KR101966189B1 - 원적외선 방사체와 탄소나노물질을 포함하는 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법 - Google Patents

원적외선 방사체와 탄소나노물질을 포함하는 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실란계 화합물로 표면 처리한 원적외선 방사체를 열가소성 고분자와 혼합하여 코어 성분으로 사용하고, 다환방향족탄화수소 유도체와 결합된 탄소나노물질을 열가소성 고분자와 혼합하여 시스 성분으로 사용하여 시스/코어형 방사구금을 통해서 용융방사하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 항균, 탈취, 원적외선 방출, 음이온 방출 및 대전방지성이 지속적이며 안정적으로 발현될 뿐 아니라 제조단계가 단축되어 생산성 및 경제성이 우수한 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.

Description

원적외선 방사체와 탄소나노물질을 포함하는 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법 {Method of manufacturing sheath/core type functional fiber including far infrared ray radiator and carbon nanomaterial}
본 발명은 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항균, 탈취, 원적외선 방출, 음이온 방출 및 대전방지성이 지속적이며 안정적으로 발현되고 제조단계가 단축되어 생산성 및 경제성이 우수한 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
최근 생활수준이 향상되면서 보다 쾌적한 생활을 추구하는 소비자들의 욕구가 증대되고 있는데, 이에 부응하여 개발된 항균성 및 원적외선과 음이온을 방출하는 기능성 섬유는 섬유에 기생하며 각종 질병 및 악취의 원인이 되는 각종 미생물을 제거하여 쾌적한 생활을 보장하며 최근 그 용도가 다양해지면서 그에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다.
섬유는 인체의 땀과 직접 접촉하기 때문에 다량의 암모니아 발생으로 인한 불쾌한 냄새를 일으킬 수 있으며, 인체에 유해한 미생물이 섬유 제품에 부착되어 각종 질병을 유발할 수 있다. 이와 같이, 섬유 제품이 유해 미생물로부터 변색 취화되거나 각종 악취로부터 오염되는 것을 예방하기 위하여, 섬유 제품에 세균이나 곰팡이 등의 미생물이 서식하거나 번식되는 것을 억제하기 위한 항균성 및 항곰팡이성 방취 가공을 수행하게 된다. 여기서, 항균성이라 함은 세균의 번식을 억제하고 살균시키는 성질을 말하며, 항곰팡이성이라 함은 곰팡이의 번식을 억제하고 곰팡이를 죽임으로써 악취의 발생을 없애는 성질, 즉 소취성과 탈취성을 말한다.
항균 방취 가공 방법으로 통상적으로는 은, 구리, 아연, 산화은 및 산화아연과 같은 무기화합물을 도포하거나 염화 벤질과 같은 유기 화합물을 도포하는 방법 등이 알려져 있다. 그러나 이와 같은 항균성 화합물로 된 위생 가공제들은 섬유에 유기적으로 접착되지 못하는 문제와 세탁에 따른 내구성에 문제가 있다.
또한, 대부분의 합성섬유는 섬유 간의 마찰이나 섬유와 피부 간의 마찰에 의하여 정전기가 발생되는데, 이러한 정전기는 화재, 피부 트러블, 불쾌감 유발 등 일상생활에서 뿐 아니라 산업현장에서도 여러가지 문제를 야기한다.
섬유의 정전기 발생문제를 해소하기 위하여 섬유에 대전방지제 처리를 하거나 섬유에 도전성을 부여하는 방법 등이 개발되고 있다.
대전방지제를 이용하여 섬유를 처리하는 방법은 저렴하고 공정이 간단한 장점이 있으나 세탁 및 장기간 사용시 대전방지 효과가 현저히 감소되는 단점이 있다.
섬유에 도전성을 부여하는 방법으로는 도전성을 가지는 카본블랙이나 금속 분말을 중합체에 혼합하고 이를 방사하여 섬유화하는 방법, 섬유 표면에 금속을 도금하는 방법, 섬유 표면에 존재하는 구멍에 금속 분말을 침착시키는 방법 등이 있다.
