KR101929822B1 - 폴리케톤 섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 칫솔 및 그 항균 필터 - Google Patents

폴리케톤 섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 칫솔 및 그 항균 필터 Download PDF

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Abstract

폴리케톤 수지를 압출 방사하여 폴리케톤 섬유를 제조하는 것에 의해, 우수한 내구성 및 내열성을 확보할 수 있는 폴리케톤 섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 칫솔 및 그 항균 필터에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 폴리케톤 섬유 제조 방법은 (a) 폴리케톤 수지를 용융 압출하는 단계; (b) 상기 용융 압출된 폴리케톤 수지를 노즐을 이용하여 압출 방사하여 원사를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 압출 방사된 원사를 냉각한 후, 연신하여 폴리케톤 섬유를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 (c) 단계 이후, 상기 폴리케톤 섬유는 8 ~ 10KJ/m2의 샤르피 충격 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

폴리케톤 섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 칫솔 및 그 항균 필터{POLYKETONE FIBER AND MEHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND TOOTHBRUSH USING THE SAME AND ANTIBACTERIAL FILTER USING THE SAME}
본 발명은 폴리케톤 섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 칫솔 및 그 항균 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리케톤 수지를 압출 방사하여 폴리케톤 섬유를 제조하는 것에 의해, 우수한 내구성 및 내열성을 확보할 수 있는 폴리케톤 섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 칫솔 및 그 항균 필터에 관한 것이다.
칫솔은 칫솔모와, 칫솔모가 식모되는 헤드부와, 헤드부에 연결되는 손잡이부로 구성된다. 이러한 구성을 갖는 칫솔은 구강 위생을 위한 중요한 도구로서 항상 위생적이어야 한다. 특히, 칫솔의 헤드부에 식모되는 칫솔모는 일정한 강도와 탄성을 가져야 할 뿐만 아니라, 양치되는 부분인 치아를 따라 용이하게 이동할 수 있어야 한다.
그러나, 이러한 칫솔모는 항상 습하고 환기가 잘 되지 않는 화장실에서 주로 보관되어 사용되기 때문에 위생적인 상태로 보관하는 것이 어려워 각종 세균 번식으로 인해 질병을 유발하고 있다.
최근에는 칫솔을 화학적으로 소독하거나 또는 자외선으로 소독하는 방법 등이 개발되었으나, 이는 사용자가 직접 칫솔을 소독하거나, 자외선으로 소독해야 하는 등의 복합한 절차로 인하여 사용 상의 불편을 호소하는 사례가 증가하고 있다.
또한, 칫솔모의 세균번식을 억제하기 위해 살균 장치들이 개발된 바 있으나, 이러한 살균 장치는 가격이 매우 고가이므로 일반 가정에서 손쉽게 장만하기가 어려울 뿐만 아니라 작동을 위해서는 지속적인 전력이 공급되어야 하므로 전력소모가 발생되어 경제적으로 비효율적이며, 휴대가 어렵다는 단점 등으로 인하여 널리 보급되어 사용되지 못하고 있는 상황이다.
이때, 종래에는 폴리아미드 수지를 압출 방사하여 제조되는 폴리아미드 섬유를 칫솔에 주로 적용하였으나, 폴리아미드 수지의 경우에는 내가수분해성에 취약한 구조를 갖는데 기인하여 내화학성이 좋지 않은 문제가 있었다. 이 결과, 칫솔을 위생적인 상태로 보관하는 것이 어려워 각종 세균 번식으로 인해 질병을 유발할 우려가 있었다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0060431호(2011.06.08. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 항균 미백 칫솔모 및 그 제조 방법이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 폴리케톤 수지를 압출 방사하여 폴리케톤 섬유를 제조하는 것에 의해, 우수한 내구성 및 내열성을 확보할 수 있는 폴리케톤 섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 칫솔 및 그 항균 필터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 폴리케톤 섬유는 폴리케톤 수지를 압출 방사하여 제조되어, 8 ~ 10KJ/m2의 샤르피 충격 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 폴리케톤 섬유 제조 방법은 (a) 폴리케톤 수지를 용융 압출하는 단계; (b) 상기 용융 압출된 폴리케톤 수지를 노즐을 이용하여 압출 방사하여 원사를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 압출 방사된 원사를 냉각한 후, 연신하여 폴리케톤 섬유를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 (c) 단계 이후, 상기 폴리케톤 섬유는 8 ~ 10KJ/m2의 충격강도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 폴리케톤 섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 칫솔 및 그 항균 필터는 폴리케톤 수지를 압출 방사하여 제조되는 것에 의해, 내구성 및 내열성이 우수할 뿐만 아니라, 강산 및 강염기를 제외한 대부분의 화학물질에 우수한 저항성을 나타내는 고 내화학성을 가지며, 폴리아세탈과 동등 이상의 내마모 특성을 가질 뿐만 아니라, 8 ~ 10KJ/m2의 상당히 높은 샤르피 충격 값을 갖는다.
