KR101778510B1 - 무기계 금속산화물 성분이 함유된 광물을 사용한 소취 섬유 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 맥반석, 현무암, 운석류, 제올라이트 계열의 무기계 금속 산화물 성분이 함유된 광물질 암석 중 두 가지 이상의 암석을 선발하여 분쇄하여 분쇄 효율을 높여 섬유를 제조함으로써 제작비용이 저렴하고, 무기계 금속 산화물 성분에 ZnO를 첨가함으로써 지속적인 소취율을 가진 고기능성 섬유 제조방법에 관한 것이다. 본 발명과 같은 높은 소취율을 가진 섬유를 제조하기 위해서 무기계 금속산화물이 섬유에 투입될 경우 고르게 분포가 가능하도록 3㎛ 이하의 분쇄물을 제조해야 하는데 본 발명에 따른 분쇄 방법은 기존의 방법에 비하여 비용이 적게 들고, ZnO가 함유되어 기능성이 증진되고, 소취 기능성을 가진 식물 추출물을 함께 주입하여 방사를 하여 무기물이 고르게 분포하여 항상 일정한 품질의 원사 제조가 가능함으로써 저렴하고 우수한 기능성의 원사 제작이 가능하다.

Description

무기계 금속산화물 성분이 함유된 광물을 사용한 소취 섬유 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING DIESEL FIBER USING MINERALS INCLUDED INORGANIC METAL OXIDE}

본 발명은 무기계 금속산화물 성분이 함유된 광물을 사용한 소취 섬유 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 무기계 금속산화물 성분을 함유한 광물을 사용하거나 또는 이들을 내구성이 우수한 마스터 배치 칩으로 제조하고 상기 마스터 배치 칩을 이용하여 PET(Polyethylene), PBT(Polybutylene Terephthalate), 나일론, 레이온, PVC(Polyvinyl Chloride), PP(Polypropylene)의 스테이플 파이버(staple fiber)나 필라멘트(Filament)사를 제조함으로써 소취 기능이 우수한 기능성 섬유와 연관된 산업자재, 가정 용품을 제공하는 것에 관한 것이다.

섬유제품에 본래 필요한 기능에서 부가적인 기능을 부여하여 생산하는 기능성 섬유는 처음에는 합성섬유에 흡수, 흡습성을 부여하는 것과 같이 천연섬유와 유사한 제품을 만드는 것이 목적이었다. 하지만, 현재 천연섬유의 성능을 지니게 하여 합성의 독자적 성능을 추구하는 방향으로 나아가 소비자들의 건강까지 고려하여 보온성, 항균, 소취 효과, 정전기 방지, 원적외선 방출, 자외선차단 등 특수한 기능을 가진 섬유를 선호하게 되었다.

상기와 같은 기능성 섬유는 의류뿐만 아니라 현재와 미래에 자동차, 전자, 우주항공, 의료 및 군수 등의 산업에 필요한 초경량, 고강도, 고기능성을 갖추어 그 활용도가 높고 시장성이 확대되어 가는 추세이다.

건강에 대한 관심이 매우 높아지면서 광물질의 특성을 이용하여 여러 가지 방법으로 건강에 도움을 받도록 이용이 되고 있다. 그 예로 황토, 게르마늄, 맥반석, 운모, 옥, 토르마린 등의 광물질을 추출하거나 화학적인 결함을 하여 원적외선 효과, 공기정화, 음이온 발산, 항균, 탈취 등 다양하면서도 건강에 매우 도움이 되는 효과를 얻고 있다.

상기와 같은 기능을 가진 광물을 함유한 광물섬유는 천연섬유의 일종으로 광물에서 얻어지는 것을 총칭한다. 석면에서 얻어진 것이 대표적이며, 불연성에 화학적으로 매우 내구성이 크므로 이것을 방적하여 실, 직물로 하여 소화용 의류 용구, 공업용 천 등으로 이용될 뿐만 아니라, 단독으로는 섬유가 될 수 없는 것은 섬유로 짤 수 있는 다른 섬유와 혼합하여 위의 용도로 쓰거나 틈막이로 하여 단열재 등의 제조에 이용된다.

섬유, 패션 사업은 웰빙 문화에서 건강뿐만 아니라 환경까지 중요시하는 로하스(LOHAS) 문화가 주류를 이루면서 섬유소재 및 패션 분야에서 고기능 친환경 소재를 원료로 한 다양한 건강 기능성 섬유 소재들이 속속 등장하였다. 식물의 천연 추출물질들에는 많은 기능성 물질이 존재하고 있다. 이들 기능성 물질 중 특유의 약리작용을 가지는 성분들은 분리, 정제 과정 등을 거처 식품, 향장품, 제약이나 의약 분야뿐만 아니라 섬유 염색, 가공분야에서도 합성화학제품의 부작용 등을 최소화할 수 있다는 점에서 그 이용이 크게 증가하고 있다.

상기와 같은 광물과 천연물은 원사에 첨가하여 기능성 원사를 제조하는 작업은 매우 활발하게 이루어 지고 있지만, 등록특허 제10-0450530호나 제10-481358호와 같이 종래의 방법은 기능성이 부족한 원사의 제작방법이거나 광물이 원사에 착상하는 비율이 매우 저조하여 그 효과가 미미하며, 세탁 및 사용에 의해 내구성이 저하되어 기능성이 부족하다는 문제점이 있다.

