KR101756911B1 - 견운모함유 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 견운모가 함유된 항균, 원적외선 및 음이온 방출 기능을 갖는 견운모함유 쉬쓰/코어형 복합필라멘트에 관한 것으로서, 표면부인 쉬쓰부에 다량의 견운모를 함유하게 할 수 있을 뿐만 아니라 코어부에는 상대적으로 낮은 함량의 견운모를 함유토록 하여 쉬쓰/코어간의 상용성을 향상시켜 사물성을 안정화하고 방사성을 향상시킬 수 있는 복합섬유를 제공할 수 있다.

Description

견운모함유 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법{Process Of Producing Sheath/Core Type Synthetic Fiber Containing Sericite}

본 발명은 견운모가 함유된 항균, 원적외선 및 음이온 방출 기능을 갖는 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법에 관한 것이다.

일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 세균이나, 곰팡이와 같은 유해 물질등의 미생물은 온습도등의 조건이 충족하여지면 쉽게 증식하게 되며 공기, 음식물, 의류등을 통해 인체에 침입하거나, 피부 접촉등을 통해 병균 전파 및 질병과 질환을 유발시키는 주원인이 되고 있다. 세균이나 곰팡이 등의 미생물은 그 종류가 대단히 많을 뿐 아니라 토양, 대기, 물등 자연 상태에 폭넓게 분포하고 있으며 특히 사스, 구제역등의 전염성 병원균 및 대장균, 황색포도구균등에 의한 식중독, 레지오넬라균에 의한 폐렴, 아토피, 천식등 미생물에 의한 피해가 증폭되고 있는 실정이다.

이에 일상생활에서 접하는 의류, 침구, 인테리어용품등에서도 인체 분비물을 영양원으로 하는 미생물의 증식을 제한하여 인체를 유해환경으로부터 보호하려는 여러 종류의 위생 섬유 제품이 개발되어지고 있으며 항균, 소취, 탈취등의 방법이 널리 사용되어 지고 있다.

국내외 항균 기능이 있는 섬유 소재로는 폴리에스테르계, 아크릴계, 천연섬유, 폴리프로필렌계등이 대표적으로 사용되어지고 있으며 섬유 제조공정에서 항균기능을 부가하여 제조하는 경향이 높아지고 있다. 이러한 섬유제조공정에서 항균기능을 부여하는 방법으로는 섬유 원료에 항균 기능 물질을 혼입하는 방법과 직물 표면에 후가공 공정에서 항균성 기능 물질을 스프레이 형태로 도포 처리하거나, 항균가공제를 염색 처리하는 방법 또는 항균 기능성 물질을 액상으로 가공하여 패딩처리 또는 코팅하는 방법등이 주로 사용되어 지고 있다.

이러한 항균 기능물질의 다양한 처리 방법을 통해 여러형태의 항균 섬유 제품들이 상품화 되고 있으나 장기간 착용 및 사용시 항균 지속성에 대한 보완필요성은 여전히 남아 있는 상태이다. 따라서 우수한 항균 기능성이 지속적이며 안정적으로 발현되는 항균 기능성 섬유의 제조 기술 개발이 절실히 요구되는 상황이다.

이에 대한민국특허공개공보제10-2004-0098808호에서는 폴리프로필렌 수지에평균입경 0.3㎛(325Mesh)정도의 분말체로된 이산화티타늄분말(광촉매) 7중량%, 토루말린(전기석)분말 7중량%, 세리사이트(견운모)분말 7중량%, 은분말 7중량%, 실리카,산화칼슘,이산,산화아연,지르코늄,산화나트륨,아연등을 같은량으로 혼합한 혼합분말체 2중량%를 첨가하여 혼합물을 조성하는 단계와, 상기 혼합조성물을 폴리프로필렌 칩과 3:2의 중량비로 마스터베치를 형성하는 단계와, 마스터베치와 폴리프로필렌 칩을 5:5의 중량비로 혼합하여 수분과 습기를 제거하는 단계와, 수분과 습기가 제거된 혼합물을 220~240℃에서 용융방사하는 단계로 제조되는 것을 특징으로 하는 항균, 정화, 방오, 자외선차단, 원적외선 전자판차단 기능을 가지는 폴리프로필렌 멀티필라멘트사의 제조방법을 제공하고 있다. 그러나 상기 선행기술에서는 장기간 사용시 기능성 물질이 기능성 발휘 정도가 지속적이지 못하다는 문제점이 있는 실정이었다.