이 결과, 본 발명에 따른 폴리케톤 섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 칫솔 및 그 항균 필터는 타이어 나일론 코드지 등의 일반 섬유를 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 내구성 및 내열성이 우수한 폴리케톤 수지에 제1 기능성 물질을 첨가하여 압출 방사하는 것에 의해 제조되므로, 폴리케톤 섬유를 이용하여 칫솔로 활용할 시 내구성, 내열성, 내화학성 및 충격강도가 우수하면서도 탈취, 항균 등의 다양한 기능을 함께 발휘하는 것이 가능해질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 폴리케톤 섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 칫솔 및 그 항균 필터는 내구성 및 내열성이 우수한 폴리케톤 수지에 감귤숯 분말 및 화산송이 분말 중 1종 이상의 제2 기능성 분말과 항균제를 첨가하여 압출 방사하는 것에 의해 제조되므로, 원적외선 및 음이온의 방사에 의해 아토피 원인 물질인 포름알데히드 탈취율 92%, 암모니아 탈취율 99%, 항균성 96% 이상으로 곰팡이, 대장균 등의 퇴치가 가능하여 항균 및 건강에 유용한 효과가 있다.
이 결과, 본 발명에 따른 폴리케톤 섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 칫솔 및 그 항균 필터는 내구성 및 내열성이 우수할 뿐만 아니라, 인체에 유해한 미세 분진, 각종 세균 및 바이러스를 예방 및 박멸할 수 있으므로, 쾌적하고 건강에 무해하도록 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 항균 기능을 추가하기 위한 2차 가공이 생략되어 공정시간 단축 및 비용 절감의 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴리케톤 섬유 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 2는 폴리아미드 수지의 화학 구조를 설명하기 위한 도면.
도 3은 폴리케톤 수지의 화학 구조를 설명하기 위한 도면.
도 4는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 섬유를 이용하여 제조된 칫솔모에 대한 초기 상태를 나타낸 도면.
도 5는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 섬유를 이용하여 제조된 칫솔모를 10,000회 동안 마모시킨 후의 상태를 나타낸 도면.
도 6은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 섬유를 이용하여 제조된 칫솔모를 30,000회 동안 마모시킨 후의 상태를 나타낸 도면.
도 7은 실시예 1에 따라 제조된 폴리케톤 섬유를 이용한 칫솔모를 나타낸 SEM 사진.
도 8은 비교예 1에 따라 제조된 폴리아미드 섬유를 이용한 칫솔모를 나타낸 SEM 사진.
도 9는 비교예 2에 따라 제조된 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유를 이용한 칫솔모를 나타낸 SEM 사진.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리케톤 섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 칫솔 및 그 항균 필터에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 폴리케톤 섬유는 폴리케톤 수지를 압출 방사하여 제조되어, 8 ~ 10KJ/m2의 샤르피 충격 값을 갖는다. 이때, 샤르피 충격 값은 ISO 179에 의거하여, 23℃에서 샤르피 충격 시험기를 이용하여 측정하여 나타낸 것이다.
여기서, 폴리케톤 수지는 내구성 및 내열성이 우수할 뿐만 아니라, 강산 및 강염기를 제외한 대부분의 화학물질에 우수한 저항성을 나타내는 고 내화학성을 가지며, 폴리아세탈과 동등 이상의 내마모 특성을 나타낸다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 폴리케톤 섬유는 폴리케톤 수지 단독으로 형성되어, 폴리케톤 수지 100 중량%를 포함할 수 있다.
종래에는 폴리케톤 수지 대신 폴리아미드 수지를 방사하여 제조되는 폴리아미드 섬유를 칫솔모에 주로 적용하였으나, 폴리아미드 수지의 경우에는 내가수분해성에 취약한 구조를 갖는다. 반면, 본 발명에서와 같이, 폴리케톤 수지를 방사하여 제조되는 폴리케톤 섬유를 칫솔에 적용할 경우, 폴리케톤 수지가 내가수분해성이 우수하므로 수분에 쉽게 노출되는 칫솔에 대한 장기 보관 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 2는 폴리아미드 수지의 화학 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 폴리케톤 수지의 화학 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 폴리아미드 수지는 C-C 결합에 아미드기(-NH-CO-)가 반복적으로 존재하여, 수분, 산 및 염기에 매우 취약한 구조를 갖는다.
