KR101226067B1 - 캡슐화된 활성 입자 및 이를 제조 및 사용하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제거할 수 있는 캡슐화제를 사용하여 활성 입자들의 특성을 보존하는 것에 관한 것이다. 캡슐화제는 활성 입자들을 조기 비활성화로부터 보호할 수 있다. 필요에 따라, 캡슐화제를 제거하여 활성 입자들을 재생시킬 수 있다. 여러가 방법을 실시하여, 여러 제품에 사용될 수 있는 포매 물질에 캡슐화된 입자들을 도입할 수 있다.

Description

캡슐화된 활성 입자 및 이를 제조 및 사용하는 방법{ENCAPSULATED ACTIVE PARTICLES AND METHODS FOR MAKING AND USING THE SAME}
관련 특허 출원에 대한 정보
본 출원은 2002년 6월 12일자 미국 가출원 제60/388,678호의 이권을 주장하며, 상기 내용은 전체가 본원에 참고문헌으로 인용되어 있다.
본 발명은 활성 입자의 특성을 보존하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 제거 가능한 보호 물질로 활성 입자들의 적어도 일부를 캡술화하는 방법에 관한 것이다.
특정 입자를 사용하여 기체, 액체 및 고체와 같은 상이한 형태의 재료에 성능 특성을 부여할 수 있다는 것은 널리 공지되어 있다. 이들 입자들은 냄새 흡착, 수분 관리, 자외선으로부터의 보호, 화학물질로부터의 보호, 생물학적 위해로부터의 보호, 난연성, 항균성 보호, 항바이러스성 보호, 항진균성 보호, 항미생물성 보호 및 기타 요소와, 이들의 조합에 적당한 특성을 가질 수 있다.
이들 입자들은 "활성"이므로 이러한 특성을 제공할 수 있다. 활성 입자들은 그 자신 고체, 액체 및/또는 기체, 예를 들어 꽃가루, 물, 부탄 및 주위 공기일 수 있는 물질을 비롯한 물질의 흡착능 또는 포착능을 가지므로 활성이다. 활성 입자들은 각 입자가 다수의 공극을 가지므로(예를 들어, 입자당 공극이 수천, 수만 또는 수십만임) 흡착 특성을 가진다. 활성 입자에 흡착능을 제공하는 것이 이들 공극이다. 예를 들어, 활성탄과 같은 활성 입자는 활성탄의 공극 안에 물질을 포착함으로써 물질(예를 들어, 부탄)을 흡착할 수 있다.
물질에 활성 입자들을 노출시키는 것은 공극을 차단 또는 저해하여 활성 입자의 흡착능을 감소시킴으로써 활성 입자들을 조기에 비활성화시킬 수 있다. 즉, 일단 공극이 물질로 차단 또는 방해되면, 이러한 차단 또는 방해된 공극은 더 이상의 흡착이 방해될 수 있다. 그러나, 활성 입자들의 흡착능은 공극을 차단 또는 저해하는 물질을 제거함으로써 증가 또는 복구될 수 있다. 따라서, 활성 입자들은 재생(예를 들어, 재활성화)될 수 있다.
종종 활성 입자들과 관련된 통상적인 문제는 조기 비활성화일 수 있다. 활성 입자들이 조기 비활성화될 경우, 입자들은 원래 흡착시키려고 의도한 물질을 흡착하지 못하고, 대신 몇몇 의도하지 않은 물질이 흡착된다. 조기에 흡착된 일부 물질은 유해한 물질일 수 있다. 유해한 물질은 활성 입자로부터 용이하게 제거될 수 없는 물질이므로 활성 입자의 추가의 흡착능을 감소시킨다. 예를 들어, 용융된 중합체와 같은 유해한 물질은 활성 입자를 조기 비활성화시킬 수 있다. 예를 들어, 용융된 중합체는 활성 입자 또는 활성 입자를 둘러싼 물질에 손상을 주지 않고 제거할 수 없다.
조기 흡착된 다른 물질은 상대적으로 제거가 용이할 수 있다. 즉, 이들 유형의 물질은 활성 입자들 또는 주위 물질을 손상시키지 않는 공지된 재생 또는 재활성화 방법을 사용하여 제거할 수 있다. 예를 들어, 메탄과 같은 무해한 물질이 흡착될 경우, 이것은 입자를 가열함으로써 활성 입자로부터 제거할 수 있다.
활성 입자들이 내포되어 있는 재료의 제조는 이러한 제료를 제조할 경우 부딪히는 역조건에 의해 발전이 제한되어 왔다. 이러한 한 방법에는 예를 들어, 합성 방적사 가닥을 제조하는 데 사용되는 압출 방법이 포함된다. 압출 방법에서, 이러한 방법은 일반적으로 중합체와 같은 기재를 용융 혼합물로 전환시킴으로써 개시된다. 이후, 용융 혼합물을 사용하여, 소정 재료(예를 들어, 방적사)를 압출 장치에 통과시켜 압출시킨다. 그러나, 활성 입자를 용융 혼합물에 혼합시킬 경우, 용융 혼합물이 입자의 공극을 충전시켜 활성 입자의 흡착능을 억제함으로써 활성 입자를 비활성화시킬 수 있다.
활성 입자의 비활성화를 방지하기 위하여 여러가지 압출법이 시도되어 왔으나, 모두 비효과적이거나 기재를 실질적으로 약화시키는 결과를 가져왔다. 활성탄을 사용하는 한 방법으로는 내포되어 있는 활성탄의 약 4 중량%가 활성인 재료를 생성시켰다. 그러나, 이 방법은 방적사 내 포함된 전체 탄소 중 고작 최대 4%의 활성을 갖는 방적사를 제조하는 데 높은 하중의 활성탄을 필요로 하였다. 활성탄 또는 기타 활성 입자를 포함하는 방적사의 하중을 높게 하여야 하는 데 따르는 단점은 방적사를 생산하는데 사용되는 기재의 물질적 특성보다 활성탄(또는 입자)의 물리적 특성을 지니는 방적사가 얻어진다는 것이다. 따라서, 이러한 방법을 사용하여 생성된 방적사 또는 직물은 기재가 아닌 탄소(또는 입자) 첨가제에 의하여 지배되는 감촉을 가진다. 게다가, 탄소(또는 입자) 하중이 증가할수록, 기재의 인장 강도가 감소하여 잘 부서지고 비연신성인 직물이 얻어진다.
이상을 고려할 때, 본 발명의 목적은 제거 가능한 보호 물질로 활성 입자들을 보호하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 활성 입자들을 재생 또는 재활성화시키는 제거 가능한 보호 물질을 필요에 따라 제거하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 조기 비활성화를 방지하기 위하여 제거 가능한 캡슐화제로 비활성화시킨 활성 입자를 제공하는 것이다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 조기 비활성화를 방지하기 위하여 제거 가능한 물질(예를 들어, 캡슐화제)로 활성 입자들을 비활성화시킴으로써 달성된다. 활성 입자들 상에서 또는 활성 입자들과 더불어 사용될 때, 제거 가능한 물질은 활성 입자들의 공극을 차단 또는 방해함으로써 활성 입자들을 비활성화시킨다. 제거 가능한 물질이 활성 입자들의 흡착능을 무력화하거나 감소시켰을 수 있으나, 이러한 흡착능의 손실은 영구적인 것은 아니다. 따라서, 제거 가능한 물질을 활성 입자들로부터 제거시킬 경우, 흡착능이 증가하거나 복구된다. 즉, 제거 가능한 물질의 제거로 활성 입자들이 재활성 또는 재생된다.
제거 가능한 물질로 활성 입자들을 비활성화시키는 한 이점은 활성 입자들이 조기에 물질을 흡착하는 것을 방지할 수 있다는 것이다. 활성 입자들이 조기에 물질(예를 들어, 유해 물질)을 흡착하거나 흡착에 영향을 주는 역조건에 노출될 경우, 이들 입자들은 소정 물질을 흡착할 기회를 갖기 전에 비활성화될 수 있다. 조기 비활성화는 흡착되는 물질이 유해하든, 비유해하든 또는 심지어 의도하는 표적이라도 부적절하게 이른 시기에 일어나는 흡착으로 인한 비활성화를 포함할 수 있다. 예를 들어, 물질 "A"를 흡착시킬 목적에서 활성 입자들을 도입하였으나, 활성 입자들이 이러한 목적으로 사용되기 전에 용이하게 제거할 수 없는 물질 "B"를 흡착시킴으로써 조기에 비활성화되는 경우를 생각해 보자. 활성 입자들이 제거 가능한 물질로 비활성화되었다면, 활성 입자들은 물질 "B"를 조기에 흡착하지 않을 수 있었을 것이다.
제거 가능한 물질이 활성 입자에 도포될 경우, 이것은 활성 입자의 적어도 일부분을 캡슐화한다. 따라서, 캡슐화된 입자는 비활성화된 상태로 존재하는 활성 입자이고, 제거 가능한 물질에 의하여 적어도 부분적으로 충전, 피복 또는 포함되나 보호 물질의 제거시 재생 또는 재활성화될 수 있다.
본 발명의 또다른 이점은 제거 가능한 물질을 활성 입자들에 도포한 후 소정 시간 또는 적절한 시간에 제거할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 조기 비활성화를 야기할 수 있는 물질(들)이 존재하지 않음을 알 경우 제거 가능한 물질을 제거할 수 있다. 또다른 실시예에서, 제거 가능한 물질은, 무한정으로 또는 제거 가능한 물질이 활성 입자들에 실제적으로 도포될 수 있을 정도로 오랫동안 활성 입자들에 도포될 수 있다.
제거 가능한 물질은 제거 가능한 물질을 제거하기 위하여 하나 이상의 소정 조건 또는 물질이 적용될 때까지 활성 입자들에 도포된 채로 남아있을 수 있다. 예를 들어, 제거 가능한 물질을 고온의 물에 노출시킨 다음 건조시킬 경우 제거할 수 있다. 또다른 실시예에서는, 열 또는 광을 가하여 제거 가능한 물질을 제거할 수 있다. 제거 가능한 물질은, 다른 물질이 먼저 상기 제거 가능한 물질을 제거하거나 이의 제거를 위해 특별히 형성되지 않는 한 외부의 영향 없이 또다른 물질에 의해 치환될 수 없다.
제거 가능한 물질은, 캡슐화된 입자들을 조기 비활성화를 야기할 수 있는 물질에 노출시킬 수 있게 한다. 예를 들어, 캡슐화된 입자들은 입자들을 포매 물질로 도입 또는 혼입시키는 방법에 사용될 수 있다. 포매 물질은 고체, 액체, 기체 형태를 취하거나 또는 상이한 상의 조합인 물질일 수 있다. 상기 방법에 유해한 물질을 사용할 경우, 캡슐화된 입자들은 조기 비활성화로부터 보호된다.
캡슐화된 입자들을 포매 물질에 혼입시킬 경우, 제거 가능한 물질의 적어도 일부를 제거하여 활성 입자들을 재활성화시킬 수 있다. 일단, 제거 가능한 물질이 제거되면, 활성 입자들을 포매 물질 또는 재료에 성능 강화 특성(예를 들어, 냄새 흡착, 수분 관리 등)을 부여할 수 있다. 포매 물질에 부여되는 성능 강화 특성 외에, 촉감, 조직, 내구성, 강도, 연신성, 점도, 압축성, 팽창성, 상대 밀도 및 활성 입자들을 혼입하기 전의 포매 물질과 일반적으로 관련된 기타 물리적 및 화학적 특성을 유지하는 방식으로 활성 입자들을 혼입할 수 있다.
