KR101234255B1 - 나노실버입자를 함유한 극세 폴리에스테르 경편 파일 직물 및 그 제조방법 - Google Patents

나노실버입자를 함유한 극세 폴리에스테르 경편 파일 직물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노실버를 함유한 극세 폴리에스테르 경편 파일 직물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 나노실버 복합체를 함유한 폴리에스테르 필라멘트에 의해 제조되어 영구적인 항균 및 소취 기능을 지녀 침장용으로 특히 적합한 극세 폴리에스테르 경편 파일 직물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 은-황 나노 복합체를 함유하는 폴리에스테르 섬유를 사용하여 제조된 경편 파일 직물 및 은-황 나노 복합체를 함유하는 마스터배치를 이용하여 제조된 폴리에스테르 원사를 준비하는 단계; 및 상기 폴리에스테르 원사를 이용하여 경편 구조를 결정하는 편성 공정 단계를 포함하는 경편 파일 직물의 제조방법이 제공된다.

Description

나노실버입자를 함유한 극세 폴리에스테르 경편 파일 직물 및 그 제조방법 {WRAP KNITTED FABRIC USING MICRO POLYESTER CONTAINED NANO SILVER PARTICLES AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 나노실버를 함유한 극세 폴리에스테르 경편 파일 직물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 나노실버 복합체를 함유한 폴리에스테르 필라멘트에 의해 제조되어 영구적인 항균 및 소취 기능을 지녀 침장용으로 특히 적합한 극세 폴리에스테르 경편 파일 직물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
경편 파일 직물은 다양한 조직의 설계 및 응용에 이용될 수 있어서, 침장제품, 장난감, 유아용 제품에 이르기까지 다양한 생활용품의 소재로 활용되고 있다. 극세 섬유(Micro fiber)로 만든 제품, 특히 극세 폴리에스테르 섬유 제품은 부드러운 터치와 품질의 우수한 특성 때문에 여러 분야에서 다양한 용도로 각광을 받으며 사용되고 있으나, 침장용으로는 천연섬유에 비교되는 합성섬유의 한계가 존재하고 있다. 또한 의류로도 많이 사용되는 폴리에스테르 섬유는 인체의 땀 및 외부 오염에 의해 미생물이 번식하기 때문에, 다량의 암모니아가 발생하여 불쾌한 냄새가 발생할 뿐만 아니라 인체에 해로운 문제점이 생기게 된다. 이러한 이유로 예전부터 인체에 유해한 균의 증식 억제기능을 부여하고자 섬유재료의 개발에 많은 연구가 있어 왔다.
또한 최근에는 환경적인 질병의 원인이 되고 있는 집먼지, 침구 등의 먼지, 진드기 등에 의한 아토피의 문제가 지속적으로 제기되고 있어서, 항균성이 우수하며 그 기능이 영구적으로 달성될 수 있는 침장용 직물에 요구가 지속되고 있다.
섬유에 항균성을 부여하는 방법 중 하나로 유기 실리콘계 제 4급 암모늄염 화합물이 광범위하게 사용되고 있으나, 세탁 내구성 및 염소계 세제를 사용하는 경우 황변되는 결점을 가진다.
일반적으로 나노실버입자는 항균성이 우수한 소재로 알려져 다양한 산업분야에서 사용되고 있으며, 일본공개특허 2005-248161호에는 은나노 입자를 함유하는 점토를 폴리에스테르에 첨가하여 제조하는 방법이 기재되어 있다. 이는 항균성을 제공하고 난연성을 향상시키는 효과가 있으나, 은나노 입자의 응집되는 문제가 있다. 미국공개특허 2006/0020108호에는 은 전구체가 포함된 글리콜을 테레프탈산과 혼합 중합하여 폴리에스터 마스터 배치(master batch)를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 그러나 상기 특허에는 은 전구체로부터 일부분만 은이 환원되는 문제가 발생하고, 은나노 입자의 영구성이 떨어지는 단점이 있다. 한국공개특허 2005-0075905호는 은 입자를 함유한 폴리에스테르 중합체를 복합방사하여 해도형 단면을 갖게 하는 복합섬유에 관한 기술로, 항균성이 높고 항균성의 지속 시간이 긴 장점이 있지만, 은나노 입자의 응집문제를 갖고 있으며, 영구성이 없다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 종래기술이 가진 은나노 입자의 분산성 향상, 은나노 입자와 고분자 수지 사이의 부착력, 상용성이 낮은 단점 등을 해결할 수 있는 나노실버 복합체를 포함한 폴리에스테르 마스터배치를 이용하여 나노실버 복합체가 영구적으로 기능할 수 있는 폴리에스터 섬유에 의해 제조되어 항균성과 소취성이 우수한 경편 파일 직물을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 측면에 따르면, 은-황 나노 복합체를 함유하는 폴리에스테르 원사를 사용하여 제조된 경편 파일 직물이 제공된다.
