KR101821951B1 - 제올라이트가 함유된 항균원단의 염색방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항균기능을 가지는 항균원단의 물성변화를 최소화하면서 균염 및 염착률을 증대시킬 수 있는 제올라이트가 함유된 항균원단의 염색방법에 관한 것으로, 폴리에스테르 섬유에 제올라이트를 첨가하여 항균성을 가지는 항균섬유를 이용하여 항균원단을 편직하는 편직단계와, 상기 항균원단을 탄산나트륨(Na2CO3) 및 비이온성 계면활성제와 함께 정련기에 투입하여 불순물을 제거하는 정련단계와, 상기 정련된 항균원단에 염료 및 분산균염제를 투입하여 120℃ 내지 130℃에서 40분 내지 60분간 염색을 행하는 염색단계 및 상기 염색된 항균원단을 텐타기에 투입한 후 160℃ 내지 180℃에서 40초 내지 50초간 텐타를 행하는 텐타단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

제올라이트가 함유된 항균원단의 염색방법 {Method for dyeing of antibacterial textile containing zeolite}

본 발명은 제올라이트가 함유된 항균원단의 염색방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항균기능을 가지는 항균원단의 물성변화를 최소화하면서 균염 및 염착률을 증대시킬 수 있는 제올라이트가 함유된 항균원단의 염색방법에 관한 것이다.

일반적으로 의류나 침구류 등에 사용되는 섬유 제품은 소비자의 다양한 취향에 따라 섬유 재료를 원하는 빛깔로 착색하는 염색공정을 거쳐야만 한다.

그런데 이와 같이 제조된 각종 섬유류 제품은 보관불량에 의하여 미생물이 서식하거나, 인체와의 접촉으로 인체의 분비물을 영양원으로 하여 미생물이 서식 및 증식하여 인체의 건강을 위협하거나 제품에 악취가 발생하고 오염, 변색 취하 등이 발생하여 제품의 내구성, 견뢰도 등 품질을 저하시키는 주요 요인이 되기도 한다.

이러한 이유로 섬유 제품은 병원균 침입의 매개체 또는 서식처가 되기도 하는데 만일 섬유제품에 항균성을 부여하게 되면, 미생물의 서식이나 증식을 억제하여 전염성 질환 예방, 악취예방, 섬유의 오염과 취화(햇볕에 노출시켰을 때 낡아지는 현상)를 방지할 수 있는 기능성 섬유 제품을 얻을 수 있을 것이다.

섬유제품에 항균성을 부여하기 위해 안출된 특허 기술들 중 국내 등록특허공보 제10-1045388호가 개시된 바 있다.

상기 종래기술은, 항균성이 없는 일반 원사를 사용하여 직물을 제직한 후 염색하고, 항균기능을 가지는 키토산이 첨가된 가공액 속에 통과시킴으로써 염료가 직물에 고착되어 발색되는 동시에 항균기능을 부여하는 패드 스팀단계가 포함되어 있다.

