KR101586209B1 - 기능성 셀룰로스 성형물 - Google Patents

기능성 셀룰로스 성형물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건식-습식 압출 방법으로 수득 가능한, 매우 미세하게 분포된 아연 안료를 갖는 셀룰로스 성형물에 관한 것이다. 상기 방법에 의해, 변성되지 않은 셀룰로스 섬유와 비교하여, 상당히 증가한 UV 광 흡광도와 조합된 높은 백색도, 및 동시에 비제한된 텍스타일 가공성을 가지면서 세탁-내구성 살균 효과를 갖는 셀룰로스 성형물이 생성된다. 본 발명에 따라 제조된 상기 셀룰로스 기능성 성형물은 구체적으로 의복, 산업용 텍스타일, 여가, 의학 및 향장품용 텍스타일에 특히 적합하다.

Description

기능성 셀룰로스 성형물 {Funtional cellulosic moldings}
본 발명은 건식-습식 압출 방법으로 수득 가능한, 매우 미분된 아연 안료를 혼입한 셀룰로스 성형물에 관한 것이다. 당해 방법은, 변성되지 않은 셀룰로스 섬유와 비교하여, 상당히 증대된 UV 광 흡광도와 조합된 높은 백색도, 및 삭감되지 않은 텍스타일 가공성과 커플링된 세탁-내구성 및 조정 가능한 살균 성능을 나타내는 셀룰로스 성형물을 유도한다. 이들 셀룰로스 성형물은 모든 형태의 텍스타일 가공, 예를 들어, 섬유 또는 필라멘트 방사, 얀(yarn) 제조, 염색, 제직, 편직, 웹 레잉(web laying)에 유용하다.
상기 셀룰로스 기능성 성형물은 구체적으로 의복, 산업용/공업용 텍스타일, 여가, 의학 및 향장품용 텍스타일/직물에 유용하다.
산화아연은 무색이고, 파장 380㎚ 이하의 UV 광을 흡수하기 때문에, 이는 UV 흡수제로서 사용된다. 아연 화합물이 살균성 및 살진균성을 갖는다는 것이 유사하게 공지되어 있다. 예를 들어, 텍스타일에서, 이 효과는 살균성 폴리아미드 필라멘트(US 7,074,482), 살균성 PET 섬유(CN 1800454), 변성된 면(CN 1687509), 비스코스(JP 8060431), 비스코스, 아크릴 섬유, PVC 섬유(CN 1442518), 열가소성 매트릭스 및 황화아연을 포함하는 섬유(EP 1 560 953)를 제조하기 위해 기술되었다.
JP 08-060431 A호는 항균, 탈취성을 갖는 비스코스 (레이온) 섬유를 기술한다. 상기 항균성은 비스코스를 세라믹 복합체와 혼합함으로써 달성된다. 상기 세라믹 복합체는 a) 산화마그네슘, b) 규암 또는 산화아연 및 c) 각섬석, 제올라이트 또는 산화칼슘의 혼합물로부터 수득되고, 이는 이어서 소성된다. 그러나, 비스코스 중의 항균적으로 활성인 세라믹 복합체의 최대 가능한 분획은 비교적 적다. 비스코스 섬유 제조 동안의 셀룰로스의 응집 및 재생은, 산성 응집 및 재생 욕에서 항상 발생한다.
DE 제198 02 588 A1호는 비스코스 방법에 의해 또는 NMMO 방법에 의해 수득 가능한 발광성 섬유, 보다 특히 발광성 셀룰로스 섬유를 제공한다. 상기 섬유는, 가시광선 또는 자외선 방사로 자극하면, 바람직하게는 인광 효과를 나타내는 무기 발광단 안료를 함유한다. 전이금속- 또는 란탄족-도핑된 아연 황화물, 산화물, 옥시황화물, 규산염 또는 알루민산염이 구체적으로 언급된다. 은 도핑된 아연 황화물은, 예를 들어 청색 형광성을 나타낸다. 그러나, 전이원소 또는 란탄족 원소는 NMMO의 자동촉매되는 강한 발열성 분해를 일으킬 수 있다.
EP 제0 043 325 A1호는 황화아연 또는 산화아연을 함유하는 셀룰로스 에스테르 재료를 포함하는 필터 재료를 기술한다. 필터 재료를 사용하여 수용액으로부터 중금속 이온, 예를 들어, 은, 수은, 납, 구리 또는 카드뮴을 여과시킬 수 있다. 언급된 셀룰로스 에스테르는 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 부티레이트 및 셀룰로스 프로피오네이트 및 또한 이들의 혼합물이다.