상기 은-황 나노 복합체를 포함하는 폴리에스테르 원사는, 은-황 나노 복합체와 폴리에스테르 칩을 70~90℃의 진공상태에서 건조시켜 수분을 완전히 제거한 후, 상기 폴리에스테르 칩과 은-황 나노 복합체을 트윈 스크류 믹스에 넣고 혼합하여 제조된 폴리에스테르 마스터 배치를 용융방사하여 제조되며, 상기 폴리에스테르 칩 내의 상기 은-황 나노복합체의 함량은 무게비로 0.1~1wt%일 수 있다.
상기 은-황 나노 복합체는, 황화합물을 하이드라진을 환원제로 이용하여 액상환원법으로 제조된 은나노 입자 또는 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜 및 폴리아크릴아마이드로 이루어진 군에선 선택된 1종을 분산제로 이용하여 알코올 환원법에 의해 제조된 은나노콜로이드과 접촉시켜 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 은-황 나노 복합체를 함유하는 폴리에스테르 마스터배치를 이용하여 제조된 폴리에스터 원사를 준비하는 단계; 및 상기 폴리에스테르 원사를 이용하여 경편 구조를 결정하는 편성 공정 단계를 포함하는 경편 파일 직물의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 경편 파일 직물이 은-황 나노복합체를 함유한 폴리에스테르 원사에 의해 제조되므로, 항균/소취 기능에 살균, 방향 기능이 영구적으로 작용할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노실버입자를 함유한 극세 폴리에스테르 경편 파일 직물의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 은나노 복합체의 구조 및 결정성을 살펴보기 위하여 XRD 분석을 하여 도시한 것이며, 도 3은 그 은나노 복합체의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 은-황 나노 복합체를 함유하는 폴리에스테르 원사 제조에 사용되는 도징(dosing) 시스템의 일예를 도시한 것이다.
도 5는 경편트리코트 3-바아(bar) 조직의 설계도이고, 도 6은 경편트리코트 조직의 측면도이다.
본 발명은 나노실버 복합체를 함유하는 폴리에스테르 원사에 의해 제조된 경편 파일 직물을 제공한다. 나노실버 복합체는 은 입자와 다른 기능성 재료를 복합한 나노입자로, 본 발명에서 적합하게 사용할 수 있는 재료로는 황(S)을 들 수 있다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 은-황 나노 복합체를 함유하는 폴리에스테르 경편 파일 직물의 제조방법이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 은-황 나노 복합체를 함유하는 폴리에스테르 경편 파일 직물의 제조방법은 폴리에스테르 원사 준비 단계(S10)와, 편성 공정 단계(S20)와, 프리세팅 공정 단계(S30)와, 기모 공정 단계(S40)와, 샤링 공정 단계(S50)와, 정련 공정 단계(S60)와, 염색 공정 단계(S70)와, 드라이 세팅 공정 단계(S80)를 포함한다.
