KR101398007B1

KR101398007B1 - 게르마늄과 이산화규소를 함유한 전기방사 복합나노섬유 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101398007B1
Application number: KR1020110143838A
Authority: KR
Inventors: 이승신; 정지희
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2014-05-28
Also published as: KR20130075466A

Abstract

본 발명은 전기방사공정을 통해 폴리 비닐 알콜에 게르마늄과 산화규소 나노입자를 첨가하여, 특정 방사조건 및 최적의 열처리 조건에서 제조되며, 우수한 원적외선 방사율 및 항균 성능을 가지는 Ge/SiO₂ 복합나노섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유 제조방법은, 혼합용액 100 중량부에 대하여 Ge 콜로이드 0.1 내지 5 중량부와 SiO₂ 콜로이드 0.1 내지 5 중량부를 혼합하여 80 °C의 온도에서 2 시간 동안 교반시키는 제1단계; 제1단계 후, 혼합액에 나노입자 혼합용액 100 중량부에 대하여 폴리비닐알코올 1 내지 20 중량부를 첨가하여 PVA 수용액을 제조하고, 상기 PVA 수용액를 80 °C의 온도에서 6 시간 동안 용해시킨 후, 상온에서 식히는 제2단계; 제2단계 후, 니들게이지 23 내지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15 내지 18 kV, 방사거리 13 cm 으로 전기방사하되, 직물 위에 방사시켜 적층되도록 전기방사하는 제3단계; 제3단계 후, 진공상태에서 150 내지 210 °C, 5 분 내지 1 시간 동안 열처리하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

게르마늄과 이산화규소를 함유한 전기방사 복합나노섬유 및 그 제조방법{Fabrication of electrospun nanocomposite fibers containing germanium and silica}

본 발명에서는 전기방사공정을 통해 폴리 비닐 알콜(poly vinyl alcohol, PVA)에 게르마늄과 산화규소 나노입자를 첨가하여, 특정 방사조건 및 최적의 열처리 조건에서 제조된 Ge/SiO₂ 복합나노섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.

의복에 있어서의 건강 및 쾌적 소재는 보온성 소재, 흡수흡한소재, 투습방수소재, 소취소재, 항미생물소재 등으로 분류할 수 있는데, 최근 세라믹을 섬유에 적용하여 원적외선을 방출하는 소재 등을 개발하는 시도가 활발하다.

원적외선은 파장이 4~1000μm의 범위로 피부 깊숙히 침투하여 열로 바뀌는데 이러한 흡수작용은 5~30μm의 파장대에 밀집되어 있다. 진동수 파장이 인체에 흡수되면, 생체 안에서 원자와 분자가 공진운동을 일으키며 열에너지로 변해 각 세포가 활성화되어 대사가 촉진되며 기본적으로 게르마늄, 산화규소, 맥반석 등에서 원적외선이 많이 방출되는 것으로 알려져 있다.

기존의 상품화 되어있는 원적외선 소재는 몸을 내부로부터 따뜻하게 하여 혈액이 원활하게 흐르게 하고 신진대사를 촉진시키는 용도로 개발되었고 이는 세라믹을 원단에 코팅하거나 라미네이팅 하는 방법으로 내의, 침구류, 양말 등에 적용되어 시판되고 있다(국내 등록특허공보 제10-0475498호 참조). 하지만 이들 제품은 세탁 후 코팅의 손상으로 그 성능이 저하되거나 내구성과 촉감 면에서 다소 부족함이 있다.

게르마늄(Germanium, Ge)은 내열성이 우수하고 저열팽창성의 특성을 가지고 있으며, 다른 산화물보다 높은 원적외선을 방사하는 것으로 알려져 있어 원적외선 방사 재료로써 많은 연구에 사용되고 있으며, 게르마늄이 피부에 접촉하면 게르마늄 이온이 체내에 들어가 공명, 공진운동을 하며 섭취 시에도 각종 유해물질과 함께 20~30 시간 안에 몸 밖으로 배출되므로 중독이나 부작용이 전혀 없다. 또한 게르마늄은 탈취, 항곰팡이, 제습, 공기정화, 온열 등의 기능을 한다(국내등록특허 제10-0448575호, 국내 공개특허공보 특2002-0083540호 참조).

산화규소(Silicon dioxide, SiO₂)는 규소의 산화물로 실리카(silica) 라고도 하며 원적외선을 방출하는 것으로 잘 알려진 뮬라이트(mullite), 근청석, 황토 등의 주요 구성요소로 사용된다. 적은 양으로도 많은 양의 원적외선을 방출하는 효능을 가지며 값도 저렴하다. 비결정성 실리카는 인체 발암성이 없는 것으로 평가되어 화장품의 주된 원료로 사용되며, 인체에 유해성은 알려진 바 없다.

전기방사 나노섬유 웹은 기공이 매우 작고 표면적이 넓어 섬유 내부에 기능성 입자를 첨가하여 기능성을 부여할 경우 그 성능을 극대화시킬 뿐만 아니라 매우 얇고 유연하며 초경량이다. 전기방사 나노섬유 웹은 보호복이나 필터, 센서 등에 적용이 가능하며 가볍고 얇고 유연한 기능성 소재로 의류에 적용될 수 있다.

일반적으로, 전기방사는 충분한 점도를 지닌 고분자용액이나 용융체가 정전기력을 부여 받을 때 섬유가 형성되는 현상을 말하며, 나노섬유는 매우 가는 직경을 가지고 있고 유연하며 섬유간 미세기공이 많아 인체로부터 발생하는 땀, 수분 배출을 저해하지 않는다. 그러므로, 전기방사는 극세섬유를 쉽고 비교적 간단한 공정으로 제조할 수 있어 고분자와 세라믹, 고분자와 기능성 입자를 혼합하여 기능성 복합재료를 제조하는 데에 활용되고 있다(정지희, 연세대 석사학위논문, Ge/SiO2를 함유한 전기방사 복합나노섬유의 제조 및 원적외선 방사특성, 2011년 06월, 참조).

