KR101076672B1 - 기능성 섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음이온을 발산하는 기능성 광물자원 중에서 자연적으로 음이온을 발산하는 미크론 상태의 일라이트 분말에 향균, 탈취 등의 작용을 하는 기능성 광물인 사문석 분말을 섬유에 첨가하여 음이온을 발산하는 섬유 원단을 제조하는 기능성 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

전술한, 본 발명의 특징은, 2500∼3000 메시(mesh)의 미세 분말로 가공하여 얻은 일라이트 분말과, 기능성 광물인 사문석 분말을 6 : 4의 중량비로 혼합하여 소결로에 투입한 후 700∼800℃의 온도로 열처리하여 4미크론 이하 크기로 분쇄하는 분쇄단계(S10); 상기 일라이트와 사문석 분말을 섬유제조용 칩에 대해 2.5∼3중량%의 비율로 혼합하여 가열 교반기에 투입하고 150∼200℃의 온도에서 약 12시간동안 교반하여 분말들이 칩에 골고루 함유된 마스터배치를 제조하는 마스터배치제조단계(S20); 상기 마스터배치를 회전건조기에 투입하여 25∼30분간 회전시키면서 150∼200℃ 온도로 가열 건조시켜서 수분을 제거하는 수분제거단계(S30); 건조된 분말을 방사용 호퍼에 투입하고 스크류 방사기의 온도가 260℃∼270℃ 정도를 유지하는 상태에서 방사공으로 방사하여 모노필라멘트를 제조하는 모노필라멘트제조단계(S40); 상기 모노필라멘트를 연신하고 합사하여 멀티필라멘트상의 실을 제조하는 실제조단계(S50); 상기 멀티필라멘트상의 실을 이용하여 섬유 원단을 제조하는 원단제조단계(S60)로 이루어짐을 특징으로 하는 기능성 섬유의 제조방법에 의하여 달성될 수 있는 것이다.

기능성, 섬유, 일라이트, 사문석

Description

기능성 섬유의 제조방법{The manufacturing method of functional textile}

본 발명은 기능성 섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로 음이온을 발산하는 기능성 광물자원 중에서 자연적으로 음이온을 발산하는 미크론 상태의 일라이트 분말에 향균, 탈취 등의 작용을 하는 기능성 광물인 사문석 분말을 섬유에 첨가하여 음이온을 발산하는 섬유 원단을 제조하는 기능성 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 지구상의 모든 물질은 양이온과 음이온의 전기를 띠고 있으며 사람도 인체의 전기인 양이온과 음이온의 전기를 가지고 있다. 만약 이들 이온의 균형이 정상적이면 건강을 누릴 수 있지만, 양이온과 음이온이 균형을 이루지 못하면 체내에 활성산소의 증가가 촉진되어 모든 질병의 원인인 세포의 산성화가 진행된다. 우리 몸에 음이온이 충전되어 플러스이온과 밸런스가 맞으면 피로의 경감, 피로의 회복, 집중력의 향상, 호흡기 기능의 개선, 혈압의 안정, 체온유지, 면역력 향상, 모발질의 개선 등의 효과가 크게 나타난다.

따라서 이를 극복하고자 각종 약품, 운동요법, 식이요법, 건강을 위한 수맥 파 및 전자파 차단재, 황토방, 황토매트, 황토침대, 돌침대는 물론 황토를 섬유사에 첨가해서 실을 만들어서 직조하여 사용케 하는 등이 다수 개발되고 상품화되어 범람하고 있는 것이다.

그러나, 이들은 한결같이 하나의 용도에 국한되어 이용되어 왔고 특히 박테리아균이나 인체에 유해한 병원균을 퇴치시키거나 감소시키지 못하였고 악취를 흡착 탈취시키거나 분해시키지 못하였을 뿐만 아니라 피로회복, 혈액순환 촉진 등의 효과를 한꺼번에 기대할 수가 없었던 것이다.

