KR101998291B1 - 피부건강 체크용 바이오융합 섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법은 섬유를 양이온성 물질을 포함하는 제1처리액으로 처리하여 양이온기를 도입하는 염착성 향상 단계, 상기 염착성이 향상된 섬유를 헥사시아노철산염 화합물 및 안토시안계 염료를 포함하는 제2처리액으로 처리하는 제1염착 단계, 및 상기 제2처리액으로 처리된 섬유에 소정의 시간 간격을 갖고 1회 이상 철염화합물을 포함하는 제3처리액으로 처리하여 섬유에 프러시안 블루를 형성시키는 제2염착 단계를 포함한다. 이에 의하면, 섬유의 색상 변화에 따라 피부의 pH 상태(약산~중성 블루칼라, 알카리상태 레트칼라)를 바로 확인할 수 있으며, 세탁 및 일광에 취약한 안토시안계 염료를 섬유에 염색시키더라도 일광 및 세탁에 의해 pH에 따라 칼라가 변하는 기능이 사라지지 않는 피부건강 체크 섬유 제품을 만들 수 있다.

Description

피부건강 체크용 바이오융합 섬유 및 이의 제조방법{Bio-fused fiber for skin health check and manufacturing method thereof}

본 발명은 섬유 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피부건강 체크용 바이오융합 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

피부의 각질층(Stratum Corneum, SC)은 피부에서 최외각층에 존재하는 것으로, 외부환경에 직접 접하고 있기 때문에 인체에서 매우 중요한 부분이다.

각질층은 기본적으로 각질세포와 각질세포간 지질로 구성되어 있으며, 그 외 표피지질, 자연함습인자(naturalmoisturizing factor: NMF)가 존재한다. 이때 각질세포는 표피의 기저층에서 분화하여 각화된 세포로서 케라틴이라는 단백질로 이루어져 있고, 각질세포 간 지질은 각질세포 사이를 채우며 세라마이드, 콜레스테롤, 및 지방산 등의 지질성분으로 구성되어 있다. 각질세포 간 지질은 라멜라 액정구조를 형성하고 피부의 유연성, 보습 및 보호 기능을 담당한다. 이러한 각질세포와 각질세포간 지질의 구조는 두 구획모델(two compartment model)로 설명될 수 있다. 상기 두 구획 모델은 벽돌집을 쌓는 벽돌과 그 사이사이에 채워지는 접착물인 모르타르에 비유되어 벽돌과 모르타르 모델(brick and mortar model)로도 불리고 있다. 이러한 특유의 구조는 피부의 매우 중요한 기능인 피부장벽기능(skin barrier function)을 발휘한다. 즉, 외부에서의 이물질 침입을 막고, 동시에 체내의 수분, 전해질 등의 체외로의 상실을 막는 장벽기능을 하여, 각질층에 수분을 유지함으로써피부의 탄력성, 유연성 및 보습감 등을 주게 된다.

그러나 피부의 pH 균형이 깨지게 되면 지질 가수분해 효소의 활성이 낮아지고, 피부 유해균이 증식하여 피부장벽기능의 약화를 가져올 수 있다. 이러한 피부장벽기능의 약화는 여러 가지 피부 트러블 및 만성적인 민감성 피부, 건조 피부 및 아토피 피부 등의 주요 원인이 될 수 있다.

피부의 pH는 개인마다 차이가 있지만, 대부분 4.5 내지 6.5의 약산성을 띠고 있으며, 보다 정상적인 피부의 pH는 5.0 내지 6.0이다. 상기와 같이 약산성의 pH유지는 건강한 피부의 중요한 요소이다. 그 이유는 약산성의 환경에서 피부장벽기능을 하는 지질들의 합성에 관여하는 지질 가수분해 효소는 활성화되고, 약산성의 피부표면은 박테리아 등의 세균 증식이나 감염을 억제하여, 피부장벽기능의 약화를 예방하기 때문이다. 따라서 건강한 피부를 위하여 피부의 pH를 약산성으로 유지하는 것이 요구된다. 피부에 탈모, 아토피, 칸디다균감염, 건조화 등의 피부질환이 발생한 경우, 피부의 pH는 상기 약산성 범위를 벗어나게 된다. 때문에, 피부의 pH 상태가 바로 확인이 될 경우, 피부질환을 미리 예방할 수 있다.

이렇게 피부의 pH를 약산성으로 유지하기 위해서는 현재 피부 pH에 따라 적절한 조치를 취해야 한다. 하지만 피부의 pH의 경우, pH 측정기를 사용하지 않고는 확인하기가 불가능하다. 그러므로 개인이 피부의 pH 상태를 바로 확인할 수 있는 다양한 형태의 제품의 개발이 시급한 실정이다.