반면, 도 3에 도시된 바와 같이, 폴리케톤 수지는 메인 체인이 C-C 결합만으로 이루어져, 수분, 산 및 염기에 매우 안정적인 구조를 갖는다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 폴리케톤 섬유는 폴리케톤 수지에 더불어, 제1 기능성 물질이 더 첨가될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 폴리케톤 섬유는 폴리케톤 수지 10 ~ 99.9 중량% 및 제1 기능성 물질 0.1 ~ 10 중량%를 포함할 수 있다.
이때, 제1 기능성 물질은 제올라이트, 탄소, 일라이트, 벤토나이트, TiO2, 실리카, 원적외선 방사물질, 천연 추출물, 생분해성 물질, 광촉매 및 은나노 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
이러한 제1 기능성 물질의 첨가량이 폴리케톤 섬유 전체 중량의 0.1 중량% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미하여 기능성 물질 본연의 첨가 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 제1 기능성 물질의 첨가량이 폴리케톤 섬유 전체 중량의 10 중량%를 초과할 경우에는 강도 및 굴곡 회복률을 저하시키는 문제가 있다.
이때, 원적외선 방사물질로는 게르마늄이 이용될 수 있으나, 이에 제한된느 것은 아니다.
천연 추출물로는 항균성, 항산화성 등이 우수한 것으로 알려진 프로폴리스, 녹차, 인삼, 홍삼, 허브, 아로마, 금잔화, 피톤치드, 매그놀리아, 홍차, 보이차, 솔잎, 쑥, 연꽃, 알로에, 유채꽃, 자스민, 카멜리아, 동백나무, 은행잎, 박하, 옥수수, 금은화, 고삼, 감초, 병푸르 물약, 캐모마일, 라타니아, 로즈마리, 바질, 비단초 등의 추출물 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
생분해성 물질로는 폴리 유산(poly lactic acid), 폴리글리콜산(poly glycolic acid) 등을 포함하는 생분해성 수지가 이용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 폴리케톤 섬유는 폴리케톤 수지와 더불어, 제2 기능성 물질 및 항균제가 더 첨가될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 폴리케톤 섬유는 폴리케톤 수지 10 ~ 99.9 중량%, 제2 기능성 물질 0.1 ~ 9 중량% 및 항균제 0.1 ~ 1.0 중량%를 포함할 수 있다.
이때, 제2 기능성 물질은 감귤숯 분말 및 화산송이 분말 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
여기서, 감귤숯 분말은 감귤의 과피중 진피, 귤홍, 청피, 귤피 등을 탄화시킨 것을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 진피는 좀이 쓸 정도로 오래두어 거의 거백된 상태의 것을 말하고, 귤홍은 인위적으로 거백한 것을 말하며, 청피는 덜익은 감귤의 과피를 말하고, 귤피는 껍질이 특히 얇고 과실이 작은 품종의 것을 말한다. 이러한 감귤숯 분말의 과피에는 플로보노이드(FLAVONOID)가 함유되어 있는데, 특히 이 플로보노이드는 항균 및 항바이러스 작용, 항산화 작용 등의 약리상 효과가 있다.
화산송이 분말은 친환경 원료로서, 분자운동을 활발하게 하여 인체의 세포를 활성화시켜 혈액순환과 신진대사를 촉진시키는 원적외선 효과를 가지며, 중금속 및 전자파 차단 효과가 우수하다. 또한, 화산송이 분말은 각종 곰팡이의 발생과 병원균 및 박테리아의 서식을 억제하는 기능이 우수하므로 곰팡이 항균 효과를 가지며, 암모니아, 포름알데히드, 유기화합물 등의 탈취 효과가 뛰어나다.
이러한 제2 기능성 물질의 첨가량이 폴리케톤 섬유 전체 중량의 0.1 중량% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미하여 기능성 물질 본연의 첨가 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 제2 기능성 물질의 첨가량이 폴리케톤 섬유 전체 중량의 9 중량%를 초과할 경우에는 강도 및 굴곡 회복률을 저하시키는 문제가 있다.