이에 따라, 음이온의 사회적 관심도와 인지도가 높아지고 산업시장에 속속 그 응용상품이 출시되고 다종 다양의 산업계에 파급되고 있는 시점에 음이온이 생체에의 효과가 크다는 것을 확신하고 생체의 면역력과 대사기능을 높이고 건강을 유지하기 위해 우리 몸에서 낮아 가는 음이온 전자를 재충전하기 위해 음이온을 생체에 충전시켜 주는 방법으로 섬유에 음이온을 발산하는 기능성 광물인 일라이트와 사문석 성분을 섬유에 적용하여 각종 제품을 제작하는 기술을 연구하게 되었던 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 그 목적은 인체에 음이온을 방사하여 신진대사를 촉진시켜주고 세포활성화를 통해 피로회복 및 성인병 예방에 기여할 수 있는 효과를 낼 수 있고 인체에 가해지는 각종의 유해가스를 흡착하고 독성을 제거하여 인체를 보호하고 탈취작용을 하며, 항균 및 살균성이 우수한 음이온을 발산하는 기능성 섬유의 제조방법을 제공함에 있는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 2500∼3000 메시(mesh)의 미세 분말로 가공하여 얻은 일라이트 분말과, 기능성 광물인 사문석 분말을 6 : 4의 중량비로 혼합하여 소결로에 투입한 후 700∼800℃의 온도로 열처리하여 4미크론 이하 크기로 분쇄하는 분쇄단계(S10); 상기 일라이트와 사문석 분말을 섬유제조용 칩에 대해 2.5∼3중량%의 비율로 혼합하여 가열 교반기에 투입하고 150∼200℃의 온도에서 약 12시간동안 교반하여 분말들이 칩에 골고루 함유된 마스터배치를 제조하는 마스터배치제조단계(S20); 상기 마스터배치를 회전건조기에 투입하여 25∼30분간 회전시키면서 150∼200℃ 온도로 가열 건조시켜서 수분을 제거하는 수분제거단계(S30); 건조된 분말을 방사용 호퍼에 투입하고 스크류 방사기의 온도가 260℃∼270℃ 정도를 유지하는 상태에서 방사공으로 방사하여 모노필라멘트를 제조하는 모노필라멘트제조단계(S40); 상기 모노필라멘트를 연신하고 합사하여 멀티필 라멘트상의 실을 제조하는 실제조단계(S50); 상기 멀티필라멘트상의 실을 이용하여 섬유 원단을 제조하는 원단제조단계(S60)로 이루어짐을 특징으로 하는 기능성 섬유의 제조방법에 의하여 달성될 수 있는 것이다.

이상에서 상술한 바와 같은 본 발명은, 일라이트나 사문석 분말을 음이온 방출소재로 선택함으로써 우수한 음이온 방출효과를 낼 수가 있으므로 상온에서 체감온도가 3∼5℃가 높아지며 수맥과 전자파를 거의 완벽하게 차단할 수 있을 뿐 아니라 인체의 신진대사를 촉진시켜 주고 피부를 통해 인체에 작용하는 유해가스까지 흡착 제거하여 인체를 보호할 수 있고 피로회복 및 성인병 예방에 기여할 수 있는 획기적인 효과를 낼 수 있는 것으로서, 지금까지 알려진 바이오세라믹 혼합섬유보다 탁월한 음이온 방출성능을 발휘할 수 있는 등의 이점이 있다.

이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1의 공정도에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 일라이트와 사문석을 분쇄하는 분쇄단계(S10)와, 마스터배치를 제조하는 마스터배치제조단계(S20)와, 마스터배치를 건조시켜서 수분을 제거하는 수분제거단계(S30)와, 모노필라멘트를 제조하는 모노필라멘트제조단계(S40)와, 실을 제조하는 실제조단계(S50)와 실을 이용하여 섬유 원단을 제조하는 원단제조단 계(S60)로 이루어진다.