한편, 섬유의 염색 공정에 있어서 빈티지한 외관의 섬유제품을 얻는 방법의 예로, 천연염색을 들 수 있다. 이러한 천연염색은 사용되는 천연염료가 인체에 거의 무해하며 자연스럽고 고급스러운 외관의 제품을 얻을 수 있어 꾸준히 인기를 끌고 있다. 하지만, 이러한 천연염료를 이용한 염색은 일반적으로 염착성이 떨어지며 염색 견뢰도가 나빠 수회에 걸쳐 염색, 매염, 수세 건조 등의 일련 과정을 반복해야 하므로 많은 노동력과 시간이 필요하고, 염색의 재현성과 균염성이 좋지 않아 공업적 규모로의 산업화가 어려운 문제점이 있다. 또한, 이와 같은 염색 섬유의 경우 단순히 패션 섬유에 그치기 때문에 기능성이 떨어지는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-0995367호(이하, '선행특허'라 칭함)는 청색 발색을 위한 염색 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 천연염료를 이용하여 일반적인 방식에 따라 원단을 천연염색하고 황산제1철로 매염을 실시한 후 황혈염 용액에 다시 함침하는 과장을 통해 청색을 발현하는 방법에 대해 개시되어 있다.

하지만, 선행특허의 경우 일반적인 천연염색을 기본으로 하고 그 위에 처리되는 황산제1철과 황혈염에 의해 생성되는 프러시안 블루가 결합되어 복합색이 발현되므로 프러시안 블루 자체의 순수한 청색은 발현되기 어려운 단점이 있으며, 균염 또한 어렵다. 공정이 복잡하고 비효율적이며 대규모 생산이 불가능한 단점이 있다. 또한, 전술된 것과 마찬가지고, 선행특허에 의해 제조된 섬유는 단순한 패션 섬유에 그치며, 섬유제품에 필수적인 균염성이 크게 떨어지는 단점이 있다.

이와 같이, 종래에는 피부의 pH 상태를 알 수 있는 제품군 중 섬유에 대해서는 연구가 미미했다. 동시에, 섬유의 경우 단순히 패션 섬유에 대한 개발만이 활성화되어 있으며 섬유에 다양한 기능성을 부여하는 기술 개발에 대한 연구가 미미했다. 또한, 종래에 pH에 따라 색상을 변화시킬 수 있는 염료는 있었지만 섬유에 염색시키더라도 일광 및 세탁에 의해 pH에 따른 색상 변화 특성이 금방 사라지는 문제점이 있었다.

특허문헌 : 대한민국 등록특허 제10-0995367호

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 착안된 것으로, 섬유의 색상 변화에 따라 피부의 pH 상태를 바로 시각적으로 확인할 수 있으며, pH에 따라 색상을 변화시킬 수 있는 염료를 섬유에 염색시키더라도 일광 및 세탁에 의해 pH에 따른 색상을 변화 특성이 오랫동안 지속될 수 있는 피부건강 체크용 바이오융합 섬유 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 간소화된 공정에 의해 섬유의 색상 변화에 따라 피부의 pH 상태를 바로 확인할 수 있는 피부건강 체크용 바이오융합 섬유 및 이의 제조방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법을 제공한다. 상기 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법은 섬유를 양이온성 고분자 물질을 포함하는 제1처리액으로 처리하여 양이온기를 도입하는 염착성 향상 단계; 상기 염착성이 향상된 섬유를 헥사시아노철산염 화합물 및 안토시안을 포함하는 제2처리액으로 처리하는 제1염착 단계; 및 상기 제2처리액으로 처리된 섬유에 소정의 시간 간격을 갖고 1회 이상 철염화합물을 포함하는 제3처리액으로 처리하여 섬유에 프러시안 블루를 형성시키는 제2염착 단계;를 포함한다.

또한, 상기 염착성 향상 단계에서, 상기 제1처리액을 세타 조건(Theta(θ) condition)에 맞게 조절함에 따라 상기 양이온 고분자가 처리액 내에서 섬유와 이온결합 및 반데르발스력을 향상시켜 폴리머를 선형(linear) 형태에 가깝게 만들 수 있다.

또한, 상기 제1염착 단계 이후에, 상기 헥사시아노철산염보다 제타포텐셜 전위가 낮은 음이온 고분자를 투입하여 염착성을 더욱 향상시킬 수 있다.