항균 또는 항진균 활성을 갖는 성형물, 구체적으로 섬유 및 필라멘트는 국제공개공보 제WO 2004/044284 A1호에 기재되어 있다. 상기 활성은 황화아연 함량을 통해 달성된다. 황화아연의 비율은, 상기 성형물을 형성하는 중합체 재료의 중량을 기준으로 하여 0.01중량% 내지 10중량%이다. 구체적으로 언급된 중합체 재료는 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드, 아크릴 중합체, 폴리올레핀, 셀룰로스 또는 셀룰로스 에스테르이다.
DE 제44 26 966 A1호는 고도로 충전되고 배향된 셀룰로스 섬유 및 필름을 특정한 건식-습식 방사 방법으로 제조하는 방법을 기재한다. 사용된 충전제는 미분된 물질, 예를 들어, 금속 분말 또는 세라믹 물질이다. 충전제의 비율은, 상기 셀룰로스의 중량을 기준으로 하여 500중량% 이상일 수 있다.
DE 제10 2007 019 768 A1호는 항균적으로 첨가되고 백색도가 높은 셀룰로스 섬유를 제조하는 방법을 기재한다. 상기 섬유는 리오셀 방법으로 제조된다. 항균 성능은 은 함유 나노입자를 첨가함으로써 달성된다.
기재된 방법 모두, 아연 화합물의 효과가 수차례의 세탁에 의해 크게 감소되고, 흔히 텍스타일 가공이 고농도의 아연 화합물에서 심하게 감소되는 성형물을 유도한다.
본 발명은 색상과 관련하여 제한 없이 염색 가능한, 영구적으로 살균성이 부여된 백색 셀룰로스 성형물을 제조하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 추가로 살균제의 방출 속도를 설계하는 것(engineering)을 목적으로 한다. 이러한 조건하에 높은 세탁 내구성 및 노광시의 백색도의 유지가 특히 중요하다. 본 발명은 추가로 높은 안료 함량을 견딜 수 없을지라도, 최소한으로만 텍스타일 파라메터를 손상시키는 것을 목적으로 한다. 상기 성형물은 또한 높은 UV 흡광도를 나타낸다.
본 발명자들은, 상기 목적이, 아연 함유 안료를 함유하며 높은 백색도 및 항균성을 갖는 셀룰로스 성형물로서, 상기 아연 함유 안료 중의 아연의 적어도 일부가 아연산염 형태로 존재하면서 상기 셀룰로스에 부착됨을 특징으로 하는 셀룰로스 성형물에 의해 본 발명에 따라 달성된다는 것을 밝혀내었다.
산화아연(아연백(zinc white))과 황화아연의 혼합물 또는 산화아연(아연백)과 황화아연의 혼합 결정들을 함유하는 셀룰로스 성형물은 특히 뚜렷한 항균성을 나타낸다.
본 발명의 셀룰로스 성형물, 구체적으로 본 발명의 셀룰로스 섬유는 비제한된 염색성을 갖고, 높은 UV 흡광도, 높은 세탁 내구성을 나타내고, 즉 항균성은 다수의 세탁 후에도 손실되지 않으며, 또한 비제한된 텍스타일 가공성을 나타낸다.
상기 셀룰로스 성형물은, 수불용성 아연 안료와 혼합되고 pH 7 이상인 셀룰로스 성형물 및 방사 용액으로부터 수득 가능하며, 상기 혼합물을 건식-습식 압출 방법에서 성형물로 성형시키고, 상기 셀룰로스를 수성 응집 욕에서 응집시킴으로써 수득 가능하다.
상기 성형물이 중성 또는 염기성 조건을 포함하지만 산성 조건은 아닌 방법에 의해 제조된다는 것이 중요하다. 아연 안료의 표면 상의 아연이 아연산염 음이온(이는 셀룰로스에 특히 강하게 부착된 상태로 존재한다)으로 변형되는 것은, 단지 이러한 조건하에서이다. 이후에는, 상기 아연은 매우 느린 속도로만 다시 방출된다. 이렇게 첨가된 섬유를 이들의 살균 성능을 손실하지 않고 손쉽게 50회 세탁할 수 있다. 여기서 아연산염은 아연의 (이론적으로만 존재하는) 옥소- 및 하이드록소산의 음이온, 예를 들어, ZnO2 2- 또는 Zn(OH)3 -를 의미한다.