폴리에스테르 원사 준비 단계(S10)에서는 은-황 나노 복합체를 함유하는 폴리에스테르 원사가 준비된다. 본 실시예에서는 은-황 나노 복합체를 함유하는 폴리에스테르 원사는, 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 도징(dosing) 시스템을 이용하여 은-황 나노 복합체와 폴리에스테르 칩을 70~90℃의 진공상태에서 건조시켜 수분을 완전히 제거한 후, 상기 폴리에스테르 칩과 은-황 나노 복합체을 트윈 스크류 믹스에 넣고 혼합하여 제조된 폴리에스테르 마스터 배치를 용융방사하여 제조되는 것으로 설명한다. 도 1에 도시된 도징 시스템은 은-황 나노 복합체를 위한 호퍼(M/B)와, 폴리에스테르 칩을 위한 호퍼(Chip)와, 은-황 나노 복합체와 폴리에스테르 칩을 공급하는 스크루 피더(Screw feeder)와, 공급양을 측정하는 스케일(Scale)과, 은-황 나노 복합체와 폴리에스테르 칩을 혼합하여 폴리에스테르 마스터배치를 형성하는 믹서(Mixer)와, 폴리에스테르 마스터배치가 저장되는 저장 호퍼(Storage Hopper)와, 저장 호퍼(Storage Hopper)에 마련된 레벨 센서(Level sensor)와, 스케일(Scale)과 믹서(Mixer)의 사이 및 믹서(Mixer)와 저장 호퍼(Storage Hopper)의 사이에 각각 마련되는 자동 버터플라이 밸브(Auto butterfly)와, 저장 호퍼(Storage Hopper)로부터 배출되는 폴리에스테르 마스터배치를 압출하는 압출기(EXTRUDER)를 구비한다. 상기 폴리에스테르 칩 내의 상기 은-황 나노복합체의 함량은 무게비로 0.1~1wt%인 것이 바람직하다.
은(Ag)은 살균 능력을 가진 금속으로, 나노 입자로 제조하게 되면 은이 가진 항균성능이 질적으로 우수하게 변화되어, 살균력과 항균력이 강할 뿐만 아니라, 냄새제거, 전자파 및 자외선차단, 원적외선과 음이온 방출 등의 효과를 지니게 되어, 항균성 소재로 가장 많이 이용되고 있다.
황(S)은 살충제 성분으로 많이 이용되고 있을 만큼 항균 및 살균력이 우수한 것으로 알려져 있다. 은 나노입자만으로는 항균 및 살균시 유해균들의 항균 및 살균에 대하여 시간이 오래 필요하고, 은 나노입자는 일부 곰팡이 균에 대하여는 항균 및 살균 효과가 미약한 점이 있다. 따라서 본 발명은 은과 황의 복합체를 사용하여 이러한 은 나노입자의 부족한 단점을 보완할 수 있다.
본 발명에서 제조된 은-황 나노복합체는 은나노 입자에 황원자가 부착되어 있는데, 유기 또는 무기 황화합물을 은나노 입자들과 접촉시키면 은과 황 사이의 강력한 결합력으로 인하여 나노 은입자 표면에 황화합물들이 흡착되고 이 입자들을 세정, 회수하면 은나노입자 표면에 황 원자만이 남게 되어 은-황 나노복합체를 제조할 수 있다.
황화합물을 이용하여 은-황 나노복합체를 형성하는 방법으로는, 먼저 은나노 입자를 생성하고 그 은나노 입자들이 분산된 용액과 황화합물 용액을 혼합하여 은 나노입자와 황 입자를 결합시키는 방법과 은 나노 입자 생성 전 황 성분을 첨가하여 황 원자와 은 이온이 결합된 상태에서 환원시킴으로 인해서 은과 황 원자들이 균일하게 결합된 은/황 입자가 생성될 수 있도록 하는 방법이 있다. 상기에서 바람직하게 사용될 수 있는 황화합물은 황화나트륨(Na2S), 황화수소(H2S), 황산화물(SOx화합물) 및 티올 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종이 적합하다. 본 발명은 액상환원법 또는 알코올 환원법을 이용하여 은-황 나노복합체를 제조하였다. 최종적으로 제조된 나노복합체의 입자 크기는 30 ~ 150nm 정도로 제어할 수 있다.
액상환원법은 고농도의 은 콜로이드로부터 파우더를 회수하는 방식으로서, 본 발명에서는 입자크기를 제어하기 위하여 환원제를 사용한 것을 특징으로 한다. 구체적으로는 은 공급원으로서 질산은(silver nitrate), 요오드화은(silver iodide), 황산은(silver sulfate) 또는 초산은(silver acetate)으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 물에 녹여서 수용액을 제조하고 온도를 10℃이하로 유지한다.