이때, 상기 음이온 고분자는 폴리에틸렌글리콜 및 구아검 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은 피부건강 체크용 바이오융합 섬유를 제공한다. 상기 피부건강 체크용 바이오융합 섬유는 양이온화 처리된 섬유, 헥사시아노철산염, 및 안토시안을 포함하되, 약산성 또는 중성의 pH 범위에서는 섬유 상 형성된 프러시안 블루로 인해 블루색상을 나타내며, 염기성의 pH 범위에서는 상기 프러시안 블루가 분해되어 섬유 속에 염착된 안토시안 칼라가 표면으로 들어나, 사용된 안토시안계 염료 종류에 따라 레드, 옐로우, 또는 퍼플 색상 등을 나타낸다.

본 발명의 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법에 의하면, 섬유의 색상 변화에 따라 피부의 pH 상태를 바로 확인할 수 있으며, pH에 따라 색상을 변화시킬 수 있는 안토시안계 염료를 섬유에 염색시키더라도 일광 및 세탁에 의해 기능 저하가 큰 폭으로 발생되는데, 이를 최소화하여 pH에 따른 색상 변화 특성이 오랫동안 섬유제품에 지속될 수 있도록 했다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법의 플로우차트이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법을 나타낸 공정도 이미지이다.
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법에 의해 제조된 섬유의 pH에 따른 색상 변화를 나타낸 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법의 플로우차트이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법을 나타낸 공정도 이미지이다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법은 섬유를 양이온성 물질을 포함하는 제1처리액으로 처리하여 양이온기를 도입하는 염착성 향상 단계(S100), 상기 염착성이 향상된 섬유를 헥사시아노철산염 화합물 및 안토시안을 포함하는 제2처리액으로 처리하는 제1염착 단계(S200), 및 상기 제2처리액으로 처리된 섬유에 소정의 시간 간격을 갖고 1회 이상 철염화합물을 포함하는 제3처리액으로 처리하여 섬유에 프러시안 블루를 형성시키는 제2염착 단계(S300)를 포함한다. S100, S200, S300 공정은 상기와 같은 단락된 공정 또는 물사용과 에너지를 최소화한 연속적 공정으로도 가능하다.

상기 염착성 향상 단계에 대해 설명한다(S100).

상기 섬유는 제타포텐셜전위가 음이온성 고분자일 수 있으며, 히드록시기, 카르복시기 등의 음이온기를 갖는 고분자 형태일 수 있다. 상기 섬유는 셀룰로오스계 섬유, 단백질계 섬유, 및 폴리머 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 섬유를 포함할 수 있다.

상기 셀룰로오스계 섬유는 면, 마, 리오셀, 모달, 및 비스코스레이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 단백질계 섬유는 양모 및 견 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 또한, 상기 폴리머 섬유는 나일론, 폴리에스터, 및 아크릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 섬유의 형태를 단섬유, 슬라이버, 톱, 실, 직물, 편성물, 및 부직포로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 형태를 갖는 봉제품 또는 성형품일 수 있다. 또한, 상기 섬유를 포함하되, 다른 섬유를 더 포함하는 혼용 소재를 사용할 수 있다.

한편, 상기 제1처리액은 양이온성 물질을 포함한다. 이에, 정전기적 인력, 공유결합, 이온결합, 반데르발스결합, 수소결합 등의 화학적 및 물리적 결합력에 의해 상기 섬유의 음이온기와 상기 양이온성 물질이 서로 흡착되어 섬유는 양이온성을 나타내게 된다. 이에, 대부분의 섬유가 음이온을 가지므로, 음이온성을 갖는 섬유가 제 1처리액 공정 중 결합된 양이온성 고분자에 의해 제타포텐셜전위가 양이온성을 갖도록 용액이 조절됨에 따라 음이온성을 갖는 염료나 안료에 대한 염착성이 향상될 수 있다.