또한, 항균 및 음이온, 원적외선 방출 기능이 우수한 견운모를 기능성 물질로 하여 합성섬유내에 안정적으로 혼입시켜 모노필라멘트로 방사하는 시도도 있었으나, 모노필라멘트에 함유된 견운모의 분포를 균일하게 하는 것이 어렵고, 필라멘트표면부에 다량의 견운모를 분포시켜 우수한 기능성을 부여하다 보면 필라멘트의 물리적물성이 저하되거나 방사성이 저하되는 문제점이 있었다.

대한민국특허공개공보제10-2004-0098808호(2004년11월26일공개)

그러므로 본 발명은 종래의 항균, 원적외선 및 음이온 방출 기능성 섬유의 문점을 보완하고 해결하여 항균 및 음이온, 원적외선 방출 기능이 우수한 견운모를 기능성 물질로 하여 쉬쓰/코어 형태의 복합섬유로 방사함으로써 표면부인 쉬쓰부에 다량의 견운모를 함유하게 할 수 있을 뿐만 아니라 코어부에는 상대적으로 낮은 함량의 견운모를 함유토록 하여 쉬쓰/코어간의 상용성을 향상시켜 사물성을 안정화하고 방사성을 향상시킬 수 있는 복합섬유를 제공하는 것을 기술적과제로 한다.

그러므로 본 발명에 의하면, 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법에 있어서, 상기 코어성분으로 견운모 미립분말을 10~20중량% 함유한 일반폴리에스테르 마스터배치칩 5~10중량%와 일반폴리에스테르 폴리머를 90~95중량%로 혼합하여 공급하고, 상기 쉬쓰성분으로 견운모 미립분말을 10~20중량% 함유한 일반폴리에스테르 마스터배치칩 30~50중량%와 일반폴리에스테르 폴리머를 50~70중량%로 혼합하여 공급하여 코어/쉬쓰 비율을 중량비 20:80 ~ 80:20으로 쉬쓰코어형방사구금을 통하여 동시에 용융방사하고 사조를 구금직하의 사조냉각구간을 통과시키면서 냉각시킨 후 오일부여 및 집속을 하고 권취하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 견운모함유 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법이 제공된다.

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이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 통상의 쉬쓰/코어형 방사구금을 사용하여 코어성분과 쉬쓰성분으로 각각 함량이 상이한 견운모 미립분말을 함유한 마스터배치칩과 일반폴리에스테르칩을 혼합한 후 용융 방사하는 견운모함유 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법에서는 코어성분으로 견운모 미립분말을 10~20중량% 함유한 일반폴리에스테르 마스터배치칩 5~10중량%와 일반폴리에스테르 폴리머를 90~95중량%로 혼합하여 공급하고, 쉬쓰성분으로 견운모 미립분말을 10~20중량% 함유한 일반폴리에스테르 마스터배치칩 30~50중량%와 일반폴리에스테르 폴리머를 50~70중량%로 혼합하여 공급하여 코어/쉬쓰 비율을 20:80 ~ 80:20으로 통상의 원형 또는 십자형의 쉬쓰코어형방사구금을 통하여 동시에 용융방사하고 냉각시킨 후 오일부여 및 집속을 하고 권취한다.

본 발명에서 용융방사시 사용되는 일반폴리에스테르 마스터배치칩은 견운모 미립분말을 함유하는 것을 사용하는데, 알카리성 천연광물로서 원적외선, 다량의 음이온을 방출하여 유해물질의 흡착, 항균작용, 면연력 증진효과에 탁월한 광물인 견운모 미립분말을 마스터배치칩에 함유시켜 방사하여 항균성을 부여하고, 원적외선 및 음이온 방출 기능을 지속적으로 부여하는 것이다.

