KR102088250B1 - 가구 패브릭용 항균성 원사 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가구 패브릭용 항균성 원사 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다공성 입자에 항균제를 로딩하여 항균특성이 장기간 보존되도록 한 항균성 제제를 포함하는 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 항균성을 부여함과 동시에 우수한 물성, 난연성, 발수성을 갖는 가구 패브릭용 항균성 원사 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법은 무기항균제가 담지된 다공성 입자를 포함하는 항균 분산액을 제조하는 항균 분산액 제조단계(S100);와 천연섬유에 상기 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 항균 천연사를 준비하는 항균 천연사 제조단계(S200);와 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 항균 합성사를 준비하는 항균 합성사 제조단계(S300);와 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 결합사를 제조하는 결합단계(S400);를 포함한다.

Description

가구 패브릭용 항균성 원사 및 이의 제조방법{Antimicrobial Yarn for furniture textile and Manufacturing method thereof}
본 발명은 가구 패브릭용 항균성 원사 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다공성 입자에 항균제를 로딩하여 항균특성이 장기간 보존되도록 한 항균성 제제를 포함하는 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 항균성을 부여함과 동시에 우수한 물성, 난연성, 발수성을 갖는 가구 패브릭용 항균성 원사 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
소파, 의자, 커튼, 러그, 쿠션, 베딩 등 패브릭 아이템으로 집을 꾸미는 홈드레싱은 가구를 전면 바꾸는 것만큼 큰 비용이 들지 않으면서 원하는 스타일로 분위기를 연출할 수 있어 오랫동안 꾸준히 사랑받아왔다.
기존 패브릭은 시각적으로 예쁘고 좋은 패턴과 색상을 제일 중요시했지만 현재는 항균, 흡음, 자외선 차단, 방수 등 라이프스타일에 맞춘 기능성 패브릭에 관한 관심도가 높아지고 있다.
특히, 실내 인테리어 및 가구에 사용되는 패브릭은 소파, 의자, 쿠션 등 세균에 쉽게 노출될 수 있는 환경에 사용되는 특성상 세균 번식이 쉬운 한계가 있으며, 패브릭에 항균성을 부여하기 위한 시도가 있어왔다.
이와 관련하여, 국내등록특허 제10-1967351호는 에폭시기를 갖는 Glycidyltrimethylammonium chloride(GTAC)에 의해 은 나노 입자와 결합 구조를 갖는 항균 섬유 및 그 제조 방법을 제시하고 있다.
또한, 국내등록특허 제10-1910334호는 수소음이온 함유 칼슘을 포함한 코팅제를 섬유상에 도포하고, 상기 코팅제가 도포된 섬유를 열압착하여 수소음이온 함유 칼슘 입자가 섬유의 원사와 이웃하는 원사 간의 간극에 의하여 형성되는 공극 사이에 박혀 들어가도록 하면서 원사를 납작하게 눌러 주는 공정을 통한 항균성 섬유의 제조방법을 제시하고 있다.
상기 특허문헌들은 섬유의 표면에 항균성 제제를 도포한 것에 불과한 것으로서 항균성 제제와의 접촉면적을 넓히는데 한계가 있으며, 섬유 내부의 세균 번식에 취약하고, 섬유 표면의 항균성 제제 코팅막의 박리시 항균특성이 저하되는 문제점이 있었다.
한편 항균제는 크게 유기계 항균제, 무기계 항균제, 천연 항균제로 분류되는데, 천연항균제는 환경과 인체에 해가 없는 장점을 갖지만, 항균지속성이 떨어지고 특정 미생물에만 선택적인 항균성을 나타내어 광범위한 적용이 힘들다는 한계를 가지고 가진다.
유기계 항균제는 경제적이고 항균 즉효성이 좋으나, 인체 안정성, 열안정성이 낮은 특징을 가지며, 이에, 최근에는 인체 안정성, 열안정성이 높은 무기계 항균제를 이용하려는 추세이다.
본 발명자는 가구 패브릭에 항균성 등 기능성을 부여하고자하는 연구의 일환으로 다공성 입자에 무기 항균제를 로딩하여 항균특성이 장기간 보존되도록 한 항균성 제제를 포함하는 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 항균성을 부여함과 동시에 우수한 물성, 난연성, 발수성을 갖는 가구 패브릭용 항균성 원사(혼방사) 및 이의 제조방법을 개발하여 본 발명에 이르게 되었다.
국내등록특허 제10-1967351호 국내등록특허 제10-1910334호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다공성 입자에 항균제를 로딩하여 항균특성이 장기간 보존되도록 한 항균성 제제를 포함하는 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 항균성을 부여함과 동시에 우수한 물성, 난연성, 발수성을 갖는 가구 패브릭용 항균성 원사 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법의 제 1실시예는 무기항균제가 담지된 다공성 입자를 포함하는 항균 분산액을 제조하는 항균 분산액 제조단계(S100);와 천연섬유에 상기 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 항균 천연사를 준비하는 항균 천연사 제조단계(S200);와 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 항균 합성사를 준비하는 항균 합성사 제조단계(S300);와 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 결합사를 제조하는 결합단계(S400);를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법의 제 2실시예는 무기항균제가 담지된 다공성 입자를 포함하는 항균 분산액을 제조하는 항균 분산액 제조단계(S100);와 천연섬유에 상기 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 항균 천연사를 준비하는 항균 천연사 제조단계(S200);와 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 항균 합성사를 준비하는 항균 합성사 제조단계(S300);와 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 결합사를 제조하는 결합단계(S400);와 상기 결합사의 표면에 발수제를 도포하여 발수층을 형성하는 발수층 형성단계(S500);를 포함한다.
상기 항균 분산액 제조단계(S100)는 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하여 항균 분산액을 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기 결합단계(S400)는 링방적, 로터방적, 랩방적, 에어제트방적, 마찰방적, 교합 및 이들의 조합 중 하나의 방법을 이용하여 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가구 패브릭용 항균성 원사의 제 1실시예는 천연섬유에 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 제조된 항균 천연사;와 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 제조된 항균 합성사;를 결합하여 형성되며, 상기 항균 분산액은 무기항균제가 담지된 다공성 입자를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가구 패브릭용 항균성 원사의 제 2실시예는 천연섬유에 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 제조된 항균 천연사;와 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 제조된 항균 합성사;를 결합한 결합사;의 표면에 발수제를 도포하여 발수층이 형성되며, 상기 항균 분산액은 무기항균제가 담지된 다공성 입자를 포함한다.
상기 항균 분산액은 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하여 제조된 것을 특징으로 한다.