카본블랙이나 금속분말을 중합체에 혼합하여 도전성 섬유를 만드는 방법은 카본블랙이나 금속분말이 중합체와 균일한 혼합물을 형성할 수 없을 뿐 아니라 방사하여 섬유화하는 과정에서 섬유의 강도, 신도, 열적 특성 등이 크게 저하되는 단점이 있다.
섬유 표면에 금속을 도금하는 방법으로는 무전해 도금법이 널리 사용되며, 무전해 도금법은 섬유와 금속 피막간의 밀착성을 향상시키기 위하여 섬유 표면에 주름을 형성시키는 공정, 강산을 이용한 클리닝 공정, 팔라듐 이온을 이용한 활성화 공정 등을 필요로 한다. 따라서 섬유 처리 공정이 매우 복잡하며, 제조된 도전성 섬유는 섬유 본래의 물성을 기대하기 어려울 뿐 아니라 내세탁성 및 내구성이 낮은 단점이 있다.
섬유 표면에 존재하는 구멍에 금속분말을 침착시키는 방법은 도전성을 지닌 금속분말의 입자보다 큰 기공이 섬유 표면에 존재해야 하는데, 이를 위해서는 섬유 제조 시 큰 직경의 기공을 갖는 다공성 섬유를 제조하여야 한다. 다공성 섬유를 제조하기 위해서는 독특한 방사법이 요구될 뿐 아니라, 제조된 다공성 섬유는 기계적 특성, 화학적 특성 및 열적 특성이 현저히 저하된다.
따라서, 이러한 문제를 해결할 수 있는 합성섬유의 개발이 필요한 실정이다.
한국등록특허 제715334호
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 반복된 세탁이나 장기간 사용 후에도 탈취, 음이온 방출, 원적외선 방출, 항균성 및 대전방지성이 지속적이며 안정적으로 발현되도록 하고, 제조단계를 단축하여 생산성이 개선되는 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법에 있어서, 열가소성 고분자 90 내지 97 중량% 및 실란계 화합물로 표면 처리한 원적외선 방사체 3 내지 10 중량%를 혼합하여 코어 성분을 준비하는 단계; 열가소성 고분자 90 내지 99.5 중량% 및 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질 0.5 내지 10 중량%로 혼합하여 시스 성분을 준비하는 단계; 및 상기 코어 성분과 시스 성분을 중량비 20:80 내지 40:60으로 하여 시스/코어형 방사구금을 통하여 동시에 용융방사하는 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 실란계 화합물로 표면 처리한 원적외선 방사체는 원적외선 방사체 100 중량부를 기준으로 실란계 화합물 10 내지 30 중량부 및 용매 30 내지 50 중량부를 혼합 후 교반한 다음 진공 오븐에서 체류시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질은 탄소나노물질 1 내지 40 중량%, 다환방향족탄화수소 유도체(polycyclic aromatic hydrocarbon derivative) 1 내지 40 중량% 및 용매 30 내지 80 중량%를 기계식 교반기로 교반하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 탄소나노물질은 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그래핀(graphene) 및 탄소나노화이버로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이다.