항균제는 항균기능을 나타내는 금속을 다공성의 담체에 담지시켜 균에 대한 높은 흡착기능과 항균력을 가진 분말을 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 금속으로는 은, 구리, 아연 등 안정성이 높고 인체에 무해한 금속이온 중 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 다공성 담체로는 제올라이트, 실리카알루미나, 인산칼슘, 인산지르코늄 등에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.
이러한 항균제의 첨가량이 폴리케톤 섬유 전체 중량의 0.1 중량% 미만일 경우에는 항균 기능을 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 항균제의 첨가량이 폴리케톤 섬유 전체 중량의 1 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴리케톤 섬유 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 폴리케톤 섬유 제조 방법은 용융 압출 단계(S110), 압출 방사 단계(S120)와 냉각 및 연신 단계(S130)를 포함한다.
용융 압출
용융 압출 단계(S110)에서는 폴리케톤 수지를 용융 압출한다.
이때, 용융 압출은 200 ~ 300℃로 가열된 압출기의 내부로 투입시키는 방식으로 진행될 수 있으며, 압출기로는 이축 스크류 압출기 등 다양한 종류의 압출기가 이용될 수 있다.
압출 방사
압출 방사 단계(S120)에서는 용융 압출된 폴리케톤 수지를 노즐을 이용하여 압출 방사하여 원사를 형성한다.
이때, 용융 압출된 폴리케톤 수지는 압출기내에서 용융 압출되고, 용융 압출된 용융물은 다이 플레이트(die plate)를 갖는 스핀 팩(spin pack)내에서 계량된 후, 다이 플레이트의 노즐을 통해 압출 방사됨으로써 다양한 모양과 크기의 원사가 생성될 수 있다.
이러한 원사의 단면 모양은 다이 플레이트 노즐의 모양에 의해 결정되며 원형, 타원형, 직사각형, 삼각형, 정다각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 이러한 원사는 단일 방사 구조를 갖거나, 또는 코어층과 시스층을 갖는 코어-시스 이중방사 구조로 형성될 수 있다. 이러한 코어-시스 이중방사 구조에서 시스층은 코어층을 동축 또는 동심 형태로 둘러싸는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
냉각 및 연신
냉각 및 연신 단계(S130)에서는 압출 방사된 원사를 냉각한 후, 연신하여 폴리케톤 섬유를 형성한다.
이때, 압출 방사된 원사는 다이 플레이트로부터 나온 후, 급냉 수욕 내에서 냉각된 다음, 연신 롤로 수송되어 원래 길이의 3 ~ 8배로 연신된 후, 권취기에 의해 권취될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 폴리케톤 섬유는 내구성 및 내열성이 우수할 뿐만 아니라, 강산 및 강염기를 제외한 대부분의 화학물질에 우수한 저항성을 나타내는 고 내화학성을 가지며, 폴리아세탈과 동등 이상의 내마모 특성을 갖는 폴리케톤 수지를 압출 방사하는 것에 의해 제조될 수 있다.
특히, 본 발명에서는 폴리케톤 수지 단독으로 형성되어, 폴리케톤 수지 100 중량%를 포함할 수 있으며, 이 결과 폴리케톤 섬유는 8 ~ 10KJ/m2의 샤르피 충격 값을 갖는다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 폴리케톤 섬유는 폴리케톤 수지 10 ~ 99.9 중량% 및 제1 기능성 물질 0.1 ~ 10 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 폴리케톤 섬유는 폴리케톤 수지 10 ~ 99.9 중량%, 제2 기능성 물질 0.1 ~ 9 중량% 및 항균제 0.1 ~ 1.0 중량%를 포함할 수 있다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 폴리케톤 섬유는 폴리케톤 수지를 압출 방사하는 것에 의해 제조되는 것에 의해, 내구성 및 내열성이 우수할 뿐만 아니라, 강산 및 강염기를 제외한 대부분의 화학물질에 우수한 저항성을 나타내는 고 내화학성을 가지며, 폴리아세탈과 동등 이상의 내마모 특성을 가질 뿐만 아니라, 8 ~ 10KJ/m2의 상당히 높은 샤르피 충격 값을 갖는다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 폴리케톤 섬유는 타이어 나일론 코드지 등의 일반 섬유를 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 내구성 및 내열성이 우수한 폴리케톤 수지에 제1 기능성 물질을 첨가하여 압출 방사하는 것에 의해 제조되므로, 폴리케톤 섬유를 이용하여 칫솔로 활용할 시 내구성, 내열성, 내화학성 및 충격강도가 우수하면서도 탈취, 항균 등의 다양한 기능을 함께 발휘하는 것이 가능해질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 폴리케톤 섬유는 내구성 및 내열성이 우수한 폴리케톤 수지에 감귤숯 분말 