상기 분쇄단계(S10)는 2500∼3000 메시의 입도를 갖는 미세 분말로 가공하여 얻은 일라이트 분말과, 기능성 광물인 사문석 분말을 6 : 4의 중량비로 혼합한 후 소결로에 투입하여 700∼800℃ 온도로 열처리 한 후 4미크론 이하 크기로 곱게 분쇄한다.

상기 마스터배치제조단계(S20)는 상기 분쇄단계(S10)에서 분쇄된 일라이트와 사문석 분말을 섬유제조용 칩에 대해 2.5∼3중량%의 비율로 혼합시킨 후 가열 교반기에 투입하여 150∼200℃의 온도에서 약 12시간동안 교반하여 상기 분말이 칩에 골고루 함유된 마스터배치를 제조한다.

상기 수분제거단계(S30)는 상기 마스터배치제조단계(20)에서 제조된 마스터배치를 회전건조기에 투입하여 25∼30분간 회전시키면서 100∼200℃의 온도로 가열 건조시켜서 수분을 제거한다.

상기 모노필라멘트제조단계(S40)는 상기 수분제거단계(S30)에서 건조된 마스터배치를 방사용 호퍼에 투입하고 스크류 방사기의 온도가 260℃∼270℃정도를 유지하는 상태에서 방사공으로 방사하여 모노필라멘트를 제조한다.

상기 실제조단계(S50)는 상기 모노필라멘트제조단계(S40)에서 제조된 모노필라멘트를 일반적인 방법으로 연신하고 합사하여 멀티필라멘트 상의 실을 제조한다.

상기 천제조단계(S60)는 상기 실제조단계(S50)에서 제조된 멀티필라멘트 상의 실을 이용하여 일반적인 방법으로 섬유 원단을 제조함으로서 본 발명에 따른 기능성 섬유의 제조방법이 완료된다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정됨이 없이 다양한 실시변형이 가능하다.

<실시예>

2700 메시의 입도를 갖는 미세 분말로 가공하여 얻은 일라이트 분말과, 기능성 광물인 사문석 분말을 6 : 4의 중량비율로 혼합한 후 소결로에 투입하여 750℃의 온도로 열처리 한 후 4미크론 이하 크기로 분쇄한 다음, 섬유제조용 폴리에스테르 칩에 대해 2.7중량%의 비율로 혼합하여 가열 교반기에 투입하고 150℃정도의 온도에서 약 12시간정도 교반하여 일라이트 분말과 사문석 분말이 폴리에스테르 칩에 골고루 부착된 마스터배치(master batch)를 완성하고, 회전건조기에 투입하여 27분간 회전시키면서 170℃의 온도로 가열 건조시켜 수분을 제거시키고 이를 방사용 호퍼에 투입하여 스크류 방사기의 온도가 265℃ 정도를 유지하는 상태에서 방사공으로 방사하여 모노필라멘트를 얻고 이를 공지된 방법에 따라 연신하고 합사함으로써 멀티필라멘트상의 합성섬유 실을 제조한 후 이를 공지된 방법에 따라 직조하여 기능성 섬유 원단을 제조하였다.

본 발명에 따른 기능성 섬유에 대한 탈취효과, 원적외선 방출량 및 항균효과에 대한 시험을 실시하여 아래와 같은 결과를 얻었다.

시험예 1 : 탈취효과의 측정

본 발명에 따른 기능성 섬유의 시료를 한국원적외선응용평가연구원에 의뢰하여 탈취효과를 측정하였으며, 시험방법은 시료를 넣은 용기와 시료를 넣지 않은 용 기의 내부에 암모니아 가스를 주입하여 탈취율을 검사하는 KFIA-FI-1004 시험방법을 사용하였다.

그 결과는 표 1의 탈취율(％) 시험결과와 도 1의 시간경과에 따른 가스농도곡선에 나타난 바와 같이, 30분마다 가스검지관을 사용하여 가스농도를 측정하였더니 시료가 투입된 용기는 최초 30분 후 탈취율이 70％로 나타났고, 60분에서는 탈취율 71％, 90분에서는 탈취율 73％, 120분에서는 탈취율 74％로 나타나 점차적으로 탈취율(％)이 높아지면서 약 2시간이 지난 후에는 암모니아 가스의 대부분이 흡착 제거되어 탈취효율이 매우 높은 것으로 나타났다.