게르마늄과 산화규소 나노입자를 나노섬유 내에 봉입하여 원적외선 성능을 부여한다면, 건강을 위한 의류소재로 노인, 환자복 등의 의류에 적용될 수 있으며, 무릎이나 관절을 감싸는 보호대, 붕대 등의 의료용품에 적용될 수 있을 것이다. 특히 내의에 적용이 된다면 피부와 소재가 밀착되어 피부온도에 의해 원적외선의 성능이 극대화 되는데 도움을 줄 것이다. 또한 속옷은 땀이 많이 배출되기 때문에 항균성이 필요한 의류로써 원적외선 방출 성능에 항균성이 부여된다면 건강과 쾌적성을 동시에 만족하는 새로운 기능성 의류로 활용 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에서는 전기방사공정을 통해 PVA에 게르마늄과 산화규소 나노입자를 봉입하여 Ge/SiO₂ 복합나노섬유 및 그 제조방법을 제안한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 전기방사공정을 통해 PVA에 게르마늄과 산화규소 나노입자를 봉입하여 Ge/SiO₂ 복합나노섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 전기방사를 통하여 기능성 입자가 균일하게 분산된 복합나노섬유를 생산할 수 있는 최적의 전기방사 공정조건에서 제조된 Ge/SiO₂ 복합나노섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는, Ge과 SiO₂ 기능성 입자가 균일하게 분산된 PVA 복합나노섬유를 생산할 수 있는 최적의 전기방사 공정조건으로 니들게이지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15~17 kV, 방사거리 13 cm 로 전기방사하는 것을 통해 제조된 Ge/SiO₂ 복합나노섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 수용성 PVA 복합나노섬유의 수분에 대한 안정성을 높이기 위해 열처리를 실시하되, 최적의 열처리 조건에서 제조된 Ge/SiO₂ 복합나노섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 수용성 PVA 복합나노섬유의 수분에 대한 안정성을 높이기 위한 최적의 열처리 조건으로 210 ℃의 진공상태에서 30 분 동안 열처리를 통해 제조된 Ge/SiO₂ 복합나노섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는, Ge/SiO₂ 복합나노섬유의 농도에 따른 원적외선 방사율에 있어서 우수한 원적외선 방사율이 발휘되는 최적 조건에서 제조된 Ge/SiO₂ 복합나노섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 우수한 원적외선 방사성능을 가지며 또한 항균 성능을 가진 Ge/SiO₂ 복합나노섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유를 제조하는 방법에 있어서, 게르마늄 콜로이드와 이산화규소 콜로이드를 혼합한 혼합액에, 폴리 비닐 알콜(PVA)를 첨가시켜 제조된, 게르마늄 및 이산화규소의 PVA 수용액을 전기방사시키는 것을 특징으로 한다.

상기 게르마늄 콜로이드와 이산화규소 콜로이드를 혼합한 혼합액은 고분자/나노입자 혼합용액 100 중량부에 대하여 폴리비닐알코올 1 내지 20 중량부, Ge 콜로이드 0.1 내지 5 중량부와 SiO₂ 콜로이드 0.1 내지 5 중량부를 혼합하여 이루어진다.

상기 게르마늄 및 이산화규소의 PVA 수용액은 80 °C의 온도에서 6 시간 동안 교반된다.

상기 게르마늄 및 이산화규소의 PVA 수용액을 전기방사 시에, 니들게이지 23 내지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 방사거리 13 cm으로 전기방사하되, 100% 폴리프로필렌 부직포 위에 방사시켜 적층되도록 전기방사한다.

상기 게르마늄 및 이산화규소의 PVA 수용액을 전기방사 시에, 니들게이지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 방사거리 13 cm, 전압 15~17kV로 전기방사한다.

상기 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유는 진공상태에서 150 내지 210 °C, 5분 내지 1 시간 동안 열처리한다.

또한 본 발명의 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유 제조방법은, 혼합용액 100 중량부에 대하여 Ge 콜로이드 0.1 내지 5 중량부와 SiO₂ 콜로이드 0.1 내지 5 중량부를 혼합하여 80 °C의 온도에서 2 시간 동안 교반시키는 제1단계; 제1단계 후, 혼합액에 나노입자 혼합용액 100 중량부에 대하여 폴리비닐알코올 1 내지 20 중량부를 첨가하여 고분자/나노입자 혼합용액(PVA 수용액)을 제조하고, 상기 고분자/나노입자 혼합용액을 80 °C의 온도에서 6 시간 동안 교반시킨 후, 상온에서 식히는 제2단계; 제2단계 후, 니들게이지 23 내지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15 내지 18 kV, 방사거리 13 cm 으로 전기방사하되, 100% 폴리프로필렌 부직포 위에 방사시켜 적층되도록 전기방사하는 제3단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

제3단계 후, 진공상태에서 150 내지 210 °C, 5 분 내지 1 시간 동안 열처리하는 제4단계;를 더 포함한다.

제3단계에서, 니들게이지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15 내지 17 kV, 방사거리 13 cm 로 전기방사한다.

제4단계에서 210 ℃의 진공상태에서 30 분 동안 열처리한다.

니들게이지의 내경은 0.15 내지 0.33 mm 이다.

또한, 본 발명은 제1항 내지 제13항의 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유 제조 방법으로 제조된 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유를 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 고분자/나노입자 혼합용액 100 중량부에 대하여 Ge 콜로이드 0.1 내지 5 중량부와 폴리비닐알코올 1 내지 20 중량부를 혼합한 PVA 수용액을 만들고, 80 °C의 온도에서 6 시간 동안 완전히 용해시킨 후 상온에서 식히는 제1단계; 제1단계 후, 니들게이지 23~27 gauge, 용액 펌프 속도 0.2~0.4 ml/hr, 전압 12∼18 kV, 방사거리 13 cm로 전기방사하되, 100% 폴리프로필렌 부직포 위에 방사시켜 적층되도록 전기방사하는 제2단계;를 포함하여 이루어진 게르마늄을 함유한 복합나노섬유 제조방법을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 고분자/나노입자 혼합용액 100 중량부에 대하여 SiO₂ 콜로이드 0.1 내지 5 중량부와 폴리비닐알코올 1 내지 20 중량부를 혼합하여 PVA수용액을 만들고, 상기 PVA 수용액을 80 °C의 온도에서 6 시간 동안 완전히 용해시킨 후 상온에서 식히는 제1단계; 제1단계 후, 니들게이지 23~30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 12∼18 kV, 방사거리 13 cm으로 전기방사하되, 직물 위에 방사시켜 적층되도록 전기방사하는 제2단계; 를 포함하여 이루어진 이산화규소를 함유한 복합나노섬유 제조방법을 특징으로 한다.