상기 제1처리액에 포함되는 상기 양이온성 물질은 강반응성이 큰 4급 암모늄염 화합물 및 지방족 폴리아민 화합물 중 어느 하나의 수용성 양이온 고분자 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 양이온성 물질은 3-클로로-2-히드록시프로필트리메틸암모늄클로라이드, 글리시딜트리메틸암모늄클로라이드, 알킬트리메틸암모늄클로라이드, 알킬트리메틸암모늄메토설페이트, 선형 폴리에틸렌이민, 분지형 폴리에틸렌이민, 폴리디알릴디메틸암모늄클로라이드, 디알릴디메틸암모늄클로라이드의 공중합체, 폴리디알릴아민, 디알릴아민의 공중합체, 폴리디알릴아민하이드로클로라이드, 디알릴아민하이드로클로라이드의 공중합체, 폴리메틸디알릴아민하이드로클로라이드, 메틸디알릴아민하이드로클로라이드의 공중합체, 폴리알릴아민, 알릴아민의 공중합체, 폴리알릴아민하이드로클로라이드, 알릴아민하이드로클로라이드의 공중합체, 폴리비닐아민 및 비닐아민의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 처리액은 상기 양이온성 고분자 물질 0.1 ~ 3g/l 및 잔량의 물을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1처리액을 세타 조건(Theta(θ) condition)에 맞게 조절하여 상기 투입되는 양이온 고분자 내 세그먼트 간의 인력이 약해지도록 만들 수있다. 구체적으로, 상기 세타 조건은 미량(10~50ppm)의 마그네슘이 함유된 물을 pH 7.2 ~ pH 9.5 및 40 ~ 60 ℃ 의 온도 조건이다. 상기 제1처리액을 세타 조건(Theta(θ) condition)에 맞게 조절할 경우, 얽힘(entanglement)이 일어난 형태 형태 또는 감겨진 형태(ramdom coil)의 고분자가 마치 서로간 인력이 없는 모노 폴리머만으로 형성된 이상 용액과 같은 거동을 투입된 양이온고분자가 용액 중 거동하게 된다. 이에, 상기 양이온고분자가가 섬유와 접촉되는 표면적이 넓어져 크게 향상된 이온결합 및 반데르발스결합으로 섬유에 결합되어, 후술되는 음이온성을 갖는 염료에 대한 염착성을 더 향상시킬 수 있다. 이와 같이 양이온고분자가가 용액상 표면적이 커진 상태에서 섬유와 만날 경우, 후술되는 방치단계에서 저온으로 짧은 시간 동안 방치하더라도 높은 염착성을 갖는 섬유로 제조할 수 있게된다. 때문에, 공정 온도를 낮출 수 있어 에너지를 절감할 수 있고 공정 시간을 단축할 수 있다. 또한 사용된 섬유와 반응하는 양이온고분자의 세타조건은 미량의 마그네슘이 함유된 물의 pH7.2 ~ pH 9.5, 온도 40~60도 조건이나 이 역시 색상 및 페이드아웃 효과 등의 목적을 위해 산알카리도나 온도를 30%범위에서 더 조절해 처리 할 수 있다.

한편, 상기 염착성 향상 단계(S100) 이후에, 후술되는 염료 역할을 수행하는 헥사시아노철산염, 안토시안계 염료 또는 철염화합물 보다 제타포텐셜 전위가 낮은 음이온성 고분자를 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 섬유 및 염료 간의 반응단위시간을 길게해주는 효과가 발생해 하여 염료가 섬유와 안정적 결합된게된다. 이에, 색 발현성이 우수해지므로, 염착성을 더 향상시킬 수 있고, 후술되는 방치단계에서 저온으로 섬유를 방치하더라도 높은 염착성을 갖는 섬유를 제조할 수 있다.

이때, 상기 헥사시아노철산염, 안토시안계 염료 또는 철염화합물 보다 제타포텐셜 전위가 낮은 음이온성 고분자는 폴리에틸렌글리콜 및 구아검 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 0.1 ~ 30 g/l의 범위의 농도로 첨가할 수 있다.

상기 염착성 향상 단계는 상기 제1처리액에 상기 섬유를 침지하여 30 ~ 90℃의 온도에서 10 ~ 60분 동안 섬유를 처리하는 것을 특징으로 하는 흡진법으로 실시할 수 있다. 흡진법을 사용할 경우 단섬유, 슬라이버, 톱, 실, 직물, 편성물, 가먼트 등 다양한 형태의 섬유에 적용이 가능해져서 다양한 응용제품을 제조할 수 있게 된다. 또한 흡진법으로 처리 시 상기 섬유의 중량 대비 상기 제1처리액의 중량비인 액비는 1:5 ~ 1:30이 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기한 액비의 범위 내에서는 균일하고 경제적인 처리가 가능하나, 액비가 1:5 미만일 경우 매우 불균일하게 처리되며, 액비가 1:30을 초과하는 경우 생산성 저하 등의 문제가 발생하므로 바람직하지 않다.