그리고, 시료가 주입되지 않은 용기는 가스검지관으로 시료를 채취함에 따라 자연적으로 소멸되는 가스의 양을 제외하고는 탈취율(％)이 변화되지 않는 것으로 나타났다.

시험항목	경과시간(분)	Blank농도(ppm)	시료농도(ppm)	탈취율(％)
탈취시험	초기	500	500	-
	30	490	145	70
	60	480	140	71
	90	460	125	73
	120	450	115	74

시험예 2 : 원적외선 방출량 측정시험

본 발명에 따른 기능성 섬유의 시료를 한국원적외선응용평가연구원에 의뢰하여 KFIA-FI-1005 시험방법으로 실내온도 37℃의 조건에서 원적외선 방사에너지를 측정하였으며 그 결과는 표 2의 결과에서 나타난 바와 같이 원적외선 방사율(5∼20㎛)은 0.886이고, 방사에너지(W/m²·㎛, 37℃)는 3.42×10²로 나타나 원적외선의 방사율이 높고 방사에너지의 양이 큰 것으로 나타났다.

방 사 율 (5∼20㎛)	방 사 에 너 지 (W/㎡·㎛,37℃)
0.886	3.42×102

비고) 본 시험결과는 FT-IR Spectrometer를 이용한 BLACK BODY 대비 측정결과임.

시험예 3 : 항균효과의 측정

본 발명에 따른 기능성 섬유의 시료를 한국원적외선응용평가연구원에 의뢰하여 항균효과를 측정하였으며, 시험방법은 용기 내부에 배양한 포도상구균과 본 발명에 의하여 제조된 시료를 함께 투입하고, 다른 용기에는 포도상구균만 투입하여 24시간 후 대조시료와 시험시료의 균수를 비교하여 포도상구균의 감소율을 측정하였다. 또한, 전술한 방법으로 24시간 배양한 폐렴균의 감소율을 함께 측정하였다.

그 결과는 표 3의 정균감소율(％) 시험결과에 나타난 바와 같이, 24시간 후 균들의 농도를 측정하였더니 시료가 투입된 포도상구균 배양용기에서는 정균감소율이 99.3％로 나타났고, 시료가 투입된 폐렴균의 배양용기에서도 정균감소율이 98.2％로 나타나 기능성 섬유의 살균 및 항균효율이 매우 높은 것으로 측정되었으며, 시료가 투입되지 않은 용기에는 정균의 수가 변화되지 않은 것으로 나타났다.

시험항목	시료구분	초기 농도	24시간 후 농도	정균감소율(％)
포도상구균에 의한 항균시험	표준포	3.4×104	1.4×106	-
	기능성 섬유(카시미룸)		1.0×104	99.3
폐렴균에 의한 항균시험	표준포	3.0×104	1.3×106	-
	기능성 섬유(카시미룸)		2.4×104	98.2

1) 시험방법 : KS K 0693-2001

2) 사용균주

Staphylococcus aureus ATCC 6538

Klebsiella pneumoniae ATCC 4352

이와 같이 본 발명은 다공체로서 미립자로 풍화된 일라이트와 사문석을 미세 분말로 분쇄하고 일정량을 합성섬유 제조용 폴리에스테르칩에 용융 믹서하여 압출하고 수냉시켜 칩상태의 마스터배치를 만들어 용융방사기로 방사하기 때문에 낮은 데니어의 필라멘트사를 제조하여도 방사과정에서 절사가 생기지 않는 미세한 혼합섬유를 제조할 수 있다.

또한, 일라이트와 사문석을 음이온 방출소재로 선택하여 합성수지제에 혼합시키기 때문에 적은 양을 넣어도 음이온 방출효과를 크게 낼 수가 있어 경제적이며, 미세한 섬유를 만들 수 있기 때문에 다양한 섬유제품을 만들 수 있는 것이다.