게르마늄을 함유한 복합나노섬유 제조방법 및 이산화규소를 함유한 복합나노섬유 제조방법에서, 제2단계 후, 진공상태에서 150 내지 210 °C, 5 분 내지 1 시간 동안 열처리하는 제3단계;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 전기방사공정을 통해 PVA에 게르마늄과 산화규소 나노입자를 봉입하여 Ge/SiO₂ 복합나노섬유 및 그 제조방법을 제공하여, 복합나노섬유웹이 원적외선 방사성능과 항균 성능을 구비함으로써 건강 및 쾌적 텍스타일로서 사용될 수 있다.

특히 본 발명의 Ge/SiO₂ 복합나노섬유는 보호복이나 필터, 센서 등으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 노인복, 환자복, 운동복, 군복 등의 의류에 적용될 수 있으며, 무릎이나 관절을 감싸는 보호대, 붕대 등의 의료용품에 적용될 수 있을 것이다. 특히, 내의, 보정 속옷에 적용이 된다면 피부와 소재가 밀착되어 피부온도에 의해 원적외선의 성능이 극대화 되는데 도움이 되며, 또한 속옷은 땀이 많이 배출되기 때문에 항균성이 필요한 의류로써 원적외선 방출 성능에 항균성능이 함께 부여되어, 건강과 쾌적성을 동시에 만족한다.

또한 본 발명은, 전기방사를 통하여 기능성 입자가 균일하게 분산된 복합나노섬유를 생산할 수 있는 최적의 전기방사 공정조건과, 수용성 PVA 복합나노섬유의 수분에 대한 안정성을 높이기 위한 열처리에서, 최적의 열처리 조건을 제공하여, Ge과 SiO₂ 기능성 입자가 균일하게 분산된 PVA 복합나노섬유를 생산하되, 보다 가늘고 균일한 나노섬유를 얻을 수 있으며, 세탁환경 후에도 섬유의 형태가 그대로 유지되게 하였다.

특히, 본 발명에서 제안된 Ge과 SiO₂ 기능성 입자가 균일하게 분산된 PVA 복합나노섬유를 생산할 수 있는 최적의 전기방사 공정조건은 니들게이지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15~17 kV, 방사거리 13 cm 로서, 이를 통해, Ge/SiO₂ 복합나노섬유의 직경은 약 250 nm로 가늘고 균일한 나노섬유를 얻을 수 있었다.

또한, 본 발명의 Ge/SiO₂ 복합나노섬유에서, 수용성 PVA 복합나노섬유의 수분에 대한 안정성을 높이기 위해, 210 ℃ 에서 30 분간 열처리된 복합나노섬유를 제조하였으며, 실험을 통해 교반이 동반된 세탁환경 후에도 섬유의 형태가 유지됨을 확인하였다.

또한, 본 발명은, Ge/SiO₂ 복합나노섬유의 농도에 따른 원적외선 방사율에 있어서 우수한 원적외선 방사율이 발휘되는 최적 조건에서 제조되도록 하였으며, 우수한 원적외선 방사성능을 가지며 또한 항균 성능을 가진 Ge/SiO₂ 복합나노섬유 및 그 제조방법을 제공하였다.

본 발명의 Ge/SiO₂ 복합나노섬유에 있어서, Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%를 함유한 복합나노섬유는 0.891의 원적외선 방사율과 3.44×10² W/m²로 우수한 원적외선 방사성능이 있으며, 그리고 본 발명의 Ge/SiO₂ 복합나노섬유는 황색포도상구균, 폐렴간균, 대장균에 대한 항균 성능을 구비하고 있다.

본 발명에 의해 제조된 Ge/SiO₂ 복합나노섬유를 검증하기 위해, 전기방사된 Ge/SiO₂ 복합나노섬유의 형태와 직경 및 나노입자 분산정도를 관찰하기 위해 주사전자현미경과 투과전자현미경을 사용하였다. Ge/SiO₂ 복합나노섬유의 원적외선 방사성능을 알아보기 위해 퓨리에 변환 적외선 분광계(Fourier Transform Infrared Spectrometer)(FT-IR)을 사용하여 원적외선 방사율과 방사에너지를 구하였다. 또한 복합나노섬유의 항균성능을 평가하기 위해 황색포도상구균, 폐렴간균, 대장균 등 총 세 가지 균주에 대하여 항균성능을 측정하였다.

그 결과, Ge과 SiO₂ 기능성 입자가 균일하게 분산된 PVA 복합나노섬유를 생산할 수 있는 최적의 전기방사 공정조건은 니들게이지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15~17 kV, 방사거리 13 cm 로 나타났다. Ge/SiO₂ 복합나노섬유의 직경은 약 250 nm로 가늘고 균일한 나노섬유를 얻을 수 있었다.

수용성 PVA 복합나노섬유의 수분에 대한 안정성을 높이기 위해 열처리를 한 시료를 1 시간 동안 물에 침지하여 건조시킨 후 섬유 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 순수 PVA 나노섬유 웹은 155 ℃의 진공상태에서 10 분간 열처리하였을 때 섬유형태의 변화가 없었고, Ge/SiO₂/PVA 나노섬유 웹은 210 ℃의 진공상태에서 30 분 동안 열처리 되었을 때 나노섬유의 형태변화가 없음을 확인할 수 있었다. 210 ℃ 에서 30 분간 열처리된 복합나노섬유는 교반이 동반된 세탁환경 후에도 섬유의 형태가 유지되었다.