본 발명의 특정 구체예는 하기의 특징을 포함한다.
일부 구체예에서, 본 발명은 기판, 상기 기판에 주입된 활성 입자들 및 상기 활성 입자들의 적어도 일부를 캡슐화하는 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제를 포함하는 제품을 제공한다.
일부 구체예에서는, 상기 제거 가능한 캡슐화제를 제거하여 상기 활성 입자들을 재활성화 또는 재생시킬 수 있다.
일부 구체예에서, 상기 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제는 상기 활성 입자들을 완전히 캡슐화한다.
일부 구체예에서, 상기 캡슐화제의 제1 부분은 상기 입자의 기판-상호작용 부분에 결합하고 상기 캡슐화제의 제2 부분은 상기 활성 입자의 기판-상호작용 부분이 아닌 부분에 결합한다. 일부 구체예에서, 상기 기판-상호작용 부분은, 상기 기판이 상기 캡슐화제의 일부를 효과적으로 캡슐화하는 정도로 상기 기판에 융합된 상기 활성 입자의 부분이다. 일부 구체예에서, 상기 캡슐화제의 상기 제1 부분은 상기 캡슐화제의 제2 부분 만큼 용이하게 제거할 수 없다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자의 기판-상호작용 부분이 아닌 부분은 상기 기판과 접촉하지 않는, 상부에 캡슐화제를 갖는 활성 입자의 부분이다.
일부 구체예에서, 상기 제품의 총 조성을 구성하는 상기 제거 가능한 캡슐화제 및 상기 활성 입자들의 백분율 조성은, 상기 기판의 촉감은 상기 캡슐화제 및 활성 입자들의 존재의 영향을 비교적 받지 않으면서 상기 제품의 성능 특성은 실질적으로 증강되는 정도이다.
일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 활성탄, 산화알루미늄(활성화된 알루미나), 실리카 겔, 소다회, 알루미늄 삼수화물, 베이킹 소다, p-메톡시-2-에톡시에틸 에스테르 신남산(시녹세이트), 산화아연, 제알라이트, 이산화티탄, 분자 필터 재료 및 이의 임의의 조합으로 구성된 군에서 선택된다.
일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 기체, 액체 및/또는 고체를 흡착한다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 흡착 활성을 가진다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 냄새 흡착 활성을 가진다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 항균, 항바이러스, 항진균 또는 항미생물 활성을 가진다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 수분 유지 특성을 가진다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 화학물질로부터의 보호 또는 생물학적 위해로부터의 보호 활성을 가진다.
일부 구체예에서, 상기 기판은 용융-가공 가능한 재료이다. 일부 구체예에서, 상기 기판은 폴리에스테르, 나일론, 폴리아크릴, 열가소성 물질, PTFE, 폴리카르보네이트, 폴리알칸, 폴리-비닐 화합물, 에폭사이드, 실록산계 반응 중합체, 아교, 가교결합 중합체, 중합체, 섬유, 면, 아세테이트, 아크릴, 아라미드, 2성분 물질, 리오셀, 멜라민, 모드아크릴, 올레핀, PBI, 레이온, 스판덱스, 물, 오일, 에어로졸, 향료 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 군에서 선택한다.
일부 구체예에서, 상기 적어도 부분적으로 캡슐화된 활성 입자들은 상기 기판에 직접적으로 주입한다.
일부 구체예에서, 상기 적어도 부분적으로 캡슐화된 활성 입자들은 결합제로 상기 기판에 결합시킨다.
일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 상기 제품의 약 0.01∼99 중량%를 구성한다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 상기 제품의 약 0.01∼50 중량%를 구성한다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 상기 제품의 약 0.01∼25 중량%를 구성한다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 상기 제품의 약 0.01∼15 중량%를 구성한다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 상기 제품의 약 0.01∼10 중량%를 구성한다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 상기 제품의 약 0.01∼5 중량%를 구성한다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 상기 제품의 약 0.01∼1 중량%를 구성한다.
일부 구체예에서, 상기 제품은 천, 방적사 또는 스테이플 섬유이다. 일부 구체예에서, 상기 제품은 가구, 카페트, 러그, 매트, 린넨, 시트, 타월, 헝겊, 애완동물 침대, 매트리스 패드, 매트리스, 주택 설비, 커텐, 필터, 신발, 구두의 깔창, 기저귀, 보호 수트, 사냥 용품 또는 플라스틱 제품이다.
일부 구체예에서, 본 발명은 재료, 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제로 적어도 부분적으로 캡슐화된 활성 입자들 및 상기 재료에 상기 부분적으로 캡슐화된 활성화된 입자들을 결합시키는 결합제를 포함하는 성능 증강된 재료를 제공한다.
일부 구체예에서, 상기 캡슐화제의 제1 부분은 상기 입자의 재료-상호작용 부분에 결합하고 상기 캡슐화제의 제2 부분은 상기 활성 입자의 재료-상호작용 부분이 아닌 부분에 결합한다. 일부 구체예에서, 상기 재료-상호작용 부분은, 상기 재료가 상기 캡슐화제의 일부를 효과적으로 캡슐화하는 정도로 상기 재료에 주입된 상기 활성 입자의 부분이다. 일부 구체예에서, 상기 캡슐화제의 상기 제1 부분은 상기 캡슐화제의 제2 부분 만큼 용이하게 제거할 수 없다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자의 재료-상호작용 부분이 아닌 부분은 상기 재료와 접촉하지 않는, 상부에 캡슐화제를 갖는 활성 입자의 부분이다.
일부 구체예에서, 상기 재료의 총 조성을 구성하는 상기 제거 가능한 캡슐화제 및 상기 활성 입자들의 백분율 조성은 상기 재료의 촉감은 상기 캡슐화제 및 활성 입자들의 존재의 영향을 비교적 받지 않으면서 상기 입자의 성능 특성은 실질적으로 증강되는 정도이다.
일부 구체예에서, 상기 재료는 방적사, 직조된 재료, 편물된 재료 또는 스테이플 섬유이다.
일부 구체예에서, 본 발명은 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제로 적어도 부분적으로 캡슐화된 활성화된 입자들이 결합된 기판을 포함하는 제품을 제공하며, 이 때, 상기 적어도 부분적으로 캡슐화된 입자들의 캡슐화되지 않은 부분은 상기 기판에 활성을 부여한다.
일부 구체예에서, 상기 부분적으로 캡슐화된 입자들은 상기 기판에 주입한다.
일부 구체예에서, 상기 부분적으로 캡슐화된 입자들은 결합제로 상기 기판에 결합시킨다.
일부 구체예에서, 본 발명은 기판, 상기 기판에 주입된 활성 입자들 및 상기 활성 입자들의 적어도 일부를 캡슐화하는 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제를 포함하는 제품을 제공한다.
일부 구체예에서, 본 발명은 재료, 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제로 적어도 부분적으로 캡슐화된 활성 입자들 및 상기 재료에 상기 적어도 부분적으로 캡슐화된 활성화된 입자들을 결합시키는 결합제를 포함하는 성능 증강된 재료를 제공한다.
일부 구체예에서, 본 발명은 용융-가공 가능한 재료(예를 들어, 기본 재료), 복수개의 활성 입자들 및 상기 활성 입자들이 상기 활성 입자들의 활성을 감소시키거나 영구적으로 비활성화시키게 될 환경에 노출될 때 상기 활성 입자들의 활성을 보존하는 데 효과적인 양으로 존재하는 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제를 포함하는 매스터 배취를 제공한다.
일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 상기 매스터 배취의 약 0.01∼99 중량%를 구성한다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 상기 매스터 배취의 약 0.01∼50 중량%를 구성한다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 상기 매스터 배취의 약 0.01∼25 중량%를 구성한다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 상기 매스터 배취의 약 0.01∼15 중량%를 구성한다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 상기 매스터 배취의 약 0.01∼10 중량%를 구성한다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 상기 매스터 배취의 약 0.01∼5 중량%를 구성한다. 일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 상기 매스터 배취의 약 0.01∼1 중량%를 구성한다.
일부 구체예에서, 본 발명은 복수개의 활성 입자들을 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제로 캡슐화시키는 단계(상기 하나 이상의 캡슐화제는 상기 활성 입자들의 조기 비활성화를 방지함), 상기 캡슐화된 활성 입자들과 기본 재료를 혼합하는 단계 및 상기 캡슐화된 활성 입자들 및 상기 기본 재료가 배합되게 하여 상기 매스터 배취를 형성하는 조건에 상기 혼합물을 노출시키는 단계를 포함하는, 매스터 배취의 제조 방법을 제공한다.
일부 구체예에서, 매스터 배취의 제조 방법은 상기 배합된 혼합물을 복수개의 칩으로 전환시키는 단계를 더 포함한다.
일부 구체예에서, 상기 노출 단계는 상기 활성 입자들이 캡슐화되지 않았다면 상기 활성 입자들을 조기 비활성화시킬 수 있는 하나 이상의 물질 또는 조건에 상기 캡슐화된 활성 입자들을 노출시키는 것을 포함한다.
일부 구체예에서, 상기 기본 재료는 폴리에스테르, 나일론, 폴리아크릴, 열가소성 물질, PTFE, 폴리카르보네이트, 폴리알칸, 폴리-비닐 화합물, 에폭사이드, 실록산계 반응 중합체, 아교, 가교결합 중합체, 중합체, 섬유, 면, 아세테이트, 아크릴, 아라미드, 2성분 물질, 리오셀, 멜라민, 모드아크릴, 올레핀, PBI, 레이온, 스판덱스, 물, 오일, 에어로졸, 향료 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 군에서 선택한다.
일부 구체예에서, 본 발명은 복수개의 활성 입자들을 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제로 캡슐화시키는 단계(상기 하나 이상의 캡슐화제는 상기 압출에 의하여 상기 활성 입자들이 조기 비활성화되는 것을 방지함), 상기 캡슐화된 활성 입자들과 기본 재료를 혼합하는 단계 및 상기 혼합물을 상기 캡슐화된 활성 입자들이 혼입되어 있는 하나 이상의 섬유 또는 방적사로 압출시키는 단계를 포함하는, 성능 증강된 방적사 또는 섬유의 제조 방법을 제공한다.
일부 구체예에서, 성능 증강된 방적사 또는 섬유의 제조 방법은 상기 압출된 방적사를 스피닝하는 단계를 더 포함한다.
일부 구체예에서, 상기 활성 입자들은 활성탄 입자들이다.
일부 구체예에서, 성능 증강된 방적사 또는 섬유의 제조 방법은 상기 활성 입자들이 캡슐화되지 않았다면 상기 활성 입자들을 조기 비활성화시킬 수 있는 하나 이상의 물질 또는 조건에 상기 캡슐화된 활성 입자들을 노출시키는 단계를 더 포함한다.
일부 구체예에서, 상기 캡슐화 단계 및 상기 혼합 단계는 단일 단계로 실시한다.
일부 구체예에서, 상기 캡슐화 단계 및 상기 혼합 단계는 별도의 단계로 실시한다.