및 화산송이 분말 중 1종 이상의 제2 기능성 분말과 항균제를 첨가하여 압출 방사하는 것에 의해 제조되므로, 원적외선 및 음이온의 방사에 의해 아토피 원인 물질인 포름알데히드 탈취율 92%, 암모니아 탈취율 99%, 항균성 96% 이상으로 곰팡이, 대장균 등의 퇴치가 가능하여 항균 및 건강에 유용한 효과가 있다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 폴리케톤 섬유를 이용하여 제조되는 공기청정기, 마스크 등의 항균 필터는 내구성 및 내열성이 우수할 뿐만 아니라, 인체에 유해한 미세 분진, 각종 세균 및 바이러스를 예방 및 박멸할 수 있으므로, 쾌적하고 건강에 무해하도록 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 항균 기능을 추가하기 위한 2차 가공이 생략되어 공정시간 단축 및 비용 절감의 효과가 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 섬유 제조
실시예 1
폴리케톤 수지 100g을 230℃에서 용융 압출하고 나서 0.8mm 크기의 노즐을 이용하여 압출 방사하였다.
다음으로, 압출 방사된 원사를 10℃의 물로 냉각한 후, 180℃에서 연신을 실시하여 폴리케톤 섬유를 제조하였다.
실시예 2
폴리케톤 수지 100g에 제올라이트 분말 5g을 첨가하여 폴리케톤 수지 95 중량% 및 제올라이트 분말 5 중량%로 조성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리케톤 섬유를 제조하였다.
실시예 3
폴리케톤 수지 100g에 화산송이 분말 7.5g 및 항균제 0.5g을 첨가하여 폴리케톤 수지 92.5 중량%, 화산송이 분말 6.9 중량% 및 항균제 0.6 중량%로 조성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리케톤 섬유를 제조하였다.
비교예 1
PA 612 100g을 230℃에서 용융 압출하고 나서 0.8mm 크기의 노즐을 이용하여 압출 방사하였다.
다음으로, 압출 방사된 원사를 10℃의 물로 냉각한 후, 190℃에서 연신을 실시하여 폴리아미드 섬유를 제조하였다.
비교예 2
폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지 100g을 240℃에서 용융 압출하고 나서 0.8mm 크기의 노즐을 이용하여 압출 방사하였다.
다음으로, 압출 방사된 원사를 10℃의 물로 냉각한 후, 180℃에서 연신을 실시하여 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유를 제조하였다.
2. 섬유 물성 평가
표 1은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 섬유들에 대한 물성을 평가한 결과를 나타낸 것이다.
1) 강도 및 신율 측정
만능재료시험기를 이용한 필라멘트 인장강도 및 신율 측정법인 KS K0219 측정방법에 의거하여 측정하였다.
2) 수축률
수축거동시험기를 이용하여 0.0565g/d의 하중 하에서 칫솔모를 각각 고정시킨 후, 180℃의 온도에서 수축률을 측정하였다.
3) 굴곡 회복률
KS G3103 측정방법에 의거하여 측정하였다.
4) 굽힘력(bending force)
Lorentzen & Wettre 사(社)의 벤딩 측정기(bending tester)를 이용하여 측정하였다.
5) 강성(stiffness)
KS P ISO 22254에 의거하여 측정하였다.
[표 1]
Figure 112017031914785-pat00001
표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 섬유의 경우, 15N 이상의 강도로 측정되어, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 섬유에 비하여 상당히 높은 강도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 섬유의 경우, 비교예 1에 따라 제조된 섬유와 비교해 볼 때, 굽힘력 및 강성 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 섬유의 경우, 비교예 2에 따라 제조된 섬유와 비교해 볼 때, 굴곡회복률 및 굽힘력 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
3. 내구성 테스트
도 4는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 섬유를 이용하여 제조된 칫솔모에 대한 초기 상태를 나타낸 도면이고, 도 5 및 도 6은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 섬유를 이용하여 제조된 칫솔모를 10,000회 및 30,000회 동안 마모시킨 후의 상태를 각각 나타낸 도면들이다. 이때, 칫솔모의 내구성은 모 벌어짐을 측정하는 wearing test를 말하는 것으로, 식모된 칫솔을 치아와 동일한 형태의 요철에 초당 2회의 속도로 반복 왕복하여 하기 식 1에 따라 계산하였다. 식 1 : L1 - L2 / L1 × 100(여기서, L1은 칫솔질 전 모의 길이이고, L2는 칫솔질 후 모의 길이임.)