상기 견운모 미립분말의 크기는 상기 견운모 미립분말은 입자 크기 0.3~4㎛이며 평균입경이 0.3~0.7㎛인 것이 바람직한데 이는 고분자 물질의 쉬쓰/코어형태의 섬유화 과정에서의 필라멘트 토출에 방해를 주지 않아 안정적인 토출이 가능하기 때문이다. 상기 견운모 미립분말은 판상의 구조를 가지고 있기 때문에 최대 입자 크기가 0.3~4㎛이라도 입자 크기 분포 측면에서 평균입경이 0.3~0.7㎛이며 전체 입자 크기 분포의 98%수준이 0.5㎛을 넘지 않아야 용융방사과정에서 폴리머의 흐름성이 균일하며 쉬쓰/코어형 방사구금에서 안정적인 토출 압력을 확보할수 있다.

일반적으로 견운모와 같은 무기 소재는 3~5㎛ 크기 수준이면 섬유내 안정적 혼입이 가능하며 섬유화 즉, 통상적인 방사 공정에서 사용 가능한 수준이나, 쉬쓰/코어형 방사구금에서 보다 안정적이며 최적의 분산성 확보를 위해서는 평균입경이 0.3~0.7㎛인 나노사이즈가 필요하다. 이렇게 상기 견운모 미립 분말의 평균입경이 0.7㎛㎛을 초과하는 경우에는 기능성 미립 입자가 베이스 고분자 물질 전구간에서 고분산화 되지 않고 일부 구간에서 부분 재응집되어 융융 토출되는 고분자물질내에서 쏠림현상에 의해 토출 흐름성을 저해하고 폴리머 토출 압력의 편차를 유발시켜 방사되는 쉬쓰/코어형 필라멘트의 강신도 저하 현상이 발생되며 미립 물질의 표면적이 상대적으로 작아 항균성등의 기능성 발현 효과가 미흡할 우려가 있다.

따라서 본 발명에서는 견운모 미립분말을 나노사이즈까지 가공하여 미립분말 본연의 기능성을 최대 발현되도록 하였으며 이를 위해 견운모 미립분말 과정에서 습식 분쇄 방법을 사용하였다. 이 경우 물과 무기소재가 혼합된 슬러리 상태로 분쇄가 되며 분말 상태를 얻고자 할 때는 필수적으로 물을 건조시켜야 하는데 물을 건조 시키는 과정에서 자연스럽게 나노사이즈의 분말은 서로 뭉치기 때문에 이를 개선하는 공정이 필요하며, 습식 매체 교반형 분쇄기로 견운모를 나노사이즈로 분쇄한 후 건조 공정과 해쇄 공정을 거쳐 응집이 없는 나노 사이즈의 견운모 원재료를 제공하여야 한다.

본 발명에서는 제조되는 쉬쓰코어 필라멘트가 견운모 미립분말이 0.5~2중량% 함유된 일반폴리에스테르 폴리머로 이루어진 코어성분과, 견운모 미립분말이 3~10중량% 함유된 일반폴리에스테르 폴리머로 이루어진 쉬쓰성분을 가지도록 쉬쓰코어 성분을 공급하여야 하는데, 쉬쓰부분에 다량의 견운모 미립분말을 분포시켜 항균성등의 기능성 발현 효과를 극대화하면서도 쉬쓰/코어간의 상용성을 향상시켜 물성차이가 크지 않도록 하여 강도, 신도 등 일반 폴리에스테르가 가지는 기본적인 물성을 변화시키지 않으면서 항균성 등 기능성을 우수하게 할 수 있으므로 코어성분으로 견운모 미립분말을 10~20중량% 함유한 일반폴리에스테르 마스터배치칩 5~10중량%와 일반폴리에스테르 폴리머를 90~95중량%로 혼합하여 공급하고, 쉬쓰성분으로 견운모 미립분말을 10~20중량% 함유한 일반폴리에스테르 마스터배치칩 30~50중량%와 일반폴리에스테르 폴리머를 50~70중량%로 혼합하여 상기와 같이 코어성분에는 견운모 미립분말이 0.5~2중량% 함유되도록 하고, 쉬쓰성분에는 견운모 미립분말이 3~10중량% 함유되도록 하는 것이다.

