KR101235410B1 - 은나노 함유 다기능성 침구류 섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리에스테르 칩 100~140kg을 초기압력 10-1~10-6torr의 진공 챔버에 로딩하는 단계; 스퍼터링에 입자크기 0.3㎛~0.4㎛의 은 및 이산화티탄을 타겟으로써 장착하는 단계; 스퍼터링 가스로써 아르곤 가스를 진공 챔버의 압력이 100²torr될 때까지 주입하는 단계; 상기 은과 이산화티탄 타겟에 -500∼-5000V의 높은 부전압을 걸어 음극으로 만드는 단계; 이온빔을 경사지게 입사시켜 방출되는 상기 타겟 이온이 상기 폴리에스테르 칩에 응착되는 단계; 상기 폴리에스테르 칩에 대한 상기 은 및 이산화티탄의 함량이 0.5~1.0 중량% 증착시켜 마스터배치 칩을 제조하는 단계; 및 폴리에스테르 원사와 상기 마스터배치 칩을 혼합하여 사속 3,000m/min~3,500m/min의 속도로 폴리에스테르 원사를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 은 및 이산화티탄 입자가 진공증착된 항균성 폴리에스테르 원사를 제조하는 단계; 상기 폴리에스테르 원사로 은나노 및 이산화티탄을 함유한 항균성 침구류 섬유 제조방법 및 이러한 방법으로 제조된 은나노 및 이산화티탄을 함유한 침구류 섬유에 관한 것이다.
Description
본 발명은 NAP형 은함유 다기능성 침구류 섬유에 관한 것으로서 NAP(Nano Attached Powder)기술로 나노크기의 항균 기능제인 은을 원사내에 투입하여 세균, 박테리아 등에 대해 항균.멸균성을 반영구적으로 발현하고, 반복세탁에도 고내구성과 더불어 흡한속건, 자외선차단 및 소취까지 지닌 침구류 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 적용되는 은(Ag)은 은분말 또는 나노실버 또는 은용액을 포함한다. 예로부터 은(Ag)은 자연항생제로 사용하였으며, 수용액 상태의 은용액을 만들어 음용하기도 하였다. 또한 근래에는 은의 항균효과가 밝혀지면서 다양한 실험과 함께 그 적용 분야를 넓혀가고 있는 실정이다.
은(Ag)은 원소기호 Ag, 원자번호 47, 원자량 107.868, 녹는점 961.9℃, 끓는점 2212℃, 비중 10.49(20℃)로서 열과 전기의 전도성이 금속 중 가장 우수하다. 또한, 은(Ag)은 은이온에 의한 항균작용과 활성산소에 의한 항균작용으로 균의 물질대사를 방해하여 균을 질식시킨다. 이는 은이온의 전기적 부하가 병균의 생식기능을 제거하며, 세포구조를 파괴함에 따른 것으로 밝혀졌다.
또한 산화은(Ag2O)의 형태로 은에 결합하고 있는 산소는 은이온의 촉매작용에 의하여 부분적으로 활성산소로 전환하고, 활성산소는 강력한 살균작용을 한다. 또한, 은이온은 쉽게 인체에 흡수되어 박테리아나 균류 등이 산소대사를 할 때 효소의 기능을 막으면서, 강력한 촉매역할을 하여 이들 병원체들을 살상하는 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 은이온 또는 은입자는 특히 인체에 해가 없으므로 피부에 직접 접촉하는 부위에도 적용이 가능하다.