등록특허 제10-0450530호(2004.09.17) 등록특허 제10-0481358호(2005.03.28)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 기존의 일반 폴리에스터는 분자구조의 치밀함으로 인하여 소수성, 염색성 불량, 정전기 발생, 피부알러지 현상 등 인체에 대해서 불합리한 물성이 많았으나, 기능성 광물질을 이용하여 분자구조를 개질하여 면과 같은 물성을 부여시킨 폴리에스터 섬유를 제공하는데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 기존에 광물질과 탈취제를 첨가하여 탈취 능력을 가진 섬유보다 더 큰 효과와 지속성과 내구성을 가지면서도 탈취제와 같은 화학물질을 첨가하지 않고 지속성 있고 효과가 높은 소취능력을 가진 섬유를 제공하는데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은, 기존에 섬유에서는 가공시 항균제를 첨가하여 후가공에 의한 항균능력을 가진 섬유보다 지속적이면서도 세탁 및 착용에도 내구성이 저하되지 않은 반 영구적인 기능을 갖는 섬유를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적은 광물질 분말과 식물 추출물을 이용하여 제조된 항균 및 소취 능력이 증진된 섬유에 의해 달성될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적은, 추가의 일면에 있어서,

맥반석, 현무암, 운석류 및 제올라이트를 포함하는 광물질 중에서 2가지 내지 4가지의 광물을 선발하여 준비하는 단계;

상기 선발된 광물들을 개별적으로 1차 분쇄하는 단계;

상기 준비된 광물을 동량으로 혼합하여 2차 분쇄하여 평균 입도가 3㎛ 이하의 금속산화물의 분말을 얻는 단계;

상기 2차 분쇄된 광물 분말 100중량부에 징크옥사이드(ZnO) 0.2 ~ 0.5중량부를 첨가하는 단계;

상기 징크옥사이드가 첨가된 2차 분쇄광물 분말 100중량부에 식물추출물 4 내지 7 중량부를 첨가하여 고르게 혼합하는 단계; 및

PET 수지 97 ~ 99.9 중량부에 상기 식물추출물이 혼합된 광물 분말 0.3 ~ 3 중량부를 고르게 혼합하여 압출기에 투입한 뒤 방사하는 단계;를 포함하는 제조 방법에 의하거나 또는

맥반석, 현무암, 운석류 및 제올라이트를 포함하는 광물질 중에서 2가지 내지 4가지의 광물을 선발하여 준비하는 단계;

상기 선발된 광물들을 개별적으로 1차 분쇄하는 단계;

상기 준비된 광물을 동량으로 혼합하여 2차 분쇄하여 평균 입도가 3㎛ 이하의 금속산화물의 분말을 얻는 단계;

상기 2차 분쇄된 광물 분말 100중량부에 징크옥사이드(ZnO) 0.2 ~ 0.5 중량부를 첨가하는 단계;

합성 수지 60~85 중량% 및 상기 ZnO 첨가 분쇄물 15 ~ 40 중량%를 혼합하여 마스터 배치 칩을 형성하는 단계; 및

Virgin chip 97 ~ 99.3 중량부, 마스터 배치 칩 3 ~ 30 중량부 및 식물추출물 0.3 ~ 3 중량부를 혼합하여 압출기에 투입한 뒤 방사하는 단계;를 포함하는 제조방법에 의해 달성될 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 항균과 소취 능력이 증가된 섬유를 이용할 경우 제조방법상 무기광물이 분자구조를 개질하여 면과 같은 물성을 부여하여 내구성과 착용감이 좋은 섬유를 제공 할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 항균과 소취 능력이 증가된 섬유를 이용할 경우, 탈취제를 첨가하지 않고도 내구성이 높고, 냄새를 탈취하여 일정 시간 이후 다시 냄새가 발생하는 탈취 효과가 아닌 지속적인 소취 능력을 가진 섬유를 제공하는데 있다.

또한, 기존의 섬유에서는 항균제를 첨가하여 항균능력을 가지도록 했던 섬유보다 지속적이면서도 세탁 및 착용에도 내구성이 높은 항균력을 가진 섬유의 제조가 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항균 소취 섬유의 제조 과정을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광물의 2차 분쇄 후 입도의 크기를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광물의 2차 분쇄 후 고 배율의 현미경을 통해 촬영된 분쇄물의 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 원사의 항균력 검사결과 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 원사에 함유된 무기물을 확인할 수 있는 고 배율의 현미경에 촬영된 원사의 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조과정 중 원사의 용융추출에 의한 방적이 실시되는 모식도.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하기로 한다.

지표면에 존재하는 지각변동으로 형성된 암석중에서 맥반석, 현무암, 운석류, 제올라이트 계열의 광물질은 무기계 금속산화물 성분을 함유하고 있는 광물로써 기능성을 가지고 있으며 다공질의 3차원 망목구조를 가지고 있다.

상기 맥반석은 지질학적 분류로는 화강암류에 속하며 주성분은 무수규산과 산화 알루미늄이고, 산화제2철이 소량 함유되어 있다. 1㎤당 3~15만 개의 구멍으로 이루어져 있어 흡착성이 강하고, 약 2만 5000종의 무기염류를 함유하고 있다. 중금속과 이온을 교환하는 작용을 하기 때문에 유해금속 제거제로도 사용하며 이 암석에 열을 가하면 원적외선을 방출하는 것으로 알려져 있다.

암색 내지 흑색 미세립의 염기성 화성암의 하나인 현무암은 화산에서 분출되는 용암 중에서 가장 많은 양의 암석이다. 화학조성은 CaO(산화칼슘), MgO(산화마그네슘), FeO(산화제일철) + Fe₂O₃(산화제이철)의 함량이 많고 SiO₂(이산화규소) 함량은 52%이하이다.