또한, 상기 다환방향족탄화수소 유도체는 융합된 벤젠 고리(fused benzene ring)가 2 내지 5 개이고 열가소성와 반응할 수 있는 관능기를 함유한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 항균성, 탈취성, 음이온 방출, 원적외선 방출 및 대전방지성이 반복된 세탁이나 장기간 사용시에도 지속적이며 안정적으로 발현되고, 제조단계가 단축되어 생산성이 증대되는 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
이하 본 발명의 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법을 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 섬유에 항균, 탈취, 음이온 방출, 원적외선 방출 및 대전방지성을 부여하기 위해 투입되는 무기물질이 열가소성 고분자 내에 균일한 분산이 이루어지지 않고 결합력이 없어 효과가 유지되지 못하고, 무기물질을 함유하는 마스터 배치를 별도로 제조해서 열가소성 고분자와 혼합해야 하는 문제점을 해결하고자 부단히 노력한 결과, 특정 화합물로 무기물질을 표면처리 하여 열가소성 고분자와 혼합하는 경우, 무기물질과 열가소성 고분자의 결합력 및 분산성이 향상되고, 무기물질을 함유하는 마스터 배치의 제조가 필요치 않아 제조단계가 단축되고 생산성이 향상되는 효과를 확인하고, 이를 토대로 더욱 연구에 매진하여 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명에 의한 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법을 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법은 열가소성 고분자 90 내지 97 중량% 및 실란계 화합물로 표면 처리한 원적외선 방사체 3 내지 10 중량%를 혼합하여 코어 성분을 준비하는 단계; 열가소성 고분자 90 내지 99.5 중량% 및 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질 0.5 내지 10 중량%로 혼합하여 시스 성분을 준비하는 단계; 및 상기 코어 성분과 시스 성분을 중량비 20:80 내지 40:60으로 하여 시스/코어형 방사구금을 통하여 동시에 용융방사하는 단계;를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하고, 시스와 코어 각각에 원적외선 방사체와 열가소성 고분자, 탄소나노물질과 열가소성 고분자 간의 결합력 및 분산성이 향상되어 항균, 탈취, 음이온 방출, 원적외선 방출 및 대전방지성이 지속적이며 안정적으로 발현되고, 생산성이 우수한 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
코어 성분을 준비하는 단계
코어 성분을 준비하는 단계는 일례로 열가소성 고분자 90 내지 97 중량% 및 실란계 화합물로 표면 처리한 원적외선 방사체 3 내지 10 중량%를 혼합할 수 있고, 또 다른 예로 열가소성 고분자 92 내지 95 중량% 및 실란계 화합물로 표면 처리한 원적외선 방사체 5 내지 8 중량%를 혼합할 수 있고, 이 범위 내에서 항균성, 탈취성, 원적외선 방출 및 음이온성 방출 효과가 우수하고 섬유화 과정이 원활한 효과가 있다.
상기 코어 부분의 열가소성 고분자는 일례로 폴리에스테르계 고분자, 폴리아미드계 고분자 및 폴리올레핀계 고분자로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 이 경우에 항균성, 탈취성, 원적외선 방출 및 음이온성 방출이 반복되는 세탁 및 장시간 사용 후에도 지속적으로 발현되는 효과가 있다.
상기 폴레에스테르계 고분자는 일례로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT), 폴리사이클로헥산디메탄올 테레프탈레이트(PCT) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 폴리아미드계 고분자는 일례로 나일론 6, 나일론 6,6, 나일론 4 및 나일론 4,6로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 폴리올레핀계 고분자는 일례로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 혼합으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 열가소성 고분자는 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론 6 또는 나일론 6,6일 수 있고, 이 경우에 섬유의 강도 및 신도가 우수한 효과가 있다.
상기 열가소성 고분자는 일례로 제습건조기에서 170 내지 185℃에서 3 내지 5시간 건조시킨 것일 수 있고, 이 경우에 시스/코어형 방사가 원활하게 진행되는 효과가 있다.
상기 열가소성 고분자는 일례로 칩(chip)의 형태로 투입될 수 있다.
상기 실란계 화합물로 표면 처리한 원적외선 방사체는 일례로 적외선 방사체 100 중량부를 기준으로 실란계 화합물 10 내지 30 중량부 및 용매 30 내지 50 중량부를 혼합 후 교반한 다음 진공 오븐에서 체류시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있고, 또 다른 예로 원적외선 방사체 100 중량부를 기준으로 실란계 화합물 15 내지 25 중량부 및 용매 35 내지 45 중량부를 혼합 후 교반한 다음 진공 오븐에서 체류시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있으며, 이 경우에 실란계 화합물이 원적외선 방사체 표면을 균일하게 코팅하여 열가소성 수지와 원적외선 방사체의 결합력을 향상시키고 균일하게 분산되도록 한다. 또한, 실란계 화합물로 표면 처리된 원적외선 방사체는 열가소성 수지와 혼합되어 방사할 수 있으므로, 원적외선 방사체를 함유하는 마스터 배치를 별도로 제조하여 열가소성 고분자와 혼합하는 단계를 단축할 수 있어 경제성 및 생산성이 뛰어난 효과가 있다.