또한 상기 염착성 향상 단계는 상기 제1처리액에 상기 섬유를 침지하고, 패딩 맹글 또는 탈수기 등을 이용하여 픽업률이 65 ~ 120%가 되도록 여분의 액을 짜낸 후, 밀폐하여 20 ~ 40℃의 온도에서 30분 ~ 2시간 이내 동안 방치하는 콜드-패드-배치법에 의해 수행될 수 있다.

다음으로, 제1염착 단계(S200)에 대해 설명한다.

상기 염착성이 향상된 섬유를 헥사시아노철산염 화합물 및 안토시안계 염료를 포함하는 제2처리액으로 처리하여 수행한다. 상기 헥사시아노철산염은 후술되는 철염화합물과 함께 프러시안 블루를 구성하는 화합물로, 프로시안블루 형성에 직접적으로 관여하는 프로시안(용액 중 헥사시아노이온 Fe(CN)6-을 뜻한다, 이하 헥사시아노철산염으로 표기한다.)이온은 상기 양이온에 대한 친화성이 우수하다. 이에, 상기 양이온화된 섬유와 우수한 이온성 인력을 나타내며, 상기 헥사시아노철산염과 철이온에 의해 섬유에 프러시안 블루 색소를 발현시켜 우수한 염착성을 나타낸다.

이때, 상기 헥사시아노철산염 화합물은 페로시안화칼륨(또는 황혈염) 및 페리시안화칼륨(또는 적혈염)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 안토시안은 천연 안토시안 색소일 수 있으며, 천연　안토시안　색소는　비트,　자색고구마,　자색당근,　자색양파,　포도, 블루베리,　아사히베리,　아로니아 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 헥사시아노철산염 화합물 1~100g/L 및 안토시안계 염료 0.5 ~ 50g/l 및 잔량의 물로 이루어진 제2처리액을 상기 양이온화된 섬유를 침지하여 수행될 수 있다. 또한 염색성 향상 단계(S100)에 이어 연속적으로 상기 농도로 헥사시아노철산염과 안토시안계 염료를 더하여 추가 물 투입 없이 진행 할 수 있다.

다음으로, 상기 제2염착 단계(S300)에 대해 설명한다.

상기 제2염착 단계(S300)은 상기 제2처리액으로 처리된 섬유에 소정의 시간 간격을 갖고 1회 이상 철염화합물을 포함하는 제3처리액으로 처리하여 수행한다.

상기 철염화합물은 상기 헥사시아노철산염와 함께 프러시안 블루를 구성하는 화합물로, 상기 헥사시아노철산염과 용액 상 섬유속에서 만나 프러시안 블루로 만들어진다.

상기 철염 화합물은 황산제1철, 황산제2철, 염화제1철, 염화제2철, 목초산철로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제3처리액은 철염화합물 0.5 ~ 50g/l 및 잔량의 물을 포함할 수 있다. 상기 제3처리액이 처리됨에 따라 상기 헥사시아노철산염 화합물, 안토시안계 염료 및 상기 철염 화합물의 반응에 의해 섬유 표면에 입자 형태의 프러시안 블루(헥사시아노철(Ⅱ)산철(Ⅲ))가 형성된다. 상기 프러시안 블루가 섬유에 형성됨에 따라 섬유가 청색을 나타내게 된다.

또한, 상기 제3처리액을 2회 이상 처리할 경우, 상기 제1염착 단계를 수행한 섬유에 5초 ~ 100초 시간 간격을 갖고 1회 ~ 30회에 걸쳐 처리할 수 있다. 상기 제3처리액 처리 시간 간격이 5초 미만일 경우 색 발현이 균일하게 나타나지 않을 수 있으며, 100초를 초과할 경우 색 발현이 균일하게 나타나지 않을 수 있고 공정 시간이 길어질 수 있다. 또한, 상기 제3처리액 처리 횟수가 30회를 초과할 경우 가해진 처리액의 양 증가에 대한 색 발현성 증가율이 미미해져 공정의 효율성이 낮아지는 단점이 있다.