은을 폴리에스테르 원사에 적용시 사용할 수 있는 나노실버(nano silver)는 Nano-Technology 와 silver 의 합성어로 나노실버(nano silver)라 명명하였으며, 나노 실버(nano silver)의 추출방법은 증류수에 은(Ag 99.9%)을 투입하고 저온에서 저 전류를 발생시켜 은 이 포함된 화합물을 전기 분해하여 각 분자가 가지고 있는 +, - 극을 이용한 전기영동을 실시한 후 은(Ag
99.9%)을 모을 수 있으며 그밖에도 액상 환원법, 그라인딩(grinding) 등의 물리적인 방법으로 제조할 수 있으며 안정적인 나노실버(nano silver)를 얻기 위해서는 상기의 전기 분해법을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 광촉매는 나노크기의 이산화티탄 입자로 빛을 촉매로 하여 자정작용(Self-Cleaning)과 초친수 작용을 하는 물질을 말한다. 광촉매로써 이산화티탄(TiO2)은 태양광이나 형광등의 자외선을 받으면 전자(e-)와 정공(h+)을 발생하며, 그 중에서 특히 정공(h+)은 강력한 산화작용을 가지는 수산화물(OH radical)을 형성하여 살균효능을 가지게 된다.
그리고, 전자는 광촉매에 흡착되어 있는 산소를 산소이온(O2-)으로 생성시키는데 이 산소이온은 반응 활성종으로 산화반응 중간체에 부가되어 냄새제거나 유기물 분해 효능을 가지게 된다.
특히 최근 문제가 되고 있는 건축 마감 자재 및 건축 시공 후에 발생하는 VOC 문제의 해결책으로 중요하게 대두되고 있다.
종래의 섬유에 이용된 기능성 무기입자는 거의 모두 미크론 크기여서 섬유 방사성의 문제점 때문에 그 사용량이 제약을 받아 극한 기능성을 설계하는데 어려움이 있었다. 또한, 생산 방식이 한정적이고 비용이 높아 regular 품종에만 적용 가능한 한계성이 있고 기능성 충진제 입자가 커서 생산시 불순물로 작용하여 방사에 어려움이 있었다.
뿐만 아니라 나노 입자에 또다른 기능성을 갖는 물질을 나노 코팅하여 복합기능을 갖는 나노 입자를 제조하여 기능을 복합화하거나 더욱 강화시킬 수도 있다. 제품의 품질차별화를 위해 소재원사가 초극세화 되면 모세관 현상에 의한 흡수력이 월등히 높아지며, 미세한 공간형성에 의한 먼지 흡착력이 향상되고 또한 닦는 물체 표면에 흠집이 생기지 않으며 비표면적이 넓어지기 때문에 먼지나 유막의 제거성능이 높아져 고기능 항균 생활용품 개발에도 다양한 형태로 발전할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로서, 본 발명의 목적은 프라즈마 이온빔(NAP:Nano Attached Power)공법을 통하여 무기물의 나노 입자화한 두가지 이상의 기능제를 폴리에스테르 중합 및 이형 방사 공정에 투입하여 제조한 폴리에스테르 섬유로 직조한 다기능성 침구류에 관한 것이다. 여기서 침구류는 베개, 이불 등을 의미한다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 폴리에스테르 칩 100~140kg을 초기압력 10-1~10-6torr의 진공 챔버에 로딩하는 단계; 스퍼터링에 입자크기 0.3㎛~0.4㎛의 은 및 이산화티탄을 타겟으로써 장착하는 단계; 스퍼터링 가스로써 아르곤 가스를 진공 챔버의 압력이 100²torr될 때까지 주입하는 단계; 상기 은과 이산화티탄 타겟에 -500∼-5000V의 높은 부전압을 걸어 음극으로 만드는 단계; 이온빔을 경사지게 입사시켜 방출되는 상기 타겟이온이 상기 폴리에스테르 칩에 응착되는 단계; 상기 폴리에스테르 칩에 대한 상기 은 및 이산화티탄의 함량을 0.5~1.0중량% 증착시켜 마스터배치 칩을 제조하는 단계; 및 폴리에스테르 원사와 상기 마스터배치 칩을 혼합하여 사속 3,000m/min~3,500m/min의 속도로 폴리에스테르 원사를 제조하는 단계; 및 상기 폴리에스테르 원사로 직조된 은나노 및 이산화티탄을 함유한 항균성 침구류 섬유 제조방법에 관한 것이다.
상기 이온빔은 500eV, 1㎃/㎠ 인 것을 특징으로 하는 항균성 폴리에스테르 섬유로 직조된 항균성 침구류 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법중 어느 한 방법에 의해 제조된 이산화티탄 및 은나노를 함유한 폴리에스테르 섬유로 직조된 침구류 섬유에 관한 것이다.