다음으로 황산철 수용액(FeSO4·2H2O)과 구연산나트륨 용액(Na3-Citrate, C6H5Na3O7)을 각각 제조하여 이들을 혼합하여 혼합수용액을 제조한다. 또한 은나노입자 제조 공정시 환원속도를 조절하여 제조되는 나노입자의 크기를 제어하기 위하여 하이드라진(N2H4)을 첨가하는데, 하이드라진과 은의 함량비는 0.5~2:1(몰비)인 것이 바람직하다.
상기 혼합수용액에 상기 은 수용액을 천천히 부으면서 반응을 진행시킨다. 반응완결 후 원심분리하여 상등액은 제거하고 순수를 가하여 얻어진 고형분을 다시 분산시킨다. 분산된 용액에 구연산나트륨 용액을 다시 가하여 침전을 시킨다. 상기 과정을 2~5회 반복하여 미반응의 이온성 물질을 완전히 제거한 다음 얻어진 고형분에 아세톤 또는 에탄올을 가하여 여분의 물도 제거한다. 상기에서 아세톤 또는 에탄올은 비점이 물보다 낮기 때문에 저온에서도 쉽게 휘발하므로 건조 중에 일어날 수 있는 입자의 응집을 최소화 할 수 있다. 또한 은나노입자 제조 공정시 환원속도를 조절하여 제조되는 나노입자의 크기를 제어하기 위하여 하이드라진(N2H4)을 첨가하는데, 하이드라진과 질산은의 함량비는 0.5~2:1(몰비)인 것이 바람직하다.
상기의 은나노입자 제조 공정에서 구연산나트륨, 황산철 및 질산은의 함량비는 0.1~0.5:0.5~3.0:1인 것이 바람직하다. 이때 구연산나트륨의 함량이 0.1 이하인 경우 및 황산철의 농도가 0.5 이하인 경우에는 입자의 크기가 커지게 되므로 상기 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 구연산나트륨의 함량이 0.5에 가까워질수록 입자 표면의 electrostatic potential이 낮아져서입자의 크기가 줄어드는 경향을 나타내고, 황산철의 농도가 3에 가까워질수록 핵생성 속도의 증가로 인하여 성장 속도가 짧아지기 때문에 입자의 크기가 작아진다. 상기 공정에서 은 산화물은 생성되지 않는다.
다음으로 황화나트륨(Na2S) 수용액을 준비하고, 상기 혼합 수용액과 혼합하고 교반한 후, 침전시켜서 상등액은 제거하고 고형분을 얻는다. 얻어진 고형분을 순수로 2~5회 재분산하는 세정 과정을 통하여 은-황 나노복합체를 제조할 수 있다.
상기에서 황화나트륨 수용액은 은나노입자 형성 전 단계에 첨가할 수도 있다. 즉 은 수용액과 황화나트륨 수용액을 혼합한 혼합 수용액을 먼저 제조하고, 상기 황산철 수용액과 구연산 나트륨 수용액의 혼합용액을 첨가한 후, 하이드라진 수용액을 천천이 첨가하여 반응을 진행시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 형태로서 알코올 환원법을 이용하여 은 나노입자를 제조할 수 있다. 알코올 환원법은 화학적 환원제가 필요하지 않은 화학합성법으로 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올 등 C1-C4의 알코올류, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 등이 용매이자 환원제로 사용된다. 알코올 환원법의 경우, 은을 알코올이나 글리콜에 용해 또는 분산시킨 후, 그 용액을 환류조건에 가열하면 은이온과 용매간의 산화, 환원반응에 의하여 은이온이 핵형성과 성장 과정을 거쳐서 입자를 형성하게 된다.
본 발명에서는 이 과정에서 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜 및 폴리아크릴아마이드로 이루어진 군에서 선택된 1종을 사용할 수 있으며, 특히 폴리비닐피롤리돈을 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 폴리비닐피롤리돈은 분자량이 10,000~50,000인 것이 바람직하다. 이 경우 상기 고분자 물질이 입자의 분산제로 작용하게 되므로, 은나노입자 및 금속나노입자의 콜로이드를 제조할 수 있다. 본 발명의 알코올 환원법을 이용하여 균일한 크기 및 고농도로 은나노 입자를 제조할 수 있다.