상기 항균 천연사와 항균 합성사는 링방적, 로터방적, 랩방적, 에어제트방적, 마찰방적, 교합 및 이들의 조합 중 하나의 방법을 이용하여 결합되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사 및 이의 제조방법에 의하면, 다공성 입자에 항균제를 로딩하여 항균특성이 장기간 보존되도록 한 항균성 제제를 포함하는 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 항균성을 부여함과 동시에 우수한 물성, 난연성, 발수성을 갖는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법을 보여주는 순서도.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법을 보여주는 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 항균 분산액의 항균실험 결과를 보여주는 사진.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 가구 패브릭용 항균성 원사 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다공성 입자에 항균제를 로딩하여 항균특성이 장기간 보존되도록 한 항균성 제제를 포함하는 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 항균성을 부여함과 동시에 우수한 물성, 난연성, 발수성을 갖는 가구 패브릭용 항균성 원사 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법은 무기항균제가 담지된 다공성 입자를 포함하는 항균 분산액을 제조하는 항균 분산액 제조단계(S100)와 천연섬유에 상기 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 항균 천연사를 준비하는 항균 천연사 제조단계(S200)와 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 항균 합성사를 준비하는 항균 합성사 제조단계(S300)와 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 결합사를 제조하는 결합단계(S400)를 포함한다.
항균 분산액 제조단계(S100)는 무기항균제가 담지된 다공성 입자를 포함하는 항균 분산액을 제조하는 단계로서, 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하여 항균 분산액을 제조한다.
제 1실시예에 따른 항균 분산액 제조단계(S100)는 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액을 제조하는 베이스 분산액 제조단계(S110)와 제조된 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하는 침지단계(S120)를 포함한다.
베이스 분산액 제조단계(S110)에서는 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액을 제조하는 단계로서, 유기용매 100중량부에 대하여 무기항균제 5 내지 30중량부, 방염제 1 내지 20중량부를 혼합하여 베이스 분산액을 제조한다.
상기 무기항균제는 구리, 은, 티타늄, 아연 및 이들의 산화물 중 어느 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 산화구리(I)(아산화구리, Cu2O), 산화구리(II)(CuO), 적동석 및 이들의 조합 중 어느 하나로 선택되는 구리 화합물을 사용할 수 있으나, 더욱 바람직하게는, 아산화구리를 사용할 수 있다.
산화구리(I)(아산화구리, Cu2O)는 산화구리(II)(CuO)와 비교해 항균 활성 및 항바이러스 활성이 높다. 즉, 아산화구리는 구리 이온을 용출하기 쉽기 때문에, 용출된 구리 이온이 미생물이나 바이러스와 접촉함으로써 효소나 단백질과 결합해 활성을 저하시켜, 미생물 및 바이러스의 대사 기능을 저해하기 쉬워진다. 또한 용출된 구리 이온의 촉매 작용에 의해서 공기 중의 산소를 활성화하여, 미생물 및 바이러스의 유기물을 분해하기 쉬워진다.
상기 무기항균제는 1 nm 내지 50 ㎛의 평균입도를 갖는 것을 사용하는데, 평균입도가 1 nm 미만일 경우 응집이 발생될 수 있으며, 평균입도가 50 ㎛를 초과할 경우 단위면적당 표면적이 작아져 항균성을 충분히 발휘할 수 없으며, 다공성 입자에 대한 로딩특성이 저하되기 때문에 상기 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
상기 방염제는 항균성 원사에 난연성을 부여하며, 동시에 무기항균제에 도막을 형성하여 분산성을 향상시킴과 동시에 녹청을 방지할 수 있는 효과를 부여한다.
상기 방염제는 인산, 인산암모늄, 붕산, 규산소다, 수산화알루미늄, 할로겐 화합물, 디시안디아미드 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
상기 유기용매의 종류는 통상 사용되는 유기용매를 사용할 수 있으며, 구체적인 예로는, 케톤류(아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등), 알코올 류(메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필알코올 등), 에스테르류 (아세트산에틸, 아세트산부틸 등), 에테르 디이소프로필에테르 등), 지방족 탄화수소 또는 방향족 탄화수소, 할로겐화탄화수소 (퍼클로로에틸렌, 트리클로로-1,1,1-에탄, 트리클로로트리플루오로에탄, 디클로로펜타플루오로프로판 등), 디메틸포름아미드, N-메틸-피롤리돈-2, 부티로아세톤, DMSO(디메틸술폭사이드), 글리콜에테르 및 그 유도체 등을 사용할 수 있다.
침지단계(S120)에서는 제조된 베이스 분산액에 다공성 입자를 침지하여 다공성 입자 내부 및 표면에 무기항균제 및 방염제를 로딩하는 단계이다.
상기 다공성 입자는 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 다공성 입자의 크기는 10 내지 300㎛의 평균입경, 30 내지 70%의 기공률, 5nm 내지 10 ㎛의 평균기공크기를 가질 수 있다.
상기 다공성 입자는 물리, 화학적 처리를 통해 전처리된 것을 사용할 수 있으며, 상기 전처리를 통해 다공성 입자의 비표면적을 높여 항균제의 담지특성을 높이고, 이온결합 및 흡착특성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
상기 전처리는 산 처리, 알칼리 처리, 플라즈마 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.
산 처리는 질산, 황산, 염산, 인산, 포름산, 옥살산, 아세트산 및 이들의 조합 중 어느 하나의 산 용액을 사용하여 수행될 수 있으며, 상기 산 용액의 농도는 0.5 내지 3N 인 것을 사용할 수 있다. 산 용액 침지 처리시, 산 용액의 온도는 25 내지 85℃, 반응시간은 10 내지 120 분간 수행된다.
알칼리 처리는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 알칼리 용액을 사용하여 수행될 수 있으며, 상기 알칼리 용액의 농도는 1 내지 15%(w/v)를 사용하여, 알칼리 용액의 온도 25 내지 85℃, 반응시간은 10 내지 120 분간 수행된다.
플라즈마 처리는 장치출력 50 내지 1000W, 챔버압력 30 내지 500 mTorr 갖는 플라즈마 장치에 공기, 산소, 질소, 아르곤, 헬륨 등의 기체를 5 내지 100 sccm의 유량으로 유입시켜 30초 내지 600 초간 처리할 수 있다.
침지단계(S120)에서는 제조된 베이스 분산액 100 중량부에 대하여, 20 내지 70중량부의 다공성 입자를 침지하여 다공성 입자 내부 및 표면에 무기항균제 및 방염제를 로딩하게 되며, 침지방법은 교반, 초음파 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.