상기 실란계 화합물은 일례로 비닐 실란계 화합물, 아미노 실란계 화합물 및 에폭시 실란계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 에폭시 실란계 화합물일 수 있고, 이 경우에 원적외선 방사체를 열가소성 고분자 내에 균일하게 분산시키는 효과가 우수하다.
상기 에폭시 실란계 화합물은 일례로 (3-글리시딜옥시프로필기)트리메톡시실란[(3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane], (3-글리시딜옥시프로필기)메틸디에톡시실란 [(3-Glycidyloxypropyl)methyldiethoxysilane], 및 (3-글리시딜옥시프로필기)트리에톡시실란[(3-Glycidyloxypropyl) triethoxysilane]로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우에 원적외선 방사체를 균일하게 표면처리 하여 열가소성 고분자 내에 균일하게 분산시키는 효과가 우수하다.
상기 원적외선 방사체는 일례로 맥반석, 황토, 제오라이트, 일라이트, 게르마늄 및 견운모로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우에 원적외선 방출 및 음이온 방출로 인체에 유익한 효과를 얻고 항균성, 항곰팡이성 및 탈취성이 우수한 효과가 있다.
삭제
상기 제오라이트는 일례로 분자식 Na12[Al12Si12O48]·27H2O인 제오라이트에 항균효과를 부여하기 위해 Na를 Ag, Cu, Zn와 같은 항균효과가 높은 금속이온으로 양이온교환을 통하여 제조된 이온 교환형 제올라이트일 수 있고, 이 경우 다른 형태의 항균제보다 훨씬 구조적으로 안정하고 항균력이 지속적으로 나타나는 효과가 있다.
상기 항균 제오라이트의 구체적인 예로 [Ag-Zn-Zeolite A] 제오라이트가 있고, 이는 Na를 Ag와 Zn로 양이온 교환에 의해 제조할 수 있다.
상기 일라이트는 일례로 단사정계에 속하는 운모족 광물로, 화학조성은 (KH3O)Al2(SiAl)4O10(H2OOH)2으로, 비교적 SiO2, MgO, H2O가 많고, K2O는 적으며, 모스 굳기계를 이용하여 측정한 광물의 굳기 1∼2, 비중 2.6∼2.9이다. 또한, 조흔색은 백색이며, 토상광택이 있다. 상기 일라이트는 알루미늄이 풍부한 이질 또는 응회암질 퇴적암 중에 산출되고, 열수성 광상모암의 변질광물로서 산출되며, 원적외선 방사, 음이온 방출, 탈취 등의 효과가 있다.
또한, 상기 일라이트는 인체 및 유기화합물에 유익한 8∼11㎛의 원적외선이 방사율이 높은 특징을 구비한다. 즉, 인체 및 유기화합물에 유익하기 위해서는 8∼11㎛의 원적외선이 방사되어야 하는데, 대부분의 광물은 인체 및 유기화합물 파장대에서 원적외선 방사율이 떨어져 인체에 큰 영향을 주지 못하나, 일라이트는 상기 범위의 원적외선을 높게 방사하는 특징이 있다.
삭제
상기 견운모는 원적외선 방출, 음이온 방출, 유해물질의 흡착, 항균, 탈취, 전자파 차폐 등 탁월한 효과를 갖는 천연광물이다. 상기 견운모 분말은 일례로 입자크기 0.5 내지 4㎛이고, 평균입경이 0.7 내지 1.2㎛인 것이 바람직하다.
상기 원적외선 방사체는 일례로 평균입경이 0.1 내지 5 ㎛, 0.5 내지 3 ㎛, 또는 0.7 내지 1.2 ㎛일 수 있고, 이 범위 내에서 섬유화 과정에서 필라멘트 토출에 방해를 주지 않아 안정적인 토출을 가능하게 한다.
본 발명에서 원적외선 방사체의 평균입경은 전자현미경을 이용하여 통상적인 방법으로 측정될 수 있다.