제올라이트는 비석(沸石) 이라고도 하며, 굳기는 6을 넘지 않고 비중이 약 2.2이다. 결정구조적으로는 각 원자의 결합이 느슨하여, 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격은 그대로 있으므로 다른 미립물질을 흡착할 수가 있다. 이 성질을 이용해서 흡착제로 사용하며, 크기가 다른 미립물질을 분리시키는 분자체(分子篩)로 사용한다.

상기와 같이 맥반석, 현무암, 운석류, 제올라이트 계열의 광물질 암석은 금속 산화물을 많이 함유하고 있어 섬유와 혼합시 인체에 유용한 효과를 얻을 수 있다. 상기와 같은 광물을 섬유에 첨가하면 원래 보유하고 있는 원적외선의 방사성능과 다공질에 의한 흡착력 및 항균성을 나타내게 된다. 하지만, 상기와 같은 무기물을 혼합하였을 때, 광물의 균일성이 미흡하고, 방사간 재응집 및 강력한 수분 흡수 특징으로 용융방사시 방사조업성 확보가 어렵고 점도저하에 따른 섬유의 물성저하와 무기물 미립자에 의한 압력상승, 기타 색상불량 및 분산성 조절 등이 어려워 가공비용이 매우 높다는 단점이 있다.

악취를 제거하는 기능성 섬유의 대부분은 탈취 기능이 제공되어 있다. 상기와 같은 탈취 기능은 이미 공기 중에 확산한 냄새 물질이 활성탄이나 숯, 제올라이트 등의 다공성 물질의 세공에 물리적으로 흡착하는 것을 이용하여 냄새를 가두는 방법으로 모든 냄새에 효과가 있다는 장점이 있으나 일단 흡착된 뒤 일정 시간이 지난 후 냄새들은 다시 방출(탈착) 되어 역으로 악취 원인이 될 수 있다는 단점 있다.

또한, 방취에 의하여 악취를 제거하는 방법이 있다. 상기 방취는 항균성 소재를 이용하여 미생물의 증가를 억제하는 것으로 미생물의 대사작용에 의해서 수반되는 냄새물질의 발생을 방지하는 것이다. 상기 방취는 이미 발생하여 확산된 냄새는 제거할 수 없다는 단점이 있다.

본 발명에서 나타난 섬유의 기능인 소취는 이미 공기 중에 확산한 냄새물질을 산화반응이나 중화 반응 등의 화학반응을 이용하여 냄새물질을 변화시켜 없애는 방법으로 화학변화를 동반하기 때문에 2차적인 악취원인이 되지 않는다. 하지만 특정종류의 냄새 물질만 반응한다는 단점이 있다.

상기와 같은 소취 기능을 가진 섬유는 생활속의 4대 악취의 하나인 암모니아(NH₃) 냄새를 소취하는 것이 가능하다. 상기와 같은 암모니아 냄새는 땀 이나 소변과 같은 몸에서 발생하는 자극적인 냄새로써 본 발명과 같이 광물을 첨가하여 제작된 섬유에서는 소취가 가능하며, 내구성을 높여 원단의 경제성이 높고 가공비율이 절감되도록 제작이 가능하다.

본 발명과 같이 항균·소취 섬유를 제조하기 위해서는 맥반석, 현무암, 운석류, 제올라이트 계열의 광물질 1가지 광물만을 사용하지 않고 맥반석, 현무암, 운석류, 제올라이트 계열의 광물 중 2가지 이상의 광물을 선발하여 동량으로 혼합한다.

상기의 광물은 다공질의 3차원 망목구조를 가지고 있어 흡착이 가능하여 냄새나 수분을 제거하는 기능으로 이미 사용 되어 왔다. 상기와 같은 흡착기능은 악취를 끌어 당기는 효과가 있어 냄세 제거에 매우 효율적이다. 하지만, 상기와 같은 구조의 광물을 섬유에 이용하였을 경우 섬유에 고른 배합이 어렵고, 분쇄물이 3 ㎛ 이하의 크기로 분쇄가 안될 경우, 섬유의 지속적인 사용 및 세탁에 의하여 광물의 탈락현상이 쉽게 발생하여 상기 광물에 의한 기능성 면에서 광물의 균일성이 미흡하고, 방사간 재응집 및 강력한 수분 흡수 특징으로 용융방사시 방사 조업성 확보가 어려우며 점도저하에 따른 섬유의 물성저하 및 무기물 미립자에 의한 압력상승, 기타 색상불량 및 분산성 조절 등이 어려워 제조과정에 비용이 매우 높다.

상기와 같은 단점을 극복하기 위해서 본 발명에서는 2종류 이상의 광물을 혼합하여 분쇄과정을 수행하여 섬유를 제조하도록 하였다. 상기와 같이 2종류 이상의 광물을 사용하였을 경우 광물이 섬유에 고르게 분포하며 촉감이 부드럽게 유지가 가능한 크기의 분쇄작업이 더욱 용이해지는 장점이 있다. 즉, 상기 광물들을 섬유에 혼합하기 위해서 분쇄작업을 수행할 때 각각의 경도가 달라서 섬유에 투입이 가능한 크기인 3㎛ 이하로 분쇄가 더 쉽고 효율이 증대 되어 시간과 비용이 절감 되어 지금까지 생산비용의 증가로 공급 단가가 높으므로 시장점유율이 낮은 단점을 보완할 수 있게 된다.