구체적인 제조방법은 다음과 같다. 먼저 반응기에 에탄올 등의 용매를 넣고 5~10분간 교반한다. 상기 에탄올에 고분자 물질을 넣고 다시 30분~1시간 동안 교반하여 용해시킨다. 다음으로 질산은(AgNO3)을 넣고 10~20분간 교반한 후, 유조(oil bath)에서 가열 및 환원시킴으로써 은나노 콜로이드를 제조하였다. 가열에 의하여 용매가 증발하는 것을 방지하기 위하여 응축기(condenser)를 이용하여 환류를 실시하였다. 이때 고분자와 질산은의 몰비는 0.5~2:1인 것이 바람직하다. 고분자와 질산은의 몰비가 0.5 미만일 경우 균일한 크기를 갖도록 하는 분산제로서의 역할이 미미하게 되며, 2.0을 초과하게 되는 경우는 원하는 이상의 효과를 기대할 수 없어 경제적인 효용이 없을 뿐더러 점도가 상승하여 작업성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 은나노 콜로이드에 황화합물, 바람직하게는 티올 화합물을 넣고 반응을 진행시켜서 은-황 나노복합체 콜로이드를 제조하였다. 액상의 콜로이드 형태는 용매를 제거하고 건조과정을 거쳐 분말 형태로 사용할 수 있다.
은-황 나노복합체를 함유한 폴리에스테르 마스터배치의 제조방법을 하기에서 설명한다.
본 발명의 폴리에스테르는 통상적으로 사용되는 폴리에스테르(PET)로, 디올 및 디카르복실산의 축중합에 의해 제조된 중합체로 정의한다. 디카르복실산으로는 테레프탈산, 이소프탈산, 프탈산, 나프탈렌 디카르복실산, 아디프산, 및 세바신산이 있다. 디올로는 에틸렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 테트라메틸렌 글리콜 및 시클로헥산 디메탄올이 있다. 특히 유용한 폴리에스테르로는 폴리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌-p-옥시벤조에이트, 폴리-1,4-시클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트가 있다. 이들 폴리에스테르는 공중합체가 될 수 있고, 공중합 성분은 디에틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 및 폴리알킬렌글리콜과 같은 디올 성분 및 아디프산, 세바신산, 프탈산, 이소프탈산 및 2,6-나프탈렌 디카르복실산과 같은 디카르복실산 성분이 있다. 기계적인 강도, 열 안정성, 내약품성, 및 내구성 측면에서 볼 때 본 발명에 바람직한 것으로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 이소프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌-2,6나프탈레이트 및 이들의 공중합체가 있다.
은-황 나노복합체를 포함하는 폴리에스테르 마스터배치를 제조하기 위하여 먼저, 은-황 나노복합체와 폴리에스테르칩을 70~90℃의 진공상태에서 건조시켜 수분을 완전히 제거한다. 다음으로 폴리에스테르 칩과 은-황 나노복합체을 트윈스크류 믹스에 넣고 혼합한다. 폴리에스테르 칩 내에 은-황 나노복합체의 함량은 무게비로 0.1~1wt%인 것이 바람직하다.
상기에서 트윈스크류 믹스는 220~260℃에서 50~100rpm으로 원료를 용융혼합하여 폴리에스테르칩에 은-황 나노복합체 입자가 고르게 부착될 수 있도록 한다. 은-황 나노복합체 입자를 고르게 부착시켜야 용융방사시 또는 방사후의 섬유로부터 은-황 나노복합체 입자가 분리되지 않고 우수한 물성을 가지게 된다.
본 발명에 따라 제조된 폴리에스테르 마스터배치의 항균력은 하기 제시하는 방법에 따라 물성을 측정하였다.