일부 구체예에서, 성능 증강된 방적사 또는 섬유의 제조 방법은 상기 활성 입자들로부터 상기 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제의 일부를 제거하는 단계를 더 포함한다. 일부 구체예에서, 상기 제거 단계는 상기 캡슐화제를 용해시키는 것을 포함한다.
일부 구체예에서, 성능 증강된 방적사 또는 섬유의 제조 방법은 상기 활성 입자들로부터 상기 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제의 일부를 제거함으로써 상기 활성 입자들을 재활성화 또는 재생시키는 단계를 더 포함한다.
일부 구체예에서, 본 발명은 소정량의 매스터-배취 칩을 제공하는 단계(상기 매스터-배취 칩은 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제로 적어도 부분적으로 캡슐화된 복수개의 활성 입자들을 포함함) 및 상기 매스터 배취 칩을 상기 캡슐화된 활성 입자들이 혼입되어 있는 하나 이상의 섬유 또는 방적사로 압출시키는 단계(상기 하나 이상의 캡슐화제는 상기 압출에 의해 상기 활성 입자들이 조기 비활성화되는 것을 방지함)를 더 포함하는, 성능 증강된 방적사 또는 섬유의 제조 방법을 제공한다.
일부 구체예에서, 성능 증강된 방적사 또는 섬유의 제조 방법은 상기 압출된 방적사를 스피닝하는 단계를 더 포함한다.
일부 구체예에서, 성능 증강된 방적사 또는 섬유의 제조 방법은 기본 재료와 상기 매스터-배취 칩을 혼합하여 상기 적어도 부분적으로 캡슐화된 활성 입자들의 농도를 희석시키는 단계를 더 포함한다.
일부 구체예에서, 성능 증강된 방적사 또는 섬유의 제조 방법은 상기 활성 입자들이 캡슐화되지 않았다면 상기 활성 입자들을 조기 비활성화시킬 수 있는 하나 이상의 물질 또는 조건에 상기 적어도 부분적으로 캡슐화된 활성 입자들을 노출시키는 것을 포함하는 압출 단계를 더 포함한다.
일부 구체예에서, 성능 증강된 방적사 또는 섬유의 제조 방법은 상기 방적사 또는 섬유내 혼입되어 있는 상기 활성 입자들로부터 상기 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제의 적어도 일부를 제거하는 단계를 더 포함한다.
일부 구체예에서, 성능 증강된 방적사 또는 섬유의 제조 방법은 상기 방적사 또는 섬유를 포함하는 제품을 제조하는 단계를 더 포함한다.
일부 구체예에서, 본 발명은 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제로 적어도 부분적으로 캡슐화된 복수개의 활성 입자들이 혼입되어 있는 재료를 제공하는 단계(상기 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제는 상기 활성 입자들의 조기 비활성화를 방지함) 및 상기 재료를 사용하여 상기 성능 증강된 제품을 제조하는 단계를 포함하는, 성능 증강된 제품의 제조 방법을 제공한다.
일부 구체예에서, 상기 재료는 제1 재료이고, 상기 사용 단계는 상기 제1 재료를 제2 재료에 혼입시키는 단계를 포함한다.
일부 구체예에서, 성능 증강된 제품의 제조 방법은 상기 재료를 상기 제거 가능한 캡슐화제의 적어도 일부를 제거하는 공정에 통과시켜 상기 활성 입자들을 재활성화 또는 재생시키는 단계를 더 포함한다.
일부 구체예에서, 본 발명은 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제로 캡슐화된 복수개의 활성 입자들을 제공하는 단계(상기 하나 이상의 캡슐화제는 상기 활성 입자들의 조기 비활성화를 방지함), 상기 캡슐화된 활성 입자들을 기본 재료에 도포하는 단계 및 상기 캡슐화된 활성 입자들을 상기 기본 재료에 결합시키는 단계를 포함하는, 성능 증강된 재료의 제조 방법을 제공한다.
일부 구체예에서, 상기 도포 단계는 상기 기본 재료에 상기 캡슐화된 활성 입자들을 공기 분산시키는 것을 포함한다.
일부 구체예에서, 상기 도포 단계는 상기 기본 물질을 상기 캡슐화된 활성 입자들로 포매시키는 것을 포함한다.
일부 구체예에서, 상기 도포 단계는 상기 기본 재료 상에 상기 캡슐화된 활성 입자들을 분무하는 것을 포함한다.
일부 구체예에서, 상기 도포 단계는 상기 기본 재료에 상기 캡슐화된 활성 입자들을 건식 인쇄(xerographic)로 전사시키는 것을 포함한다.
일부 구체예에서, 상기 결합 단계는 상기 캡슐화된 활성 입자들을 상기 기본 재료에 결합시키는 결합제를 사용하는 것을 포함한다.
일부 구체예에서, 상기 결합 단계는 상기 캡슐화된 활성 입자들을 상기 기본 재료에 융합시키는 것을 포함한다.
일부 구체예에서, 상기 하나 이상의 캡슐화제는 상기 활성 입자들이 조기 비활성화되는 것을 방지한다.
일부 구체예에서, 성능 증강된 재료의 제조 방법은 상기 활성 입자들로부터 상기 캡슐화제의 일부를 제거하는 단계를 더 포함한다. 일부 구체예에서, 상기 제거 단계는 상기 캡슐화제를 용해시키는 것을 포함한다. 일부 구체예에서, 상기 제거 단계는 상기 제품을 세척하는 것을 포함한다. 일부 구체예에서, 상기 제거 단계는 상기 활성 입자들의 재활성화 또는 재생을 포함한다.
일부 구체예에서, 본 발명은 복수개의 활성 입자들을 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제로 캡슐화시키는 단계(상기 하나 이상의 캡슐화제는 상기 활성 입자들의 조기 비활성화를 방지함), 상기 캡슐화된 활성 입자들을 물질 내로 혼입시키는 단계 및 상기 캡슐화된 활성 입자들을 상기 물질 내로 혼입시킨 다음 상기 활성 입자들로부터 하나 이상의 상기 제거 가능한 캡슐화제의 일부를 제거하는 단계를 포함하는, 성능 증강된 물질의 제조 방법을 제공한다.
일부 구체예에서, 상기 부분은 제1 부분이고 상기 제거 단계는 제1 소정 시간에 상기 활성 입자들의 제1 부분을 재활성화 또는 재생시키는 것 및 제2 소정 시간에 상기 활성 입자들의 제2 부분을 재활성화 또는 재생시키는 것을 포함한다.
일부 구체예에서, 상기 제거 단계는 상이한 시간에 상기 활성 입자들의 상이한 부분을 재활성화 또는 재생시키는 것을 포함한다.
일부 구체예에서, 본 발명은 입자들을 캡슐화하는 제거 가능한 캡슐화제의 일부를 선택적으로 제거하여 상기 입자들의 일부를 주위 환경에 노출시키는 단계 및 상기 활성 입자들의 노출된 일부를 물질과 상호작용시키는 단계를 포함하는, 입자들의 재활성화 또는 재생 방법을 제공한다.
일부 구체예에서, 상기 물질과의 상호작용은 상기 물질의 흡착을 포함한다. 일부 구체예에서, 상기 물질은 유취 물질이다.
일부 구체예에서, 본 발명은 제거 가능한 캡슐화제로 캡슐화된 입자들을 갖는 기판을 포함하는 제품을 제공한다(상기 캡슐화된 입자들은, 상기 제거 가능한 캡슐화제가 존재하여 상기 활성 입자들의 활성을 보존하지 않을 경우 상기 활성 입자들의 활성을 감소 또는 무력화시킬 공정에 의하여 상기 기판에 결합됨).
일부 구체예에서, 상기 제거 가능한 캡슐화제의 적어도 일부의 제거는 상기 제품에 상기 활성 입자들의 활성을 부여한다.
일부 구체예에서, 상기 제품은 방적사, 스테이플 섬유, 매스터 배취, 직조된 재료 또는 천이다. 일부 구체예에서, 상기 제품은 가구, 카페트, 러그, 매트, 린넨, 시트, 타월, 헝겊, 애완동물 침대, 매트리스 패드, 매트리스, 주택 설비, 커텐, 필터, 신발, 구두의 깔창, 기저귀, 보호 수트 및 사냥 용품이다. 일부 구체예에서, 상기 제품은 플라스틱 제품이다. 일부 구체예에서, 상기 제품은 소정 크기 및 형태의 고체 성형품이다.
일부 구체예에서, 상기 공정은 압출 공정, 패딩 공정, 공기 분산 공정 또는 건식 인쇄 공정(xerographic process)이다.
일부 구체예에서, 상기 캡슐화된 활성 입자들의 일부는 상기 기판에 주입한다.
일부 구체예에서, 일부 활성 입자들의 표면 부분은 상기 제품이 캡슐화제 제거 과정을 거친 후 주위 환경에 노출된다.
일부 구체예에서, 상기 캡슐화된 입자들의 제1 부분은 상기 하나 이상의 제거 가능한 캡슐화제로 완전히 캡슐화된다. 일부 구체예에서, 상기 캡슐화된 입자들의 제2 부분은 상기 하나 이상의 캡슐화제로 부분적으로 캡슐화된다.
일부 구체예에서, 상기 제품의 총 조성을 구성하는 상기 제거 가능한 캡슐화제 및 상기 활성 입자들의 백분율 조성은, 상기 기판의 촉감은 상기 캡슐화제 및 활성 입자들의 존재에 의하여 비교적 영향을 받지 않으나 상기 제품의 성능 특성은 실질적으로 증강되는 정도이다.
본 발명의 목적 및 잇점은 첨부된 도면과 더불어 하기 상세한 설명을 고려하면 명백해질 것인데, 도면에서 같은 참조 번호는 전체를 통해 같은 부품을 나타낸다.
도 1은 본 발명 원리에 따른 캡슐화된 활성 입자의 횡단면도이다.
도 2는 본 발명 원리에 따라 조기 비활성화를 야기할 수 있는 물질에 노출된 물질에 대해서 활성 입자들을 보존하는 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명 원리에 따라 활성 입자들을 포매 물질로 혼입시키는 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명 원리에 따라 캡슐화된 입자들이 포매되어 있는 섬유 구간의 횡단면도이다.
도 5는 본 발명 원리에 따라 주위 환경에 노출되거나 섬유의 외면을 넘어 연장되는 입자들로부터 제거 가능한 물질을 제거한, 캡슐화된 입자들이 포매되어 있는 섬유 구간의 횡단면도이다.
도 6은 본 발명 원리에 따라 실시된 실험에서 얻은 데이타를 나타낸다.
도 7은 본 발명 원리에 따라 실시된 또다른 실험에서 얻어진 데이타를 나타낸다.
활성 입자들은 공극 또는 트랩을 가지며, 고체, 액체 및/또는 기체 상 및 이들의 조합인 물질에 대한 흡착능을 갖는 입자들이다. 이들 공극은 활성 입자의 유형에 따라 크기, 형태 및 양이 다양할 수 있다. 예를 들어, 일부 입자들은 자연적으로 화산 바위와 같은 공극을 가지며, 탄소와 같은 다른 입자들은 극한 온도 및 산소와 같은 활성화제로 처리되어 공극을 형성할 수 있다.