선택된 두 종류의 광물은 각각 50㎛크기의 파우더가 되도록 크랏샤(Crusher:분쇄기)로 1차 분쇄하는 작업을 수행하게 된다. 상기와 같이 1차로 분쇄하는 과정에서는 광물이 섞이지 않도록 하여 분쇄를 실시하면 광물은 1차에서 50㎛크기까지의 분쇄가 가능하게 된다.

상기와 같이 분쇄된 광물은 선택된 기능성에 따라 2가지 이상의 광물을 1:1로 동량을 배합하여 평균입도 1㎛크기의 파우더가 되도록 2차 분쇄를 실시하게 된다. 상기와 같이 선택된 광물은 3가지일 경우 1:1:1로 항상 무게 비율로 같은 양을 배합하도록 한다. 상기와 같이 2가지 이상의 광물을 사용하였을 경우 광물들의 경도가 서로 상이하여 분쇄가 더 빠르고 수득률이 높다. 상기와 같은 과정에 의해서 도2와 도 3에서와 같이 본 발명에서 사용되는 광물은 평균입도가 1㎛까지 재현성이 나타나도록 분쇄하는 것이 가능하였으며, 대부분 3㎛ 이하로 97%이상 분쇄되는 것이 가능하게 되었다.

상기와 같은 분쇄 결과는 2가지 이상의 광물이 합하여 질 때 항상 재현성이 있도록 분쇄가 되어, 기존에 여러 번 실시하여 3㎛ 이하로 분쇄하여 시간과 비용이 증가되거나, 3㎛ 이하로 분쇄되는 비율이 적어 섬유에 점착률이 높지 않은 것과는 다르게, 본 발명에 의한 분쇄방법은 생산비용과 시간이 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

2차 분쇄된 광물 파우더 100중량부에 0.2 ~ 0.5중량부에 해당하는 징크옥사이드(ZnO)를 첨가하여 고르게 혼합한다.

본 발명과 같이 투입되는 ZnO는 무기계 금속산화물 성분을 가지고 있는 광물에 미미하게 포함되어 있는 물질로 항균효과를 발휘하는 기능을 한다. 하지만, 항균효과가 충분하지 않기 때문에 ZnO를 더 첨가하면, 항균효과가 증대되는 현상을 확인할 수 있다. 상기와 같은 항균효과는 도4와 같이 나타났다.

ZnO(징크옥사이드; 산화아연)는 분말화 형태로 베이비 파우더에 들어가는 주요성분으로 사용되어온 안전한 성분이며, 높은 자외선 차단력을 가지고 있고, 열과 충격에 내성이 있으며, 인체에도 필수 영양성분이기 때문에 영양제나 가축 사료에도 사용되는 특징이 있다. 상기와 같은 특징을 가진 산화 아연을 첨가하여 제작된 원사는 소취 능력과 함께 항균능력이 증가될 수 있는 기능성 원사의 제작이 가능하게 되었다.

본 발명에서는 2차 분쇄된 광물을 원사에 고르게 혼합하기 위하여 마스터 배치 칩과 분말을 그대로 사용하여 원사에 투입하는 2가지 방법을 사용하는 것이 가능하다.

2차 분쇄가 되어 평균 입도가 1㎛가 되는 분쇄물에 ZnO를 투입하여 고르게 혼합된 광물파우더는 방사를 실시하기 위해서 스크류 익스트루더(압출기)(30)에 그대로 투입할 경우 방사된 원사에 고르게 첨가되지 않는 문제 점이 발생하게 된다. 고르게 첨가되지 않은 원사는 기능과 촉감 및 내구성에 저하되게 된다. 따라서, 대부분 무기광물을 첨가하기 위한 원사는 마스터 배치 칩을 1차로 제작한 뒤 원사를 만들게 된다.

2차 분쇄된 파우더는 무게로 30~40중량%의 분쇄된 광물파우더와 60~70중량%의 화학수지와 혼합하여 1차 마스터 배치 칩(Master batch chip)을 제조하게 된다. 또한, 상기와 같은 파우더와 합성수지를 혼합할 때 2차 분쇄된 광물 파우더 100중량부에 0.2 ~ 0.5중량부에 해당하는 징크옥사이드(ZnO)를 첨가하여 같이 혼합된 마스터 배치 칩을 제조한다. 상기와 같은 1차 마스터 배치 칩을 제작하게 됨으로써 원사 제작을 위한 화학수지와 혼합할 때 광물파우더가 항상 일정농도로 고르게 원사에 투입이 가능하게 된다. 상기와 같이 정확한 양과 고르게 원사에 투입이 가능하도록 마스터 배치 칩을 구성하는 광물은 표 1과 같이 첨가되도록 한다. 상기와 같이 마스터 칩에 함유된 광물파우더의 조성비는 표 1과 같다.

상기와 같이 광물파우더를 마스터 배치 칩으로 생성하여 원사를 제조하게 되면 고르게 원사에 투입하는 것은 가능하지만 제작비용이 증가하는 문제점이 발생한다.

그러므로, 본 발명에서는 마스터 배치 칩이 아닌 ZnO가 혼합된 광물파우더를 100중량부로 할 때 4~7 중량부에 해당하는 식물성 추출물을 첨가하여 1차 혼합을 실시하였다. 상기 식물성 추출물은 소취 성분이 있는 식물들로 동백나무, 소나무, 감귤, 장미, 노송나무 등 35종 이상의 식물류에서 잎, 열매, 줄기 뿌리 등을 이용하여 추출할 수 있으며, 그 중에서도 소취율이 높은 동백나무과의 식물을 추출 한 뒤 수득한 추출물로 다량의 소취 성분이 함유되어 있는 식물추출물이다. 상기와 같은 식물성 추출물은 소취율과 항균력이 있으며 상기와 같이 식물추출물에 광물파우더를 고르게 혼합한 뒤 원사를 제조할 경우 광물파우더가 익스트루더에 부착된 주입장치에 의해 고르게 원사에 투입 된다는 장점이 있다.