이때, 상기 제1염착단계의 침지 공정에서 섬유를 상기 제2처리액에 30 ~ 98℃의 온도에서 10 ~ 60분간 흡진법을 통해 상기 섬유를 처리한 뒤, 상기 제3처리액을 가하는 제2염착단계를 수행할 수 있다. 또한, 상기 제1염염착단계에서 전술된 내용과 같이 제2처리액에 섬유를 침지시킨 후 바로 상기 제3처리액을 가하고, 이후에 30 ~ 98℃의 온도에서 10 ~ 60분간 흡진법을 통해 상기 섬유를 처리할 수 있다. 그리고 제1착 염착성향상 단계(S100)에 연이어서 단계적으로 추가 물투입 없이 S200, S300단계를 상기한 각 단계 성분을 상기한 같은 농도로 투입해 연이어 진행시 시간과 물을 큰 폭으로 절약 할 수 있다. 이때, 상기된 흡진법을 사용할 경우 처리액의 중량비인 액비가 1:5 ~ 1:20이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 흡진법을 사용할 경우 상기 제2처리액 및 제3처리액을 합한 처리액의 중량비인 액비가 1:5 ~ 1:20이 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기한 액비의 범위 내에서는 균일하고 경제적인 처리가 가능하나, 액비가 1:5 미만일 경우 매우 불균일하게 처리되며, 액비가 1:20을 초과하는 경우 생산성 저하 등의 문제가 발생하므로 바람직하지 않다.

이와 같이 상기 헥사시아노철산염을 포함하는 제2처리액이 처리된 섬유에 철염화합물을 포함하는 제3처리액을 처리할 경우, 프러시안 블루가 섬유상에 입자 형태로 형성된다. 이에, 헥사시아노철산염 및 철염화합물을 모두 포함하는 처리액을 섬유에 동시에 처리했을 때와 비교하여 색 발현성이 더 우수하고, 인디고 염료 색상과 유사한 빈티지한 외관을 나타나게 할 수 있다. 또한, 이와 같이 형성된 프러시안 블루는 독성이 없고 색상이 진해서 별도의 페인트, 잉크, 또는 물감이 필요 없이 친환경적으로 진한 색상을 발현시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 프러시안 블루 색상을 나타내는 섬유가 염기성 범위의 pH 조건 하에서는 상기 페르시안블루가 분해됨에 따라 블루 칼라가 사라지면서 상기 염착성 향상 단계에서 염착성이 향상된 섬유에 안토시안계 염료가 섬유내 결합함에 따라 섬유가 안토시안계 염료 종류에 따라 레드, 옐로우, 또는 퍼플과 같은 다른 색상으로 변색된다. 이에, 본 발명의 일실시예에 따른 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법에 의해 제조된 섬유가 언더웨어를 포함하는 의류를 비롯한 각종 타올, 여성용품, 귀저기, 마스크 팩과 같은 다양한 위생용품에 적용될 경우, 전술된 의류 또는 위생용품을 통해 피부 상태를 파악할 수 있다. 이에, 탈모, 아토피, 칸디다균감염, 건조화 등을 초기에 치료해 피부 질환이 악화되는 것을 방지할 수 있다.

도 3, 도 4 및 도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법에 의해 제조된 섬유의 pH에 따른 색상 변화를 나타낸 사진이다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법에 의해 제조된 섬유 전술된 바와 같이 피부 질환의 위험성이 낮은 약산성 또는 중성의 pH 범위에서는 보편적으로 안전을 의미하는 블루 색상을 나타낼 수 있다. 또한, 도 4를 참조하면, 사용 중, 아토피를 가지고 있는 사람의 알카리성 땀에 의해 부분적으로 안토시안 염료의 레드칼라가 시각화되었다. 이에, 피부 질환의 위험성이 높은 염기성의 pH 범위에서는 보편적으로 위험신호를 나타내는 레드 색상이 나타남을 알 수 있다.

전술된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법에 의하면, 평균 염색온도가 60℃ 이하이며, 물 사용이 전체 공정 중 최대 3회 이하기 때문에, 기존 염색 방법에 비해 최대 90%까지 에너지 및 용수 사용 절감 효과가 있다. 또한, 염색 공정 시간도 70%까지 단축시킬 수 있어 빈티지 컬러 섬유의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 섬유의 색상 변화에 따라 피부의 pH 상태를 바로 확인할 수 있으며, pH에 따라 색상을 변화시킬 수 있는 염료를 섬유에 염색시키더라도 일광 및 세탁에 의해 pH에 따른 색상을 변화 특성이 오랫동안 지속될 수 있는 효과가 있다.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.

실시예 1

셀룰로스계 섬유인 면 편성물을 4급 암모늄염 화합물인 (3-클로로-2-히드록시프로필)트리메틸암모늄클로라이드 또는 수용성 양이온 고분자(폴리에틸렌이민) 3g/l 및 잔량의 물을 포함하는 제1처리액에 액비 1:10이 되도록 침지한 후 60℃에서 30분간 흡진법으로 처리하는 염착성 향상 단계를 수행했다. 다음으로, 페로시안화칼륨을 20g/l과 안토시안계 염료 30g/L 연속해 투입한 후 60℃에서 20분간 흡진법으로 연속처리하여 제1염착 단계를 수행했다.또 이 단계에서 효율을 높이도록 약한음이온성 고분자인 구아검을 0.001g/L이하 농도로 추가 투입했다.다음으로, 10g/L농도로 맞추어 철염을 1회 추가해 프러시안 블루 형성 및 염착 단계를 거쳐 수세 및 건조하여 피부건강체크 섬유를 제조했다.