게르마늄과 산화규소 나노입자를 첨가한 복합나노섬유의 원적외선 방사성능을 살펴보기 위해 Ge과 SiO₂의 첨가농도에 따른 원적외선 방사율과 방사에너지를 측정하였다. Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%를 함유한 복합나노섬유는 0.891의 원적외선 방사율과 3.44×10² W/m²로 우수한 원적외선 방사성능이 있음을 나타냈다.

우수한 원적외선을 방사하는 복합나노섬유의 최적조건인 Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%, 웹 밀도가 5.55 g/m² 일 때 황색포도상구균과 대장균에 대해 99.9%의 균 감소율을 보였다. 반면 같은 조건에서 폐렴간균에 대해서는 34.8 %의 균 감소율을 나타냈다.

도 1은 Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유를 제조하기 위한 최적의 공정조건을 찾기 위해 다양한 조건으로 전기방사된 나노섬유 웹의 예이다.
도 2는 Ge 0.5 wt%, SiO₂ 1 wt%가 첨가된 Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유의 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과의 예이다.
도 3a는 Ge 0.5 wt%, SiO₂ 1 wt%를 함유한 PVA 복합나노섬유의 내부를 투과전자현미경(TEM)을 통해 관찰한 결과의 일예이다.
도 3b는 에너지 분산형 X-ray 분석기를 통해 복합나노섬유의 성분을 분석한 결과의 예이다.
도 4는 18 ℃ 물에 한 시간 동안 침지 후 건조시킨 나노섬유 웹의 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과의 일예이다.
도 5는 교반이 동반된 세탁환경시 수분에 대한 안정성을 알아보기 위한 실험결과의 일예이다.
도 6은 복합나노섬유의 원적외선 방사율을 그래프로 나타낸 것이다.
도 7은 복합나노섬유의 방사에너지를 흑체의 방사에너지와 함께 나타낸 그래프이다.
도 8은 Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%를 함유한 시료의 황색포도상구균, 폐렴간균, 대장균에 대한 항균 성능 시험 결과의 일예이다.
도 9는 Ge/PVA 복합나노섬유를 제조하기 위한 최적의 공정조건을 찾기 위해 다양한 조건으로 전기방사된 나노섬유 웹의 예이다.
도 10은 SiO₂/PVA 복합나노섬유를 제조하기 위한 최적의 공정조건을 찾기 위해 다양한 조건으로 전기방사된 나노섬유 웹의 예이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 의한 Ge/SiO₂ 복합나노섬유 및 그 제조방법을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 게르마늄 복합나노섬유, 산화규소 복합나노섬유, 게르마늄 및 산화규소 복합나노섬유를 제조하며, 게르마늄 콜로이드는 희석없이 농도 0.5 wt%를 그대로 사용하였고, 산화규소의 경우 20 wt%를 희석하여 게르마늄과 동일한 0.5 wt%의 방사용액을 제조하였고, 원적외선 방사 성능 결과에 따라 첨가농도를 증가시켰다.

이하, 본 발명에서 전기방사를 하기 위해 Poly(vinyl alcohol)(PVA)(>99% hydrolyzed, Mw=89,000-98,000, Sigma Aldrich Co., USA)를 고분자로 선택하였고 용매로는 증류수를 사용하였으며, 게르마늄(Germanium)(Ge)은 Nanopoly Co.(Korea)에서 제조한 액상 형태의 water-based Ge(0.5 wt%)을 사용하며, 산화규소(Silicon dioxide)(SiO₂) 또한 Nanopoly Co.(Korea)에서 제조한 액상 형태의 water-based SiO₂(pH. 3~4, 20 wt%)를 사용하나, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, PVA, Ge, SiO₂로 다양한 시판 재료를 사용할 수 있음을 밝혀둔다.

또한 본 발명에서 전기방사를 위한 장치는 40 cm 거리에서 왕복운동을 하는 수직 전기방사기(NNC-ESP200R2, NanoNC Co., Korea)를 사용하되, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 시판되는 다른 전기방사기를 사용 가능함을 밝혀둔다.

<Ge와 SiO₂ 복합나노섬유>

본 발명의 일 실시예에 의한 Ge와 SiO₂ 복합나노섬유의 제조에 대해서 설명한다.

제1단계로, Ge/SiO₂/PVA 혼합용액을 제조하기 위해서, 먼저 0.5 wt% Ge 콜로이드와 1 wt% SiO₂ 콜로이드를 혼합하여 80 °C의 온도에서 2 시간 동안 교반시킨다.

제2단계로, 제1단계 후, 혼합액에 11 wt%의 PVA 파우더를 첨가하여 PVA 수용액을 제조하고, 이를 80 °C의 온도에서 6 시간 동안 완전히 용해시킨 후, 상온에서 식힌다.

제3단계로, 제2단계 후, 니들게이지 23~30 gauge(내경 0.15~0.33 mm), 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15~18 kV, 방사거리 13 cm 으로 전기방사하되, 직물 위에 방사시켜 적층되도록 전기방사한다. 이렇게 함으로써 나노섬유의 강도가 보완된다. 상기 직물로 100% 폴리프로필렌 부직포를 사용가능하며, 그 이외의 다른 직물도 사용가능하다.

보다 바람직하게는, 제3단계에서 니들게이지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15~17 kV, 방사거리 13 cm 로 전기방사한다.

전기방사 후 열처리를 할 경우, 제4단계로, 제3단계 후, 수용성 고분자인 PVA 나노섬유의 수분에 대한 안정성을 높이기 위해 열처리를 실시하되, 진공상태에서 150~210 °C, 5분~1 시간 동안 진공상태에서 열처리한다.

보다 바람직하게는, 제4단계에서 210 ℃의 진공상태에서 30 분 동안 열처리한다.

전기방사 후 열처리를 안 할 경우, 제4단계로, 제3단계 후, 섬유 내 잔존 용매를 제거하기 위해 진공건조기를 사용하여 50 °C에서 24 시간 동안 건조시킨다. 제4단계의 공정은 잔존용매 증발을 위한 단순한 건조과정으로, 경우에 따라서 제4단계 공정은 제외(삭제) 가능하다.

도 1은 Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유를 제조하기 위한 최적의 공정조건을 찾기 위해 다양한 조건으로 전기방사된 나노섬유 웹의 예이다.