상기와 같이 고르게 투입된 원사의 모습은 도5와 같이 현미경으로 확인하였다.

본 발명에 바람직한 실시예로 사용이 가능한 식물추출물의 성분 중 하나인 동백나무과는 식물체와 꽃은 관상용으로 많이 사용하며, 종자에서는 기름을 짜서 사용한다. 잿물을 내어 매염제로 쓰이기도 하지만 동백나무과 추출물은 항균효과와 소취 능력은 여러 논문에서 증명되어 있으며, 특히 항균효과는 인체에 무해한 천연 항균 소재로써 의약품이나 화장품 원료로 많이 활용되고 있다. 상기 동백나무과의 조직을 분쇄하여 40% 에탄올에 72시간 침전하였다가 에탄올 층을 분리한 후 다시 40% EtOAc(Ethyl acetate;에틸 아세테이트)에 2차 24시간 침전하였다가 추출물만을 분리한 뒤 용매층을 제거하여 사용하였다. 상기와 같이 추출된 식물추출물은 오일층이 대량으로 함유되어 있으며 항균력과 소취 능력을 포함하고 있다.

ZnO가 함유된 광물파우더를 식물추출물과 혼합하여 원사를 제작할 경우, 마스터 배치 칩을 제작하는 단계를 생략할 수 있기 때문에 원사의 제조 비용이 절감되는 효과를 얻을 수 있다. 광물이 첨가되어 제작되는 원사는 그 기능이 매우 우수함에도 불구하고 동일한 지역에서 채취되는 광물도 성분이 조금씩 상이하여 순수한 성분을 얻기 위한 선별작업의 난이성과 생산비용이 높아 활용이 적으며, 이와 같은 이유로 내구성이 떨어지는 탈취제나 항균제와 같은 유기화학물질을 원사에 코팅하여 제조하는 기능성 원사가 시장의 점유율이 높은 실정에 있다. 하지만, 본 발명과 같이 제작비용에 단가를 절감함으로써 경쟁력이 높은 원사의 생산이 가능하게 된다.

상기와 같이 ZnO가 첨가되고 식물성추출물에 혼합된 광물파우더는 PET Chip또는 합성수지와 함께 스크류 익스트루더에 투입되어 혼합하여 290℃에서 원사에 따라 속도를 조정하여 방사를 실시하여 스테이플 화이버(Staple fiber)를 도 6과 같이 제작하게 된다. 상기와 같이 분쇄된 광물질과 오일이 혼합되어 방사 과정에서 더 고르게 혼합이 가능하였으며 압출기(익스투루더: extruder)에 의하여 용융방사되는 과정에서 오일은 50℃ 이하에서 수분제거가 됨으로써 품질이 더욱 안정적이어서 내구성이 높은 원사의 생성이 가능하였다.

본 발명과 같이 기능성 원사를 제조하는 방법으로 마스터 배치 칩을 구성하여 원사를 제작하는 것도 가능하다. 마스터 배치 칩에 의하여 원사를 제조하였을 때에도 ZnO가 첨가되면 소취 능력과 항균력이 증가하는 것을 확인 할 수 있다. 또한, 마스터 배치 칩과 혼합수지를 사용하여 방사를 할 경우에도 익스트루더에 마스터 배치 칩을 100중량부로 할 때 10 중량부에 해당하는 식물추출물을 첨가하여 스테이플 화이버를 생산함으로써 식물성 오일에 의한 원사의 소취력과 항균력, 내구성이 증가되는 효과를 확인할 수 있다.

두 개 이상의 광물이 분쇄되어 혼합하여 상기 표1과 같은 조성비로 구성하고, 분쇄된 광물을 100중량부로 할 때 0.2 ~ 0.5중량부의 ZnO를 첨가한 뒤, 선택된 화학수지와 결합하여 광물이 15 ~ 40 중량%가 첨가된 1차 마스터 배치 칩을 형성하도록 한다. 상기와 같이 광물이 1차로 첨가된 마스터 배치 칩을 형성하여 분쇄된 광물은 이후 과정에서 고르게 섬유에 투입이 가능하게 된다.

상기와 같이 분쇄된 광물과 ZnO(산화아연)와 화학수지가 결합된 마스터 배치를 PET Chip(Virgin Chip)과 혼합을 한다. 분말화 형태의 산화아연(ZnO)은 베이비 파우더에 들어가는 주요성분으로 사용되어온 안전한 성분이며, 높은 자외선 차단력을 가지고 있고, 열과 충격에 내성이 있으며, 인체에도 필수 영양성분이기 때문에 영양제나 가축 사료에도 사용되는 특징이 있다. 상기와 같은 특징을 가진 산화 아연을 첨가하여 제작된 원사는 높은 소취 능력이 있는 기능성 원사의 제작이 가능하다.

상기 마스터배치 칩은 기능성에 맞도록 사용량을 결정하여 첨가하게 된다. 무기물의 사용량이 증가할수록 소취 능력이 증가하나 너무 많으면 원사형성이 어렵고 물리적 성질이 저하되므로 무기물의 사용량을 0.3 % ~ 3% (O.W.F : on the weight of fiber) 기능성에 맞추어 첨가하여 혼합한다.