상기 실란계 화합물로 표면 처리한 원적외선 방사체를 제조하는 단계에 사용되는 용매는 일례로 에탄올일 수 있고, 이 경우에 실란계 화합물이 원적외선 방사체에 골고루 코팅되는 효과가 있다.
상기 실란계 화합물로 표면 처리한 원적외선 방사체를 제조하는 단계에서 진공 오븐에 체류시키는 단계는 일례로 온도 120 내지 130℃에서 2 내지 5시간 동안 체류시킬 수 있고, 이 범위에서 실란계 화합물이 원적외선 방사체에 균일하게 표면처리되는 효과가 우수하다.
시스 성분을 준비하는 단계
상기 시스 성분을 준비하는 단계는 일례로 열가소성 고분자 90 내지 99.5 중량% 및 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질 0.5 내지 10 중량%로 혼합하는 단계를 포함할 수 있고, 또 다른 예로 열가소성 고분자 95 내지 97 중량% 및 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질 2 내지 5 중량%로 혼합하는 단계를 포함할 수 있으며, 이 경우에 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질이 열가소성 고분자 내에 균일하게 분산되어 반복되는 세탁 및 장시간 사용시에도 대전방지성이 우수한 효과가 있다. 또한, 상기 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질을 시스 성분에만 혼합하여 소량의 탄소나노물질로 대전방지성이 향상되는 효과가 있다.
상기 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질은 일례로 탄소나노물질 1 내지 40 중량%, 다환방향족탄화수소 유도체(polycyclic aromatic hydrocarbon derivative) 1 내지 40 중량% 및 용매 30 내지 80 중량%를 기계식 교반기로 교반하여 탄소나노물질에 다환방향족탄화수소 유도체를 결합시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있고, 또 다른 예로 탄소나노물질 10 내지 30 중량%, 다환방향족탄화수소 유도체(polycyclic aromatic hydrocarbon derivative) 10 내지 30 중량% 및 용매 40 내지 60 중량%를 기계식 교반기로 교반하여 탄소나노물질에 다환방향족탄화수소 유도체를 결합시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있으며, 이 경우에 탄소나노물질이 열가소성 고분자 내에 균일하게 분산되도록 하는 효과가 있다. 또한, 탄소나노물질을 함유하는 마스터 배치를 별도로 제조하지 않고도 열가소성 고분자와 혼합하여 방사할 수 있어 생산성이 증대되는 효과가 있다.
상기 탄소나노물질과 다환방향족탄화수소 유도체는 π-π 상호결합으로 결합되어 있고, 상기 다환방향족탄화수소 유도체와 열가소성 고분자는 공유결합으로 결합됨으로써, 열가소성 고분자 내에 탄소나노물질이 강한 결합력으로 균일하게 분산되어 반복되는 세탁 및 장시간 사용 후에도 대전방지성이 유지되는 효과가 있다.
상기 탄소나노물질은 일례로 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그래핀(graphene) 및 탄소나노화이버로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우에 대전방지성이 우수하다.
상기 탄소나노물질은 일례로 평균 길이가 1 내지 25 ㎛, 평균 외경이 5 내지 30 nm일 수 있고, 이 범위 내에서 섬유화 과정에서 필라멘트 토출에 방해를 주지 않아 안정적인 토출이 가능하다.
본 발명에서 탄소나노물질의 평균 길이와 평균 외경은 전자현미경을 이용하여 통상적인 방법으로 측정될 수 있다.
상기 다환방향족탄화수소 유도체는 일례로 융합된 벤젠 고리(fused benzene ring)가 2 내지 5 개이고 열가소성 고분자와 반응할 수 있는 관능기를 함유할 수 있고, 이 경우에 탄소나노물질과 다환방향족탄화수소 유도체의 π-π 상호작용(interaction)이 큰 효과가 있다.
상기 관능기는 일례로 트리알킬 아자니움기(trialkyl azanium group), 카르복시산기(carboxylic acid group), 아실 클로라이드기(acylchloride group), 하이드록실 기(hydroxyl group), 아마이드 기(amide group) 및 에스터 기(ester group)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우 종류에 따라 다양한 열가소성 고분자와 공유결합을 형성할 수 있는 효과가 있다.