도 1에서는, 11 wt% PVA 수용액에 액상 형태의 Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%를 첨가하여 전기방사 하되, 니들게이지 23~30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15~18 kV, 방사거리 13 cm의 범위에서 전기방사하였으며, 다양한 조건으로 방사된 Ge/SiO₂/PVA 나노섬유 웹을 주사전자현미경으로 관찰한 것이다. 도 1의 (a)는 니들게이지 23 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 18 kV, 방사거리 13 cm의 방사조건으로 전기방사한 것으로 비드가 관찰되었다. 도 1의 (b)는 니들게이지 25 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 16~18 kV, 방사거리 13 cm의 방사조건으로 전기방사한 것으로 방사용액이 떨어져 섬유가 들러붙은 형태를 볼 수 있다. 도 1의 (a)와 (b)의 조건에서 전기방사시 방사구의 막힘 현상이 일어났고, 이러한 공정상의 어려움으로 방사구의 직경을 줄여서 니들게이지 27, 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15~18 kV, 방사거리 13 cm로 전기방사한 결과 원활하게 전기방사가 진행되었다. 도 1의 (c)는 니들게이지 27 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15~18 kV, 방사거리 13 cm의 방사조건으로 전기방사한 결과이며, 약 250 nm 직경의 보다 가늘고 균일한 나노섬유를 관찰할 수 있었지만 일부 섬유에서 비드 또는 스핀들이 형성된 것을 확인할 수 있다. 도 1의 (d)는 니들게이지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15~17 kV, 방사거리 13 cm의 조건으로 전기방사한 것으로, 비드 없이 약 250 nm의 직경을 가진, 보다 균일한 나노섬유를 얻을 수 있었다. 동일배율의 도 1의 (a)~(d)를 비교해 볼 때 니들게이지가 클수록, 즉 방사구 크기가 작아질수록 섬유의 직경이 줄어드는 것을 알 수 있다. 따라서 Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유를 위한 최적의 방사조건은 니들게이지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15~17 kV, 방사거리 13 cm로 나타났다.

다음은 도 1의 (d)의 최적 방사조건으로부터 얻어진 Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유의 표면을 관찰하여 Ge와 SiO₂의 입자가 균일하게 분산되어 있는지 주사전자현미경(SEM)을 통해 관찰하고, 그 입자들이 섬유 내부에 골고루 퍼져있는지 관찰하기 위해 투과전자현비경(TEM)을 사용하였다. 그리고 섬유 내부의 입자들의 성분을 확인하기 위해 에너지 분산형 X-ray 분석기(EDX)를 사용하였다.

도 2는 Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%가 첨가된 Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유의 표면을 주사전자현미경으로 2만 배의 배율에서 관찰한 결과이다. 복합나노섬유의 직경은 약 250 nm이고 나노입자들이 섬유 표면에 뭉치지 않고 고르게 분산되어 있는 것을 볼 수 있다.

도 3a는 Ge 0.5 wt%, SiO₂ 1 wt%를 함유한 PVA 복합나노섬유의 내부를 투과전자현미경(TEM)을 통해 관찰한 것이며, 도 3b는 에너지 분산형 X-ray 분석기(EDX)를 통해 복합나노섬유의 성분을 분석한 결과이다. 도 3a는 섬유 표면에 분산되어 있는 나노입자를 선명하게 보여주며, 섬유 내부에도 Ge, SiO₂ 나노입자들이 분산되어 있음을 볼 수 있다. 섬유 내부의 입자들의 성분을 분석한 결과, 도 3b의 스팩트럼에서 볼 수 있듯이 SiO₂의 원소성분인 Si와 게르마늄의 원소성분 Ge를 확인할 수 있다.

다음은 본 발명에서 안전하고 인체에 무해한 열처리를 통하여 Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유를 안정화시키기 위한 실험을 수행하였다.

도 4는 18 ℃ 물에 한 시간 동안 침지 후 건조시킨 나노섬유 웹의 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과로, 도 4의 (a)는 열처리하지 않은 PVA 나노섬유와, 도 4의 (b)는 열처리 후 PVA 나노섬유를 보여주고 있으며, 도 4의 (c)는 열처리 후 Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유의 섬유 표면을 관찰한 것이다.

열처리 하지 않은 시료인 도 4의 (a)는 섬유의 형태를 알아 볼 수 없을 정도로 변형된 모습이었고, 열처리된 PVA 나노섬유 웹인 시료인 도 4의 (b)는 나노섬유의 형태가 변형되지 않고 안정된 모습을 볼 수 있었다. 이처럼 PVA 나노섬유 웹은 155 ℃의 진공 건조기에서 10 분간 열처리 하였을 때 안정된 섬유형태를 나타냈다. 도 4의 (c)는 Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유를 165 ℃의 진공상태에서 한 시간 동안 열처리 후 물에 침지한 이후의 표면으로, 섬유 일부는 그 형태가 유지되어 있지만 일부는 변형된 것을 볼 수 있다. Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유의 최적의 열처리 조건을 찾기 위해서, 온도를 170 ℃ 이상으로 높여 열처리를 실시하였다. 도 4의 (d)는 210 ℃에서 30 분간 열처리한 후 습윤환경에 노출된 이후의 표면 사진으로 섬유의 형태가 유지되었음을 관찰할 수 있다. 따라서 Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유의 열처리 최적 조건은 210 ℃에서 30 분의 조건임을 알 수 있다.

도 5는 교반(agitation)이 동반된 세탁환경시 수분에 대한 안정성을 알아보기 위한 실험결과의 일예이다.

도 5는, 교반(agitation)이 동반된 세탁환경시 수분에 대한 안정성을 알아보기 위해, 210 ℃에서 30 분간 열처리 한 Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유를 15 분간 세탁한 이후의 표면사진이다. 그 결과, 섬유의 형태에 변화가 없는 것으로 나타났다. 따라서 Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유를 210 ℃에서 30 분간 열처리 시, 세탁 후에도 섬유형태가 유지됨을 알 수 있다.

다음은 본 발명의 복합나노섬유의 원적외선 방출성능에 대한 실험에 대해 설명한다.