즉, 상기와 같은 첨가량이 되도록 광물이 30%첨가된 마스터 배치 칩을 약 0.1% ~ 10% 를 Virgin Chip(또는 Virgin Chip)과 혼합하게 된다.

상기와 같이 마스터 배치 칩과 Virgin Chip을 혼합하여 290℃에서 원사에 따라 속도를 조정하여 방사를 실시하여 스테이플 화이버(Staple fiber)를 형성한다. 상기와 같이 스테이플 화이버를 형성하기 위해서 도 6과 같이 스크루 익스트루더(screw extruder)에 의한 용융방사를 실시한다. 상기 Virgin Chip의 종류에 따라서 PET(Polyethylene), PBT(Polybutylene Terephthalate), 나일론, 레이온, PVC(Polyvinyl Chloride), PP(Polypropylene), 탄소를 포함하는 고분자수지 중의 하나를 선택하게 되며, 상기 선택에 의하여 원사를 제조하게 된다.

상기와 같은 방사에 의해서 스테이플 화이버는 인조 섬유를 짧게 잘라 양털이나 솜처럼 자아낸 섬유로 만들은 실로써 방적하기에 알맞으며 그 활용도가 높다. 스테이플 화이버에 무기계 금속산화물 성분을 가지고 있는 광물을 고르게PET Chip과 고르게 섞이도록 하기 위해서 본 발명에서는 소취 성능을 가진 식물성 추출물을 방사시 주입하여 무기광물이 고르게 첨가되어 품질의 불량률이 줄어들고 기능성이 항상 우수하며 내구성이 높은 원사의 생산이 가능하다.

도 6과 같이 익스트루더에 의하여 마스터배치 칩과 PET칩은 기능성에 따라 일정량을 투입하게 되고 상기와 같이 투입된 칩들의 290℃에서 원사에 따라 속도를 조정하여 방사를 실시하게 된다.

기존의 폴리에스터의 많은 단점은 본 발명과 같이 무기계 금속산화물 성분을 가지고 있는 광물질을 첨가하여 분자 구조를 개질하여 면과 같은 물성을 부여시켜 폴리에스터 섬유의 단점을 개선함과 동시에 항균, 소취, 등과 같이 천연 섬유인 면에서는 볼 수 없는 위생적인 기능을 부여하여 피부 친화성 섬유로 제조가 가능하게 되었다.

상기와 같은 제조방법에 의해서 무기물이 함유된 원사는 원사속에 함유된 미네랄성분들이 세균의 원형질막을 파괴하여 항균기능을 발휘하여 악취 생산요인을 일차적으로 제거가 가능하며 그 외 발생하는 악취도 ZnO를 광촉매로 사용하여 화학적 방법으로 악취를 산화시켜 분해를 하여 악취를 소거 하게 된다.

상기의 기능성을 한국의류시험연구원과 FITI시험연구원에 의뢰하여 실험 결과를 확보하였다.

<실시예1>

맥반석과 제올라이트 2가지 이상의 광물을 선발하여 1차 분쇄에 의하여 50㎛의 파우더로 제조하고, 상기 두 종류의 분쇄된 광물을 1:1로 혼합하여 2차 분쇄하여 평균 입도가 1.08㎛의 금속산화물의 분말을 얻었다. 상기 2차 분쇄된 광물파우더 100중량부에 0.4중량부에 해당하는 징크옥사이드(ZnO)를 첨가하고, 상기 ZnO가 첨가된 2차 분쇄광물파우더 100중량부에 5중량부의 동백나무잎 추출물을 첨가하여 고르게 혼합하였다. 상기 혼합물을 폴리에스터 수지 99중량%에 최종 혼합물 1중량%가 되도록 고르게 혼합하여 압출기에 투입한 뒤 방사하여 스테이플 화이버를 수득하고, 폴리에스터와 방적(spinning)을 실시하였다.

<실시예2>

맥반석과 제올라이트 2가지 이상의 광물을 선발하여 1차 분쇄에 의하여 50㎛의 파우더로 제조하고, 상기 두 종류의 분쇄된 광물을 1:1로 혼합하여 2차 분쇄하여 평균 입도가 1.08㎛의 금속산화물의 분말을 얻었다. 상기2차 분쇄된 광물파우더 100중량부에 0.4중량부에 해당하는 징크옥사이드(ZnO)를 첨가하고, 상기 징크옥사이드가 첨가된 2차 분쇄광물 파우더 무게 30 중량%에 혼합수지 70 중량%를 혼합하여 마스터배치 칩을 생산하였다. 이어서, 상기 마스터 배치 칩과 폴리에스터 Virgin Chip 혼합물을 100중량부로 하였을 때 97 중량부의 Virgin chip, 3중량부의 마스터 배치 칩, 0.3중량부의 동백나무잎 추출물을 혼합하여 압출기에 투입한 뒤 방사하여 스테이플 화이버를 수득하고, 폴리에스터와 방적(spinning)을 실시하였다.