마스터배치칩과 일반폴리에스테르 폴리머의 혼합은 통상의 방식에 따라 용융온도 이상의 온도로 열매 또는 전기 가열 매체를 통해 가열되고 고분자 물질의 점도에 맞게 설계된 금속 스크류 형태의 용융압출기에서 행하게 되고 일반적인 방사구금을 통해 방사하게 된다. 이때 견운모 미립 분말을 함유하는 마스터배치칩의 혼합 중량비율이 높아지게 되면 베이스 고분자의 구성 화학적 연결 사슬구조에 영향을 끼쳐 전체적으로 용융 방사되는 고분자 물질의 점도가 낮아지게 되며 고분자 물질이 흐르는 관내의 흐름성도 느려져 일정속도의 흐름성을 가지지 못하게 되므로 구금에서의 토출 압력이 저하되게 되어 이로 인해 방사 과정에서 폴리머 토출시 불안정한 상태의 경향을 나타내나, 구금 내부에 인위적인 금속 형태의 폴리머 필터링 메쉬를 추가 부착 보완하여 고분자 물질의 흐름 속도를 안정성있게 보완하여 방사할 수 있다.

코어/쉬쓰 비율은 중량비로 20:80 ~ 80:20으로 하는 것이 바람직한데, 쉬쓰의 비율이 20%미만인 경우에는 항균성등의 기능성의 발현이 저하되며, 80%를 초과하는 경우에는 코어부분과의 상용성문제로 방사효율이 저하되어 사절이 발생하고 사형성 등에 문제를 일으킬 우려가 있다. 특히 코어/쉬쓰 비율은 중량비로 20:80 ~ 40:60으로 하는 것이 쉬쓰부로 견운모 미립분말을 집중시키면서도 방사성의 안정성을 도모할 수 있어 더욱 바람직하다.

이렇게 용융된 쉬쓰/코어 폴리머는 공지의 원형 또는 십자형 쉬쓰코어형방사구금을 통하여 동시에 용융방사하는데, 도 1은 본 발명의 견운모함유 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법에 사용되는 원형 방사구금의 모식도이며, 도 2는 본 발명의 견운모함유 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법에 사용되는 십자형 방사구금의 모식도이다. 상기 용융 방사시 폴리머 토출 압력은 70~170bar인 것이 바람직한데, 70bar미만에서는 고분자 물질의 흐름성이 늦어져 구금에서 토출된 고분자 물질의 쉬쓰/코어필라멘트의 토출선속도 차이가 발생되어 사절등의 문제점이 발생하며, 170bar를 초과하는 경우에는 고분자 물질의 온도가 과도하게 올라가 고분자 물질의 열화에 의한 분자 구조 변형 또는 흐름성이 과도하게 빨라져 구금에서 토출즉시 구금 표면에 달라붙어 사절이 발생되는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 용융 방사한뒤, 통상적인 용융방사방법과 동일하게 냉각하여 고화한 후 오일부여 및 집속을 하고 권취하여 제조를 완료한다.

이렇게 본 발명에서는 견운모 미립분말이 0.5~2중량% 함유된 일반폴리에스테르 폴리머로 이루어진 코어성분과, 견운모 미립분말이 3~10중량% 함유된 일반폴리에스테르 폴리머로 이루어진 쉬쓰성분을 가지는 견운모함유 쉬쓰/코어형 복합필라멘트가 제공되는데, 코어/쉬쓰 비율이 중량비로 20:80 ~ 80:20의 비율을 가져 동일한 견운모함량을 가진 모노필라멘트에 비해 강신도등의 물리적물성이 우수하면서도 항균성등의 기능성이 우수한 쉬쓰/코어형 복합필라멘트가 제공된다.