항균실험을 위한 미생물로 양성균인 황색포도상구균(Staphylococcus aureus, ATCC 6538)과 음성 대장균(Escherichia coli, ATCC 25922)을 사용하였다. 먼저, 황색포도상구균과 대장균을 loop를 사용하여 5ml의 영양배지액에 넣고, 37, 120rpm으로 18~24시간동안 진탕 배양한다. 배양된 균은 식염수로 희석하여 균수를 적정하고, 영양배지 9ml에 식염수로 희석된 균 용액 1ml를 넣어 샘플에 접종한다. 샘플은 100ml의 증류수가 담긴 플리스틱 용액에 넣고 120rpm으로 진탕 배양시킨다. 18~24시간 후 샘플이 담긴 플라스틱 용기에서 1ml를 취하여 10배, 100배 희석하여 각각에서 1ml씩 페트리 접시에 넣고 영양배지를 붓는다. 영양배지가 고화되면 37의 배양기에서 18~24시간 정치시키고 이후 페트리 접시의 균수를 측정하고 아래 수학식을 이용하여 항균도를 평가한다.
Figure 112011000410416-pat00001
상기 수학식에서 R은 감소율의 퍼센트이고, A는 실험군에서 미생물을 접종한 후 24시간 후의 미생물 군집수를 나타내며, B는 실험군에 접종된 미생물 군집의 수를 나타낸다.
실시예 1-액상환원법으로 은-황 나노복합체 제조
질산은(AgNO3) 170g을 물 1,700g에 녹여서 질산은 용액을 제조하고 온도를 10℃이하로 유지하였다. 황산철(FeSO4·2H2O) 139g을 물 326g에 녹여서 465g의 황산철수용액을 제조하고, 구연산나트륨 88g을 물에 녹여서 220g의 구연산나트륨 수용액(Na3-Citrate, C6H5Na3O7)을 제조한 후 이들을 혼합하여 혼합수용액을 제조하였다. 상기 혼합수용액에 하이드라진(N2H4) 38g을 첨가한 후, 상기 질산은 용액을 천천히 부으면서 10℃를 유지하면서 60분 동안 반응을 진행하였다. 반응이 완료되면, 원심분리를 하여 상등액을 제거하고 고형분 150g을 얻는다. 얻어진 고형분에 순수를 가하여 재분산을 진행한 후, 다시 25%의 구연산 나트륨 수용액 2,000g을 가하여 침전시킨다. 이 과정을 3회 반복하여 미반응 물질을 제거한 은 입자의 슬러리를 얻는다. 얻어진 은나노 슬러리는 2,000g의 순수에 분산시키고, 황화나트륨(Na2S) 17g을 용해시킨 황화나트륨 수용액 400g을 가하여 교반한 후, 침전시켜 상등액을 제거하고 고형분을 얻는다. 얻어진 고형분을 다시 순수로 2회 재분산하는 세정 과정을 통해 최종적으로 은-황 나노복합체 입자를 제조하였다. 상기 제조된 은-황 나노복합체 입자는 원심분리기로 수분을 최대한 제거하고 동결건조기를 이용해 건조시켜 은 입자에 황이 흡착된 은-황 복합체 분말 100g을 제조하였다.
실시예 2-액상환원법으로 은-황 나노복합체 제조
질산은(AgNO3) 170g을 물 1,700g에 녹여서 질산은 용액을 제조하고 온도를 10℃이하로 유지하였다. 황화나트륨(Na2S) 17g을 녹여 황화나트륨 수용액 400g을 제조한 후, 상기 질산은 용액과 혼합하여 30분 교반하여 혼합용액을 제조하였다. 황산철(FeSO4·2H2O) 139g을 물에 녹인 황산철 수용액 465g과 구연산나트륨 88g을 물에 녹인 구연산나트륨 수용액(Na3-Citrate, C6H5Na3O7) 220g을 상기 혼합 용액에 넣고 충분히 교반한 후, 하이드라진(N2H4) 38g을 녹인 하이드라진 수용액 1,000g을 부어 60분 동안 반응을 진행하였다. 반응이 완료되면, 원심분리를 하여 상등액을 제거하고 고형분 150g을 얻는다. 얻어진 고형분에 순수를 가하여 재분산을 진행한 후, 다시 25%의 구연산 나트륨 수용액 2,000g을 가하여 침전시킨다. 이 과정을 3회 반복하여 미반응 물질을 제거한 은나노 입자 슬러리를 얻고, 최종적으로 순수로 재분산하는 2회 세정 과정을 통해 최종 은-황 복합체 입자를 제조하였다. 상기 제조된 은-황 복합체 입자는 원심분리기로 수분을 최대한 제거하고 동결건조기를 이용해 건조시켜 은 입자에 황이 흡착된 은-황 나노복합체 분말 100g을 제조하였다.