실시예 2

단백질계 섬유인 양모 직물을 지방족 폴리아민 화합물인 폴리에틸레이민 3g/l 및 잔량의 물을 포함하는 제1처리액에 액비 1:10이 되도록 침지한 후 60℃에서 30분간 흡진법으로 처리하는 염착성 향상 단계를 수행했다. 다음으로, 페로시안화칼륨 20g/L, 안토시안계 염료 40g/L와 분자량이 1000인 PEG를 0.1g/L 연속 추가 투입해 40℃에서 20분간 흡진법으로 처리하여 제1염착 단계를 수행했다. 계속해서, 10g/L의 철염 농도가 되도록 10초 간격으로 3회 추가해 프러시안 블루 형성 및 염착 단계를 거쳐 수세 및 건조하여 피부건강체크섬유를 제조했다.

실시예 3

화학 섬유인 폴리에스터 직물을 지방족 폴리아민 화합물인 폴리에틸렌이민 5g/l 및 잔량의 물을 포함하는 제1처리액에 액비 1:10이 되도록 침지한 후 40℃에서 30분간 흡진법으로 처리하는 염착성 향상 단계를 수행했다. 다음으로, 페로시안화칼륨 20g/l, 안토시안계 염료 50g/L 농도가 되도록 연속 추가 투입 한 후, 분자량 1000 PEG 1g/L를 더 해 60℃에서 20분간 흡진법으로 처리하는 제1염착 단계를 수행했다. 다음으로, 10g/L의 철염 농도가 되도록 1회 추가해 10분 동안 프러시안 블루 형성 및 염착 단계를 거쳐 수세 및 건조하여 피부간강체크섬유를 제조했다.

실시예 4

상기 실시예 1과 비교하여 상기 제1처리액을 양이온화에 사용된 고분자가 세타 조건(Theta(θ) condition)이 되지 않도록 pH 4에 미량의 마그네슘이 전혀 함유되지 않은 증류수를 사용해 S100단계를 거치고 나머지 조건은 실시예 1과 같은 방법으로 처리했다.

실시예 5

상기 실시예 1과 비교하여 상기 염착성 향상 단계 이후 및 상기 제1염착 단계(S200단계)에 제타포텐셜이 약음이온성인 고분자를 추가 투입하지 않고 동일한 조건 하에서 섬유를 제조했다.

비교예 1

상기 실시예 1과 비교하여 상기 염착성 향상 단계를 수행하지 않은 것을 제외하곤 동일한 조건 하에서 섬유를 제조했다.

비교예 2

상기 실시예 2과 비교하여 상기 염착성 향상 단계를 수행하지 않은 것을 제외하곤 동일한 조건 하에서 섬유를 제조했다.

비교예 3

상기 실시예 3과 비교하여 상기 염착성 향상 단계를 수행하지 않은 것을 제외하곤 동일한 조건 하에서 섬유를 제조했다.

비교예 4

상기 실시예 1과 비교하여 상기 제1염착 단계 및 제2염착 단계를 별도로 수행하지 않고, 염화제2철 10g/l, 페로시안화칼륨 20g/l, 안토시안계 염료 50g/L 및 잔량의 물을 포함하는 처리액을 제조한 뒤, 염착성 향상 단계를 거친 섬유에 액비 1:10이 되도록 침지한 후, 60℃에서 30분간 흡진법으로 처리하여 염착 단계를 수행한 것을 제외하곤 동일한 조건 하에서 섬유를 제조했다.

실험예 1 - 염착성 평가

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4의 시료에 대해 X-Rite Color i7 Spectrophotometer를 이용하여 최대 흡수파장에서의 반사율값인 R을 측정하여 다음의 식에 따라 색 강도인 K/S를 측정하여 염착성을 평가하였다(K/S가 높을수록 염착성이 높음).

실험예 2 - 세탁 내구성 평가

AATCC 61:2009 방법에 따라 세탁견뢰도 시험을 진행하고 변퇴색 등급을 표기하였다. 등급은 5등급이 가장 우수하다.

실험예 3 - 일광 내구성 평가

KS K 0700 : 2008 방법에 따라 일광견뢰도 시험을 진행하고 변퇴색 등급을 표기하였다. 등급은 5등급이 가장 우수하다.