활성 입자들은 물질을 흡착할 수 있거나 또는 물질을 흡착할 수 있는 잠재력을 갖는 입자들이다. 활성 입자들은 비활성화된 상태로 존재할 수 있다. 활성 입자들의 공극은 비활성 상태에서 특정 분자 크기의 물질의 흡착이 억제 또는 차단될 수 있으나, 이것은 이들 공극의 물질 흡착이 조기 방해되는 것을 의미하지는 않는다. 활성 입자들의 공극은 재활성화 또는 재생을 통해 차단 또는 억제를 풀 수 있다. 재활성화 또는 재생으로 활성 입자들의 공극 중에 포착되어 있는 물질이 제거된다. 그러나, 활성 입자들에 의하여 유해한 물질이 흡착될 경우, 재활성화 또는 재생으로 활성 입자들의 흡착능이 복구될 수 없을 것이다.
활성 입자들은 냄새 흡착, 수분 관리, 자외선광으로부터의 보호, 화학물질로부터의 보호 특성, 생물학적 위해로부터의 보호 특성, 난연성, 항균 보호 특성, 항바이러스 보호 특성, 항진균 보호 특성, 항미생물 보호 특성 및 이들의 조합과 같은 성능 강화 특성을 제공할 수 있다. 활성 입자들에는 활성탄, 흑연, 산화알루미늄(활성화된 알루미나), 실리카 겔, 소다회, 알루미늄 삼수화물, 베이킹 소다, p-메톡시-2-에톡시에틸 에스테르 신남산(시녹세이트), 산화아연, 제알라이트, 이산화티탄, 분자 필터형 재료 및 기타 적당한 재료가 포함될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 1은 입자 주변부를 통해 공극(120)이 분산되어 있는 활성 입자(100)의 일부의 횡단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 공극(120)의 적어도 일부는 캡슐(110)(예를 들어, 제거 가능한 물질)로 채워진다. 공극(120)은 캡슐화제가 제거될 때까지 채워진 상태로 남아 있을 수 있다. 캡슐화제는 각 공극(120)의 적어도 일부, 적어도 일부의 공극(120), 모든 공극(120)을 채울 수 있고, 입자(100)의 부분들을 커버하거나 전체 입자(100)를 포함할 수 있다.
캡슐화제는 활성 입자들의 조기 비활성화를 방지함으로써(예를 들어, 유해하거나 의도하지 않은 물질이 다른 역 조건을 통해 흡착 또는 비활성화되는 것을 방지함) 활성 입자들과 관련된 특성을 보존하는 제거 가능한 물질이다. 캡슐화제는 하나 이상의 소정 조건(예를 들어, 열, 시간 등) 또는 물질(예를 들어, 물, 광 등)의 적용시 및 소정 시간에 활성 입자들로부터 제거할 수 있다.
캡슐화제에는 수용성 계면활성제, 계면활성제, 염(예를 들어, 염화나트륨, 염화칼슘), 중합체 염, 폴리비닐 알콜, 왁스(예를 들어, 파라핀, 카르나우바), 광-반응성 재료, 분해성 재료, 생분해성 재료, 에톡실화된 아세틸레닉 디올 및 임의의 기타 적당한 물질이 포함될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 활성 입자들을 캡슐화하는 데 적당한 이러한 캡슐화제의 적당한 예에는 미국 팬실베니아주 앨런타운 소재의 에어 프로덕츠 앤드 케미컬즈 코포레이션사가 시판하는 Surfynol 485W, 485, 2502 및 465 수용성 계면활성제, 미국 노스 캐롤라이나주 샤를롯테 소재의 바스프 코포레이션사가 Textile Wax-W 및 Size SF-2로 시판하는 왁스, 및 미국 오하이오주 클리블랜드 소재의 킨트-콜린즈 컴퍼니가 모델 번호 Kinco 878-S 및 Kinco 778-H로 시판하는 왁스가 포함된다.
성능이 강화된 제품 또는 재료를 제조하기 위하여, 기재(예를 들어, 포매 물질)에 활성 입자들을 혼입하는 것이 일반적이다. 기재는 본 발명 원리에 따라 성능 강화된 제품 또는 재료를 제조하기 위한 기초를 제공하는 데 사용되는 물질이다. 기재는 특정 제품(예를 들어, 방적사, 섬유, 발포체, 직물 등)을 제조하는 데 사용되는 1차적 성분 중 하나일 수 있다. 본원에 개시된 본 발명의 일부 구체예의 실시는 (예를 들어, 헝겊 제품을 제조하기 위하여) 고체상으로 존재하는 포매 물질 또는 기재를 사용하나, 이것은 액체 또는 기체상으로 존재하는 기재를 제외하는 것은 아니다. 예를 들어, 필터 용도로 액체에 캡슐화된 입자들을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 잇점은 기재에 활성 입자들이 포매되어 있어도 기재의 촉감을 성능 강화된 제품 또는 재료가 유지한다는 것이다. 기재의 촉감, 조직, 내구성, 강도, 연신성, 점도, 압축성, 팽창성, 상대 점도 및 기타 물리적 및 화학적 특성 외에, 기재는 또한 활성 입자들에 의해 부여된 "활성" 특성을 나타낸다. 기재에는 폴리에스테르, 나일론, 폴리아크릴, 열가소성 물질, PTFE(예를 들어, Teflon(등록상표)), 폴리카르보네이트, 폴리알칸, 폴리비닐 화합물, 에폭시, 실록산계 반응 중합체, 아교, 가교결합 중합체, 중합체, 섬유, 면, 아세테이트, 아크릴, 아라미드, 2성분 물질, 리오셀, 멜라민, 모드아크릴, 나일론, 올레핀, PBI, 레이온, 스판덱스, 물, 오일, 에어로졸, 향수 또는 임의의 기타 적당한 재료가 포함될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명 원리에 따른, 활성 입자들을 조기 비활성화시킬 수 있는 물질에 노출된 활성 입자들을 보존하기 위한 공정(200)의 흐름도이다. 단계(210)에서 시작하여, 활성 입자들에 캡슐화제를 도포하여 조기 비활성화에 대하여 활성 입자들의 특성을 보존한다. 즉, 캡슐화제를 도포하여 활성 입자들 중 적어도 일부를 비활성화시킨다. 캡슐화제는 캡슐화제의 조에서 활성 입자들을 혼합시키거나, 활성 입자들 상에 캡슐화제를 분무하거나, 캡슐화제 용액 중에서 활성 입자를 혼합 및 분쇄함으로써 또는 기타 적당한 방법으로 도포할 수 있다.
캡슐화제가 활성 입자들을 캡슐화시키는 정도는 다양할 수 있다. 예를 들어, 캡슐화제는 각 공극의 적어도 일부, 적어도 일부의 공극들, 모든 공극들을 채울 수 있고, 각 활성 입자의 부분들을 커버하거나 전체 활성 입자를 포함시키거나 이들 방법을 조합하여 캡슐화할 수 있다. 캡슐화제가 도포된 활성 입자의 영역은 추가의 흡착이 차단되거나 억제된다. 따라서, 활성 입자의 이러한 특정 영역은 비활성화된 상태이고 조기 비활성화로부터 보호된다.
단계(220)에서, 캡슐화된 입자들은 활성 입자들을 조기 비활성화시킬 수 있는 하나 이상의 물질(예를 들어, 유해 물질 또는 즉각적인 흡착을 의도하지 않는 물질)에 노출된다. 캡슐화된 입자들이 단계(220)를 거칠 경우, 캡슐화에 의하여 미리 비활성화된 활성 입자 부분은 더 흡착할 수 없다. 따라서, 활성 입자들의 이러한 캡슐화된 부분은 보존되어, 소정 시간 및/또는 추후에 재활성화될 수 있다.
단계(220)를 거치는 동안 활성 입자들의 특성을 보존할 수 있음으로써 몇가지 이점이 실현된다. 예를 들어, 캡슐화된 입자들을 유해한 물질을 사용하는 공정(예를 들어, 압출 공정)에 노출시킬 수 있다. 또다른 실시예에서는, 캡슐화된 입자들을 장시간 유해한 물질에 노출시키고도 여전히 재활성화시킬 수 있다. 또다른 실시예에서는, "활성" 특성을 잃지 않고 캡슐화된 입자들을 포매 물질에 도입시킬 수 있다. 또다른 실시예에서, "활성" 특성은 소정 시간에 발휘될 수 있어, 특정한 포장 및/또는 취급 지시가 필요 없다.
단계(230)에서, 캡슐화제를 제거하여 활성 입자들을 재활성화 또는 재생시킬 수 있다. 소정 시간 및/또는 추후에 및 하나 이상의 재활성화제의 적용시(예를 들어, 열, 광, 시간, 물, 세균 등의 적용시) 활성 입자들로부터 캡슐화제를 제거할 수 있다. 예를 들어, 캡슐화제는 단계(220)에 가한 후 즉시 제거할 수 있다. 필요에 따라, 캡술화제는 소정 시간표에 따라 제거될 수 있다. 예를 들어, 캡슐화제는 사용자가 실시하는 세척 및 건조 싸이클과 같은 특정 회수의 소정 조건을 거친 후 제거될 수 있다. 단계(210)에서 2 이상의 상이한 캡슐화제를 각 활성 입자 또는 별개의 활성 입자들 군(즉, 각 군은 고유형의 캡슐화제(들)을 가짐)에 도포할 경우, 캡슐화제를 제거하는 데 상이한 재활성화제가 필요할 수 있다. 예를 들어, 광을 사용하여 제1 캡슐화제를 제거할 수 있고 고온수를 사용하여 제2 캡슐화제를 제거할 수 있다. 이것은 입자들을 혼입한 제품의 성능 특성을 변경, 유지 또는 조절하는 데 유리할 수 있는 재활성화의 타이밍 조절을 용이하게 한다.
캡슐화제의 제거로 활성 입자들의 공극이 재생되어 포매 물질을 손상시킴 없이 포매 물질에 활성 입자들의 성능 강화 특성이 부여된다. 캡슐화가 제거되는 정도는 다양할 수 있다. 예를 들어, 캡슐화는 주위 환경에 노출된 캡슐화된 입자들의 일부로부터만 제거되어, 미손상 캡슐화제가 포매 물질에 보지되어 있을 수 있다.
활성 입자들로부터 캡슐화제의 제거를 촉진시키기 위하여, 캡슐화제는 물(예를 들어, 증기), 초임계 C02, 액화 질소 등과 같은 상이한 유형의 용매에 가용성일 수 있다. 또다른 구체예에서는, 광원(예를 들어, 백열, 자외선, 적외선 등)을 사용하여 활성 입자들로부터 캡슐화제를 제거할 수 있다. 또다른 구체예에서는, 생물학적 재료를 사용하여 생분해성 재료를 제거할 수 있다. 에를 들어, 세균을 사용하여 캡슐화제를 소모 및 처분할 수 있다. 또다른 구체예에서, 캡슐화제는 외부 영향하에 또는 외부 영향 없이 시간에 따라 분해됨으로써 경시적 재활성화가 가능하다.
활성 입자들에 대해 (반데르발스 힘 및/또는 수소결합 상호작용을 통하여) 저 친화도의 캡슐화제를 사용하는 것으로 캡슐화제의 제거를 용이하게 할 수 있다. 더 구체적으로는, 캡슐화제의 친화도는 유해한 물질(예를 들어, 용융된 기재)에 노출된 동안 캡슐화제가 활성 입자들에 접착할 수 있게 하는 성질일 수 있으나 포매 물질 및 활성 입자들을 손상시킴 없이 제거를 촉진한다.