상기 다환방향족탄화수소 유도체의 구체적인 예로 1-파이렌-부티릴클로린(1-pyrene-butyrylcholine; PBC), 1-파이렌-부티릭 애시드(1-pyrene-butyric acid; PBA) 또는 이들의 혼합일 수 있고, 이 경우에 다양한 열가소성 고분자와 공유결합을 형성하여 탄소나노물질이 열가소성 고분자 내에 균일하게 분산되도록 하는 효과가 있다.
상기 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질을 제조하는 단계에서 용매는 일례로 물, 에탄올, 메탄올 및 THF로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우 다환방향족탄화수소 유도체가 탄소나노물질과 용이하게 결합되는 효과가 있다.
상기 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질을 제조하는 단계에서 기계식 교반기는 일례로 메카니컬 스터러(mechanical stirrer), 마그네틱 스터러(magnetic stirrer), 호모게나이져(homogenizer), 볼밀 장비(ball-mill), 내부에서 혼합가능한 모든 형태의 믹서(mixer) 등을 사용할 수 있고, 이 경우에 다량의 탄소나노물질을 다환방향족탄화수소 유도체에 균일하게 고정시키는 효과가 우수하다.
상기 교반하는 단계는 일례로 8 내지 15시간, 또는 10 내지 13시간 실시할 수 있고, 이 범위 내에서 탄소나노물질과 다환방향족탄화수소 유도체가 충분히 결합될 수 있다.
상기 탄소나노물질과 다환방향족탄화수소 유도체는 일례로 중량비 1:0.1 내지 1:1.5, 1:0.2 내지 1:0.9, 또는 1:0.3 내지 1:0.7일 수 있고, 이 범위 내에서 탄소나노물질과 다환방향족탄화수소 유도체의 π-π 상호작용(interaction)이 증가되는 효과가 있다.
상기 시스 성분의 열가소성 고분자는 일례로 폴리에스테르계 고분자, 폴리아미드계 고분자 및 폴리올레핀계 고분자로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 이 경우에 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질과 공유결합하여 대전방지성이 우수하고 반복되는 세탁 및 장시간 사용 후에도 대전방지성이 유지되는 효과가 우수하다.
상기 폴레에스테르계 고분자는 일례로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT), 폴리사이클로헥산디메탄올 테레프탈레이트(PCT) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 폴리아미드계 고분자는 일례로 나일론 6, 나일론 6,6, 나일론 4 및 나일론 4,6로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 폴리올레핀계 고분자는 일례로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 혼합으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 열가소성 고분자는 바람직하게는 폴리에스터, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론 6 또는 나일론 6,6일 수 있고, 이 경우에 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질과 공유결합하여 대전방지성이 반복적인 세탁 및 장시간 사용 후에도 유지되는 효과가 우수하다.
상기 열가소성 고분자는 일례로 제습건조기에서 170 내지 185℃에서 3 내지 5시간 건조시킨 것일 수 있고, 이 경우에 시스/코어형 방사가 원활하게 진행되는 효과가 있다.
상기 열가소성 고분자는 일례로 칩(chip)의 형태로 투입될 수 있다.
본 발명에서 코어 성분의 열가소성 고분자와 시스 성분의 열가소성 고분자는 동일한 것일 수도 있고 다른 것일 수도 있다.
용융방사하는 단계
상기 용융방사하는 단계는 일례로 상기 코어 성분과 시스 성분을 일례로 중량비 20:80 내지 40:60, 또는 25:75 내지 35:65로 시스/코어형 방사구금을 통하여 동시에 용융방사하여 제조할 수 있고, 이 범위 내에서 항균성, 탈취성, 원적외선 방출성, 음이온 발출성 및 대전방지성이 우수한 효과가 있다.
상기 용융방사는 일례로 방사온도 220 내지 500℃, 또는 300 내지 400℃, 방사속도 350~500m/M, 풍속 2000m/sec에서 실시할 수 있고, 이 범위 내에서 방사가 원활하고 생산성이 우수한 효과가 있다.