본발명에 따른 은나노 함유 다기능성 침구류 섬유의 제조방법은, 현재 섬유산업에서 사용하고 있는 미크론 크기의 무기입자에 비하여 낮은 충전량으로도 높은 기능성을 얻을 수 있고, 방사성을 해치지 않기 때문에 대량 생산이 가능하고, 극한 기능성 설계에 더 유리하다. 또한, 넓은 표면적에 의하여 흡착성 등 표면활성이 높아 다른 섬유 소재와의 혼화성이 우수하여 은 및 이산화티탄의 기능성 나노입자를 한가지의 유기 섬유내 도입시켜 고성능 복합 기능 섬유 창출이 가능하다.
뿐만 아니라 나노 입자에 또다른 기능성을 갖는 물질을 나노 코팅하여 복합기능을 갖는 나노 입자를 제조하여 기능을 복합화하거나 더욱 강화시킬 수도 있다. 제품의 품질차별화를 위해 소재원사가 초극세화 되면 모세관 현상에 의한 흡수력이 월등히 높아지며, 미세한 공간형성에 의한 먼지 흡착력이 향상되고 또한 닦는 물체 표면에 흠집이 생기지 않으며 비표면적이 넓어지기 때문에 먼지나 유막의 제거성능이 높일 수 있다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
본 발명은 이산화티탄(TiO2)과 은(Ag)을 함유한 항균성 폴리에스테르 섬유로 직조된 침구류 섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 폴리에스테르 칩 100~140kg을 초기압력 10-1~10-6torr의 진공 챔버에 로딩하는 단계, 스퍼터링에 입자크기 0.3㎛~0.4㎛의 은 및 이산화티탄을 타겟으로써 장착하는 단계; 스퍼터링 가스로써 아르곤 가스를 진공 챔버의 압력이 100²torr될 때까지 주입하는 단계, 상기 은과 이산화티탄 타겟에 -500∼-5000V의 높은 부전압을 걸어 음극으로 만드는 단계, 이온빔을 경사지게 입사시켜 방출되는 상기 타겟 이온이 상기 폴리에스테르 칩에 응착되는 단계, 상기 폴리에스테르 칩에 대한 상기 은 및 이산화티탄의 함량이 0.5~1.0중량% 증착시켜 마스터배치 칩을 제조하는 단계 및 폴리에스테르 원사와 상기 마스터배치 칩을 혼합하여 사속 3,000m/min~3,500m/min의 속도로 폴리에스테르 원사를 제조하는 단계를 포함한 은 나노 및 이산화티탄을 함유한 항균성 폴리에스테르 섬유로 직조된 침구류 섬유의 제조방법 및 이러한 방법으로 제조된 침구류 섬유에 관한 것이다.
최근, 단일기능사(흡한속건사)에 고가의 기능제 첨가로 2가지 기능을 가진 기능사가 개발되고 있다. 그러나, 기능제의 입자크기, 균제도 문제로 Regular사에 국한되어 있고, 복합기능사 기술개발은 답보상태에 있다.
기능성 원사는 고가의 기능제를 일본에서 분말상태로 수입하여 마스터배치로 만들거나, 마스터배치화 된 칩을 수입하여 방사 과정에서 믹싱하는 방법이 대다수이다.
종래에는 기능제 입자가 1~100㎛이므로 방사시 원사의 굵기와 유사하여, 불순물로 작용하여 절사를 일으키는 원인으로 원사의 굵기가 굵은 범용사종에만 적용 가능한 한계성으로 극세사, 이형 단면사 뿐만 아니라 타 기능제와의 접목은 본격적으로 진행되지 못하고 있다.