<실시예3>

맥반석과 제올라이트 2가지 이상의 광물을 선발하여 1차 분쇄에 의하여 50㎛의 파우더로 제조하고, 상기 두 종류의 분쇄된 광물을 1:1로 혼합하여 2차 분쇄하여 평균 입도가 1.08㎛의 금속산화물의 분말을 얻었다. 이어서, 상기 2차 분쇄 광물파우더 무게 30 중량%에 혼합수지 70 중량%를 혼합하여 마스터배치 칩을 생산하한 후, 상기 마스터 배치 칩과 폴리에스터 Virgin Chip혼합물을 100중량부로 하였을 때 97 중량부의 Virgin chip, 3중량부의 마스터 배치 칩을 혼합하여 압출기에 투입한 뒤 방사하여 스테이플 화이버를 수득하고, 폴리에스터와 방적(spinning)을 실시하였다.

<실험 1> 2차 분쇄에 의한 입도의 평균 크기

- 의뢰기관 : 한국의류시험연구원

- 시료 : 2차 분쇄광물

- 실험기기 : Malvern Instruments

실험 1 결과 실시예의 2차 분쇄된 광물의 크기를 분석하여 본 결과 평균 입도는 1.08 ㎛을 나타 내었으며, 3.12㎛이하 크기의 입도를 나타내는 분쇄물이 99.2%인 것이 확인되었다. 97%가 3 ㎛ 이하의 크기로 쉽게 분쇄된 것이 도 2의 그래프와 도3의 현미경 사진으로 확인할 수 있었다.

본 발명과 같이 광물을 2가지 혼합하여 분쇄하였을 경우 분쇄에 투입되는 시간이 감소하고, 분쇄물의 99%가 3 ㎛입도가 되어 쉽게 분쇄가 가능하여 제작비용의 절감되었다.

<실험 2> 2차 분쇄된 광물의 조성

- 시료 : 2차 분쇄광물

- 실험기기 : KS L4007

- 실험방법 : XRF, XRD, ICP-OES

실시예에서 2차 분쇄된 광물의 조성을 확인한 결과 표와 같이 나타났다.

상기 실시예와 비교예의 2차 분쇄된 광물파우더의 성분을 분석하여 표2와 같은 결과를 확인하였다. 상기 시험분석방법은XRF(X선 형광분석기)와 XRD(X선 회절분석기)에 의하여 조성과 결정을 확인하고 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer: 유도결합플라즈마 분광분석기)에 의하여 미량에 대한 정량 분석을 하였다.

상기와 같이 광물질의 대부분은 구성하는 것은 이산화규소(SiO₂) 이고, 일부 ZnO와 CuO가 미량으로 존재하고 있어 미미하게 항균효과를 나타낼 수 있다. 상기와 같이 원료에 포함된 상기 무기산화물들은 광물의 기본적은 금속산화물만이 존재하고 있으며 상기 광물의 특징인 흡착기능을 나타내고 있다.

<실험 3> 소취능력 검사

- 의뢰기관 : 한국의류시험연구원, FITI시험연구원

- 시료 : 실시예 1 내지 3의 결과물

- 시험가스 : 암모니아(NH4)

- 실험방법 : 가스검지관법, 소취율 (%)

- 주입된 시험가스의 농도 : 500 ppm

- 시험환경 : 온도 22℃, 습도 48 % R. H.

실험의 결과 실시예로 완성된 방적사는 암모니아가스를 2시간 동안 가스검지관법으로 소취율을 검사한 결과 모든 실시예의 방적사는 99% 이상 소취되는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 포름알데히드에 대한 소취율은 모두 27.6%를 나타내었다. 본 시험방법에 의해서 실시예 1과 실시예 2는 2시간 측정결과이며 이후 계속적인 소취 능력이 유지되어 소취 능력이 멈추는 시간은 측정이 불가능 하였다. 하지만 실시예 3의 경우 2시간은 같은 소취 능력이 발휘되는 것으로 확인 되었으나 이후 소취 능력이 감소하는 것으로 실시예 3과 같은 제조방법은 소취 능력이 아닌 악취의 흡착에 의한 탈취능력에 해당하여, 본 발명과 같이 ZnO가 첨가된 시료는 소취 능력이 우수한 이유는 광물의 흡착능력과 함께 소취능력이 발휘 되는 것이 확인되었다. 상기 실시예는 폴리에스터 원액수지에 첨가한 후 용융방사하여 원사에 1%(O.W.F) 함유토록 하여 충분한 소취 능력을 검증할 수 있었다.

<실험 4> 항균능력 검사

- 의뢰기관 : 한국의류시험연구원, FITI시험연구원

- 시료 : 실시예 1 내지 3의 결과물

- 사용공시균주 : staphylococcus aureeus ATCC6538(황색포도상구균)

- 측정방법 : 세균수/㎖, 정균 감소율 %

본 발명과 같이 광물을 첨가하여 제작된 실시에 1 내지 3의 방적사의 항균력은 검사하여 표3과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 상기와 같은 조건으로 2곳의 시험연구원에서 검사한 결과 실시예 1과 실시예 2는 모두 99%의 균감소율을 확인 할 수 있었다. 하지만 실시예 3과 같이 제조한 방적사의 경우 항균력이 전혀 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 실시예 1과 실시예 2의 경우 실시예 1의 ZnO를 첨가한 분쇄물로 시험했을 때는 18시간에 걸쳐 살균이 되었으나 상기와 같은 방적사의 경우 1시간 이내에 살균효과를 확인 할 수 있었다. 또한, 도 4에 나타난 것과 같이 실시예의 시료를 첨가하지 않은 경우 처음 접종한 것과 같은 1.5 x 10⁴으로 나타났다. 또한, 실시예 3과 같이 ZnO가 첨가되지 않은 방적사의 경우 항균력을 거의 나타내지 않는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 상기 광물만으로는 항균력을 나타내지 못하며, ZnO가 첨가 되었을 때 항균력이 발휘 된다는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명에 의해 실시예 1에서 ZnO를 첨가한 분쇄물과 실시예 3의 2차 분쇄된 광물의 항균력을 비교 분석한 결과 실시예 1의 ZnO를 첨가한 분쇄물 시료는 92.5%의 항균력을 18시간에 걸쳐 나타나는 것을 확인 하였고, 실시예 3의 2차 분쇄된 광물의 시료는 항균력을 전혀 나타내지 않는 것을 확인하였다. 이는 본 발명에서 식물성 추출물이 첨가되고 고르게 방적가공을 실시한 결과 99%를 넘는 결과를 가져 오는 것을 확인하였다.