Ge과 SiO₂의 비율을 1:1로 정하여 Ge 0.5 wt%, SiO₂ 0.5 wt%를 첨가하여 실험한 결과, 0.888의 방사율, 3.42×10² W/m²의 방사에너지를 나타냈으며, 시판되는 원적외선 방사 기능성 속옷 제품의 방사율인 0.891을 목표치로 하여, SiO₂의 농도를 1 wt%로 높여 재실험 하였다. Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%를 혼합하여 복합나노섬유를 제작하기 전, SiO₂ 1 wt%만 첨가한 복합나노섬유의 원적외선 방사율을 측정한 결과 0.890의 방사율과 3.43×10² W/m²를 나타냈고, Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt% 복합나노섬유의 원적외선 방사율은 0.891, 방사에너지는 3.44×10² W/m²로 시판 제품의 방사율 및 방사에너지와 일치한다. 따라서 효과적인 원적외선 방사율을 발휘하는 Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유의 최적 조건은 Ge 0.5 wt%, SiO₂ 1 wt%, 웹 밀도 5.55 g/m²로, 이때 원적외선 방사율 0.891, 원적외선 에너지 3.44×10² W/m² 를 나타내었다.

도 6은 복합나노섬유의 원적외선 방사율을 그래프로 나타낸 것이다. 도 6은 인체에 가장 흡수율이 높은 파장범위 5~20 ㎛의 파장범위에서의 방사율로, 폴리프로필렌 기반직물의 수치가 전체적으로 가장 낮게 나타났다. Ge을 0.5 wt% 함유한 복합나노섬유가 10~14 ㎛의 파장 구간에서 높은 방사율을 보인 것을 제외하고는, 대체적으로 Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유가 높은 방사율을 나타냈다.

도 7은 복합나노섬유의 방사에너지를 흑체의 방사에너지와 함께 나타낸 그래프이다. 폴리프로필렌 기반직물의 수치가 흑체의 수치와 가장 큰 차이를 보였으며 Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%를 함유한 PVA 복합나노섬유의 방사에너지는 흑체의 수치에 가장 근접하여 시료들 중 가장 높은 원적외선 방사에너지를 방출하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 Ge와 SiO₂ 나노입자의 농도가 원적외선 방사성능에 영향을 미치는 것을 알 수 있으며, Ge/SiO₂/PVA 복합나노섬유가 원적외선 방사 기능성 소재로 활용이 가능함을 제시한다.

다음은 본 발명의 복합나노섬유의 항균 성능 실험에 대해서 설명한다.

본 발명의 항균 성능은 충분한 원적외선 성능이 나타난 Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%가 첨가된 복합나노섬유를 선택하여 실시하였다. 항균시험과정은 다음과 같다.

1단계로 시료를 분쇄하여 버퍼 용액이 든 삼각플라스크에 넣고 고온 및 고압에서 멸균시킨다.

2단계로, 균 배양액을 삼각플라스크에 첨가하여 37 ± 2 ℃의 온도에서 24 시간 동안 진동배양한다.

3단계로, 항균제 처리 시료와 균이 접촉하기 전 균 배양액 내의 균 수와, 24 시간 동안 진동배양 후 플라스크 안의 균 수를 측정하여, 시료와의 접촉에 따른 균 감소율을 측정한다.

다음 표는 Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%를 함유한 복합나노섬유의 황색포도상구균, 폐렴간균, 대장균에 대한 항균 성능을 정리한 표이다.

웹 밀도 5.55 g/m²일 때, 황색포도상구균에 대해 99.9%의 균 감소율을 보였고, 대장균에 대해서도 99.9 %의 균 감소율을 보였다. 폐렴간균에 대해서는 34.8 %의 균 감소율을 보여 황색포도상구균과 대장균에 비해 적은 항균성능을 나타냈다.

도 8은 Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%를 함유한 시료의 황색포도상구균, 폐렴간균, 대장균에 대한 항균 성능을 사진으로 확인한 것이다.

도 8의 (a1) 및 (a2)는 황색포도상구균에 대한 항균 성능을 시험한 사진으로, 도 8의 (a1)은 Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%를 함유한 시료와 접촉하기 전의 균액을 추출하여 페트리 접시에서 일정한 시간 동안 진동배양한 후의 사진이고, 도 8의 (a2)는 동일조건의 시료와 균을 24 시간 동안 진동배양한 후, 균액을 추출하여 페트리 접시에서 일정시간 동안 진동배양한 후의 사진이다. 도 8의 (a1)과 달리, 도 8의 (a2)의 사진에서는 페트리접시에서 균 콜로이드를 거의 찾아볼 수 없다.

도 8의 (b1) 및 (b2)는 폐렴간균에 대한 시험으로, 도 8의 (b1)은 Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%를 함유한 시료와 접촉하기 전의 균액을 추출하여 페트리 접시에서 일정시간 동안 진동배양한 사진이고, 도 8의 (b2)는 동일조건의 시료와 균액을 함께 24 시간 동안 진동배양한 후의 사진으로, 도 8의 (b1)보다 균수가 크게 줄지 않은 것을 확인할 수 있다.

도 8의 (c1) 및 (c2)는 동일조건의 시료를 대장균에 대해 시험한 사진으로, 도 8의 (c1)은 Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%의 시료와 접촉하기 전의 균액을 추출하여 페트리 접시에서 일정시간 동안 진동배양한 사진이고, 도 8의 (c2)는 Ge 0.5 wt%와 SiO₂ 1 wt%를 함유한 시료와 균액을 함께 24 시간 동안 진동배양한 후의 사진이다. 도 8의 (c1)의 페트리 접시에 있는 균이 도 8의 (c2)의 사진에서는 대부분 사라진 것을 볼 수 있다. 정량적 수치뿐 아니라, 도 8를 통해서도 Ge/SiO₂ 복합나노섬유가 황색포도상구균과 대장균에 대해서는 우수한 항균성능을 발휘함을 알 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 의한 Ge 복합나노섬유의 제조에 대해서 설명한다.