상기 아연 안료는 바람직하게는 15㎛ 미만의 최대 입자 크기를 갖는다. 아연계 백색 안료, 예를 들어, 산소계 아연백, ZnO; 및 황화아연이 특히 바람직하다. 상기 아연 안료는 개별적으로 또는 배합물로 사용될 수 있다.
산화아연 안료와 황화아연 안료의 배합물은 특별한 이점들을 제공한다.
아연 안료의 비율은 상기 셀룰로스 전체의 중량을 기준으로 하여 일반적으로 0.1중량% 내지 30중량%, 바람직하게는 1중량% 내지 25중량%, 보다 바람직하게는 5중량% 내지 20중량%의 범위내이다. 그러나, 황화아연의 혼입은 흔히 최종 생성물의 외관에 약간의 녹색 빛깔을 부여한다.
상기 방사 용액은, 예를 들어, 셀룰로스를 제3의 바람직하게는 물에 용해시킴으로써 수득 가능하다. 또한, 상기 방사 용액의 제조시 셀룰로스용 용매로서 이온성 액체를 사용하는 것도 가능하다.
두 방법은 둘 다, 높은 안료 함량에서도, 전형적인 셀룰로스 섬유에 비해 높은 백색도 및 비제한적인 염색성을 갖는 텍스타일-가공 가능한 섬유를 이용 가능하게 하는, 건식-습식 압출에 의한 셀룰로스 성형물을 제공한다.
비스코스를 사용하여 제조된 셀룰로스 성형물의 경우, 아연산염 외피의 형성은 없으며 이에 따라 아연은 셀룰로스에 매우 훨씬 덜 강하게 결합된다. 따라서, 살균 성능은 몇 차례의 세탁 직후에 심하게 악화된다(낮은 세탁 내구성).
높은 텍스타일-물리적 가치 및 텍스타일 가공성은, 상기 셀룰로스 중량의 30% (w/w) 이하의 아연 안료의 비율에서 보장된다. 훨씬 더 높은 충전 수준이, 섬유상 부직포 웹 용품에 대해 가능하다. 문헌에 기재된 아연백의 살균 효과는 또한 본 발명의 셀룰로스 성형물 중에서 검출가능했다. 이 효과는 텍스타일 1회-사용(single-trip) 용품에 사용하기에 충분하다. 그러나, 빈번히 세탁되는 텍스타일, 예를 들어, 편직된 겉옷 또는 속옷의 경우, 가용성 아연의 방출은, 섬유에 여전히 충분한 아연백이 존재할지라도 세탁 횟수에 따라 감소한다. 통상적인 아연계 섬유의 이러한 결점이 셀룰로스의 배합 및 아연백과 황화아연의 혼합물의 배합을 통해 해결된다는 것은 완전히 놀랍다. 아연백 및 황화아연이 셀룰로스 섬유에 사용되는 경우, 상기 셀룰로스의 팽윤성은 더욱 길게 지속되는 증대된 방출을 보장하는데, 그 이유는, 상기 성형물의 전체 단면이 물에 접근 가능(water accessible)하고, 따라서, 혼입된 안료는 모두 아연 방출과 관련되기 때문이다. 살균성을 잃지 않고 수행될 수 있는 세탁 횟수가 뚜렷하게 증가한다.
황산염은 안료 함유 성형물의 용출액에서 검출되었다. 이는, 셀룰로스 매트릭스 중의 황화아연 분획의 황산아연으로의 자동산화의 검출에 상응한다. 극적으로 증가된 용해도는, 황산염이 다음 세탁 동안 상기 성형물로부터 세탁 제거되도록 하고, 상기 황산염이 살균 성능에 상당히 기여하도록 한다. 그러나, 이는, 놀랍게도 텍스타일 섬유의 생활 주기 전반에 걸쳐 섬유의 세탁 내구성 및 살균 성능 사이의 배합을 추구하도록 하는 아연백 및 황화아연의 배합일 뿐이다. 비교적 보다 안정한 아연백 및 덜 안정한 황화아연 보충물은 서로 최고로 및 함께 50회 이상의 기계 세탁에 걸쳐 충분한 아연 이온 방출을 유도한다. 동시에, 성형물의 텍스타일-물리적 파라미터는, 높은 안료 함량일지라도, 최소한으로만 손상된다. 특히 균질한 분산액 중의 미세한 아연 안료는 심지어 5% (w/w) 이하의 농도에서 강도의 향상을 유도할 수 있다. 이 효과는, 조정 가능한 정균-살균 활성을 갖는 신규한 생성물, 백색의 완전 염색 가능한 셀룰로스 성형물로의 길을 열고, 이는 여전히 다수의 세탁에 대해 생물학적으로 활성이며 동시에 높은 안료 함량에서도 보장되는 UV 흡광도 및 텍스타일 가공성을 나타낸다.