교반은 50 내지 500 rpm에서 10 내지 120분간 수행될 수 있으며, 초음파 처리는 20 kHz 내지 30 kHz 의 세기에서 5분 내지 20분간 수행되는데, 상기 초음파 세기 및 초음파 처리시간 미만으로 수행시에는 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 상기 초음파 세기 및 초음파 처리시간을 초과하여 수행시에는 다공성 입자의 물성을 저하시킬 수 있기 때문에 상기 조건 범위 내에서 수행되는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는, 1차로 교반처리한 후 2차로 교반과 초음파처리를 연속수행하여 다공성 입자에 베이스 분산액을 침지시키는데, 다공성 입자에 베이스 분산액을 침지처리시, 베이스 분산액이 다공성 입자의 일부 공극을 막게 되는데, 초음파 처리를 통해 다공성 입자의 공극크기를 확장하거나 공극률을 증가시켜 방염제 및 무기항균제의 로딩을 위한 공간을 확보할 수 있으며, 방염제 및 무기항균제와 접촉 표면적을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
특히, 1차적으로 교반처리 후 2차로 교반과 초음파처리를 연속수행할 시, 초음파가 다공성 입자 공극에 직접적으로 작용하여 공극을 파괴시켜 비표면적을 감소시키는 것을 방지하고, 물성의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
제 2실시예에 따른 항균 분산액 제조단계(S100)는 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하고, 여과 및 건조하여 내부에 방염제 및 무기항균제가 로딩된 다공성 입자를 '코어'로서 수득하고, 상기 코어의 표면에 CNC, CNF 및 이들의 조합 중 어느 하나의 충전제, 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제, 유기용매 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 표면코팅액을 도포하여 표면층을 형성한 복합 기능성 입자를 포함하는 항균 분산액을 제조하게 된다.
제 2실시예에 따른 항균 분산액 제조단계(S100)는 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액을 제조하는 베이스 분산액 제조단계(S110)와 제조된 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하는 침지단계(S120)와 다공성 입자를 여과 및 건조하여 내부에 방염제 및 무기항균제가 로딩된 다공성 입자(이하, '코어'로 축약기재.)를 수득하는 코어 수득단계(S130)와 CNC, CNF 및 이들의 조합 중 어느 하나의 충전제, 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제, 유기용매 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 표면코팅액을 제조하는 표면코팅액 제조단계(S140)와 상기 코어의 표면에 표면코팅액을 도포하여 표면층을 형성하는 표면층 형성단계(S150)를 포함한다.
제 2실시예에 따른 항균 분산액 제조단계(S100)의 베이스 분산액 제조단계(S110)와 침지단계(S120)는 제 1실시예에 따른 항균 분산액 제조단계(S100)에 기재된 바와 동일한 바, 이에 대한 기재를 생략하도록 한다.
코어 수득단계(S130)에서는 다공성 입자를 여과 및 90 내지 150℃에서 수분함량 10 내지 30중량%를 갖도록 건조하여 내부에 방염제 및 무기항균제가 로딩된 코어를 수득한다.
표면코팅액 제조단계(S140)에서는 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC), 셀룰로오스 나노파이버(CNF) 및 이들의 조합 중 어느 하나의 충전제, 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제, 유기용매 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 표면코팅액을 제조하는 단계이다.
상기 충전제는 항균성 원사에 강도를 부여함과 동시에 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제 및 이들의 조합 중 어느 하나의 기능성 물질을 로딩하기 위한 담지체로 작용될 수 있다.
상기 충전제는 평균폭 1 내지 150nm, 평균길이 50nm 내지 5㎛, 비표면적 100 내지 1000 ㎡/g를 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 충전제는 알칼리 용액에 침지처리된 것을 사용할 수 있는데, 알칼리 용액에 침지처리함으로써 셀룰로오스 구조 내의 작은 공극들을 팽윤시키게 되며, 셀룰로오스의 팽윤을 통해 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제 등의 로딩 특성을 향상시킴과 동시에 베이스 수지와의 상호결합성을 향상시킬 수 있다.
상기 알칼리 용액은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 알칼리 물질을 유기용매, 증류수 및 이들의 조합 어느 하나의 용매에 용해시킨 것으로, 상기 알칼리 용액의 농도는 1 내지 15%(w/v)를 사용한다.
상기 충전제는 상기 알칼리 용액 100중량부에 대하여 1 내지 25중량부 투입되어 100 내지 200rpm 에서 30 내지 120분간 교반 및 30분 내지 90분간 정치시킨 후, 반응 완료 후 증류수를 이용하여 pH 6 내지 7이 될때까지 세척처리한다. 세척처리된 충전제를 60 내지 90℃에서 12 내지 24시간 건조하여 전처리된 충전제를 수득한다.
더불어, 알칼리 용액에 전처리된 충전제는 플라즈마 처리, 실란커플링제 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 표면개질처리를 하여 제타 포텐셜 ±40 내지 ±30mV 를 갖도록 처리될 수 있으며, 상기 표면코팅액 내에서 분산성을 향상시키고, 응집현상을 방지할 수 있으며, 나노 광촉매, 무기 항균제 및 방염제와의 결합특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 플라즈마 처리는 장치출력 50 내지 1000W, 챔버압력 30 내지 500 mTorr 갖는 플라즈마 장치에 플르오르(F)를 포함하는 기체를 5 내지 100 sccm의 유량으로 유입시켜 30초 내지 600 초간 처리할 수 있다.
상기 실란커플링제로는 비닐실란커플링제, 알콕시실란커플링제, 아미노실란커플링제, 에폭시실란커플링제, 메타아크릴옥시실란커플링제, 아크릴옥시실란커플링제, 우레이드실란커플링제, 메르캅토실란커플링제 및 이들의 조합으로 선택되는 그룹 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
나노 광촉매는 살균, 항균, 탈취, 유기물 분해 특성을 갖는 입자로, TiO2(anatase), TiO2(rutile), ZnO, CdS, ZrO2, V2O3, WO3 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 바람직하게는, TiO2(anatase) 및 TiO2(rutile)를 사용할 수 있다. 상기 나노 광촉매는 1 내지 100nm의 평균입도를 갖는 것을 사용할 수 있다.
무기항균제와 방염제 및 유기용매는 상술된 것을 사용할 수 있으며, 단, 표면코팅액에 사용되는 무기항균제 및 방염제 등의 고형입자는 코어에 침지되는 무기항균제 및 방염제의 입자크기보다 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그외 특징은 상술된 바와 동일한 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
보다 바람직하게는, 상기 표면코팅액은 유기용매 100중량부에 대하여, 무기항균제 1 내지 15중량부, 나노 광촉매 0.1 내지 3중량부, 방염제 3 내지 10중량부를 혼합하여 제조될 수 있으며, 점도는 30 내지 500 cp 로 제어될 수 있다.
표면층 형성단계(S150)에서는 상기 코어의 표면에 표면코팅액을 도포하여 표면층을 형성하는 단계이다.
상기 표면코팅액을 상기 코어의 표면에 도포하는 방법은 한정하지 않으나, 구체적인 예로는, 스프레이 코팅, 침지, 유동성 코팅 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.