그러나, 종래기술은 별도의 항균기능을 가지는 키토산을 섬유의 표면에 고착시켜 섬유의 미세 구조에 깊이 반응하지 않으므로 세탁, 햇볕 등 외부요인에 의해 항균성이 저하될 우려가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1045388호 (2011년 06월 23일) 대한민국 등록특허공보 제10-0821894호 (2008년 04월 07일)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 세탁, 햇볕 등 외부요인에 의해 항균성이 저하되지 않도록 항균섬유 고유의 물성을 유지할 수 있는 제올라이트가 함유된 항균원단의 염색방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제올라이트가 함유된 항균원단의 염색방법은, 폴리에스테르 섬유에 제올라이트를 첨가하여 항균성을 가지는 항균섬유를 이용하여 항균원단을 편직하는 편직단계와, 상기 항균원단을 탄산나트륨(Na2CO3) 및 비이온성 계면활성제와 함께 정련기에 투입하여 불순물을 제거하는 정련단계와, 상기 정련된 항균원단에 염료 및 분산균염제를 투입하여 120℃ 내지 130℃에서 40분 내지 60분간 염색을 행하는 염색단계 및 상기 염색된 항균원단을 텐타기에 투입한 후 160℃ 내지 180℃에서 40초 내지 50초간 텐타를 행하는 텐타단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 정련단계는, 70℃ 내지 85℃에서 10분 내지 20분간 행해지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 염색단계에서, 상기 분산균염제는, 폴리옥시에틸렌 옥사이드 알킬알콜(Polyoxyethylene oxide Alkylalcohol)계 분산균염제인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 염색단계에서, 욕중유연제 및 금속이온 봉쇄제가 더 포함되되, 상기 욕중유연제는 에스테르(polyester)계 탄성고분자를 유화분산시킨 에멀존이 사용되고, 상기 금속이온 봉쇄제는 비이온계 금속이온봉쇄제가 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 제올라이트가 함유된 항균원단의 염색방법은, 폴리에스테르 섬유에 항균기능을 가지는 제올라이트가 첨가된 항균섬유를 이용하여 항균원단을 편직함으로써 우수한 항균성을 갖는 제품을 제조할 수 있고, 잦은 세탁후에도 항균성을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제올라이트가 함유된 항균원단의 염색방법은, 항균원단에 탄산나트륨 및 비이온성 계면활성제로 정련한 후 염색함으로써 제올라이트의 특성을 유지하여 항균원단에 내구성 있는 항균성을 부여하고 고견뢰도를 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제올라이트가 함유된 항균원단의 염색방법을 나타낸 플로차트이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제올라이트가 함유된 항균원단의 염색방법은 아래와 같은 단계를 포함하는 것을 파악할 수 있다.

먼저, 편직단계(S110)는 폴리에스테르 섬유에 제올라이트를 첨가하여 항균성을 가지는 항균섬유를 이용하여 항균원단을 편직한다.

폴리에스테르 섬유는 나일론과 같이 강도가 우수한 섬유 중 하나로써, 특히 결절강도 및 마찰강도가 우수하고, 인장회복성과 탄성률이 높아 구김회복성이 우수하고, 238℃~240℃의 연화점으로 합성섬유 중 가장 열안정성이 우수하며, 가공성 또한 우수하다.

제올라이트(Zeolite)는 결정성 알루미나 실리케이트((Si,Al)O4)로서, 단일크기의 미세 공극을 가지고 있어 친수성, 극성분자에 대한 우수한 흡착성을 나타내는 물질이다. 제올라이트는 이온교환을 통한 양이온의 흡착, 치환의 기능 및 원적외선 방출을 통한 중합체 고분자를 저분자로 유리시키는 기능을 가진다. 즉, 제올라이트는 높은 이온교환성, 소취력 뿐만 아니라 항균성 또한 가지고 있다.

제올라이트의 높은 이온교환성을 이용하여 항균력이 우수한 이온을 결합시키면 제올라이트에 보다 더 높은 항균성을 부여할 수 있다.

한편, 항균성을 가지는 이온들 중 가장 많이 사용되는 이온들을 항균성이 우수한 순서대로 나열하면 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn)이 있는데, 항균력이 매우 높으면 세균, 박테리아 등을 효과적으로 억제할 수 있으나 인체에 유해하다. 따라서 은에 비해 항균력이 다소 낮은 아연을 이용하여 인체에 무해한 징크제올라이트를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 징크제올라이트는 분말형태 또는 액상형태를 사용하여 폴리에스테르 섬유에 항균성을 부여할 수 있다.

이렇게 항균성을 가지는 항균원단은 고리의 개수, 고리를 통해 연결되는 위치 등에 따라 다양한 조직이 나올 수 있고, 보온성 및 함기성이 우수한 편물로 편직되는 것이 바람직하다.