그러므로 본 발명에 따르면 항균, 원적외선, 음이온 방출 기능이 우수한 견운모 미립물질을 표면부인 쉬쓰부에 다량 함유하게 하여 기능성을 향상시킬 뿐만 아니라 쉬쓰부와 코어부에 각각 상이한 함량으로 견운모 미립물질을 함유시켜 쉬쓰/코어간의 상용성을 향상시켜 사물성을 우수하게 할 수 있고 방사성을 안정화할 수 있는 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 견운모함유 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법에 사용되는 원형 방사구금의 모식도이며,
도 2는 본 발명의 견운모함유 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법에 사용되는 십자형 방사구금의 모식도이다.

다음의 실시예에서는 본 발명의 견운모함유 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법에 관한 비한정적인 예시를 하고 있다.

[실시예 1]

입자 크기 0.3~4㎛이며 평균입경이 0.3~0.7㎛인 견운모 미립 분말을 10중량% 함유한 일반폴리에스테르 마스터배치칩 5중량%와 일반폴리에스테르 폴리머를 95중량%로 혼합하여 코어성분으로 공급하고, 쉬쓰성분으로 견운모 미립분말을 10중량% 함유한 일반폴리에스테르 마스터배치칩 30중량%와 일반폴리에스테르 폴리머를 70중량%로 용융 압출기에서 혼합하여 코어/쉬쓰 비율을 중량비 20:80으로 원형 쉬쓰코어형방사구금을 통하여 290℃로 동시에 용융방사하고 사조를 구금직하의 사조냉각구간을 통과시키면서 냉각온도 24℃, 냉각풍속 0.40m/sec로 고화하여 오일부여 및 집속을 하고 방사속도 3200m/min으로 권취하여 견운모 미립분말이 0.5중량% 함유된 일반폴리에스테르 폴리머로 이루어진 코어성분과 견운모 미립분말이 3중량% 함유된 일반폴리에스테르 폴리머로 이루어진 쉬쓰성분을 가지는 견운모함유 쉬쓰/코어형 복합필라멘트를 제조하였다. 이때 구금 내부 폴리머 압력 및 흐름성 개선을 위한 금속류 망 형태를 추가 부착하여 안정적으로 방사 하였으며, 폴리머 토출 압력은 100bar로 조정하였다. 상기 얻은 필라멘트의 물성은 표 1에 기재하였다.

실시예 1	섬도(De')	강도(g/De')	신도(%)	비고
구 분	120	2.54	128.78

상기 필라멘트를 연신비 1.68비, 열처리온도 190도 권취속도 500m/min 에서 가연 처리한 후 타월 형태로 다시 제직하여 항균성을 KS K 0693: 2011에 준하여 평가하였고 그 결과를 표 2에 기재하였다.

구분	정균 감소율(%)		비고
실시예 1	균주1	균주2	균주1: Staphylococcus aureus ATCC 6538 균주2: Klebsiella pneumoniae ATCC 4352
	99.9	99.9

1 : 코어부 2 : 쉬쓰부

Claims (3)

1. 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법에 있어서,
   상기 코어성분으로 입자 크기 0.3~4㎛이며 평균입경이 0.3~0.7㎛인 견운모 미립분말을 10~20중량% 함유한 일반폴리에스테르 마스터배치칩 5~10중량%와 일반폴리에스테르 폴리머를 90~95중량%로 혼합하여 공급하고,
   상기 쉬쓰성분으로 입자 크기 0.3~4㎛이며 평균입경이 0.3~0.7㎛인 견운모 미립분말을 10~20중량% 함유한 일반폴리에스테르 마스터배치칩 30~50중량%와 일반폴리에스테르 폴리머를 50~70중량%로 혼합하여 공급하여 코어/쉬쓰 비율을 중량비 20:80 ~ 80:20으로 쉬쓰코어형방사구금을 통하여 동시에 용융방사하고 사조를 구금직하의 사조냉각구간을 통과시키면서 냉각시킨 후 오일부여 및 집속을 하고 권취하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 견운모함유 쉬쓰/코어형 복합필라멘트의 제조방법.
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