보다 바람직하게는, 스프레이 코팅법 또는 유동성 코팅 방법을 이용할 수 있으며, 스프레이 코팅법을 이용할 시, 분무건조장치 입구온도 150 내지 170 ℃, 출구온도 90 내지 105 ℃, 분무압 5 내지 10 kPa, 열풍 공기량 0.30 내지 0.50 m3/분에서 수행될 수 있다.
유동성 코팅방법을 이용할 시, 유동층 코팅기 흡입 공기량 5 ~ 15㎥/sec, 투입관 온도 80 ~ 150℃, 분무압력 10 ~ 50 bar, 분무속도 1 ~ 10kg/hr 하에서 수행될 수 있다.
상기 표면층 형성단계(S150)에서는 1 내지 10회 도포 및 건조의 반복을 통해 표면층을 형성할 수 있으며, 상기 표면층은 코어 두께 대비 1/10 내지 1/3으로 형성될 수 있다.
또한, n차 도포시, 표면코팅액의 점도를 제어하여 코어에 대한 함침성 및 도포 특성을 제어하는 것도 가능하다.
구체적인 예를 들어, 3회 도포하여 표면층을 형성할 시, 1회차 표면코팅액의 점도를 30 내지 50cp, 2회차는 40 내지 70cp, 3회차는 50 내지 100cp로 제어하여, 코어에 최초로 코팅되는 표면코팅액의 점도는 낮게 형성하여 함침성을 코어에 대한 함침성을 높이고, 순차적으로 점도를 높여가면서 입자를 형성하도록 제어할 수 있다. 이로써, 상기 코어와 상기 표면층 사이에 이격공간의 생성을 최소화하고, 결합성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
항균 천연사 제조단계(S200)에서는 천연섬유에 상기 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 항균 천연사를 준비한다.
상기 천연섬유는 천연원료를 통상 방적공법으로 가공한 천연사이거나 미방적 및 미가공된 천연 섬유 자체일 수 있다.
천연섬유는 식물성 섬유, 동물성 섬유 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 식물성 섬유의 구체적인 예로는, 면, 마 등이 있고, 상기 동물성 섬유의 구체적인 예로는, 견, 모 등이 있으며, 바람직하게는, 상기 천연사로 셀룰로오스계의 식물성 섬유를 사용할 수 있다.
상기 식물성 섬유는 내부에 중공구조를 가져, 후술될 천연섬유 항균 처리액을 담지특성을 향상시켜 항균성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 천연섬유는 천연섬유 항균 처리액에 함침처리를 하기 전에 알칼리 용액에 전처리하여 섬유 내부의 기공을 확장시키고, 표면에 기공을 형성하여 천연섬유 항균 처리액의 담지 특성을 더욱 향상시키는 것도 가능하다.
알칼리 용액에 침지처리함으로써 천연섬유 내의 작은 공극들을 팽윤시키게 되며, 천연섬유의 팽윤을 통해 천연섬유 항균 처리액의 침투성을 높여 소수성을 갖는 천연섬유 항균 처리액과의 상호결합성을 향상시킬 수 있고, 더불어 무기항균제의 고정화 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 알칼리 용액은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 알칼리 물질을 유기용매, 증류수 및 이들의 조합 어느 하나의 용매에 용해시킨 것으로, 상기 알칼리 용액의 농도는 1 내지 15%(w/v)를 사용한다.
상기 천연섬유는 상기 알칼리 용액 100중량부에 대하여 1 내지 25중량부 투입되어 100 내지 200rpm 에서 30 내지 120분간 교반 후 30 내지 90분간 정치시키고, 반응 완료 후 증류수를 이용하여 pH 6 내지 7이 될때까지 세척처리한다. 세척처리된 천연섬유를 60 내지 90℃에서 12 내지 24시간 건조하여 전처리된 천연섬유를 수득한다.
천연섬유 항균 처리액은 항균 분산액, 실란커플링제, 습윤제, 유기용매를 혼합하여 제조되며, 보다 상세하게는, 항균 분산액 100중량부에 대하여, 실란커플링제 5 내지 15중량부, 습윤제 0.5 내지 10중량부, 유기용매 50 내지 200중량부를 혼합하여 제조된다.
상기 실란커플링제는 친수성을 띠는 천연섬유에 대한 소수성을 갖는 항균 분산액의 결합특성 및 상용성을 향상시키고, 천연섬유 간의 수소결합에 의한 분산성 저하를 방지하며, 발수 특성을 부여하여 천연 섬유의 흡습에 의한 열화, 치수안정성 불량, 그리고 곰팡이와 같은 미생물의 번식을 최소화할 수 있다.
상기 실란커플링제로는 비닐실란커플링제, 알콕시실란커플링제, 아미노실란커플링제, 에폭시실란커플링제, 메타아크릴옥시실란커플링제, 아크릴옥시실란커플링제, 우레이드실란커플링제, 메르캅토실란커플링제 및 이들의 조합으로 선택되는 그룹 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 알콕시 실란, 아미노 실란 및 이들의 조합을 사용할 수 있다.
상기 알콕시 실란 및 아미노 실란의 구체적인 예로는, aminopropyltriethoxysilane(APS), MPS(3-methacryloxy propyltrimethoxy silane), TAS(3-trimethoxysilylpropyldiethylenetriamine)을 포함한다.
상기 습윤제는 항균 분산액의 침투성을 향상시키기 위하여 첨가되며, 상기 습윤제로는 글리세롤, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 솔비톨, 히아루론산 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 유기용매의 종류는 통상 사용되는 유기용매를 사용할 수 있으며, 구체적인 예로는, 케톤류(아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등), 알코올 류(메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필알코올 등), 에스테르류 (아세트산에틸, 아세트산부틸 등), 에테르 디이소프로필에테르 등), 지방족 탄화수소 또는 방향족 탄화수소, 할로겐화탄화수소 (퍼클로로에틸렌, 트리클로로-1,1,1-에탄, 트리클로로트리플루오로에탄, 디클로로펜타플루오로프로판 등), 디메틸포름아미드, N-메틸-피롤리돈-2, 부티로아세톤, DMSO(디메틸술폭사이드), 글리콜에테르 및 그 유도체 등을 사용할 수 있다.
상기 천연섬유는 천연섬유 항균 처리액 투입되어 반응온도 25 내지 60 ℃에서 60 내지 360분 침지 처리하고, 반응 완료 후 증류수를 이용하여 pH 6 내지 7이 될때까지 세척처리한다.
세척처리된 천연사를 60 내지 90℃에서 12 내지 24시간 건조하여 항균 천연사를 준비한다.
이때, 방적처리된 천연사가 아닌 미방적 및 미가공된 천연 원료 자체에 천연섬유 항균 처리액을 침지처리한 경우, 항균처리된 천연사 원료를 이용하여 혼타면 공정(Blowing), 소면 공정(Carding), 정소면 공정(Combing), 연조 공정(Drawing), 조방 공정(Robing)을 포함하는 통상 방적공법으로 항균 천연사를 수득할 수 있다.