다음으로, 정련단계(S120)는 상기 항균원단을 백색분말의 흡습성이 강한 탄산나트륨(Na2CO3) 및 물속에서 전리되지 않는 활성기를 갖는 비이온성 계면활성제와 함께 정련기에 투입하여 불순물을 제거한다. 여기서 정련은 섬유원단을 편직하는 과정에서 자연적으로 부착된 각종 호제, 유분, 제편직 오일 등의 불순물을 제거하는 것을 말한다. 즉, 항균성에 부정적인 영향을 미치는 불순물을 제거하는 단계이다.

구체적으로, 정련단계(S120)는 70℃ 내지 85℃에서 10분 내지 20분간 행해진다.

여기서, 70℃ 미만의 온도에서 정련할 경우 불순물이 충분히 제거되지 않고, 85℃ 초과의 온도에서 정련할 경우 손실되는 에너지가 다량 발생할 뿐만 아니라 원단이 수축될 우려가 있다. 10분 미만의 시간 동안 정련할 경우 불순물이 충분히 제거되지 않고, 20분 초과의 시간 동안 정련할 경우 손실되는 에너지가 다량 발생할 뿐만 아니라 원단이 수축될 우려가 있다.

이렇게 정련단계(S120)를 거친 항균원단은 손상 없이 균일하게 불순물이 제거되어 항균성에 대한 내구성이 향상되는 장점이 있다.

다음으로, 염색단계(S130)는 상기 정련된 항균원단에 염료 및 분산균염제를 투입하여 120℃ 내지 130℃에서 40분 내지 60분간 염색을 행한다.

여기서, 120℃ 미만의 온도에서 염색할 경우 염료가 항균원단에 충분히 염착되지 않아 완성된 항균원단을 세탁할 시 물빠짐이 발생할 우려가 있고, 130℃ 초과의 온도에서 염색할 경우 손실되는 에너지가 다량 발생할 뿐만 아니라 원단이 수축될 우려가 있다. 40분 미만의 시간동안 염색할 경우 염료가 항균원단에 충분히 염착되지 않아 완성된 항균원단을 세탁할 시 물빠짐이 발생할 우려가 있고, 60분 초과의 시간동안 염색할 경우 손실되는 에너지가 다량 발생할 뿐만 아니라 원단이 수축될 우려가 있다.

한편, 염색단계(S130)에서 투입되는 분산균염제는 원단의 염색이 균일하게 될 수 있도록 염색할 때 넣는 보조제를 말하며, 균염제라고도 한다. 구체적으로, 고압염색시 균염, 이염, 침투력이 뛰어난 폴리옥시에틸렌 옥사이드 알킬알콜(Polyoxyethylene oxide Alkylalcohol)계의 분산균염제가 사용된다.

덧붙이면, 이러한 염색단계(S130)에서는 욕중유연제 및 금속이온 봉쇄제가 더 포함되는데, 상기 욕중유연제는 에스테르(polyester)계 탄성고분자를 유화분산시킨 에멀존이 사용되고, 상기 금속이온 봉쇄제는 비이온계 금속이온봉쇄제가 사용된다.

유연제라고도 불리는 욕중유연제는 소프트한 탄력성, 우수한 터치성 및 주름방지성을 제공하고, 금속이온 봉쇄제는 용수 중에 함유되어 있는 염색에 영향을 주는 모든 금속염(Fe++, Mg 등)을 완전 봉쇄하면서 경수의 연질화를 시켜주는 역할을 한다.

마지막으로, 텐타단계(S140)는 상기 염색된 항균원단을 텐타기에 투입한 후 160℃ 내지 180℃에서 40초 내지 50초간 텐타를 행한다. 텐타단계(S140)에서는 상기 염색된 항균섬유를 바이어가 원하는 규격으로 맞추기 위하여 원단의 폭, 중량 등을 조정하고 촉감을 유연하게 조절하며, 제품의 용도에 맞게 적합한 열을 가하여 최종적으로 가공 가능한 항균원단을 만든다.

한편, 텐타기(Tenter)는 원단의 사용용도 및 규격을 맞추기 위하여 열로 원단을 고정시키는 기계로서, 일반적으로 널리 사용되는 기계이다. 텐타는 설정된 조건에 따라 섬유 원단에 열을 가하여 우수한 항균성과 신축성을 유지하게 하는 것이다.