캡슐화제는 포매 물질보다 유리 전이 온도(Tg)가 높거나 유사할 수 있다. 유리 전이 온도는 중합체와 같은 포매 물질이 점성 또는 고무 상태로부터 단단한 및 비교적 부서짐성인 재료로(또는 그 역) 변화하는 온도이다. 동일하거나 더 높은 유리 전이 온도를 갖는 것으로 캡슐화제가 조기 비활성화를 야기할 수 있는 물질에 처할 경우 활성 입자들에의 도포를 유지할 수 있다.
공정(200)의 상기 단계들은 예시적인 것으로, 단계들을 가하거나 생략하거나 조합할 수 있음에 주의하기 바란다.
대안적인 구체예에서, 활성 입자들은 조기 비활성화를 야기할 수 있는 물질에 처하기 전에 캡술화될 필요가 없다. 필요에 따라, 비보호 활성 입자들, 조기 비활성화를 야기할 수 있는 물질 및 캡슐화제를 동시에 혼합할 수 있다. 활성 입자들을 조기 비활성화 가능성이 있는 물질과 혼합하여도, 캡슐화제는 조기 비활성화 가능성이 있는 물질의 확산 속도보다 더 빠른 확산 속도를 가질 수 있다. 따라서, 캡슐화제는 물질(예를 들어, 유해 물질)보다 더 빠르게 활성 입자들의 공극을 채울 수 있다. 이것은 활성 입자들, 캡슐화제, 기재 및 기타 성분들의 동시 혼합을 제공하여 유리하다.
활성 입자들에 캡슐화제를 도포하고, 조기에 활성 입자들을 비활성화시킬 수 있는 물질에 상기 캡슐화된 입자들을 노출시킨 다음 소정 시간 후 캡슐화를 제거하는 방법은 포매 물질에 활성 입자들을 도입 또는 혼입하는 공정으로 실시할 수 있다. 일단 활성 입자들이 이들 포매 물질에 도입되면, 최종 생성물 또는 재료는 활성 입자들에 의하여 부여된 성능 강화 특성을 가진다.
도 3은 본 발명 원리를 압출 공정에 포함시킨 공정(300)을 예시한다. 단계(310)에서, 활성 입자들(예를 들어, 활성탄)은 캡슐화제(예를 들어, 수용성 계면활성제)로 캡슐화된다. 이것은 예를 들어, 활성 입자들 및 캡슐화제를 큰 통에서 혼합함으로써 실시될 수 있다. 필요에 따라, 상이한 특성을 갖거나 상이한 양의 캡슐화제를 활성 입자들에 도포하여 여러가지 재생을 용이하게 할 수 있다. 상이한 특성을 갖는 캡슐화제를 도포하거나 상이한 양으로 캡슐화제를 도포하는 것은 활성 입자들의 상이한 캡슐화 군이 상이한 시간에 재활성화되는 시간-지연 재생을 얻을 수 있다.
단계(320)에서, 캡슐화된 입자들을 기재(예를 들어, 포매 물질)와 혼합하여 매스터 배취를 얻는다. 매스터 배취는 캡슐화된 입자들 및 기재의 소정 제제이다. 즉, 매스터 배취의 성분들을 소정 비율로 함께 혼합한다. 예를 들어, 매스터 배취의 15%는 캡슐화된 입자들로 구성되고 남은 85%는 기재로 구성될 수 있다. 따라서, 확장에 의하여, 생성되는 강화된 재료의 조성(예를 들어, 활성 입자의 농도)을 고도의 정확도로 조절할 수 있다. 제조업자는 매스터 배취의 조성을 용이하게 변경하여 상이한 농도의 포매된 캡슐화된 입자들을 갖는 강화 재료를 제조할 수 있다.
단계(325)에서, 매스터 배취를 제조한 후, 이것을 차후 공정(300)에서 사용되는 고체 칩 또는 펠릿으로 변형시켜 소정의 성능 강화 재료 또는 제품을 제조한다. 칩 및 펠릿은 단순히 일반적 용어이며 매스터 배취의 고체 형태가 칩 또는 펠릿의 형태를 취할 것을 요구하는 것은 아님에 주의하기 바란다. 필요에 따라, 매스터 배취(또는 압출 공정에 사용되는 임의의 다른 재료)는 예를 들어 웨이퍼, 구체 또는 덩어리와 같은 임의의 적당한 형태일 수 있다. 매스터 배취로부터 얻어지는 칩은 본원에서 매스터 배취 칩으로 언급되는 것에 주의하기 바란다.
캡슐화된 입자 및 기재를 혼합하여 매스터 배취를 제조한 다음 매스터 배취 칩을 제조하는 데는 몇가지 방법이 있다. 매스터 배취를 혼합하여 캡슐화된 입자들이 기재 전체에 충분히 분포되도록 하는 것이 바람직하다. 이로써 확실히 매스터 배취로부터 얻어지는 매스터 배취 칩은 실질적으로 서로 일정하게 된다.
혼합의 한 방법은 캡슐화된 입자 및 기재를 소정 시간 동안 소정 온도 및 소정 압력에 노출시키는 것을 포함한다. 소정 온도 및 압력은 기재가 용융 상태 또는 점성 상태인 온도 및 압력이다. 기재는 고체 기재가 유동 또는 이동을 나타낼 때 용융된다. 즉, 기재의 고체 구조를 구성하는 분자간 결합이 서로에 대해 이동되기 시작함으로써 용융 특성을 나타내 보인다. 기재가 용융 상태일 경우, 이것은 혼합시 캡슐화된 입자들의 분산을 용이하게 하는 용융 현탁액의 역할을 한다. 다시 말해서, 이러한 용융 혼합 공정은 한 그릇의 소프트 아이스크림과 한 주먹의 땅콩을 혼합하는 것과 유사하다(아이스크림은 기재에 해당하고 땅콩은 캡슐화된 입자에 해당함). 두 성분들을 함께 혼합할 때 땅콩은 아이스크림 전체에 분산된다.
캡슐화된 입자가 혼합된 후, 매스터 배취 칩이 얻어진다. 용융 혼합물로부터 매스터 배취 칩을 얻는 한 방법은 기재 또는 캡슐화제를 용해시키지 않는 저온의 용액조에 혼합물을 놓는 것이다. 이후 냉각된 혼합물을 소정 크기로 분쇄할 수 있다.
매스터 배취를 제조하는 또다른 방법은 액체 분산액(예를 들어, 슬러리)을 제조하는 것을 포함한다. 액체 분산액은 기재, 용매(예를 들어, 글리콜, 폴리글리콜, 물 등) 및 캡슐화된 입자들을 혼합하여 제조할 수 있다. 기재는 용매를 가할 때 슬러리가 된다. 이러한 슬러리는 캡슐화된 입자들의 분산을 용이하게 하는 액체 현탁액으로서 작용할 수 있다. 캡슐화된 입자들을 슬러리 전체에 혼합시킨 후, 침전법에 의하여 매스터 배취 칩을 얻을 수 있다.
캡슐화된 입자들 및 기재를 혼합하기 위한 상기 방법들은 단지 예시일 뿐이며, 결코 매스터 배취 및 매스터 배취 칩을 제조할 수 있는 유일한 방법을 나타내는 것이 아님에 주의하기 바란다. 예를 들어, 상이한 유형 또는 농도의 캡슐화제(상이한 제거 조건을 갖는 캡슐화제 또는 캡슐화제의 조합), 활성 입자들 및/또는 기재를 포함하는 2 이상의 상이한 매스터 배취를 최종 제품으로 조합할 수 있다. 2 이상의 매스터 배취를 사용하여, 제1 매스터 배취로부터 얻어지는 방적사 및 제2 매스터 배취로부터 얻어지는 방적사를 사용하여 헝겊 제품을 편물할 수 있다.
캡슐화제는 매스터 배취의 제조시 기재가 공극에 들어가는 것을 방지함으로써 활성 입자들이 기재와 혼합될 때 활성 입자들을 보존하는 것에 유의하기 바란다. 캡슐화제는 단계(330)에 개시된 압출 공정 동안 활성 입자들을 보존한다.
단계(330)에서, 매스터 배취 칩은 캡슐화된 입자들이 포매되어 있는 재료 또는 제품을 제조하는 압출 공정을 거친다. 압출 공정을 사용하여 예를 들어 하나 이상의 방적사 또는 섬유 가닥, 직물 시트, 여러 종류의 고체 성형품(예를 들어, 정제), 및 플라스틱(예를 들어, 가방, 병, 자동차 부품 등)를 제조할 수 있다. 여러가지 성형 방법을 사용하여 매스터 배취 칩으로부터 상이한 성형품을 제조할 수 있다.
압출 공정은 일반적으로 소정 시간 동안 소정 온도 및 소정 압력에 매스터 배취 칩을 노출시켜 기재(예를 들어, 중합체) 및 캡슐화된 입자들을 포함하는 용융 혼합물을 제조하는 것을 포함한다. 필요에 따라, 추가의 기재(예를 들어, 순수한 형태의 입자상 기재)를 매스터 배취 칩에 첨가하여 캡슐화된 입자의 농도를 희석시킬 수 있다. 첨가된 기재는 또한 칩의 형태일 수 있는데, 이것은 매스터 배취를 제조하는데 사용되는 것과 동일한 기재 또는 상이한 기재일 수 있다. 순수한 칩을 첨가할 경우, 이것은 소정 시간 동안 소정 온도 및 소정 압력에 노출된다.
칩(예를 들어, 매스터 배취 칩 및/또는 순수한 칩)을 소정 농도의 활성 입자들로 희석 및 분쇄한 후, 칩을 압출시킨다. 칩을 압출시켜 직물 및 방적사와 같은 여러가지 재료를 제조할 수 있다. 예를 들어, 압출 장치를 방적사 제조에 맞게 형성할 경우, 칩은 섬유로 압출되고 상기 섬유는 서로 얽히게 짜여 방적사를 형성한다. 따라서, 압출 공정으로부터 얻어진 최종 생성물은 캡슐화된 입자들이 포매되어 있는 재료가 된다.
압출 재료는 기재(예를 들어, 포매 물질) 내에 포매된 캡슐화된 입자들을 가진다. 일부 캡슐화된 입자들은 압출된 재료에 완전히 포함되어 있을 수 있고 다른 입자들은 기재의 외면을 넘어 연장될 수 있거나 주위 환경에 노출된다. 예를 들어, 도 4는 캡슐화된 입자들이 포매되어 있는 섬유(400)의 횡단면도이다. 특히, 섬유(400)는 섬유(400) 내에 완전히 포함되어 있는 캡슐화된 입자들(403) 및 섬유(400)의 외면을 넘어 연장되어 있는 캡슐화된 입자들(402)을 가진다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각 캡슐화된 입자는 활성 입자(405)(예를 들어, 활성탄) 및 캡슐화제(406)(예를 들어, 수용성 계면활성제)를 가진다.