한편, 본 발명은 기능제로서 입자크기 0.3㎛~0.4㎛의 은(Ag)과 이산화티탄(TiO2)을 사용하고 있다. 은(銀)은 약 650종의 세균과 바이러스를 살균할 수 있다. 은이 단세포 병균의 소화나 호흡 등의 신진대사를 도와주는 효소의 작용을 무력화 시켜 병균을 살균하고, 방출하는 은이온(Ag+)의 전기적 부하가 병균의 생식기능을 제거하기 때문에 은과 접촉해서 6분 이상 생존할 수 있는 세균은 없다. 은(銀)은 악취 유발성 세균의 멸균과 곰팡이 방지, 부패방지로 인한 탈취기능이 있다. 세균은 인체 및 생활환경 조건과 비슷한 온도인 20-35℃, 함수율 50-70%의 조건에서 매우 빠른 속도로 번식한다. 은 이온은 세균의 증식을 막고 살균을 하여 이로 인해 발생되는 각종 냄새들을 근본적으로 차단하여 탈취기능을 발휘한다. 은은 인체 피부에 접촉했을 때 아무 해를 입히지 않는 반면, 약 650가지 이상의 병원성 유기체를 죽일 수 있다는 것은 이미 의학적으로 입증되고 있다. 1리터의 물을 소독하는 데는 수백만 분의 1g만 있어도 충분할 정도로 적은양의 은 입자만 있어도 멸균성이 우수함이 나타나 있다.
이산화티탄(TiO2)은 태양 등으로부터 조사되는 자외선 에너지로 활성화 되어, 공기 중의 산소나 물에서 활성산소를 생성한다. 이 활성산소는 산화력으로, 표면에 부착된 악취나 오염의 원인이 되는 유기물을 분해하고, 살균, 냄새를 분해하는 능력을 갖고 있다. 태양광이나 형광등에 포함된 자외선 에너지를 이용하여 유기물을 분해하는 이 광촉매기능에 이해, 자외선의 조사를 받으면, 전자정공대가 생성된다. 정공은 표면의 수분과 반응하여 강한 산화력을 가지는 히드로키실라디컬을 생성하고, 이 산화력은 대부분의 유기물을 탄소가스와 수분으로 분해할 수 있으며, 수중 또는 공기 중의 환경오염물질의 제거, 항균, 방곰방이, 방오, 소취 기능을 발휘한다.
기능제의 입자 사이즈를 0.3㎛~0.4㎛로 할 수 있게 되어서, 극세사, 이형단면사뿐만 아니라 타 기능제와의 접목이 가능하게 되었다.
폴리에스테르 칩 100~140kg을 초기압력 10-1~10-6torr의 진공 챔버에 로딩한 후, 스퍼터링에 입자크기 0.3㎛~0.4㎛의 은 및 이산화티탄을 타겟으로써 장착한다. 그리고, 스퍼터링 가스로써 아르곤 가스를 진공 챔버의 압력이 100²torr될 때까지 주입한다.
이온 스퍼터링은 초기에는 진공증착과 동일한 10-1~10-6torr 정도의 진공도를 유지하나 플라즈마를 일으킬 수 있는 아르곤가스를 진공챔버 압력이 약 100²torr될 때까지 불어넣고, 타겟에 높은 부전압(-500∼-5000V)을 걸어 음극으로 만든다. 이때 비정규 글로우 방전에 의해 발생한 높은 에너지(1,000eV)를 가진 아르곤 가스인 불활성 가스 양이온이 음극으로 대전된 타겟 표면에 충돌하여 타겟 이온을 원자형태로 방출시키며, 진공 증착의 경우보다 높은 10∼40eV정도 에너지를 가진 증기상이 폴리에스테르 칩 쪽으로 이동하여 응축되게 함으로서 표면층을 형성하게 하는 방식이다.
타겟 표면에 입사된 아르곤 가스 이온의 에너지 중 약 65%는 열로, 약 24% 정도는 2차 전자를 방출하는데 소모되고, 단지 약 1%만이 스퍼터링 입자(재료입자)를 방출하는데 이용되고 있다.
이온빔을 경사지게 입사시켜 방출되는 상기 타겟 이온이 상기 폴리에스테르 칩에 응착되게 하며, 이온빔은 500eV, 1㎃/㎠ 을 사용하여 균질한 피복을 할 수 있다.