여기서, 160℃ 미만의 온도에서 텐타를 행할 경우 소정의 규격에 따라 원단의 고정이 충분히 되지 않는 우려가 있고, 180℃ 초과의 온도에서 텐타를 행할 경우 손실되는 에너지가 다량 발생할 뿐만 아니라 원단이 수축될 우려가 있다. 40초 미만의 시간동안 텐타를 행할 경우 소정의 규격에 따라 원단의 고정이 충분히 되지 않는 우려가 있고, 50초 초과의 온도에서 텐타를 행할 경우 손실되는 에너지가 다량 발생할 뿐만 아니라 원단이 수축될 우려가 있다.

상기와 같은 공정을 거쳐, 세균, 바이러스 등을 억제하는 항균원단을 염색함으로써 다양한 용도에 맞게 가공하여 활용할 수 있다.

<실험예 1>

폴리에스테르 섬유에 징크제올라이트를 첨가한 항균섬유로 항균원단을 편직하였다. 편직한 후, 항균원단에 탄산나트륨 약 2g/L(O.W.S), 비이온계면활성제 약 1g/L(O.W.S)을 사용하여 약 80℃에서 약 10분간 정련을 실시하였다.

정련 후, 염색동욕(액류 염색기)에서 염색조제 및 염료를 투입하여 약 120℃에서 약 50분간 염색을 실시하였다. 염색조제는 분산균염제, 욕중유연제, 금속이온 봉쇄제 각각 약 0.5∼1g/L(O.W.S) 총 약 1∼3g/L(O.W.S)을 투입하며, 염료는 약 1중량%(O.W.F=on the weight of fabric. 원단의 중량 대비) 사용된다.

염색 후, 텐타기에서 약 170℃의 온도에서 약 40초간 텐타를 실시하였다.

이러한 공정을 거쳐 제조된 편물의 항균성을 한국 공업규격 KS K 0693-1990에 의해서 시험하였고, 비교를 위해서 동일한 항균원단의 정련을 55℃에서 실시한 비교예 1과, 동일한 항균원단의 정련을 100℃에서 실시한 비교예 2를 각각 제조한 후, 동일한 방식에 의해서 항균성을 측정하였다. 각 단계에서 첨가된 첨가제의 양 및 각 단계별 조건은 실험예 1과 동일하게 실시하였다.

실험결과는 표 1에 나타내었다.

	정련온도 (℃)	염색온도 (℃)	텐타온도 (℃)	항균성
실험예 1	80	120	170	합격
비교예 1	55	120	170	불합격
비교예 2	100	120	170	불합격

상기한 실험결과에 따르면, 실험예 1은 항균성이 우수하였으나, 비교예 1 및 비교예 2는 항균성이 불량하였다. 이는 실험예 1과 비교하여, 항균성을 저해하는 불순물이 충분히 제거되지 않았거나 항균원단의 수축에 따른 변질로 인해 항균성이 저하되었음을 파악할 수 있다.

<실험예 2>

폴리에스테르 섬유에 징크제올라이트를 첨가한 항균섬유로 항균원단을 편직하였다. 편직한 후, 항균원단에 탄산나트륨 약 2g/L(O.W.S), 비이온계면활성제 약 1g/L(O.W.S)을 사용하여 약 80℃에서 약 10분간 정련을 실시하였다.

정련 후, 염색동욕(액류 염색기)에서 염색조제 및 염료를 투입하여 약 120℃에서 약 50분간 염색을 실시하고, 텐타기에서 약 170℃의 온도에서 약 40초간 텐타를 실시하였다. 염색조제 및 염료를 포함한 첨가제의 양은 실험예 1과 동일하게 하였고, 색상은 염료의 함량이 제일 많이 함유되는 검정색을 사용하였다.