섬유(400) 구간 전체에 걸친 캡슐화된 입자의 분포는 임의 수의 변수(예를 들어, 사용된 입자의 온도, 섬유의 크기 등)에 따라 달라질 수 있다. 당업자는 압출 공정에 의해 제조된 재료는 재료의 외면을 넘어 연장되거나 주위 환경에 노출된 캡슐화된 입자 및 기재에 완전히 포함되어 있는 캡슐화된 입자의 임의 분포를 가질 수 있음을 알 것이다.
다시 도 3을 참조하면, 단계(340)에서, 압출된 재료의 외면을 넘어 연장되거나 주위 환경에 노출된 캡슐화된 입자들로부터 캡술화제를 제거한다. 이 단계에서, 압출된 기재 내에 포함된 캡슐화된 입자들의 캡슐화제는, 기재가 캡슐화된 입자를 완전히 포함하여 주위 환경에의 노출이 방지되므로, 제거될 필요가 없다. 그러나, 이들 포함된 캡슐화된 입자들이 차후 표면에 노출될 경우, 나중에 재생시킬 수 있다. 예를 들어, 통상의 마모 및 인열로 기재 또는 캡슐화제의 일부 또는 층이 벗겨져서 표면 상에 새 입자들이 노출될 수 있다. 층을 박리 또는 필링하여 새 활성 입자들을 노출시킨다는 개념은 몇가지 실제적인 용도를 가질 수 있다. 예를 들어,제품의 표면 사용(예를 들어, 마모, 제거 또는 처리)으로 내포된 캡슐화된 입자들을 노출시킨 다음 이후 이들을 재활성화시킬 수 있다.
도 5는 섬유(500)의 외면을 넘어 연장된 캡슐화된 입자들로부터 캡슐화제가 제거된 섬유(500)를 예시한다. 즉, 섬유(500)의 표면을 넘어 연장되거나 주위 환경에 노출된 입자(502) 부분은 더이상 캡슐화제를 가지지 못한다. 그러나, 섬유(500)에 내포된 입자(503)는 여전히 캡슐화되어 있다.
캡슐화제는 재생 공정을 사용하여 제거할 수 있다. 증기를 효과적인 재생제로 사용하여 캡슐화제를 제거할 수 있다. 예를 들어, 슬래싱 시스템을 사용하여, 압출 공정에 의하여 제조된 방적사 가닥의 어레이에 증기를 도포할 수 있다. 예를 들어, 수용성 계면활성제, 염, 중합체 염 또는 폴리비닐 알콜과 같은 수용성 캡슐화제를 제거하기 위하여 증기를 도포할 수 있다. 또다른 실시예에서, 캡슐화제는 고온의 수조에 압출 재료를 가함으로써 제거할 수 있다. 또다른 실시예에서는, 용매로서 초임계 CO2를 사용하여 캡슐화제를 용해시킬 수 있다. 특정 캡슐화제를 제거하는 데 다회 세척 및 대안적인 처리가 필요할 수 있다. 이것은 시간-방출 재생 공정에 유용할 수 있다.
유해 물질의 흡착 및 기타 요인으로 인하여, 일부 활성 입자들의 재생으로 활성 입자의 고유 활성의 완전한 복구가 이루어지지 않을 수 있음에 유의하기 바란다. 그러나, 기재에 성능 강화 특성을 부여하기 위하여, 활성 입자가 완전히 미리 캡슐화된 활성을 재득할 필요가 없는 것으로 밝혀졌다.
상기 압출 공정은 본 발명 캡슐화 방법을 실시할 수 있는 강화 재료 제조 공정의 일례이다. 본 발명의 원리를 이용할 수 있는 다른 공정들이 아래 논의되어 있다. 예를 들어, 공기 분산 공정, 패딩법 공정 및 용매/캡슐화 고체 조합 도포 방법이 논의된다.
본 발명의 원리는 포매 물질을 처리하는 공기 분산법에 포함될 수 있다. 일반적으로, 공기 분산법은 (a) 기체 담체 중에 활성 입자들을 혼입하고, (b) 포매 물질(예를 들어, 직조된 직물)의 제1면에 혼입된 기체 담체를 가하며, (c) 혼입된 활성 입자들 중 적어도 일부가 포매 물질에 포함되도록 포매 물질의 제1면에서 제2면으로 포매 물질을 가로질러 압력 강하를 유지하고, (d) 포매 물질의 활성 입자들을 고정한다. 공기 분산법에 대한 상기 기재는 포괄적인 설명을 의도하는 것이 아니라 이러한 방법의 예시적인 일례일 뿐이다. 당업자는 공기 분산법을 다수의 상이한 방식으로 실시할 수 있음을 이해할 것이다. 공기 분산법에 대한 상세한 설명은 예를 들어 2003년 3월 27일 공개된 미국 특허 출원 공개 제20030060106호에서 찾아 볼 수 있으며 이 내용은 그 전체가 본원에 참고문헌으로 인용되어 있다.
상기 단계(d)에 언급된 고정 단계는 입자들을 포매 물질에 조기 부착하는 단계이다. 한 방법에서, 이 단계는 결합제 및 용매(예를 들어, 물)을 함유하는 용액을 사용함으로써 실시할 수 있다. 이 용액은 포매 물질에 입자들을 결합시키는데 적용된다. 결합제는 입자들을 포매 물질에 보지시키는 "아교"의 역할을 하나, 물은 포매 물질을 통해 입자들에 결합제를 운반하는 "담체"로서의 역할을 한다. 용액은 대부분 용매로 이루어지므로, 활성 입자들이 포매 물질에 의하여 흡착될 때 활성 입자들로부터 용액이 떨어져 나가는 경향이 있어 캡슐화제의 일부가 노출된다. 따라서, 포매 물질에 의하여 용매가 흡수될 때, 용매는 결합제도 입자들로부터 운반해 간다(즉, 포매 물질과 직접적 또는 거의 직접적 접촉이 없는 입자의 일부로부터 용액이 떨어져 나감). 그러나, 포매 물질과 접촉하는 캡슐화된 입자의 일부는 용액을 잃을 수 없다. 이것으로 캡슐화제 노출시 결합제가 입자 및 포매 물질 간에 결합을 형성하게 할 수 있어 유리하다.
고정 공정은 미보호 활성 입자들의 비활성를 야기할 수 있다. 예를 들어, 용액이 충분히 신속하게 건조되지 않을 경우, 결합제는 포매 물질에서 나와 미보호 활성 입자들의 공극으로 들어갈 수 있다. 이러한 문제는 입자들을 기체상 담체에 혼입하기 전에 캡슐화함으로써 회피할 수 있다.
따라서, 공기 분산 공정을 거치게 하기 전에 활성 입자들에 캡슐화제를 가하는 것으로, 조기 비활성화를 야기할 수 있는 물질에 노출되는 동안 활성 입자들의 보존을 촉진할 수 있다. 캡슐화된 입자들을 포매 물질에 결합시킨 후, 재생제를 도포하여 캡슐화제를 제거할 수 있다. 따라서, 결합제에 의하여 커버되지 않는 캡슐화된 입자들의 임의의 부분이 제거되는데, 그 결과 특정 부분이 주위 환경에 노출된다.
본 발명의 원리를 포매 물질을 처리하는 데 사용하는 패딩법에 포함시킬 수 있다. 패딩법은 활성 입자들의 조에 재료(예를 들어, 방적사, 직물 등)를 통과시키는 것을 포함한다. 포매 물질이 상기 조를 통과할 때, 활성 입자들이 포매 물질에 접착한다. 패딩 공정은 입자 조를 교반하여 적당한 활성 입자 혼입을 방해할 수 있는 채널의 형성을 방지할 수 있다. 또한, 패딩법은 패딩실에 통과시키면서 롤러로 포매 물질활성 입자들을 포매 물질로 인가할 수 있다.
활성 입자들을 결합제의 도포를 통해 포매 물질에 조기 부착시킬 수 있다. 결합제는 일반적으로 포매 물질이 패딩실을 통과하기 전 또는 후에 용액으로서 포매 물질에 도포된다. 상기에 공기 분산법과 함께 개시된 것과 같은 고정법을 이 방법에 적용할 수 있다. 패딩 공정에 대한 상기 기재는 포괄적인 논의로서 의도된 것이 아니라 패딩 방법을 실시할 수 있는 방법에 있어 하나의 예시적인 예를 제공하는 역할만을 하는 것이다. 패딩법에 대한 상세한 논의는 예를 들어 2002년 12월 26일자 공개된 미국 특허 출원 공개 제20020197396호에서 찾아볼 수 있으며, 이 문헌의 내용은 그 전체가 본원에 참고문헌으로 포함되어 있다.
용액(예를 들어, 결합제 및 용매)은 활성 입자들을 조기에 비활성화시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있음에 유의하기 바란다. 그러나, 패딩 공정에 활성 입자들을 가하기 전에 이들을 캡슐화하는 것으로 조기 비활성화 가능성을 감소시킬 수 있다. 캡슐화된 입자들을 재료에 조기 고정한 다음 캡슐화제를 제거한다.
공기 분산법과 관련하여 상기 논의한 바와 같이, 포매 물질(예를 들어, 방적사)이 용액을 빨아 들이므로 결합제가 전체 입자를 감싸지는 않을 것이다. 따라서, 재생제를 가할 때, 결합제에 의하여 커버되지 않는 캡슐화제를 제거할 수 있다.
본 발명의 캡슐화 방법은 활성 입자들 및 결합제의 조합된 혼합물을 포매 물질(예를 들어, 직물)에 도포할 경우 사용할 수 있다. 이 조합된 혼합물은 때때로 액체 현탁액으로 불린다. 이 현탁액은 예를 들어 포매 물질 상에 분무되거나, 롤러 또는 기타 도포기에 의하여 포매 물질에 도포되거나 또는 포매 물질을 함침시키는 조로서 사용될 수 있다. 이러한 액체 현탁액을 사용하는 과거의 시도는, 입자들이 일단 용액에 함침되면 활성 입자들이 조기에 비활성화될 수 있으므로, 결과적으로 활성 입자들이 조기에 비활성화 되었다.
액체 현탁액에 함침되기 전에 캡슐화제(예를 들어, 왁스)로 캡슐화된 활성 입자들은 활성 입자들을 조기에 비활성화시킬 조건(예를 들어, 결합제)에 처한 동안 성능 강화 특성을 보유할 수 있다. 그러므로, 캡슐화된 입자 및 용액 혼합물은, 액체 현탁액을 도포하는 수단을 사용하여 포매 물질에 성능 강화 입자를 도포하는 데 유리하게 사용할 수 있다. 이러한 용액은 포매 물질에 접착하는 경향을 가지므로, 캡슐화된 입자로부터 떨어져 캡슐화제의 일부가 주위 환경에 노출되게 할 것이다. 이후, 이러한 노출된 캡슐화제를 제거하여 그러한 활성 입자들의 부분을 재활성화시킨다.
이러한 조합된 캡슐화된 입자 및 결합제 현탁액은 예를 들어 상기 언급한 패딩법의 개량 버전에서 사용될 수 있다. 더 구체적으로는, 패딩법은 패딩실을 통과하면서 재료가 액체 현탁액으로 패딩되도록 변경될 수 있다. 따라서, 액체 현탁액을 사용함으로써, 두 별도의 단계에서 재료를 활성 입자들 및 결합제로 패딩할 필요가 전혀 없을 수 있다. 액체 현탁액을 한 단계로 도포할 수 있다.
