KR101074692B1 - 도전성 황화구리 나일론섬유 제조를 위한 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도전성 섬유 조성물 및 제조에 있어서, 특히 황화구리의 나노화 반응과 동시에 나일론섬유에 황화구리를 흡착하게 하는 도전성 황화구리 나일론섬유 제조를 위한 조성물에 관한 것으로, 황화구리(CuS)와, 상기 황화구리와 착물을 형성하는 화합물로써 레블린산(levlinic acid)과 소디움라우릴설패이드(sodium lauryl sulfate)와 폴리에틸렌글리콜(polyetyene glycol)과 티오황산나트륨(sodium thiosulfate)과 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylene diamine tetra acetic)과 차인산나트륨(sodium hypophosphorous acid)으로 이루어지는 것이 특징인 발명이다.

Description

도전성 황화구리 나일론섬유 제조를 위한 조성물{composition for producting conductive CuS nylon fiber composition}
본 발명은 도전성 섬유 조성물 및 제조에 관한 것으로, 특히 황화구리의 나노화 반응과 동시에 나일론섬유에 황화구리를 흡착하게 하는 도전성 황화구리 나일론섬유 제조를 위한 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 나노입자의 황화구리를 얻을 수 있는 방법은 진공증착법, 액상법, 졸겔법, 화학적 환원법, 화합물고착법 등 여러 가지 제법이 알려져 있다.
특히 나노미립자 황화구리는 전도성과 표면 에너지 활성이 크기 때문에, 친환경 소재, 촉매, 전자파 차폐, 정전기 방지 등 섬유 산업 전반에 적용하고 있다.
황화구리의 적용 기술 중 하나는 나일론섬유에 황화구리를 흡착시켜 도전성과 정전기 방지 기능을 얻는 것이다.
종래의 도전성 섬유 제조 방법에서는 시아노기 또는 메르캅토기와 같은 관능기를 함유하는 중합체 기질 및 그 기질에 결합된 황화구리를 포함하는 도전성 재료가 소개되고 있다.
그런데, 작업 공정 상에서 반응온도가 높아지면 1가의 금속구리가 2가의 금속구리 이온으로 빠르게 변하므로 반응온도가 상승할수록 침전 물량이 증가하게 된다. 이와 같이 형성된 침전물은 반응조 내벽에 부착되고 섬유 표면에도 부착되어 구리1가 이온의 결합을 방해할 뿐 아니라 섬유표면에 산화피막을 형성한다.
특히, 종래에는 반응온도가 높을 경우에는 PH 조정액을 사용하고 있는데, 그 PH 조정액은 황산 및 질산과 반응하여 SO2, NO 가스를 발생시키므로 작업성을 나쁘게 하는 원인이 된다.
이와 같은 종래의 도전성 섬유 제조에서는 산화, 내마모성, 내약품성, 내세탁성 등 물성 변화로 인한 도전성 기능에 많은 문제가 있었다.
또한, 종래 기술에서 황화구리를 흡착하기 위해서는 공정이 복잡하여 작업성이 불편하고 처리 원가 비용도 높다는 문제가 있었으며, 특히 황화구리의 우수한 전도성과 표면 에너지 활성을 저해하게 되어 그 황화구리의 기능을 최대한 발휘하지 못하게 하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 황화구리의 환원 석출과 동시에 그 황화구리를 나일론섬유에 흡착시켜 도전성을 얻도록 하는데 적당한 도전성 황화구리 나일론섬유 제조를 위한 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 레블린산(levlinic acid)을 중합체로 하면서 소디움라우릴설패이드(sodium lauryl sulfate)와 폴리에틸렌글리콜(polyetyene glycol)과 티오황산나트륨(sodium thiosulfate)과 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylene diamine tetra acetic)과 차인산나트륨(sodium hypophosphorous acid)을 황화구리(CuS) 10 내지 20 중량% 을 반응조에 함께 투입하고, 그 반응조에서 PH는 4 내지 5, 그리고 온도는 55 내지 60도로 맞추어 반응시켜 황화구리 입자의 환원 석출과 동시에 황화구리가 나일론섬유 조직에 흡착되도록 하는데 적당한 도전성 황화구리 나일론섬유 제조를 위한 조성물을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도전성 황화구리 나일론섬유 제조를 위한 조성물의 특징은, 황화구리(CuS)와, 상기 황화구리와 착물을 형성하는 화합물로써, 레블린산(levlinic acid)과 소디움라우릴설패이드(sodium lauryl sulfate)와 폴리에틸렌글리콜(polyetyene glycol)과 티오황산나트륨(sodium thiosulfate)과 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylene diamine tetra acetic)과 차인산나트륨(sodium hypophosphorous acid)으로 이루어지는 것이다.