상기 용융방사된 시스/코어형 기능성 섬유는 냉각시킨 후 오일부여 및 집속 및 권취하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 냉각, 오일부여 및 집속 및 권취하는 단계는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용하는 방법인 경우, 특별히 제한되지 않는다.
상기 권취 단계 후 시스/코어형 기능성 섬유는 일례로 직물, 편물, 조물, 펠트 또는 부직포로 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 직물, 편물, 조물, 펠트 또는 부직포로 제조하는 단계는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용하는 방법인 경우, 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 시스/코어형 기능성 섬유는 시스에 탄소나노물질 및 다환방향족탄화수소 유도체를 포함하고, 코어에 원적외선 방사체 및 실란계 화합물을 포함하고, 코어/시스의 중량비가 20:80 내지 40:60인 것을 특징으로 하고, 항균성, 탈취성, 원적외선 방출, 음이온 방출 및 대전방지성이 뛰어나고 생산성이 우수한 효과가 있다.
상기 시스/코어형 기능성 섬유는 일례로 직물, 편물, 조물, 펠트 또는 부직포로 제조할 수 있다.
상기 시스/코어형 기능성 섬유는 일례로 의류, 양말, 장갑, 밴드, 복대, 마스크, 모자, 목도리, 병원용 가운 등의 의류 분야, 침구류, 화상용 패드, 산업용 필터, 충전제 등의 산업 분야에 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[실시예 1]
제조예 1: 실란계 화합물로 표면처리한 원적외선 방사체의 제조
적외선 방사체로 제올라이트 100 중량부를 기준으로 에폭시 실란계 화합물 20 중량부, 용매로 에탄올 40 중량부를 혼합하여 교반한 다음 진공오븐에서 온도 125℃ 하에서 4시간 체류시켜 실란계 화합물로 표면처리한 원적외선 방사체를 수득하였다.
제조예 2: 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질 제조
탄소나노물질로 10 내지 20 nm의 평균외경과 5 내지 20 ㎛의 평균길이를 갖는 다중벽 탄소나노튜브 30 중량%, 다환방향족탄화수소 유도체로 1-파이렌-부티릭 애시드 30 중량% 및 용매로 에탄올 40 중량%를 기계적 교반기인 호모게나이져로 12시간 교반한 다음 온도 60℃에서 3시간 진공 건조하여 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질을 수득하였다.
시스 / 코어형 기능성 섬유를 용융방사하는 단계
시스/코어형 방사구금에 코어 성분으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 97 중량% 및 상기 제조예 1에서 제조한 실란계 화합물로 표면처리한 원적외선 방사체 3 중량%를 혼합하고, 시스 성분으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 95 중량% 및 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질 5 중량%를 혼합한 다음 코어/시스 비율을 중량비 20:80으로 하여 원형 시스/코어형 방사구금을 통해 300℃로 동시에 용융방사하고, 사조를 방사구금 직하의 사조냉각 구간을 통과시키면서 냉각온도 22℃, 냉각풍속 0.40m/sec로 고화하여 오일부여 및 집속을 하고 권취하여 시스/코어형 기능성 섬유를 제조하였다. 상기 수득한 필라멘트의 물성은 하기 표 1에 기재하였다.
시료를 제조하는 단계
상기 필라멘트를 연신비 1.68비, 열처리 온도 190℃, 권취속도 450m/min에서 가연 처리한 후 타월 형태로 제직하여 세탁 전후의 항균성, 탈취성 및 대전방지성을 평가하였고 그 결과를 표 2에 기재하였다.
[실험예]
* 강도 및 신도 측정: 온도 20℃, 습도 65%의 환경하에서 Instron사의 인장시험기를 사용하여 컨디셔닝된 20cm, 초하중1.0±0.1cN/tex 하에서 섬유를 파지한 후 분당 100%의 신장속도로 이동 클램프를 설정하고, 시험편을 파단시까지 신장시키면서 원사의 강도 및 신도를 측정하였다. 측정 횟수는 5회로 하고, 그 평균값을 강도와 신도로 하였다.