제1단계로, Ge/PVA 혼합용액을 제조하기 위해서, 먼저 콜로이드 상태의 0.5 wt% Ge 용액에 PVA 파우더를 첨가해 11 wt%의 PVA 수용액을 제조하고, 80 °C의 온도에서 6 시간 동안 완전히 용해시킨 후 상온에서 식힌다.

제2단계로, 제1단계 후, 니들게이지 23~27 gauge(내경 0.20~0.33 mm), 용액 펌프 속도 0.2~0.4 ml/hr, 전압 12~18 kV, 방사거리 13 cm 로 전기방사하되, 직물 위에 방사시켜 적층되도록 전기방사한다. 여기서 직물은 100% 폴리프로필렌 부직포를 사용할 수 있으며, 기타 다른 직물을 사용할 수도 있다.

보다 바람직하게는, 제2단계에서 니들게이지 25 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 16 kV, 방사거리 13 cm로 전기방사한다.

전기방사 후 열처리를 할 경우, 제3단계로, 제2단계 후, 수용성 고분자인 PVA 나노섬유의 수분에 대한 안정성을 높이기 위해 열처리를 실시하되, 진공상태에서 150~210 °C, 5분~1 시간 동안 진공상태에서 열처리한다.

전기방사 후 열처리를 안 할 경우, 제3단계로, 제2단계 후, 섬유 내 잔존 용매를 제거하기 위해 진공건조기를 사용하여 50 °C에서 24 시간 동안 건조시킨다. 제3단계의 공정은 잔존용매 증발을 위한 단순한 건조과정으로, 경우에 따라서 제3단계 공정은 제외(삭제) 가능하다.

도 9는 Ge/PVA 복합나노섬유를 제조하기 위한 최적의 공정조건을 찾기 위해 다양한 조건으로 전기방사된 나노섬유 웹의 예이다.

도 9에서는 11 wt% PVA 수용액에 액상 형태의 Ge을 0.5 % 첨가하여 Ge/PVA 복합나노섬유를 제조하여, 니들게이지 23~27 gauge, 용액 펌프 속도 0.2~0.4 ml/hr, 전압 14~18 kV, 방사거리 13 cm의 범위에서 전기방사하여, 방사된 나노섬유 웹을 주사전자현미경으로 관찰한 것이다. 도 9의 (a)는 니들게이지 23 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 14 kV, 방사거리 13 cm로 전기방사한 것으로 균일한 나노섬유를 얻을 수 있었지만, 방사구 끝에 방사용액이 방울로 맺혀 기반직물 위로 떨어지고 이 같은 현상이 지속되면서 방사구의 막힘 현상이 나타났다. 도 9의 (b)와 (c)는 이러한 방사구의 막힘 현상을 방지하기 위해 니들게이지를 27 gauge로 높이고 용액 펌프 속도를 0.4 ml/hr로 높여 방사한 사진으로 가늘고 균일한 나노섬유를 얻을 수 있었지만 비드와 스핀들(spindle)이 형성되었다. 도 9의 (d)는 앞서 나타난 문제점을 해결하기 위해 니들게이지 25 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 16 kV, 방사거리 13 cm의 방사조건으로 전기방사한 것으로 100~200 nm 직경의 보다 균일한 나노섬유를 얻을 수 있었고, 다른 조건들에 비해 방사구의 막힘 현상 없이 비교적 방사가 잘 이루어졌다. 따라서 Ge/PVA 복합나노섬유를 위한 최적의 방사조건은 니들게이지 25 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 16 kV, 방사거리 13 cm로 나타났다.

<SiO₂ 복합나노섬유>

본 발명의 다른 일 실시예에 의한 SiO₂ 복합나노섬유의 제조에 대해서 설명한다.

제1단계로, SiO₂/PVA 혼합용액을 제조하기 위해서, 먼저 증류수에 콜로이드 상태의 SiO₂를 0.5 wt%가 되도록 혼합하여 충분히 교반시킨 후, 11 wt%의 PVA 파우더를 첨가하고, 이를 80 °C의 온도에서 6 시간 동안 완전히 용해시킨 후 상온에서 식힌다.

제2단계로, 제1단계 후, 니들게이지 23~30 gauge(내경 0.15~0.33 mm), 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 12~20 kV, 방사거리 13 cm 으로 전기방사하되, 직물 위에 방사시켜 적층되도록 전기방사한다. 여기서 직물은 100% 폴리프로필렌 부직포를 사용할 수 있으며, 기타 다른 직물을 사용할 수도 있다.

전기방사 후 열처리를 할 경우, 제3단계로, 제2단계 후, 수용성 고분자인 PVA 나노섬유의 수분에 대한 안정성을 높이기 위해 열처리를 실시하되, 진공상태에서 150~210 °C, 5 분~1 시간 동안 진공상태에서 열처리한다.

도 10은 SiO₂/PVA 복합나노섬유를 제조하기 위한 최적의 공정조건을 찾기 위해 다양한 조건으로 전기방사된 나노섬유 웹의 예이다.

도 10에서는, 11 wt% PVA 수용액에 액상 형태의 SiO₂를 1 wt% 첨가하여 SiO₂/PVA 복합나노섬유를 제조하였으며, 니들게이지 23~30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 12~20 kV, 방사거리 13 cm의 범위에서 전기방사하였으며, 다양한 조건으로 방사된 SiO₂/PVA 복합나노섬유 나노섬유 웹을 주사전자현미경으로 관찰한 것이다. 도 10의 (a)는 니들게이지 23 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 17~20 kV, 방사거리 13 cm의 방사조건으로 전기방사한 것으로 비교적 균일한 나노섬유를 얻을 수 있었지만, 방사구 끝에 방사용액이 방울로 맺혀 기반직물 위로 떨어지고 이와 같은 현상이 지속되면서 방사구의 막힘 현상이 나타났다. 도 10의 (b)는 니들게이지를 25 gauge로 높여 전기방사한 것으로 도 10의 (a)와 같이 불균일한 섬유가 서로 들러붙어있는 형태를 볼 수 있다. 도 10의 (c)는 니들게이지를 27 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 12~16 kV, 방사거리 13 cm의 조건에서 전기방사한 것으로 약 300 nm 직경의 보다 가는 나노섬유를 얻을 수 있었다. 하지만 전기방사시 방사용액 방울이 떨어지는 현상이 일어나 섬유의 일부가 들러붙은 형태를 확인할 수 있고, 방사구의 막힘 현상이 일어나 이를 방지하기 위해 니들게이지를 높여 전기방사를 실시하였다. 도 10의 (d)는 방사구의 막힘 현상 없이 원활하게 전기방사되었으며 약 300 nm 직경의 균일한 나노섬유를 얻을 수 있었다. 따라서 SiO₂/PVA 복합나노섬유를 위한 최적의 공정조건은 니들게이지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 14~16 kV, 방사거리 13 cm 로 나타났다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 전기방사공정을 통해 PVA 수용액에 게르마늄과 산화규소 나노입자를 첨가하여 복합나노섬유를 제조하였으며, 본 발명의 복합나노섬유 웹은 원적외선 방사성능과 항균 성능을 구비한, 새로운 건강, 쾌적 텍스타일이다.