다음 조성물이 의도된 용도와 일치하여 예측 가능하다:
1회 사용 용품, 예를 들어, 1차 상처 드레싱, 플라스터, 패치, 위생 제품, 향장 용품, 신발 깔창 및 1회용 필터는, 목적하는 사용 수명에 따라 순수하게 아연 백 또는 순수하게 황화아연을 혼입한 셀룰로스 니트 섬유를 사용할 수 있지만, 예를 들어, 0.5% 내지 5%의 황화아연 및 95% 내지 99.5%의 아연백의 혼합물도 또한 예측 가능하다.
1 내지 5회의 세탁을 수반하는 용품, 예를 들어, 신발 인라이너(inliner), 매트리스 직물, 가정용 텍스타일, 라이닝 직물, 자동체 내부의 텍스타일의 경우, 0% 내지 50%의 황화아연과 50% 내지 100%의 아연백의 혼합물이 예측 가능하다.
5회 이상 세탁을 수반하는 용품 및 옥외 섹터(sector)의 경우, 0% 내지 90%의 황화아연과 10% 내지 100%의 아연백의 혼합물이 예측 가능하다.
방출 속도 및 세탁 내구성은 아연백 대 황화아연의 비를 통해 가변적일 수 있다.
상기 섬유가 매우 유용한 옥외 섹터에서 특히 그러하며, 이는, 아연 안료를 통해 효과적인 UV 흡광도가 나타나기 때문이다.
아연 안료로부터의 방출은, 순수하게 아연 안료 함유 셀룰로스 섬유로 이루어진 텍스타일 뿐만 아니라 본 발명에 따르는 섬유 분획에 기인하는 전체 텍스타일 1% 내지 100%, 바람직하게는 5% 내지 20%의 블렌드를 제조할 수 있도록 한다. 이와 관련하여, 0.1% 내지 20% 범위인, 텍스타일 중의 아연 안료의 총 비율은, 예측 가능하고 감지 가능하다.
삭제

Claims (8)

  1. 아연 함유 안료를 함유하고, 노광시 백색도가 유지되며, 세탁-내구성 살균 성능을 갖는, 셀룰로스 성형물로서,
    상기 아연 함유 안료 중의 아연의 적어도 일부가 아연산염 형태로 존재하고 상기 셀룰로스에 부착되며, 방출 속도 및 세탁 내구성이 아연백(zinc white) 대 황화아연의 비에 의해 결정됨을 특징으로 하는, 셀룰로스 성형물.
  2. 제1항에 있어서, 사용된 상기 아연 함유 안료가 아연백과 황화아연과의 혼합물 또는 아연백과 황화아연과의 혼합된 결정들을 포함함을 특징으로 하는, 셀룰로스 성형물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 아연 함유 안료의 입자 크기가 15㎛ 이하임을 특징으로 하는, 셀룰로스 성형물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 성형물 중의 상기 아연 함유 안료의 비율이, 상기 셀룰로스 전체의 중량을 기준으로 하여 0.1중량% 내지 30중량%의 범위이지만, 부직 용품(nonwoven application)에서는 30중량% 이상임을 특징으로 하는, 셀룰로스 성형물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 아연 함유 안료의 효과가 50회 세탁 후에도 존재함을 특징으로 하는, 셀룰로스 성형물.
  6. 제1항에 있어서, 기능성 텍스타일, 섬유상 부직포 웹, 자체 지지성 필름 또는 자체 지지성 시트에서, 노광시 백색도가 유지되고, 색상과 관련하여 제한없이 염색 가능하고, UV 흡광도 및 세탁-내구성 살균 성능을 제공하는데 사용되는, 셀룰로스 성형물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 셀룰로스 성형물이 직접 또는 혼합물로서, 매일 사용하는 텍스타일 및 직물로 가공됨을 특징으로 하는, 셀룰로스 성형물.
  8. 삭제
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