* 마찰대전압 측정: KS K 0555(2010, B법)에 의거하여 모포에 대한 마찰대전성을 평가하였고, 이때 시험조건은 20±2℃, 40±2% R.H., 400r/min이었다.
* 세탁내구성의 측정: KS K ISO 105-C06(07) A2S 세탁 견뢰도 시험법에 따라 30회 세탁 시험 후, 마찰대전압, 항균성 및 소취성을 측정하였다.
* 항균성 측정: KS K 0693-2006에 준하여 정균감소율(%)로서 평가하였다. 적용 균주는 포도상구균(ATCC 6538), 폐렴균(ATCC 4352)을 적용하여 시험하였다.
*소취성 측정: 일본섬유평가기술협의회 JTETC 검지관법(암모니아 가스에 대한 흡착성)에 따라 소취성을 측정하였다.
실시예 섬도(De') 강도(g/De') 신도(%)
평가 150 3.2 130
구분 세탁 전 세탁 후
마찰대전압 7 Volt 7 Volt
항균(정균감소율: %)
(균주: Staphylococcus aureus ATCC 6538(황색포도상구균))		 99.9% 99.4%
항균(정균감소율: %)
(균주: Klebsiella pneumonia ATCC 4352(폐렴균))		 99.9% 99.5%
소취(암모니아: %) 99.4% 99.0%
상기 표 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 시스/코어형의 기능성 섬유는 강도 및 신도가 우수하였다.
또한, 상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 시스/코어형의 기능성 섬유로 타월 형태로 제직한 시료는 세탁 전후 모두 항균성, 탈취성 및 대전방지성이 우수한 효과를 확인할 수 있었다.

Claims (5)

  1. 열가소성 고분자 90 내지 97 중량% 및 에폭시 실란계 화합물로 표면 처리한 원적외선 방사체 3 내지 10 중량%를 혼합하여 코어 성분을 준비하는 단계;
    열가소성 고분자 90 내지 99.5 중량% 및 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질 0.5 내지 10 중량%로 혼합하여 시스 성분을 준비하는 단계;
    상기 코어 성분과 시스 성분을 중량비 20:80 내지 40:60으로 하여 시스/코어형 방사구금을 통하여 동시에 용융방사하는 단계;
    를 포함하여 제조하되,
    상기 에폭시 실란계 화합물로 표면 처리한 원적외선 방사체는 원적외선 방사체 100 중량부를 기준으로 에폭시 실란계 화합물 15 내지 25 중량부 및 에탄올 35 내지 45 중량부를 혼합 후 교반한 다음 120 내지 130℃의 진공 오븐에서 2 내지 5시간 동안 체류시키는 단계를 포함하여 제조되며,
    상기 에폭시 실란계 화합물은 (3-글리시딜옥시프로필기)트리메톡시실란[(3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane], (3-글리시딜옥시프로필기)메틸디에톡시실란 [(3-Glycidyloxypropyl)methyldiethoxysilane], 및 (3-글리시딜옥시프로필기)트리에톡시실란[(3-Glycidyloxypropyl) triethoxysilane]로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이고,
    상기 열가소성 고분자는 제습건조기에서 170 내지 185℃에서 3 내지 5시간 건조시킨 것이며,
    상기 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질은 탄소나노물질 1 내지 40 중량%, 다환방향족탄화수소 유도체(polycyclic aromatic hydrocarbon derivative) 1 내지 40 중량% 및 용매 30 내지 80 중량%를 호모게나이져로 10 내지 13시간 교반하는 단계를 포함하여 제조되고,
    상기 용융방사된 시스/코어형 기능성 섬유를 냉각, 오일부여, 집속 및 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노물질은 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그래핀(graphene) 및 탄소나노화이버로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다환방향족탄화수소 유도체는 융합된 벤젠 고리(fused benzene ring)가 2 내지 5 개이고, 열가소성 고분자와 반응할 수 있는 관능기를 함유하는 것을 특징으로 하는 시스/코어형 기능성 섬유의 제조방법.
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