Claims

게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유를 제조하는 방법에 있어서,
게르마늄 콜로이드와 이산화규소 콜로이드를 혼합한 혼합액에, 폴리 비닐 알콜(PVA)를 첨가시켜 제조된, 게르마늄 및 이산화규소의 PVA 수용액을 전기방사시키는 것을 특징으로 하는 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유의 제조 방법.
제1항에 있어서,
게르마늄 콜로이드와 이산화규소 콜로이드를 혼합한 혼합액은, 게르마늄 콜로이드와 이산화규소 콜로이드를 혼합한 상기 혼합액 100 중량부에 대하여, 폴리비닐알코올 1 내지 20 중량부, Ge 콜로이드 0.1 내지 5 중량부와 SiO₂ 콜로이드 0.1 내지 5 중량부를 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유의 제조 방법.
제1항에 있어서,
게르마늄 및 이산화규소의 PVA 수용액은 80 °C의 온도에서 6 시간 동안 교반되는 것을 특징으로 하는 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 게르마늄 및 이산화규소의 PVA 수용액을 전기방사 시에,
니들게이지 23 내지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15∼17 kV, 방사거리 13 cm으로 전기방사하되, 직물 위에 방사시켜 적층되도록 전기방사하는 것을 특징으로 하는 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유의 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 게르마늄 및 이산화규소의 PVA 수용액을 전기방사 시에,
니들게이지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 방사거리 13 cm, 전압 15∼17 kV로 전기방사하는 것을 특징으로 하는 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유는 진공상태에서 150 내지 210 °C, 5 분 내지 1 시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유의 제조 방법.
0.5 중량% Ge 콜로이드와 1 중량% SiO₂콜로이드의 조성으로 이루어진 혼합액을 80 °C의 온도에서 2 시간 동안 교반시키는 제1단계;
제1단계 후, 상기 혼합액에 11 중량%의 PVA 파우더를 첨가하여 PVA 수용액을 제조하고, 상기 PVA 수용액를 80 °C의 온도에서 6 시간 동안 용해시킨 후, 상온에서 식히는 제2단계;
제2단계 후, 니들게이지 23 내지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15 내지 18 kV, 방사거리 13 cm 으로 전기방사하되, 직물 위에 방사시켜 적층되도록 전기방사하는 제3단계;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유 제조방법.
제7항에 있어서,
제3단계 후, 진공상태에서 150 내지 210 °C, 5 분 내지 1 시간 동안 열처리하는 제4단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유 제조방법.
제8항에 있어서,
제3단계에서, 니들게이지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 15 내지 17 kV, 방사거리 13 cm 로 전기방사하는 것을 특징으로 하는 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유 제조방법.
제9항에 있어서,
제4단계에서 210 ℃의 진공상태에서 30 분 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유 제조방법.
제7항에 있어서,
니들게이지의 내경은 0.15 내지 0.33 mm 인 것을 특징으로 하는 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유 제조방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의, 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유 제조 방법으로 제조된, 게르마늄과 이산화규소를 함유한 복합나노섬유.
콜로이드 상태의 0.5 중량% Ge 용액에 PVA 파우더를 첨가해 11 중량%의 PVA 수용액을 만들고, 80 °C의 온도에서 6 시간 동안 완전히 용해시킨 후 상온에서 식히는 제1단계;
제1단계 후, 니들게이지 23~27 gauge, 용액 펌프 속도 0.2~0.4 ml/hr, 방사거리 13 cm 로 전기방사하되, 직물 위에 방사시켜 적층되도록 전기방사하는 제2단계;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 게르마늄을 함유한 복합나노섬유 제조방법.
제13항에 있어서,
제2단계 후, 진공상태에서 150~210 °C, 5 분~1 시간 동안 열처리하는 제3단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 게르마늄을 함유한 복합나노섬유 제조방법.
제13항에 있어서,
제2단계에서 니들게이지 25 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 16 kV, 방사거리 13 cm로 전기방사하는 것을 특징으로 하는 게르마늄을 함유한 복합나노섬유 제조방법.
증류수에 콜로이드 상태의 SiO₂를 0.5 중량%가 되도록 혼합하여 교반시킨 후, 11 중량%의 PVA 파우더를 첨가하여 PVA수용액을 만들고, 상기 PVA수용액을 80 °C의 온도에서 6 시간 동안 완전히 용해시킨 후 상온에서 식히는 제1단계;
제1단계 후, 니들게이지 23~30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 방사거리 13 cm으로 전기방사하되, 직물 위에 방사시켜 적층되도록 전기방사하는 제2단계;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이산화규소를 함유한 복합나노섬유 제조방법.
제16항에 있어서,
제2단계 후, 진공상태에서 150 내지 210 °C, 5 분 내지 1 시간 동안 열처리하는 제3단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화규소를 함유한 복합나노섬유 제조방법.
제16항에 있어서,
제2단계에서 니들게이지 30 gauge, 용액 펌프 속도 0.2 ml/hr, 전압 14 내지 16 kV, 방사거리 13 cm로 전기방사하는 것을 특징으로 하는 이산화규소을 함유한 복합나노섬유 제조방법.