한편, 기능성 섬유에 포함된 광물들의 특성은 다음과 같다.

상기 일라이트(illite)는 광물학적 구조가 점토질 구조로 되어 있고, 화학성분은 SiO₂,Al₂O₃,K₂O로 구성되고, 비중 2.6∼2.9, 화학조성은 (K,H₃O)Al₂(Si,Al)₄O₁₀(H₂O,OH)₂이며 알루미늄이 풍부한 이질(泥質) 또는 응회암질(凝灰岩質) 퇴적암 중에 산출되며, 열수성(熱水性) 광상모암의 변질광물로서 산출된다.

상기 일라이트는 점토광물로서 바이오세라믹과 같이 원적외선과 음이온을 방출하므로 세균의 번식을 억제하고 살균하는 항균성과 곰팡이의 번식을 억제하고 곰팡이를 죽여 악취의 발생을 막고 냄새를 제거하는 항곰팡이성을 가지고 있으면서 일라이트에서 방출되는 원적외선은 인체에 가장 좋은 5∼20파장범위에 속하는 원적외선이기 때문에 인체에 가장 깊숙이 침투하여 신진대사를 촉진시켜주고 혈액순환을 좋게 하여 효소의 생성을 부활시키고 노화된 세포를 활성화시켜 인체내의 노폐물과 잉여 지방질의 배설을 촉진시키는 작용을 하는 것으로 알려져 있으며 유해가스의 흡착제거 성능도 우수한 물질로 이미 확인되어 있다.

상기 사문석의 화학성분은 Mg₃Si₂O₅(OH)₄이고, 한 종류의 광물이 아니라 여러 가지 변종이 있으며, 그 변종의 집합체이기도 하다. 일반적으로는 안티고라이트와 온석면, 리자다이트, 6층오르토사문석 등의 광물 또는 이들의 집합체이다.

이와 같은 사문석은 결정 구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하여, 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격은 그대로 있으므로 다른 미립 물질을 흡착하거나 크기가 다른 미립 물질을 분리시키는 분자체(分子篩)로 사용할 수가 있는 것으로서 유해성분을 흡착하여 제거하고, 살균효과 등을 얻을 수 있는 것이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 예시한 제조과정을 순차적으로 나열한 제조공정도

도 2는 본 발명의 일실시예를 예시한 애완동물 사료의 시간경과에 따른 가스농도 곡선그래프

Claims (1)

1. 2500∼3000 메시(mesh)의 미세 분말로 가공하여 얻은 일라이트 분말과, 기능성 광물인 사문석 분말을 6 : 4의 중량비로 혼합하여 소결로에 투입한 후 700∼800℃의 온도로 열처리하여 4미크론 이하 크기로 분쇄하는 분쇄단계(S10);

   상기 일라이트와 사문석 분말을 섬유제조용 칩에 대해 2.5∼3중량%의 비율로 혼합하여 가열 교반기에 투입하고 150∼200℃의 온도에서 12시간동안 교반하여 분말들이 칩에 골고루 함유된 마스터배치를 제조하는 마스터배치제조단계(S20);

   상기 마스터배치를 회전건조기에 투입하여 25∼30분간 회전시키면서 150∼200℃ 온도로 가열 건조시켜서 수분을 제거하는 수분제거단계(S30);

   상기 건조된 마스터배치를 방사용 호퍼에 투입하고 스크류 방사기의 온도가 260℃∼270℃ 정도를 유지하는 상태에서 방사공으로 방사하여 모노필라멘트를 제조하는 모노필라멘트제조단계(S40);

   상기 모노필라멘트를 연신하고 합사하여 멀티필라멘트상의 실을 제조하는 실제조단계(S50);

   상기 멀티필라멘트상의 실을 이용하여 섬유 원단을 제조하는 원단제조단계(S60)로 이루어짐을 특징으로 하는 기능성 섬유의 제조방법.

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