항균 합성사 제조단계(S300)에서는 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 항균 합성사를 준비한다.
상기 항균 합성사 제조단계(S300)는 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합하여 항균 수지를 제조하는 항균 수지 제조단계(S310)와 상기 항균 수지를 방사하여 항균 합성사를 수득하는 방사단계(S320)를 포함한다.
상기 고분자 수지는 폴리에스터, 나일론, 아크릴, 폴리우레탄, 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
제 1실시예에 따른 항균 수지 제조단계(S310)에 의하면, 상기 고분자 수지를 이용하여 마스터배치칩을 제조한 후, 제조된 마스터 배치칩 100중량부에 대하여 상기 항균 분산액을 3 내지 15중량부 투입하여 항균 수지를 제조할 수 있다.
제 2실시예에 따른 항균 수지 제조단계(S310)에 의하면, 상기 고분자 수지 100중량부에 대하여 상기 항균 분산액을 3 내지 15중량부 투입하여 항균 수지를 제조할 수 있다.
상기 항균 분산액은 마스터 배치칩 및 고분자 수지 100중량부에 대하여 3 내지 15중량부 투입되는데, 상기 항균 분산액이 3중량부 미만으로 첨가되면 항균성, 발수성, 난연성 등의 기능성을 기대하기 어렵고, 상기 항균 분산액이 15중량부는 초과하여 첨가되면 오히려 항균 합성사의 인장, 굽힘, 전단, 압축 등의 물리적인 특성이 저하되고, 표면 촉감이 저하되기 때문에 상기 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
방사단계(S320)에서는 상기 항균 수지를 방사하여 항균 합성사를 수득하는 단계로서, 용융방사, 건식방사, 습식방사, 전계방사 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방사 방법을 이용하여 항균 합성사를 수득할 수 있다.
결합단계(S400)에서는 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 결합사를 제조하며, 링방적, 로터방적, 랩방적, 에어제트방적, 마찰방적, 교합 및 이들의 조합 중 하나의 방법을 이용하여 항균 천연사와 항균 합성사를 결합한다.
바람직하게는, 랩방적, 에어제트방적, 교합 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.
랩방적 및 에어제트 방적시, 항균 천연사를 코어로 하고 항균 합성사로 상기 코어의 표면을 커버링하거나 합성사를 코어로 하고 천연사로 상기 코어의 표면을 커버링하게 되며, 항균 천연사 또는 항균 합성사 중 어느 하나가 코어로 배치되거나 표면에 배치된다.
교합시에는 항균 천연사와 항균 합성사를 함께 꼬아 제조되는 것으로서, 항균 천연사 및 항균 합성사가 균등하게 외부로 노출된다.
제 1실시예에 따른 결합단계(S400)에서는 링방적, 로터방적, 랩방적, 에어제트방적, 마찰방적, 교합 및 이들의 조합 중 하나의 방법을 이용하여 항균 천연사와 항균 합성사를 결합한다.
제 2실시예에 따른 결합단계(S400)에서는 링방적, 로터방적, 랩방적, 에어제트방적, 마찰방적, 교합 및 이들의 조합 중 하나의 방법을 이용하여 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 결합사를 형성한 후, 상기 결합사를 80 내지 120 ℃에서 1 내지 10분간 열처리하여 결합특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
제 3실시예에 따른 결합단계(S400)에서는 항균 천연사와 항균 합성사를 방적 및 교합 공정을 통해 혼방 및 결합하기에 앞서, 80 내지 120 ℃에서 1 내지 10분간 항균 천연사, 항균 합성사 및 이들의 조합을 열처리하여 표면을 부분적으로 용융시킴으로써 방적 및 교합시 결합특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
제 2실시예 및 제 3실시예에 따른 결합단계(S400)에서는 80 내지 120 ℃에서 1 내지 10분간 열처리를 하는데, 상기 온도 및 시간 미만이면 표면의 용융이 발생되지 않아 결합특성을 향상시키는데 한계가 있으며, 상기 온도 및 시간을 초과할 경우, 항균 천연사의 황변 및 분해가 발생될 수 있기 때문에 상기 온도 및 시간 범위를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법은 무기항균제가 담지된 다공성 입자를 포함하는 항균 분산액을 제조하는 항균 분산액 제조단계(S100)와 천연섬유에 상기 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 항균 천연사를 준비하는 항균 천연사 제조단계(S200)와 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 항균 합성사를 준비하는 항균 합성사 제조단계(S300)와 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 결합사를 제조하는 결합단계(S400)와 상기 결합사의 표면에 발수제를 도포하여 발수층을 형성하는 발수층 형성단계(S500)를 포함한다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법은 발수층 형성단계(S500)를 포함하는 것으로, 항균 분산액 제조단계(S100), 항균 천연사 제조단계(S200), 항균 합성사 제조단계(S300) 및 결합단계(S400)는 앞서 상술된 본 발명의 제 1실시예에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법과 동일한 바 이에 관한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
발수층 형성단계(S500)에서는 상기 결합사의 표면에 발수제를 도포하여 발수층을 형성한다.
상기 발수제는 불소계 발수제, 실리콘계 발수제, 아크릴계 발수제, 폴리에틸렌계 발수제, 폴리프로필렌계 발수제, 폴리아미드계 발수제, 폴리에스테르계 발수제 및 이들의 조합 중 어느 하를 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 발수제를 상기 결합사에 도포하는 방법으로는 함침, 스프레이 분사법 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 발수층은 항균 원사 전체 지름 대비 5 내지 20%의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사를 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사는 상술된 가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법에 의해 제조된다.
제 1실시예에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사는 천연섬유에 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 제조된 항균 천연사와 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 제조된 항균 합성사를 결합하여 형성되며, 상기 항균 분산액은 무기항균제가 담지된 다공성 입자를 포함한다.
항균 분산액은 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하여 제조된다.
제 1실시예에 따른 항균 분산액은 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하여 제조된다.
베이스 분산액은 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 것으로서, 유기용매 100중량부에 대하여 무기항균제 5 내지 30중량부, 방염제 1 내지 20중량부를 혼합하여 제조된다.
상기 무기항균제는 구리, 은, 티타늄, 아연 및 이들의 산화물 중 어느 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 산화구리(I)(아산화구리, Cu2O), 산화구리(II)(CuO), 적동석 및 이들의 조합 중 어느 하나로 선택되는 구리 화합물을 사용할 수 있으나, 더욱 바람직하게는, 아산화구리를 사용할 수 있다.