이러한 공정을 거친 편물에 대해, 항균성, 터치감, 일정한 회수의 세탁후에 항균성이 유지되는가를 알아보기 위해 5회 세탁후 항균성 및 물빠짐을 다시 평가하였다.

비교를 위해, 비교예 3은 100℃에서 염색을 실시하였고, 비교예 4는 150℃에서 염색을 실시하였으며, 그 후 실험예 2와 동일한 방식으로 항균성, 터치감, 5회 세탁후의 항균성 및 물빠짐을 각각 평가하였다.

실험결과는 표 2에 나타내었다.

	염색온도 (℃)	항균성	5회 세탁후 물빠짐	5회 세탁후 항균성	터치감
실험예 2	120	합격	미발생	합격	양호
비교예 3	100	합격	발생	합격	양호
비교예 4	150	불합격	미발생	불합격	딱딱해짐

상기 실험결과를 살펴보면, 실험예 2에서는 항균성, 터치감, 5회 세탁후 항균성 및 물빠짐이 우수하였으나, 비교예 3에서는 5회 세탁후 물빠짐이 발생하였으며, 비교예 4에서는 5회 세탁후 물빠짐은 발생하지 않았으나 항균성, 터치감, 5회 세탁후 항균성은 현저히 떨어지는 결과를 얻었다.

<실험예 3>

폴리에스테르 섬유에 징크제올라이트를 첨가한 항균섬유로 항균원단을 편직하였다. 편직한 후, 항균원단에 탄산나트륨 약 2g/L(O.W.S), 비이온계면활성제 약 1g/L(O.W.S)을 사용하여 약 80℃에서 약 10분간 정련을 실시하였다.

정련 후, 염색동욕(액류 염색기)에서 염색조제 및 염료를 투입하여 약 120℃에서 약 50분간 염색을 실시하고, 텐타기에서 약 165℃의 온도에서 약 40초간 텐타를 실시하였다. 염색조제 및 염료를 포함한 첨가제의 양은 실험예 1과 동일하게 하였다.

비교를 위해, 비교예 5는 190℃의 온도에서 텐타를 진행하였다.

터치감 평가 결과를 표 3에 나타내었다.

	염색온도 (℃)	텐타온도 (℃)	터치감
실험예 3	120	165	양호
비교예 5	120	190	딱딱해짐

상기 실험결과를 참조하면, 실험예 3에서는 터치감이 양호하였으나, 비교예 5에서는 높은 텐타온도로 인해 항균원단이 수축되어 터치감이 불량이었다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

1. 폴리에스테르 섬유에 징크 제올라이트를 첨가하여 항균성을 가지는 항균섬유를 이용하여 항균원단을 편직하는 편직단계;
   상기 항균원단을 탄산나트륨(Na2CO3) 및 비이온성 계면활성제와 함께 정련기에 투입하여 불순물을 제거하는 정련단계;
   상기 정련된 항균원단에 염료 및 분산균염제를 투입하여 120℃ 내지 130℃에서 40분 내지 60분간 염색을 행하는 염색단계; 및
   상기 염색된 항균원단을 텐타기에 투입한 후 160℃ 내지 180℃에서 40초 내지 50초간 텐타를 행하는 텐타단계;를 포함하며,
   상기 정련단계는, 70℃ 내지 85℃에서 10분 내지 20분간 행해지는 것을 특징으로 하는 제올라이트가 함유된 항균원단의 염색방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 염색단계에서,
   상기 분산균염제는, 폴리옥시에틸렌 옥사이드 알킬알콜(Polyoxyethylene oxide Alkylalcohol)계 분산균염제인 것을 특징으로 하는 제올라이트가 함유된 항균원단의 염색방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 염색단계에서,
   욕중유연제 및 금속이온 봉쇄제가 더 포함되되,
   상기 욕중유연제는 에스테르(polyester)계 탄성고분자를 유화분산시킨 에멀존이 사용되고,
   상기 금속이온 봉쇄제는 비이온계 금속이온봉쇄제가 사용되는 것을 특징으로 하는 제올라이트가 함유된 항균원단의 염색방법.

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