상기 폴리에스테르 칩 99~99.5중량%에 대하여 상기 은 및 이산화티탄의 함량이 0.5~1.0중량%을 증착시켜 마스터배치 칩을 제조한다.
폴리에스테르 원료와 상기 마스터배치 칩을 10:1 ~20:1로 교반기에서 혼합하여 사속 3,000m/min~3,500m/min의 속도로 은 및 이산화티탄을 함유한 항균성 폴리에스테르 원사를 제조한다. 상기 방법으로 제조된 폴리에스테르 원사를 사용하여 은 및 이산화티탄을 함유한 항균성 침구류 섬유를 제조한다.
상기와 같은 원사의 원료로서 폴리에스테르 이외에도 나이론6, 나이론 66등 또는 폴리프로필렌계 등의 용융방사 및 플라즈마 이온증착이 가능한 합성섬유원료를 사용할 수도 있다.
상기와 같은 방법으로 제조된 은 및 이산화티탄 함유 폴리에스테르 원사를 가지고 은 및 이산화티탄의 함량 테스트와 항균테스트를 실시하였다. 여기서, 함량 테스트는 ICP-OES(유도 결합 플라스마 - 광학 발광 분광기)로 분석하였으며 은 및 이산화티탄의 함량은 각각 135.0 mg/kg와 112mg/kg이 함유되어 있다. 상기의 은나노 및 이산화티탄이 함유된 폴리에스테르 원사 항균력을 측정하기 위하여 항균시험을 아래< 표1 > 에서와 같이 항균력 테스트를 하였으며, 20시간 동안 증식시킨 결과를 적용한 시험구에서는 균주의 경우 99.9%, 감소하였고, 50회 세탁후에는 45%의 정균감소율을 보인다. 반면 은나노 및 이산화티탄을 포함하지 않은 폴리에스테르 원사를 사용한 경우에는 균의 수가 증가함을 확인하였다.
| 항균력테스트 Shake Flask법(KSM 0146-2003). 포도상구균 |
항목 | blank | 은 나노 및 이산화티탄 함유 항균성 폴리에스테르원사 |
| 초기균수 | 1.3X 105 | 1.3X 105 | |
| 20시간 후 | 3.2 X 106 | <10 | |
| 20시간후 정균감소율 | - | 99.9% | |
| 50회 세탁후 정균 감소율 | 45% |
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
Claims (4)
- 은나노 및 이산화티탄을 함유한 항균성 침구류 섬유의 제조방법에 있어서,
폴리에스테르 칩 100~140kg을 초기압력 10-1~10-6torr의 진공 챔버에 로딩하는 단계;
스퍼터링에 입자크기 0.3㎛~0.4㎛의 은 및 이산화티탄을 타겟으로써 장착하는 단계;
스퍼터링 가스로써 아르곤 가스를 진공 챔버의 압력이 100²torr될 때까지 주입하는 단계;
상기 은과 이산화티탄 타겟에 -500∼-5000V의 높은 부전압을 걸어 음극으로 만드는 단계;
500eV, 1㎃/㎠ 인 이온빔을 경사지게 입사시켜 방출되는 상기 타겟 이온이 상기 폴리에스테르 칩에 응착되는 단계; 및
상기 폴리에스테르 칩에 대한 상기 은 및 이산화티탄의 함량이 0.5~1.0중량% 증착시켜 마스터배치 칩을 제조하는 단계;
폴리에스테르 원사와 상기 마스터배치 칩을 혼합하여 사속 3,000m/min~3,500m/min의 속도로 폴리에스테르 원사를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 은 및 이산화티탄 입자가 진공증착된 항균성 폴리에스테르 원사를 제조하는 단계; 및
상기 폴리에스테르 원사로 은나노 및 이산화티탄을 함유한 항균성 침구류 섬유의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 은 및 이산화티탄의 입자크기는 0.30㎛~0.35㎛인 것을 특징으로 하는 은나노 및 이산화티탄을 함유한 항균성 침구류 섬유의 제조방법. - 삭제
- 제1항 또는 제2항에 의해 제조된 은 및 이산화티탄을 함유하는 항균성 침구류 섬유.
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