산화구리(I)(아산화구리, Cu2O)는 산화구리(II)(CuO)와 비교해 항균 활성 및 항바이러스 활성이 높다. 즉, 아산화구리는 구리 이온을 용출하기 쉽기 때문에, 용출된 구리 이온이 미생물이나 바이러스와 접촉함으로써 효소나 단백질과 결합해 활성을 저하시켜, 미생물 및 바이러스의 대사 기능을 저해하기 쉬워진다. 또한 용출된 구리 이온의 촉매 작용에 의해서 공기 중의 산소를 활성화하여, 미생물 및 바이러스의 유기물을 분해하기 쉬워진다.
상기 무기항균제는 1 nm 내지 50 ㎛의 평균입도를 갖는 것을 사용하는데, 평균입도가 1 nm 미만일 경우 응집이 발생될 수 있으며, 평균입도가 50 ㎛를 초과할 경우 단위면적당 표면적이 작아져 항균성을 충분히 발휘할 수 없으며, 다공성 입자에 대한 로딩특성이 저하되기 때문에 상기 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
상기 방염제는 원사에 난연성을 부여하며, 동시에 무기항균제에 도막을 형성하여 분산성을 향상시킴과 동시에 녹청을 방지할 수 있는 효과를 부여한다.
상기 방염제는 인산, 인산암모늄, 붕산, 규산소다, 수산화알루미늄, 할로겐 화합물, 디시안디아미드 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
상기 유기용매의 종류는 통상 사용되는 유기용매를 사용할 수 있으며, 구체적인 예로는, 케톤류(아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등), 알코올 류(메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필알코올 등), 에스테르류 (아세트산에틸, 아세트산부틸 등), 에테르 디이소프로필에테르 등), 지방족 탄화수소 또는 방향족 탄화수소, 할로겐화탄화수소 (퍼클로로에틸렌, 트리클로로-1,1,1-에탄, 트리클로로트리플루오로에탄, 디클로로펜타플루오로프로판 등), 디메틸포름아미드, N-메틸-피롤리돈-2, 부티로아세톤, DMSO(디메틸술폭사이드), 글리콜에테르 및 그 유도체 등을 사용할 수 있다.
제조된 베이스 분산액에 다공성 입자를 침지하여 다공성 입자 내부 및 표면에 무기항균제 및 방염제를 로딩하는 되며, 상기 다공성 입자는 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 다공성 입자의 크기는 10 내지 300㎛의 평균입경, 30 내지 70%의 기공률, 5nm 내지 10 ㎛의 평균기공크기를 가질 수 있다.
상기 다공성 입자는 물리, 화학적 처리를 통해 전처리된 것을 사용할 수 있으며, 상기 전처리를 통해 다공성 입자의 비표면적을 높여 항균제의 담지특성을 높이고, 이온결합 및 흡착특성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
상기 전처리는 산 처리, 알칼리 처리, 플라즈마 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.
산 처리는 질산, 황산, 염산, 인산, 포름산, 옥살산, 아세트산 및 이들의 조합 중 어느 하나의 산 용액을 사용하여 수행될 수 있으며, 상기 산 용액의 농도는 0.5 내지 3N 인 것을 사용할 수 있다. 산 용액 침지 처리시, 산 용액의 온도는 25 내지 85℃, 반응시간은 10 내지 120 분간 수행된다.
알칼리 처리는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 알칼리 용액을 사용하여 수행될 수 있으며, 상기 알칼리 용액의 농도는 1 내지 15%(w/v)를 사용하여, 알칼리 용액의 온도 25 내지 85℃, 반응시간은 10 내지 120 분간 수행된다.
플라즈마 처리는 장치출력 50 내지 1000W, 챔버압력 30 내지 500 mTorr 갖는 플라즈마 장치에 공기, 산소, 질소, 아르곤, 헬륨 등의 기체를 5 내지 100 sccm의 유량으로 유입시켜 30초 내지 600 초간 처리할 수 있다.
제조된 베이스 분산액 100 중량부에 대하여, 20 내지 70중량부의 다공성 입자를 침지하여 다공성 입자 내부 및 표면에 무기항균제 및 방염제를 로딩하게 되며, 침지방법은 교반, 초음파 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.
교반은 50 내지 500 rpm에서 10 내지 120분간 수행될 수 있으며, 초음파 처리는 20 kHz 내지 30 kHz 의 세기에서 5분 내지 20분간 수행되는데, 상기 초음파 세기 및 초음파 처리시간 미만으로 수행시에는 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 상기 초음파 세기 및 초음파 처리시간을 초과하여 수행시에는 다공성 입자의 물성을 저하시킬 수 있기 때문에 상기 조건 범위 내에서 수행되는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는, 1차로 교반처리한 후 2차로 교반과 초음파처리를 연속수행하여 다공성 입자에 베이스 분산액을 침지시키는데, 다공성 입자에 베이스 분산액을 침지처리시, 베이스 분산액이 다공성 입자의 일부 공극을 막게 되는데, 초음파 처리를 통해 다공성 입자의 공극크기를 확장하거나 공극률을 증가시켜 방염제 및 무기항균제의 로딩을 위한 공간을 확보할 수 있으며, 방염제 및 무기항균제와 접촉 표면적을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
특히, 1차적으로 교반처리 후 2차로 교반과 초음파처리를 연속수행할 시, 초음파가 다공성 입자 공극에 직접적으로 작용하여 공극을 파괴시켜 비표면적을 감소시키는 것을 방지하고, 물성의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
제 2실시예에 따른 항균 분산액은 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하고, 여과 및 건조하여 내부에 방염제 및 무기항균제가 로딩된 다공성 입자를 '코어'로서 수득하고, 상기 코어의 표면에 CNC, CNF 및 이들의 조합 중 어느 하나의 충전제, 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제, 유기용매 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 표면코팅액을 도포하여 표면층을 형성한 복합 기능성 입자를 포함한다.
제 2실시예에 따른 항균 분산액에서 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하는 공정은 제 1실시예에 따른 항균 분산액에서 설명하고 있는 바와, 이에 대한 기재를 생략하도록 한다.
상기 코어는 다공성 입자를 여과 및 90 내지 150℃에서 수분함량 10 내지 30중량%를 갖도록 건조하여 내부에 방염제 및 무기항균제가 로딩된 형태로 수득된다.
상기 표면코팅액은 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC), 셀룰로오스 나노파이버(CNF) 및 이들의 조합 중 어느 하나의 충전제, 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제, 유기용매 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
상기 충전제는 항균성 원사에 강도를 부여함과 동시에 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제 및 이들의 조합 중 어느 하나의 기능성 물질을 로딩하기 위한 담지체로 작용될 수 있다.
상기 충전제는 평균폭 1 내지 150nm, 평균길이 50nm 내지 5㎛, 비표면적 100 내지 1000 ㎡/g를 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 충전제는 알칼리 용액에 침지처리된 것을 사용할 수 있는데, 알칼리 용액에 침지처리함으로써 셀룰로오스 구조 내의 작은 공극들을 팽윤시키게 되며, 셀룰로오스의 팽윤을 통해 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제 등의 로딩 특성을 향상시킴과 동시에 베이스 수지와의 상호결합성을 향상시킬 수 있다.