바람직하게, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 10 내지 20 중량%의 상기 황화구리(CuS)로 이루어진다.
본 발명은 고착제나 케핑제 또는 안정제, 보호제, 도핑제(dopant), 고착제 등의 사용없이, 환원제와 황화구리(CuS)와 레블린산 중합체를 반응조에 나일론섬유와 함께 투입하여 황화구리의 나노화반응과 동시에 나일론섬유에 황화구리를 흡착되게 하므로, 공정이 대단히 단순하며 작업성과 작업자의 환경도 저해하지 않는다. 따라서, 경제성을 따지지 않을 수 없는 최근 시장에서 수입 대처 효과도 한껏 누릴 수 있다.
특히 황화구리를 나일론섬유 조직에 고착시키는 고착제나 케핑제 또는 안정제를 사용하지 않으므로, 황화구리의 표면 에너지 활성화를 극대화시킬 수 있다.
또한, 황화구리를 나일론섬유에 흡착하는 과정에서 보호제와 도핑제(dopant)를 사용하지 않으므로, 순수한 황화구리를 섬유에 균일하게 흡착시킬 수 있다.
또한, 황화구리의 기능성을 최대화하기 위한 고착제를 사용하지 않으면서도 황화구리가 섬유에 견고하게 침착되게 해준다.
또한, 나노입자 황화구리의 흡착이 견고하여, 이후 나일론섬유의 사용에 따른 입자 이탈 현상이 없으며, 세탁의 견뢰도성이 안정되어 화학적 산화 문제도 없다. 따라서, 나일론섬유의 내구성을 극대화시며 오래 제품 수명이 지속되는 효과도 있다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
다음에 예시하는 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 도전성 황화구리 나일론섬유 제조를 위한 조성물에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 도전성 황화구리 나일론섬유 제조를 위한 조성물은 레블린산(levulinic acid)을 중합체로 하여 소정량 소디움라우릴설패이드(sodium lauryl sulfate)와 폴리에틸렌글리콜(polyetyene glycol)과 티오황산나트륨(sodium thiosulfate)과 차인산나트륨(sodium hypophosphlte)과 에틸렌다아민테트라아세트산(E.D.T.A)로 이루어지는 화합물과, 황화구리(CuS) 10 내지 20중량%으로 이루어진다.
상기 레블린산(levulinic acid)을 중합체로 하는 소정량 소디움라우릴설패이드(sodium lauryl sulfate)와 폴리에틸렌글리콜(polyetyene glycol)과 티오황산나트륨(sodium thiosulfate)과 차인산나트륨(sodium hypophosphlte)과 에틸렌다아민테트라아세트산(E.D.T.A)의 화합물과, 황화구리(CuS) 10 내지 20중량%을 함께 반응조에 투입한다.
황화구리(CuS) 10 내지 20중량%과 반응조 물과의 혼합비율은 1:15의 용량비로 하고 나일론섬유를 침지하여 10분 정도 교반시키면서, PH는 4 내지 5이면서 온도는 55 내지 60도로 고정하여 100분 동안 반응시킨다.
상기한 반응을 종료한 후 세척 과정을 통해 미반응 불순물을 제거하여 최종적으로 황화구리가 섬유조직에 흡착된 나일론섬유를 얻는다. 여기서, 본 발명에 따른 화합물 및 황화구리로 이루어지는 조성물은 상기한 나일론섬유는 물론 나일론섬유 부직물에도 적용하여 나노입자 황화구리가 흡착된 나일론섬유 부직물을 얻을 수도 있다.
본 발명에서는 환원제, 황화구리, 그리고 황화구리와 착물을 형성하는 화합물로써, 레블린산(levlinic acid)과 소디움라우릴설패이드(sodium lauryl sulfate)와 폴리에틸렌글리콜(polyetyene glycol)과 티오황산나트륨(sodium thiosulfate)과 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylene diamine tetra acetic)과 차인산나트륨(sodium hypophosphorous acid)을 사용하여 황화구리의 환원 석출과 동시에 그 황화구리를 나일론섬유에 흡착시켜 도전성을 얻도록 한다.
본 발명은 공정시간은 전술된 바와 같이 불과 100분 정도로 매우 짧으며, 보다 능률적으로 황화구리를 흡착할 수 있다.
이와 같이 반응시간이 길지 않으므로, 황화구리의 입자가 성장하여 증가하던 종래와 달리 표면 에너지의 활성화를 저해할 염려가 없다.