도 2는 상기 실시예 2에서 제조된 은나노 복합체의 구조 및 결정성을 살펴보기 위하여 XRD 분석을 하여 도시한 것이다. 도 2를 보면, 입자의 주요 피크의 2 theta 값이 38.25(111), 44.35(200), 64.6(220), 77.55(311)를 나타내어 전형적인 은의 패턴을 나타냈고, 은 산화물인 Ag2O나 AgO는 생성되지 않은 것을 알 수 있다. 도 3은 상기 실시예 2에서 제조된 은-황 나노복합체의 SEM 사진이다.
실시예 3-알코올환원법으로 은-황 나노복합체 제조
130g의 폴리비닐피롤리돈(분자량 40,000)을 에탄올 539g에 넣고 50℃로 열을 가하면서 녹인다. 여기에 300g의 에탄올에 31.5g의 질산은을 녹인 에탄올 용액을 가하고 질소를 흘려보내면서 끓는점인 약 80℃에서 5시간 환류시켜 1,000g의 은나노 콜로이드 용액을 제조한다. 제조된 은나노 콜로이드에 1-메르캅토-2-프로판올 (1-Mercapto-2-propanol) 10g을 넣고 60분 동안 반응을 진행하여 은 입자와 황이 결합된 은-황 나노 복합체 콜로이드를 제조하였다.
실시예 4-폴리에스테르 마스터배치 제조 및 항균력 시험
실시예 1 및 2에서 제조된 은-황 나노복합체를 완전히 건조시킨 후, 건조된 은-황 나노복합체 분말 200mg과 폴리에스테르 칩 1,000g을 트윈스크류 믹서에 첨가한 후 250℃에서 60rpm의 속도로 약 10분간 용융 혼합하여 폴리에스테르 마스터배치를 제조하였다. 또한 실시예 3에서 제조된 은-황 나노복합체 콜로이드 10g과 폴리에스테르 칩 1,000g을 트윈스크류 믹서에 첨가한 후 250℃에서 60rpm의 속도로 약 10분간 용융 혼합하여 폴리에스테르 마스터배치를 제조하였다. 제조된 3종류의 마스터 배치의 항균력을 상기에 기재된 방법으로 측정하여 Staphylococcus aureus, ATCC 6538를 사용한 결과는 하기 표 1에, Escherichia coli, ATCC 25922를 사용한 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
대조시료의 초기균수 3.5 x 105
24시간 배양후 접종액 균수 3.1 x 106
24시간 배양후 시험시료의 균수 <10 <10 6.5 x 103
정균감소율(%) 99.9 99.9 99.8
실시예 1 실시예 2 실시예 3
대조시료의 초기균수 1.3 x 106
24시간 배양후 접종액 균수 5.7 x 107
24시간 배양후 시험시료의 균수 <10 <10 <10
정균감소율(%) 99.9 99.9 99.8
상기 표 1 및 표 2를 보면, 본 발명에서 제조된 은-황 나노복합체 폴리에스테르 마스터배치는 미생물에 노출된 경우에 우수한 항균력을 나타내는 것을 알 수 있다.
편성 공정 단계(S20)에서는 경편성기를 통해 상기 폴리에스테르 원사 준비 단계(S10)에서 준비된 은-황 나노 복합체를 함유하는 폴리에스테르 원사를 이용하여 경편성물을 구성할 수 있는 각 구조단위인 L1, L2, L3의 숫자들을 조합하여 경편 구조를 결정한다. 즉, 그라운드(ground) 조직과 파일 조직의 크기, 기모 조직, 완제품의 특성뿐만 아니라 열처리 조건까지도 영향을 미치는 것이 바로 조직의 구성이다.
도 5에는 경편트리코트 3-바아(bar) 조직의 설계도가 도시되어 있으며, 도 6에는 경편트리코트 조직의 측면도가 도시되어 있다. 본 발명에 적용되는 경편트리코트 조직의 특성을 다음과 같다.