상기 알칼리 용액은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 알칼리 물질을 유기용매, 증류수 및 이들의 조합 어느 하나의 용매에 용해시킨 것으로, 상기 알칼리 용액의 농도는 1 내지 15%(w/v)를 사용한다.
상기 충전제는 상기 알칼리 용액 100중량부에 대하여 1 내지 25중량부 투입되어 100 내지 200rpm 에서 30 내지 120분간 교반 및 30분 내지 90분간 정치시킨 후, 반응 완료 후 증류수를 이용하여 pH 6 내지 7이 될때까지 세척처리한다. 세척처리된 충전제를 60 내지 90℃에서 12 내지 24시간 건조하여 전처리된 충전제를 수득한다.
더불어, 알칼리 용액에 전처리된 충전제는 플라즈마 처리, 실란커플링제 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 표면개질처리를 하여 제타 포텐셜 ±40 내지 ±30mV 를 갖도록 처리될 수 있으며, 상기 표면코팅액 내에서 분산성을 향상시키고, 응집현상을 방지할 수 있으며, 나노 광촉매, 무기 항균제 및 방염제와의 결합특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 플라즈마 처리는 장치출력 50 내지 1000W, 챔버압력 30 내지 500 mTorr 갖는 플라즈마 장치에 플르오르(F)를 포함하는 기체를 5 내지 100 sccm의 유량으로 유입시켜 30초 내지 600 초간 처리할 수 있다.
상기 실란커플링제로는 비닐실란커플링제, 알콕시실란커플링제, 아미노실란커플링제, 에폭시실란커플링제, 메타아크릴옥시실란커플링제, 아크릴옥시실란커플링제, 우레이드실란커플링제, 메르캅토실란커플링제 및 이들의 조합으로 선택되는 그룹 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
나노 광촉매는 살균, 항균, 탈취, 유기물 분해 특성을 갖는 입자로, TiO2(anatase), TiO2(rutile), ZnO, CdS, ZrO2, V2O3, WO3 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 바람직하게는, TiO2(anatase) 및 TiO2(rutile)를 사용할 수 있다. 상기 나노 광촉매는 1 내지 100nm의 평균입도를 갖는 것을 사용할 수 있다.
무기항균제와 방염제 및 유기용매는 상술된 것을 사용할 수 있으며, 단, 표면코팅액에 사용되는 무기항균제 및 방염제 등의 고형입자는 코어에 침지되는 무기항균제 및 방염제의 입자크기보다 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그외 특징은 상술된 바와 동일한 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
보다 바람직하게는, 상기 표면코팅액은 유기용매 100중량부에 대하여, 무기항균제 1 내지 15중량부, 나노 광촉매 0.1 내지 3중량부, 방염제 3 내지 10중량부를 포함하여 제조될 수 있으며, 점도는 30 내지 500 cp 로 제어될 수 있다.
표면층은 상기 코어의 표면에 표면코팅액을 도포하여 형성되며, 상기 표면코팅액을 상기 코어의 표면에 도포하는 방법은 한정하지 않으나, 구체적인 예로는, 스프레이 코팅, 침지, 유동성 코팅 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.
보다 바람직하게는, 스프레이 코팅법 또는 유동성 코팅 방법을 이용할 수 있으며, 스프레이 코팅법을 이용할 시, 분무건조장치 입구온도 150 내지 170 ℃, 출구온도 90 내지 105 ℃, 분무압 5 내지 10 kPa, 열풍 공기량 0.30 내지 0.50 m3/분에서 수행될 수 있다.
유동성 코팅방법을 이용할 시, 유동층 코팅기 흡입 공기량 5 ~ 15㎥/sec, 투입관 온도 80 ~ 150℃, 분무압력 10 ~ 50 bar, 분무속도 1 ~ 10kg/hr 하에서 수행될 수 있다.
상기 표면층은 표면코팅액의 1 내지 10회 도포 및 건조의 반복을 통해 형성되며, 상기 표면층은 코어 두께 대비 1/10 내지 1/3으로 형성될 수 있다.
또한, n차 도포시, 표면코팅액의 점도를 제어하여 코어에 대한 함침성 및 도포 특성을 제어하는 것도 가능하다.
구체적인 예를 들어, 3회 도포하여 표면층을 형성할 시, 1회차 표면코팅액의 점도를 30 내지 50cp, 2회차는 40 내지 70cp, 3회차는 50 내지 100cp로 제어하여, 코어에 최초로 코팅되는 표면코팅액의 점도는 낮게 형성하여 함침성을 코어에 대한 함침성을 높이고, 순차적으로 점도를 높여가면서 입자를 형성하도록 제어할 수 있다. 이로써, 상기 코어와 상기 표면층 사이에 이격공간의 생성을 최소화하고, 결합성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
항균 천연사는 천연섬유에 상기 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 준비된다.
상기 천연섬유는 천연원료를 통상 방적공법으로 가공한 천연사이거나 미방적 및 미가공된 천연 섬유 자체일 수 있다.
천연섬유는 식물성 섬유, 동물성 섬유 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 식물성 섬유의 구체적인 예로는, 면, 마 등이 있고, 상기 동물성 섬유의 구체적인 예로는, 견, 모 등이 있으며, 바람직하게는, 상기 천연사로 셀룰로오스계의 식물성 섬유를 사용할 수 있다.
상기 식물성 섬유는 내부에 중공구조를 가져, 후술될 천연섬유 항균 처리액을 담지특성을 향상시켜 항균성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 천연섬유는 천연섬유 항균 처리액에 함침처리를 하기 전에 알칼리 용액에 전처리하여 섬유 내부의 기공을 확장시키고, 표면에 기공을 형성하여 천연섬유 항균 처리액의 담지 특성을 더욱 향상시키는 것도 가능하다.
알칼리 용액에 침지처리함으로써 천연섬유 내의 작은 공극들을 팽윤시키게 되며, 천연섬유의 팽윤을 통해 천연섬유 항균 처리액의 침투성을 높여 소수성을 갖는 천연섬유 항균 처리액과의 상호결합성을 향상시킬 수 있고, 더불어 무기항균제의 고정화 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 알칼리 용액은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 알칼리 물질을 유기용매, 증류수 및 이들의 조합 어느 하나의 용매에 용해시킨 것으로, 상기 알칼리 용액의 농도는 1 내지 15%(w/v)를 사용한다.