본 발명과 같이 제조할 경우 첨가된 금속산화무기물은 원료가 흡착, 산화작용을 하여 소취를 하며 동시에 소취 성분을 갖는 식물추출물이 중화반응, 부가반응, 포접 작용과 미량의 방향성 성분이 냄새를 제거하는 소취의 모든 작용도 같이 포함되어 기타의 화합물이나 방적사의 코팅가공을 통한 기능성 개선이 없이 우수한 소취 능력과 항균능력을 나타냄으로써 제조 단가와 시간이 절감되는 우수한 특성의 원사의 제조가 가능하다.

본 발명에 의하여 제조된 소취 섬유는 소취율에 따라서 다양한 제품으로 가공이 가능하다. 에어컨, 공기청정기, 냉장고, 공조기 등 필터에 이용하는 것이 가능하고 이불, 모포, 베게, 매트리스와 가능 침장품에 적용하여 땀냄새와 같은 분비물에 의한 악취와 항균효과로 위생정인 침장품으로 사용이 가능하다. 또한, 커튼, 카패트, 벽지, 매트와 같은 인테리어 용품과 냉장고용 소취재나, 행주로 주방에서도 적용이 가능하다. 특히, 파자마, 스포츠 웨어, 양말, 내의류 등과 같이 기능성 의류에는 적용시 항상 느낄 수 있는 뛰어난 효과를 얻을 수 있으며, 시트카바, 쿠션과 같이 냄새 제거가 어려운 차량용품에도 적용하면 탈취가 아닌 소취 기능에 의한 영구적 효과를 얻는 것이 가능하다. 또한, 기저귀, 요실금 팬티, 병원 시트 카바, 실버 산업 용품, 포장재와 같은 위생용품에도 화학 물질이 첨가되지 않아 부작용 없이 사용이 가능하다는 장점이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 광물 20 : Virgin Chip
30 : 익스트루더 40 : 도징펌프
50 : 연신 60 : 권취

Claims (4)

1. 맥반석, 현무암, 운석류 및 제올라이트를 포함하는 광물질 중에서 2가지 내지 4가지의 광물을 선발하여 준비하는 단계;
   상기 선발된 광물들을 개별적으로 1차 분쇄하는 단계;
   상기 1차 분쇄된 광물들을 동량으로 혼합하여 2차 분쇄하여 평균 입도가 3㎛ 이하의 금속산화물의 분말을 얻는 단계;
   상기 2차 분쇄된 광물 분말 100중량부에 징크옥사이드(ZnO) 0.2 ~ 0.5중량부를 첨가하는 단계;
   상기 징크옥사이드가 첨가된 2차 분쇄광물 분말 100중량부에 식물추출물 4 내지 7 중량부를 첨가하여 고르게 혼합하는 단계; 및
   PET 수지 97 ~ 99.9 중량부에 상기 식물추출물이 혼합된 광물 분말 0.3 ~ 3 중량부를 고르게 혼합하여 압출기에 투입한 뒤 방사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무기계 금속산화물 성분이 함유된 광물을 사용한 소취 섬유 제조방법.
   
2. 맥반석, 현무암, 운석류 및 제올라이트를 포함하는 광물질 중에서 2가지 내지 4가지의 광물을 선발하여 준비하는 단계;
   상기 선발된 광물들을 개별적으로 1차 분쇄하는 단계;
   상기 준비된 광물을 동량으로 혼합하여 2차 분쇄하여 평균 입도가 3㎛ 이하의 금속산화물의 분말을 얻는 단계;
   상기 2차 분쇄된 광물 분말 100중량부에 징크옥사이드(ZnO) 0.2 ~ 0.5 중량부를 첨가하는 단계;
   합성 수지 60~85 중량% 및 상기 ZnO 첨가 분쇄물 15 ~ 40 중량%를 혼합하여 마스터 배치 칩을 형성하는 단계; 및
   Virgin chip 97 ~ 99.3 중량부, 마스터 배치 칩 3 ~ 30 중량부 및 식물추출물 0.3 ~ 3 중량부를 혼합하여 압출기에 투입한 뒤 방사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하며,
   상기 Virgin chip은 PET(Polyethylene), PBT(Polybutylene Terephthalate), 나일론, 레이온, PVC(Polyvinyl Chloride), PP(Polypropylene), 탄소를 포함하는 고분자수지 중의 하나를 선택하여 원사를 제조하는 무기계 금속산화물 성분이 함유된 광물을 사용한 소취 섬유 제조방법.
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 식물추출물은 소취 기능을 갖는 식물성오일을 함유하는 동백나무과의 추출물인 것을 특징으로 하는 무기계 금속산화물 성분이 함유된 광물을 사용한 소취 섬유 제조방법.
   
4. 제1항 또는 제2항에 따른 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 무기계 금속산화물 성분이 함유된 광물을 사용한 소취 섬유.
   
   

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