L1 : 23, 10 - 바닥 구조(fine denier yarn)
L2 : 10, 12 - 연결 구조 75/36 SD, 50/24, 50/36
L3 : 10, 1516 - 파일 구조 65/192, 65/204, 75/144(DTY)
이하, 프리세팅 공정 단계(S30) 내지 드라이세팅 공정(S80)는 상기 편성 공정 단계(S20)를 거쳐 형성된 경편 조직을 응용하여 파일 니트 제품을 생산하는 공정에 해당한다.
프리세팅 공정 단계(S30)에서는 상기 편성 공정 단계(S20)를 거친 경편 조직을 일정 온도와 포속(215 내지 225℃ × 21 내지 23m)으로 기모유연제(2 내지 4%) 및 대전방지제(약 0.9 내지 1.1%)를 처리하여 자기 유화형 실리콘/디메틸/PE 왁스 등으로 프리세팅 공정을 진행한다.
기모 공정 단계(S40)에서는 기모기에 의해 기모가 진행되며, 기모 공정에서 중요한 것은 파일부분이 기모되면서 바닥조직으로 구멍이나 절단 등의 현상이 발생하지 않도록 주의해야 한다. 특히, 기모방향, 회전수, 속도, 기모침포의 선택과 라인별 구성은 고급제품을 생산할 수 있는 핵심조건이 될 수 있다.
샤링 공정 단계(S50)는 기모 공정 후에 반드시 거치게 되는 공정이다. 샤링 공정은 기모에 의해서 발생한 파일의 불규칙성과 깔끔하지 못한 외관을 한층 더 규칙적이고 아름답게 처리해주는 공정으로서 숙련된 기술적 노하우가 요구된다.
정련 공정 단계(S60)에서는 정련 기기에 의해 기모 공정 전에 처리되었던 기모유연제가 제거된다.
염색 공정 단계(S70)에서는 염색기에 의해 원단에 대한 염색이 이루어진다.
드라이세팅 공정 단계(S80)에서는 유제가공 및 폭가공이 이루어진다. 염색 후에는 일반적으로 탈수 작업이 진행된다. 탈수가 없이 건조와 유제가공이 진행되면 건조해서 유제처리를 진행하는데 상당한 에너지 손실이 있고 품질도 보장할 수 없기 때문에 탈수한 후에 건조와 유제가공이 진행되어야 한다. 또한, 바로 유제가공이 이뤄질 경우 유제가 젖은 원단에 쉽게 침투할 수 없기 때문에 일차 건조를 175 내지 185℃ 정도에서 진행한 후에 유제건조처리를 한다. 속도는 19 내지 21m/min의 비교적 낮은 속도에서 진행하고 유제의 농도는 3 내지 5%이다.

Claims (4)

  1. 은-황 나노 복합체를 함유하는 폴리에스테르 원사를 사용하여 제조된 경편 파일 직물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 은-황 나노 복합체를 포함하는 폴리에스테르 원사는, 은-황 나노 복합체와 폴리에스테르 칩을 70~90℃의 진공상태에서 건조시켜 수분을 완전히 제거한 후, 상기 폴리에스테르 칩과 은-황 나노 복합체을 트윈 스크류 믹스에 넣고 혼합하여 제조된 폴리에스테르 마스터 배치를 용융방사하여 제조되며, 상기 폴리에스테르 칩 내의 상기 은-황 나노복합체의 함량은 무게비로 0.1~1wt%인 것을 특징으로 하는 경편 파일 직물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 은-황 나노 복합체는, 황화합물을 하이드라진을 환원제로 이용하여 액상환원법으로 제조된 은나노 입자 또는 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜 및 폴리아크릴아마이드로 이루어진 군에서 선택된 1종을 분산제로 이용하여 알코올 환원법에 의해 제조된 은나노콜로이드와 접촉시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 경편 파일 직물.
  4. 은-황 나노 복합체를 함유하는 마스터배치를 이용하여 제조된 폴리에스테르 원사를 준비하는 단계; 및
    상기 폴리에스테르 원사를 이용하여 경편 구조를 결정하는 편성 공정 단계를 포함하는 경편 파일 직물의 제조방법.
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