실험예 4 - 세탁 후 칼라변화 성능 체크 방법

표준화된 시험 방법이 없어, AATCC61-2009 방법에 준하여 세탁 한 후, pH 9 표준 용액을 사용하여 pH 변화에 따른 기능유지 시험을 시각확인으로 진행하였다.

상기 실험예 1 및 2를 통해 평가된 상기 실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 4의 염착성 및 세탁 내구성을 하기 표 1 및 2에 나타냈다.

구분	염착성 향상단계	제1 및 2 염착 단계별 실시	세타 조건 만족 여부	약음이온고분자 추가 여부	염착성(K/S)
실시예 1	실시	실시	○	○	5.9
실시예 2	실시	실시	○	○	7.4
실시예 3	실시	실시	○	○	4.1
실시예 4	실시	실시	×	○	4.1
실시예 5	실시	실시	○	×	4.0
비교예 1	미실시	실시	○	○	0.7
비교예 2	미실시	실시	○	○	4.2
비교예 3	미실시	실시	○	○	0.3
비교예 4	실시	미실시	○	○	4.2

구분	제2처리액 및 제3처리액 분리투입 여부	염착성(K/S)	세탁내구성
실시예 1	분리투입	5.9	4급 이상
비교예 4	동시투입	4.2	2.5급 이하

구분	염착성(K/S)	일광견뢰도	세탁후 칼라변화성능	세탁내구성
실시예 1	5.9	3급이상	유지	4급 이상
비교예 1	0.7	1급이하	기능 없음	1급 이하

상기 표 1, 표 2 및 표3을 참고하면 알 수 있듯, 본 발명의 친환경 빈티지 인디고 색상 섬유 염색 방법에 의해 제조된 빈티지 섬유는 비교예들과 비교하여 염착성과 견뢰도가 우수한 것을 알 수 있다. 구체적으로, 상기 실시예 1 ~ 3의 실험값을 보면 본원 발명의 염색 방법이 다양한 섬유에 적용이 가능한 것을 알 수 있고, 염착성 향상단계에서 제1처리액을 세타 조건에 만족하도록 조절하고, 염착성 향상단계 이후 및 제1염착 단계 사이에 약음이온성 고분자를 투입한 실시예1 의 경우를 통해 본 발명의 염착성이 매우 우수하게 향상됨을 알 수 있다.

또한, 상기 표 2를 참조하면 상기 제2처리액 및 제3처리액을 분리투입했을 때 염착성 및 세탁내구성이 우수해짐을 알 수 있다.

또한, 표 3을 보면 세탁 후, pH에 따른 칼라변화 기능이 본 발명 기술로 인해 그대로 유지되어, 페르시안블루가 알카리 조건에서 분해되어 안토시안계 염료 칼라가 나타나 피부건강 체크 기능이 지속됨을 알 수 있다.

이상 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위에 든다고 할 것이다.

Claims (5)

1. 산성 또는 중성의 pH 범위에서는 프러시안 블루에 의한 블루 색상을 나타내며, 염기성의 pH 범위에서는 다른 색상을 나타내는 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법에 있어서,
   섬유를 양이온성 고분자 물질을 포함하는 제1처리액으로 처리하여 양이온기를 도입하는 염착성 향상 단계;
   상기 염착성이 향상된 섬유를 헥사시아노철산염 화합물 및 안토시안계 염료를 포함하는 제2처리액으로 처리하는 제1염착 단계; 및
   상기 제2처리액으로 처리된 섬유에 소정의 시간 간격을 갖고 1회 이상 철염화합물을 포함하는 제3처리액으로 처리하여 섬유에 안토시안계 염료와 프러시안 블루를 제2염착 단계;를 포함하며,
   상기 염착성 향상 단계에서 상기 제1처리액을 세타 조건(Theta(θ) condition)에 맞게 조절하여 상기 양이온성 고분자 내의 세그먼트 간의 인력이 약해지도록 용액상태를 조정하는 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 염착성 향상 단계 이후 및 상기 제1염착 단계 사이에, 상기 헥사시아노철산염 또는 철염화합물 보다 제타포텐셜 전위가 낮은 음이온성 고분자를 투입하는 단계;를 더포함하는 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 음이온성 고분자는 분자량 600 ~ 1000 범위의 폴리에틸렌글리콜 및 구아검 중 어느 하나를 포함하는 피부건강 체크용 바이오융합 섬유의 제조방법.
   
5. 삭제

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