본 발명 원리는 또한 포매 물질을 처리하는 건식 인쇄 방법에 포함시킬 수 있다. 건식 인쇄 방법은 호퍼로부터 드럼 어셈블리로 토너 제제를 이동시키는 데 정전기적 또는 자기적 인력의 원리를 사용한다. 드럼 어셈블리는 소정 속도로 회전하는 정전하를 띠거나 자기적으로 극성화된 어셈블리이다. 드럼 어셈블리가 회전할 때, 토너 제제는 어셈블리의 선택적(예를 들어, 자기적 또는 전기적으로 전하를 띤) 부분에 유인되어 보유된다. 이후, 어셈블리는 계속 회전하면서 포매 물질 상에 토너 제제를 인가한다. 이후 포매 물질은 토너 제제가 영구적으로 재료에 고정되도록 열에 노출된다(예를 들어, 토너 제제 중의 결합제는 가소화하여 포매 물질에 입자들을 결합시킴). 건식 인쇄 방법에 대한 상세한 논의는 예를 들어 2002년 12월 26일자 공개된 미국 특허 출원 공개 제20020197547호에서 찾아볼 수 있으며, 이 문헌의 내용은 그 전체가 본원에 참고문헌으로 포함되어 있다.
토너 제제에는 활성 입자들(예를 들어, 활성탄), 결합제, 및 전하 조절 입자, 자기 조절 입자 및/또는 착색제와 같은 첨가제가 포함되나 이에 한정되지 않는다. 본 발명 원리를 적용하여, 활성 입자들을 토너 제제에 첨가하기 전에 캡슐화제(예를 들어, 왁스)로 캡슐화할 수 있다. 이러한 캡슐화제는 활성 입자들이 포매 물질에 영구히 부착되어 있는 동안 활성 입자들의 특성을 보존할 수 있다.
상기한 캡슐화 방법을 사용하여, 직물(예를 들어, 직조 및 부직), 방적사, 발포체, 백, 플라스틱 부품, 에어로졸, 액체 물질(예를 들어, 필터 중 물), 기체상 물질(예를 들어, 향수) 및 기타 물체와 같은 여러가지 처리된 포매 물질을 제조할 수 있다. 예를 들어, 처리된 방적사를 사용하여 양말과 같은 의류를 직조할 수 있다. 이러한 양말은 사람의 발에서 날 수 있는 불쾌한 냄새를 흡착할 수 있다. 또다른 실시예에서, 캡슐화된 입자는 캡슐화된 입자를 소정 위치에 분무하는 공기 청정기에 유지시킬 수 있다. 이후, 특정 재생 조건 또는 물질을 가한 다음 캡슐화된 입자들을 재활성화시킨다.
본 발명에 따라 활성 입자들이 혼입되어 있는 포매 물질은 가구, 카펫트, 러그, 매트, 린넨, 타월, 헝겊, 애완동물 침대, 매트리스 패드, 매트리스, 주택 설비, 커텐, 난로 필터, 신발, 구두의 깔창 및 기저귀와 같은 기타 용도에 사용할 수 있다. 처리된 재료는 또한 셔츠, 팬츠, 블라우스, 안에 입는 옷(예를 들어, 티셔츠, 언더웨어, 브래지어 등), 모자와 같은 의류 및 기타 천 관련 아이템에 사용할 수도 있다. 생화학 보호 수트와 같은 보호 수트 및 자극방지 수트를 본 처리된 재료를 사용하여 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 처리된 재료를 사용하여 사냥 용품을 제조할 수 있다. 또한, 처리된 재료로 필터를 제조할 수 있다. 이러한 필터는 꽃가루 및 기타 입자들을 포착하는 진공 청소기에 사용할 수 있다. 필터는 유해한 생물학적 재료를 사용하는 실험실에서 사용할 수 있는데, 활성 입자들이 생물학적 제제를 포착하여 이들이 대기로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 다른 필터는 워터 필터와 같이 충전된 물질 내에 포매된 캡슐화된 입자를 사용할 수 있다.
당업자는 본 발명의 처리된 방적사에 대한 상기한 용도는 배타적인 리스트가 아니며 단지 가능한 용도의 예시적 기재일 뿐이라는 것을 이해할 것이다.
하기는 본 발명을 적용하여 상기한 방법을 사용하여 기재 내에 혼입되어 있는 입자들의 특성을 보존할 수 있는 예시적 실시예를 제공한다. 이들 실시예는 단지 예시의 목적일 뿐이며 어떤 식으로든 본 발명 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
[실시예]
실시예 1
이 실시예는 성능 강화된 합성 방적사가 도 3의 공정에 따라 제조되었음을 나타내 보인다. 더 구체적으로는, 본 실시예는 활성탄을 캡슐화하고, 이것을 폴리에스테르 기재와 혼합하여 매스터 배취 칩을 형성하며, 상기 매스터 배취 칩을 압출하여 소정 방적사를 제조하고, 노출된 활성탄 입자로부터 보호 캡슐화층을 제거하는 방법을 실시하였음을 나타내 보인다. 이러한 실시예를 통해 얻어진 방적사는 폴리에스테르 기재 관련의 물리적 특성을 보이는 외에 실질적인 흡착능을 보였다. 따라서, 방적사를 폴리에스테르의 촉감을 가지나 활성탄에 의하여 부여된 성능 강화 품질(예를 들어, 냄새 흡착)도 가졌다.
이 실시예에 사용된 활성탄은 미국 팬실베니아주 아드모어 소재의 카르보켐 코포레이션사가 모델 번호 SA-30으로 시판한다. SA-30은 더욱 제트 밀링되어, 탄소 입자들 중 97%의 평균 크기가 직경 10 마이크론 미만이 되도록 분류된 것이었다. 따라서, 이 실시예에 사용된 SA-30 중 97%는 직경이 10 마이크론 미만이었다.
이후 활성탄을 캡슐화제와 혼합하여 탄소 입자들을 캡슐화하였다. 이 실시예에 사용된 캡슐화제는 미국 팬실니아주 앨런타운 소재의 에어 프로덕츠 앤드 케미컬즈 코포레이션사가 Surfynol 485W로 시판하는 수용성 계면활성제이다. 수용성 계면활성제는 공극이 적어도 부분적으로 캡슐화되어 임의의 유해 조건으로부터 SA-30이 보호되도록 활성탄 입자들의 표면을 충분히 피복하였다. 사용된 수용성 계면활성제의 양은 매스터 배취를 제조하는 데 사용된 활성탄 총 중량의 약 20%에 해당하였다. 본 특정 실시예는 매스터 배취에 사용된 탄소 중량의 20%에 달하는 캡슐화제를 사용하였으나 상이한 양 또는 농도의 캡슐화제를 사용할 수 있음에 주의하기 바란다. 이 실시예에서는, 농도 약 20∼100% 범위의 수용성 계면활성제를 테스트하였으나, 20%의 농도가 최상의 결과를 보이는 것으로 밝혀졌다. 또한, 사용되는 캡슐화제의 유형 및 탄소 입자들의 특정 크기가 상이한 양 또는 농도를 보증할 수 있음이 주목된다.
활성탄 입자들을 캡슐화한 다음, 캡슐화된 입자를 폴리에스테르 기재와 혼합하여 매스터 배취를 제조하였다, 이 실시예에 사용된 매스터 배취는 미국 노스 캐롤라이나주 샤를롯테에 소재하는 아메리켐 코포레이션사가 블랭크 PET로 시판한다. 매스터 배취는 활성탄이 매스터 배취 총 중량의 15%를 차지하도록 제조하였다. 예를 들어, 매스터 배취 중량이 1000 그램일 경우, 매스터 배취 중량 중 150 그램은 탄소에 해당할 것이다.
캡슐화된 탄소를 폴리에스테르 기재와 철저히 혼합한 다음, 혼합물을 매스터 배취 칩으로 전환하였다. 이후 100% 폴리에스테르 외에 이들 매스터 배취 칩을 76홀 장치로 압출하였다. 이 장치에서 4:1의 연신비로 섬유를 뽑았다(예를 들어, 장치를 통해 뽑히는 섬유 매 1 미터에 대하여, 길이 4 미터까지 연신됨). 이러한 특정 연신비로 결과적으로 각 섬유는 4.4 데니에르를 가졌다.
필터가 막히지 않는 압력 및 온도를 사용하여 40 마이크론 필터에 캡슐화된 탄소를 포함하는 칩을 통과시켰음에 주목하기 바란다. 칩은 소정 압력 및 온도에 처해지므로 필터를 통과하여 흘렀는데 이것이 칩의 유동성의 원인이었다.
중합체 칩을 첨가하여 압출 섬유내 포함된 캡슐화 탄소 입자들의 농도를 희석하였다. 매스터 배취 칩의 탄소 농도는 약 15%였다. 따라서, 매스터 배취 칩으로부터만 섬유를 뽑았을 경우, 섬유의 탄소 농도는 약 15%일 것이다. 따라서, 압출 공정 동안 매스터 배취 칩에 중합체 칩을 첨가한 결과 섬유의 탄소 농도는 15% 미만이 되었다. 이 실시예에서, 압출 공정은 4회 실시하였는데, 각 공정을 실시하여 상이한 탄소 농도를 갖는 섬유를 얻었다. 여기서, 4의 별도의 압출 공정들로 탄소 함량이 1%, 2%, 3% 및 4%인 섬유가 얻어졌다.
76 섬유를 압출한 후, 이들을 튜브형 직물(예를 들어, 양말)로 편사하였다. 튜브형 직물을 편사한 다음, 4개의 튜브형 직물 각각으로부터 약 100 제곱 센티미터 구간을 컷팅하여 테스트하였다. 따라서, 이 실시예에서 상이한 탄소 농도(예를 들어, 1%, 2%, 3% 및 4%)를 갖는 4개의 직물을 테스트하였다.
활성탄의 활성화 수준을 측정하기 위하여 테스트 및 재료 테스트에 대한 미국 표준(본원에서는 이후로 "ASTM")을 사용하여 직물 내에 포함된 탄소의 활성을 측정하였다. 이 테스트는 2000년에 활성탄의 활성화 수준을 테스트하는 표준으로 재승인되었고 D 5742-95로 지정되었다(본원에서는 이후로 "ASTM 방법"). 일반적으로, ASTM 방법은 부탄 활성을 측정함으로써 활성탄의 활성을 측정한다. ASTM에 따르면, 부탄 활성은 샘플 질량에 대한 활성탄 샘풀에 의해 흡착된 부탄 질량의 비로 정의된다. 즉, 샘플을 부탄 기체로 포화시킨 다음, 부탄의 흡착 결과 얻어지는 질량 수득을 알아보기 위하여 측정하였다. 따라서, 흡착된 부탄이 많을수록 활성 수준이 높음을 나타낸다.
활성탄의 활성을 측정하는 이전의 표준은 사염화탄소(CCl4)를 사용하여 실시하였다. 그러나, CCl4는 오존층을 지나치게 손상시키는 것으로 밝혀져, 부탄이 대신 사용되었다. 또, CCl4 및 부탄 간에는 직접적인 상관관계가 있다(즉, 1 단위의 부탄 활성은 약 2.55 단위의 CCl4 활성에 해당함). 따라서, 부탄을 사용하여 실시되는 측정은 CCl4를 사용하여 실시된 측정과 상관관계가 있을 수 있다.