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 섬유를 이용하여 제조된 칫솔모의 초기 상태는 필라멘트가 곧게 뻗어 있는 것을 확인할 수 있다.
이후, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 섬유를 이용하여 제조된 칫솔모를 10,000회 동안 마모시킨 후에는 일부의 모무너짐이 발생하는 것을 알 수 있다. 특히, 비교예 1에 따른 폴리아미드 섬유를 이용한 경우, 모무너짐이 가장 심하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
이후, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 섬유를 이용하여 제조된 칫솔모를 30,000회 동안 마모시킨 후에는 모무너짐이 보다 심화된 것을 확인할 수 있다.
위의 실험으로부터, 실시예 1에 따른 폴리케톤 섬유를 이용하여 제조된 칫솔모는 비교예 2에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지를 이용하여 제조된 칫솔모와 유사한 내마모 특성을 갖는 것을 확인하였다.
한편, 도 7은 실시예 1에 따라 제조된 폴리케톤 섬유를 이용한 칫솔모를 나타낸 SEM 사진이고, 도 8은 비교예 1에 따라 제조된 폴리아미드 섬유를 이용한 칫솔모를 나타낸 SEM 사진이며, 도 9는 비교예 2에 따라 제조된 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유를 이용한 칫솔모를 나타낸 SEM 사진이다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 폴리케톤 섬유를 이용한 칫솔모의 경우, 비교예 1에 따라 제조된 폴리아미드 섬유를 이용한 칫솔모 및 비교예 2에 따라 제조된 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유를 이용한 칫솔모에 비하여 끝이 뽀족한 형태로 그라인딩 처리된 것을 확인할 수 있는데, 이는 폴리케톤 섬유의 경우 충격강도가 우수하여 그라인딩 가공성이 용이하기 때문이다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S110 : 용융 압출 단계
S120 : 압출 방사 단계
S130 : 냉각 및 연신 단계

Claims (10)

  1. 폴리케톤 수지, 제2 기능성 물질 및 항균제를 압출 방사하여 제조되는 폴리케톤 섬유로서,
    상기 폴리케톤 섬유는 상기 폴리케톤 수지 10 ~ 99.8 중량%, 제2 기능성 물질 0.1 ~ 9 중량% 및 항균제 0.1 ~ 1.0 중량%를 포함하며,
    상기 항균제는 은, 구리 및 아연 중 선택된 1종 이상의 금속을 제올라이트, 실리카알루미나, 인산칼슘 및 인산지르코늄 중 선택된 1종 이상의 다공성 담지체에 담지시킨 것이 이용되고,
    상기 폴리케톤 섬유는 8 ~ 10KJ/㎡의 샤르피 충격 값을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리케톤 섬유.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기능성 물질은
    감귤숯 분말 및 화산송이 분말 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리케톤 섬유.
  7. 제1항 및 제6항 중 어느 한 항에 기재된 폴리케톤 섬유를 포함하는 칫솔.
  8. 제1항 및 제6항 중 어느 한 항에 기재된 폴리케톤 섬유를 포함하는 항균 필터.
  9. (a) 폴리케톤 수지, 제2 기능성 물질 및 항균제를 용융 압출하는 단계;
    (b) 상기 용융 압출된 압출물을 노즐을 이용하여 압출 방사하여 원사를 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 압출 방사된 원사를 냉각한 후, 연신하여 폴리케톤 섬유를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 (c) 단계 이후, 상기 폴리케톤 섬유는 상기 폴리케톤 수지 10 ~ 99.8 중량%, 제2 기능성 물질 0.1 ~ 9 중량% 및 항균제 0.1 ~ 1.0 중량%를 포함하며,
    상기 항균제는 은, 구리 및 아연 중 선택된 1종 이상의 금속을 제올라이트, 실리카알루미나, 인산칼슘 및 인산지르코늄 중 선택된 1종 이상의 다공성 담지체에 담지시킨 것이 이용되고,
    상기 폴리케톤 섬유는 8 ~ 10KJ/㎡의 샤르피 충격 값을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리케톤 섬유 제조 방법.
  10. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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