1 및 B-1의 경우 항균 능력이 거의 없어 정균 감소율이 높지 않았으나, 본 발명의 실시예 1에 따른 섬유를 테스트한 A-2 및 B-2의 경우 99.9%의 정균 감소율이 나타남으로써 우수한 항균성을 가지는 것으로 확인되었다.
도 1은 테트라포드 형상의 침상형 산화아연 단결정체를 나타낸 사진이고,
도 2는 도 1의 침상형 산화아연 단결정체의 침상부분의 하단부를 확대하여 나타낸 사진이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유를 나타낸 개략도이고,
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유와 일반 섬유의 항균성을 테스트한 사진이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 백색의 정전기 방지 및 항균 섬유
110, 210 : 단순바늘 형상의 단결정체
130, 230 : 테트라포드 형상의 단결정체
250 : 다공성 세라믹스

Claims (8)

  1. 열가소성 수지 85 내지 95 중량부; 및
    침상형 산화아연 단결정체 5 내지 15 중량부를 포함하는 백색의 정전기 방지 및 항균 기능을 가지는 섬유.
  2. 열가소성 수지 85 내지 95 중량부; 및
    침상형 산화아연 단결정체 7 내지 12 중량부를 포함하는 백색의 정전기 방지 및 항균 기능을 가지는 섬유.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    표면 저항치가 10E6 내지 10E10 Ω/sq인 것을 특징으로 하는 백색의 정전기 방지 및 항균 기능을 가지는 섬유.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    침상형 산화아연 단결정체는 침상 부분의 평균 섬유장이 5 내지 15㎛인 것을 특징으로 하는 백색의 정전기 방지 및 항균 기능을 가지는 섬유.
  5. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    표면 홀에 도전성 입자가 담지된 다공성 세라믹스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 백색의 정전기 방지 및 항균 기능을 가지는 섬유.
  6. 제 5항에 있어서,
    다공성 세라믹스는 평균 입경이 1 내지 15㎛인 것을 특징으로 하는 백색의 정전기 방지 및 항균 기능을 가지는 섬유.
  7. 제 5항에 있어서,
    도전성 입자는 은 또는 티탄산바륨인 것을 특징으로 하는 백색의 정전기 방지 및 항균 기능을 가지는 섬유.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    자외선 차단제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 백색의 정전기 방지 및 항균 기능을 가지는 섬유.
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