ASTM 방법을 사용하여, 매스터 배취 조제 공정을 거치기 전의 SA-30의 활성을 분말 형태로 측정하였다. SA-30 분말에 의하여 흡착된 부탄의 중량 증가는 0.0988 그램(부탄)/1 그램(SA-30)이었다. 결과적으로 부탄 활성치 9.88% 또는 CCl4 활성치 25.19%였다.
도 6은 미가공 샘플(예를 들어, 순수한 SA-30) 및 1%, 2%, 3% 및 4% 샘플에 대하여 얻은 데이타의 표를 나타낸다. 이 실시예에서, 각 샘플의 중량(예를 들어, 직물 및 탄소의 합중량), 각 샘플 중 탄소의 중량, 각 샘플의 부탄 중량 증가를 측정하였다. 이들 중량치는 도 6에 나타내었다. 측정 중량을 기준으로 하여, 부탄과 CCl4의 활성 및 각 샘플의 보유 활성을 산출하였다. 부탄 활성은 부탄 중량 증가를 샘플의 측정 탄소 중량으로 나누어 산출하였다. CCl4 활성은 부탄 활성에 2.55를 곱하여 산출하였다. 보유 활성은 샘플의 부탄 활성을 SA-30 분말의 부탄 활성과 비교하여 산출하였다. 이들 산출값도 도 6에 나타나 있다.
상기한 중량은 세척 및 건조 싸이클 전후에 각 희석 샘플에 대하여 측정하였다. 도 6의 데이타는 특정 샘플의 세척 여부를 지시한다. 세척 싸이클은 고 하중의 수 레벨을 사용하는 14분간의 고온수 세척 및 1회의 냉수 헹굼 싸이클로 샘플을 세척하는 것을 포함하였다. 샘플 세척에 사용된 세탁기는 씨어스 코포레이션사가 Kenmore Series 90 주거용 세탁기로 시판한다. 천 건조기를 사용하여 45분간 높은 열 셋팅에서 샘플을 건조하였다. 이 실시예에 사용된 건조기는 씨어스 코포레이션사가 Kenmore Series 90 주거용 건조기로 시판한다.
도 6에 표로 된 데이타는 미세척 샘플은 부탄 활성을 거의 또는 전혀 나타내지 않음을 지시한다. 또한, 미세척 샘플은 활성을 보유하지 않았다. 캡슐화는 샘플을 캡슐화하여 주위 환경으로부터 공극을 분리시키므로 무시할만한 활성이 실현되였다.
샘플을 세척하여 수용성 계면활성제를 제거함으로써 활성탄을 노출시켰다. 1%, 2%, 3% 및 4% SA-30 샘플은 각각 9.80%, 5.63%, 2.71% 및 3.97%의 부탄 활성을 나타내므로, 활성탄은 압출 공정 동안 및 매스터 배취 제조 동안 용융 폴리에스테르에 거친 후 활성을 보유하였음을 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 1%, 2%, 3% 및 4% SA-30 샘플에 보유된 활성은 각각 99.17%, 57.00%, 27.46% 및 40.19%였다.
일반적으로, 샘플내 탄소 하중이 증가함에 따라, 부탄 흡착이 증가하였다(예를 들어, 4% 샘플은 3% 샘플보다 더 많은 탄소를 포함하였고, 3% 샘플은 2% 샘플보다 더 많은 탄소를 포함하는 식임). 데이타는 더 중한 하중의 샘플의 부탄 레벨이 더 낮을지라도 더 중한 하중의 샘플이 하중이 덜한 샘플보다 더 많은 부탄을 흡착하였음을 보인다. 보다 중한 하중의 샘플의 부탄 활성은 하중이 덜한 샘플에 비하여 감소될 수 있는데, 이것은 더 많은 탄소가 기재에 완전히 포함되므로 세척후 주위환경에 노출되지 않았기 때문이다.
실시예 2
실시예 1에 개시된 것과 유사한 절차를 반복하였으나, 상이한 캡슐화제를 사용함으로써 상이한 매스터 배취를 제조하였다. 이 실시예의 결과는 도 7에 나타나 있다. 이 실시예에 사용된 매스터 배취는 실시예 1에 사용된 것과 동일한 분류의 SA-30 탄소 및 미국 노스 캐롤라이나주 샤를롯테 소재의 바스프사가 Textile Wax W로 시판하는 캡슐화제 왁스층을 사용하였다.
상기한 매스터 배취를 사용하여 샘플을 2% 탄소 하중까지 희석하였다. 압출 공정을 통해 압출 섬유를 얻은 다음, 섬유를 튜브형 직물(예를 들어, 양말)로 편사하였다. 섬유를 4:1의 비로 뽑았어도, 섬유는 실시예 1의 섬유로 실현된 4.4 데이에르가 이닌 5 데이에르를 가졌다. 튜브형 직물의 100 제곱 센티미터 부분을 분리하여 세척하고 테스트하였다.
도 7은 실시예 1에서 얻어진 것과 동일한 측정 중량 및 산출 활성치를 나타낸다. 도 7의 데이타는 또한 순수한 형태의 SA-30에 대한 데이타 및 양 샘플에 대한 데이타를 나타낸다. 또한, 도 7은 순수하게 폴리에스테르로만 이루어지는 샘플에 대한 데이타를 나타낸다. 예상되는 바와 같이, 폴리에스테르 샘플은 흡착능을 보이지 않았다. 희석 샘플의 부탄 활성 데이타는 캡슐화제가 압출 공정 동안 및 매스터 배취의 형성 동안 활성탄을 보존하였음을 나타내었다.
따라서, 활성 입자들은 조기 비활성화에 대하여 보호될 수 있음을 알 수 있다. 당업자는 본 발명은 제한의 의미가 아닌 예시의 목적으로 제시된 개시 구체예 이외로도 실시할 수 있으며, 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의해서만 제한됨을 이해할 것이다.

Claims (23)

  1. 캡슐화된 활성 입자들을 포매 물질(embedding substance)내로 혼입시키는 방법으로서,
    상기 활성 입자들의 적어도 일부를 하나 이상의 캡슐화제로 캡슐화하는 단계로서, 상기 캡슐화제의 적어도 일부는 제거 가능한 것인 단계;
    상기 캡슐화된 활성 입자들을 상기 포매 물질 내로 도입하여, 상기 캡슐화된 활성 입자들 및 상기 포매 물질을 포함하는 혼합물을 얻는 단계;
    상기 혼합물을 섬유 또는 방적사로 압출시키는 단계로서, 상기 섬유 또는 방적사는 제1 세트의 캡슐화된 활성 입자들 및 제2 세트의 캡슐화된 활성 입자들을 포함하고, 상기 제1 세트의 캡슐화된 활성 입자들은 상기 섬유 또는 방적사의 외면을 넘어 돌출되어 주위 환경에 노출된 하나 이상의 캡슐화된 활성 입자이며, 상기 제2 세트의 캡슐화된 활성 입자들은 상기 섬유 또는 방적사 내에 포함되어 있는 것인 단계;
    상기 제1 세트의 캡슐화된 활성 입자들의 적어도 일부로부터 상기 제거 가능한 캡슐화제의 적어도 일부를 제거하는 단계; 및
    상기 제거 가능한 캡슐화제를 상기 제2 세트의 캡슐화된 활성 입자들에 도포된 채로 유지시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도입 단계가 적어도 상기 캡슐화된 입자들 및 상기 포매 물질을 포함하는 매스터 배취를 제조하는 것을 포함하는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도입 단계가 상기 캡슐화된 입자들을 상기 포매 물질내로 혼입하는 것을 포함하는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 활성 입자들이 캡슐화되지 않을 경우, 상기 활성 입자들을 조기에 비활성화시킬 수 있는 하나 이상의 물질에 상기 캡슐화된 활성 입자들을 노출시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화 단계 및 상기 도입 단계는 단일 단계로 실시하는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 소정 공정을 사용하여 상기 캡슐화된 입자들을 상기 포매 물질내에 도입하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 소정 공정은 매스터 배취 제조 공정, 공기 분산 공정, 패딩 공정, 건식 인쇄 공정(xerographic process) 및 용액 제조 공정으로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 포매 물질은 기체, 액체, 고체 또는 이의 조합인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 활성 입자들은 기체를 흡착할 수 있는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 활성 입자들은 액체를 흡착할 수 있는 것인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 활성 입자들은 고체를 흡착할 수 있는 것인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 포매 물질은 폴리에스테르, 나일론, 폴리아크릴, 열가소성 물질, PTFE, 폴리카르보네이트, 폴리알칸, 폴리비닐 화합물, 에폭시, 실록산계 반응 중합체, 아교, 가교결합 중합체, 비-가교결합(non-cross-linking) 중합체, 섬유, 면, 아세테이트, 아크릴, 아라미드, 리오셀, 멜라민, 모드아크릴, 올레핀, PBI, 레이온, 스판덱스, 물, 오일, 및 에어로졸로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 것인 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 캡슐화된 활성 입자들의 적어도 일부로부터 상기 제거 가능한 캡슐화제의 적어도 일부를 제거하는 단계는 상기 활성 입자들의 재활성화 또는 재생을 포함하는 것인 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 캡슐화된 활성 입자들의 적어도 일부로부터 상기 제거 가능한 캡슐화제의 적어도 일부를 제거하는 단계는 상기 캡슐화제의 용해를 포함하는 것인 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 활성 입자들은 활성탄, 흑연, 산화 알루미늄, 활성화된 알루미나, 실리카 겔, 소다회, 알루미늄 삼수화물, 베이킹 소다, p-메톡시-2-에톡시에틸 에스테르 신남산(시녹세이트), 산화아연, 제올라이트, 이산화티탄, 및 분자 필터 재료로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 것인 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 활성 입자들은 냄새 흡착, 수분 관리, 자외선으로부터의 보호, 화학물질로부터의 보호, 생물학적 위해로부터의 보호, 난연성, 항균성 보호, 항바이러스성 보호, 항진균성 보호, 및 항미생물성 보호로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 성능 강화 특성을 제공하는 것인 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 캡슐화된 활성 입자들은 하나 이상의 캡슐화된 공극을 포함하고, 상기 제거 가능한 캡슐화제를 상기 하나 이상의 캡슐화된 공극에 도포된 채로 유지시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 캡슐화된 활성 입자들 중 하나 이상은 단일의 캡슐화된 활성 입자를 포함하는 것인 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 캡슐화된 활성 입자들 중 하나 이상은 하나 이상의 캡슐화된 활성 입자를 포함하는 것인 방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 포매 물질은 액체를 포함하는 것인 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 캡슐화된 활성 입자들의 적어도 일부로부터 상기 제거 가능한 캡슐화제의 적어도 일부를 제거하는 단계는 광을 사용하여 상기 캡슐화제를 제거하는 것을 포함하는 것인 방법.
  22. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화제는 상기 활성 입자들에 대해 저 친화도를 갖고, 저 친화도는 유해한 물질에 노출된 동안 상기 캡슐화제가 상기 활성 입자들에 접착할 수 있고, 상기 포매 물질 및 활성 입자들을 손상시키지 않고 상기 캡슐화제를 제거할 수 있는 친화도인 방법.
  23. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화제는 상기 포매 물질의 유리 전이 온도 이상의유리 전이 온도를 갖는 것인 방법.
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