나노입자는 용적에 비하여 그 표면이 대단히 크므로, 나노입자의 표면 화학은 매우 미묘하다. 다시 말해 나노물질은 입자의 크기, 입자의 모양 및 배열에 따라 특성이 다르다. 여기서, 황화구리 나노입자 직경은 20nm 이하이다.
화학 흡착(chemical sorption)은 표면 결정 격자에 존재하는 중공부위(hollow site)에 원자 단위로 흡착되는 것으로, 표면 에너지가 주된 힘(driving force)이다.
입자 크기가 작을수록 구동력(driving force)은 증가하고, 화학 흡착된 휘발성 유기화합물(V,O,Cs)과 산소는 활성화되어 낮은 온도에서 반응한다. 그리하여 그 유기화합물이 분해되어 나일론섬유에 기능성이 부여된다.
화학 흡착은 표면 덮힘율(coverage)이 작을수록 빨리 진행되고, 비표면적이 증가할수록 흡착속도가 빠르게 된다. 특히, 황화구리를 사용하는 경우에는 섬유 조직에 고착시키는 고착제나 케핑제나 안정제와 같은 약품을 사용하지 않는다. 그러므로 황화구리 표면 에너지의 활성화가 극대화되며 황화구리의 흡착도 견고하다.
본 발명에서는 상기 레블린산(levlinic acid)과 상기 소디움라우릴설패이드(sodium lauryl sulfate)와, 상기 폴리에틸렌글리콜(polyetyene glycol)과, 상기 티오황산나트륨(sodium thiosulfate)과, 상기 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylene diamine tetra acetic)과, 상기 차인산나트륨(sodium hypophosphorous acid)으로 이루어지는 화합물이 황화구리(CuS)와 착물을 형성하는 것이 바람직하다.
나일론섬유를 상기 나열된 화합물과 20 중량%의 황화구리(CuS)를 반응조에 투입한다. 이때 20 중량%의 황화구리(CuS)와 반응조의 물과의 혼합비율은 1:15로 하여 10분간 교반 후 55 내지 60도로 서서히 승온하여 환원물질이 나일론섬유에 골고루 침착되도록 한다. 그리고 PH를 3 내지 4로 조절하면서 온도를 60도로 고정시키고 100분간 반응시킨다. 이때 황화구리 입자의 핵 생성과 입자의 성장은 반응물의 농도와 PH 및 온도에 따라 달라진다.
황화구리의 균일한 크기의 분포는 짧은 시간(30분정도) 내에 이루어지며, 황화구리 입자 크기는 약 10 내지 20nm정도이다.
이어, 나일론섬유에 대한 반응조에서의 세척 과정을 3회 정도 진행하여 미반응 물질과 불순물을 제거한다. 그에 따라, 최종적으로 황화구리가 섬유조직(표면)에 흡착된 도전성 나일론섬유을 얻는다.
나노입자의 황화구리(CuS)는 표면적이 대단히 크기 때문에 화학적으로 안정된 금속물질이나 나노입자 황화구리의 표면적 증대에 따른 표면 에너지 활성화로 인하여 산소의 흡착력이 강하다. 화학 흡착은 표면 결정 격자에 존재하는 중공부위에 원자 단위로 흡착되는 것으로 표면 에너지가 주된 힘이고, 입자의 크기가 작을수록 그 힘이 증가한다.
특히, 본 발명에서는 레블린산(levulinic acid)를 중합체로 사용하여 열적 안정성을 보장하고 이산화탄소 발생을 억제하므로, 황화구리의 고착을 위한 고착제를 전혀 사용하지 않아도 된다. 그 때문에 황화구리의 표면 에너지 활성화가 저해될 염려가 없다.
황화구리가 표면에 흡착된 산소에 의한 살균 및 정전기 방지 기능, 항균작용의 기능성에 의하여 나일론섬유의 각종 제품을 보다 위생적으로 사용 가능하다.

Claims (5)

  1. 황화구리(CuS);
    상기 황화구리와 착물을 형성하는 화합물로써, 레블린산(levlinic acid)과 소디움라우릴설패이드(sodium lauryl sulfate)와 폴리에틸렌글리콜(polyetyene glycol)과 티오황산나트륨(sodium thiosulfate)과 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylene diamine tetra acetic)과 차인산나트륨(sodium hypophosphorous acid)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도전성 황화구리 나일론섬유 제조를 위한 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물의 총 중량을 기준으로, 10 내지 20 중량%의 상기 황화구리(CuS)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도전성 황화구리 나일론섬유 제조를 위한 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 화합물은 상기 황화구리(CuS) 2가 이온과 착물을 형성하는 것을 특징으로 하는 도전성 황화구리 나일론섬유 제조를 위한 조성물.

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