상기 천연섬유는 상기 알칼리 용액 100중량부에 대하여 1 내지 25중량부 투입되어 100 내지 200rpm 에서 30 내지 120분간 교반 후 30 내지 90분간 정치시키고, 반응 완료 후 증류수를 이용하여 pH 6 내지 7이 될때까지 세척처리한다. 세척처리된 천연섬유를 60 내지 90℃에서 12 내지 24시간 건조하여 전처리된 천연섬유를 수득한다.
천연섬유 항균 처리액은 항균 분산액, 실란커플링제, 습윤제, 유기용매를 혼합하여 제조되며, 보다 상세하게는, 항균 분산액 100중량부에 대하여, 실란커플링제 5 내지 15중량부, 습윤제 0.5 내지 10중량부, 유기용매 50 내지 200중량부를 혼합하여 제조된다.
상기 실란커플링제는 친수성을 띠는 천연섬유에 대한 소수성을 갖는 항균 분산액의 결합특성 및 상용성을 향상시키고, 천연섬유 간의 수소결합에 의한 분산성 저하를 방지하며, 발수 특성을 부여하여 천연 섬유의 흡습에 의한 열화, 치수안정성 불량, 그리고 곰팡이와 같은 미생물의 번식을 최소화할 수 있다.
상기 실란커플링제로는 비닐실란커플링제, 알콕시실란커플링제, 아미노실란커플링제, 에폭시실란커플링제, 메타아크릴옥시실란커플링제, 아크릴옥시실란커플링제, 우레이드실란커플링제, 메르캅토실란커플링제 및 이들의 조합으로 선택되는 그룹 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 알콕시 실란, 아미노 실란 및 이들의 조합을 사용할 수 있다.
상기 알콕시 실란 및 아미노 실란의 구체적인 예로는, aminopropyltriethoxysilane(APS), MPS(3-methacryloxy propyltrimethoxy silane), TAS(3-trimethoxysilylpropyldiethylenetriamine)을 포함한다.
상기 습윤제는 항균 분산액의 침투성을 향상시키기 위하여 첨가되며, 상기 습윤제로는 글리세롤, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 솔비톨, 히아루론산 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 유기용매의 종류는 통상 사용되는 유기용매를 사용할 수 있으며, 구체적인 예로는, 케톤류(아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등), 알코올 류(메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필알코올 등), 에스테르류 (아세트산에틸, 아세트산부틸 등), 에테르 디이소프로필에테르 등), 지방족 탄화수소 또는 방향족 탄화수소, 할로겐화탄화수소 (퍼클로로에틸렌, 트리클로로-1,1,1-에탄, 트리클로로트리플루오로에탄, 디클로로펜타플루오로프로판 등), 디메틸포름아미드, N-메틸-피롤리돈-2, 부티로아세톤, DMSO(디메틸술폭사이드), 글리콜에테르 및 그 유도체 등을 사용할 수 있다.
상기 천연섬유는 천연섬유 항균 처리액 투입되어 반응온도 25 내지 60 ℃에서 60 내지 360분 침지 처리하고, 반응 완료 후 증류수를 이용하여 pH 6 내지 7이 될때까지 세척처리한다.
세척처리된 천연사를 60 내지 90℃에서 12 내지 24시간 건조하여 항균 천연사를 준비한다.
이때, 방적처리된 천연사가 아닌 미방적 및 미가공된 천연 원료 자체에 천연섬유 항균 처리액을 침지처리한 경우, 항균처리된 천연사 원료를 이용하여 혼타면 공정(Blowing), 소면 공정(Carding), 정소면 공정(Combing), 연조 공정(Drawing), 조방 공정(Robing)을 포함하는 통상 방적공법으로 항균 천연사를 수득할 수 있다.
항균 합성사는 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 준비된다.
상기 고분자 수지는 폴리에스터, 나일론, 아크릴, 폴리우레탄, 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
제 1실시예에 따른 항균 수지는 상기 고분자 수지를 이용하여 마스터배치칩을 제조한 후, 제조된 마스터 배치칩 100중량부에 대하여 상기 항균 분산액을 3 내지 15중량부 투입하여 항균 수지를 제조할 수 있다.
제 2실시예에 따른 항균 수지는 상기 고분자 수지 100중량부에 대하여 상기 항균 분산액을 3 내지 15중량부 투입하여 항균 수지를 제조할 수 있다.
상기 항균 분산액은 마스터 배치칩 및 고분자 수지 100중량부에 대하여 3 내지 15중량부 투입되는데, 상기 항균 분산액이 3중량부 미만으로 첨가되면 항균성, 발수성, 난연성 등의 기능성을 기대하기 어렵고, 상기 항균 분산액이 15중량부는 초과하여 첨가되면 오히려 항균 합성사의 인장, 굽힘, 전단, 압축 등의 물리적인 특성이 저하되고, 표면 촉감이 저하되기 때문에 상기 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
상기 항균 수지는 용융방사, 건식방사, 습식방사, 전계방사 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방사 방법을 이용하여 방사되어 항균 합성사를 제조한다.
준비된 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 결합사(혼방사)의 형태로 제조하게 되며, 링방적, 로터방적, 랩방적, 에어제트방적, 마찰방적, 교합 및 이들의 조합 중 하나의 방법을 이용하여 항균 천연사와 항균 합성사가 결합한다.
바람직하게는, 랩방적, 에어제트방적, 교합 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.
랩방적 및 에어제트 방적시, 항균 천연사를 코어로 하고 항균 합성사로 상기 코어의 표면을 커버링하거나 합성사를 코어로 하고 천연사로 상기 코어의 표면을 커버링하게 되며, 항균 천연사 또는 항균 합성사 중 어느 하나가 코어로 배치되거나 표면에 배치된다.
교합시에는 항균 천연사와 항균 합성사를 함께 꼬아 제조되는 것으로서, 항균 천연사 및 항균 합성사가 균등하게 외부로 노출된다.
제 1실시예에 따른 결합사는 링방적, 로터방적, 랩방적, 에어제트방적, 마찰방적, 교합 및 이들의 조합 중 하나의 방법을 이용하여 항균 천연사와 항균 합성사가 결합된 혼방사의 형태로 수득된다.
제 2실시예에 따른 결합사는 링방적, 로터방적, 랩방적, 에어제트방적, 마찰방적, 교합 및 이들의 조합 중 하나의 방법을 이용하여 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 결합사를 형성한 후, 상기 결합사를 80 내지 120 ℃에서 1 내지 10분간 열처리하여 결합특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
제 3실시예에 따른 결합사는 항균 천연사와 항균 합성사를 방적 및 교합 공정을 통해 혼방 및 결합하기에 앞서, 80 내지 120 ℃에서 1 내지 10분간 항균 천연사, 항균 합성사 및 이들의 조합을 열처리하여 표면을 부분적으로 용융시킴으로써 방적 및 교합시 결합특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
제 2실시예 및 제 3실시예에 따른 결합사는 80 내지 120 ℃에서 1 내지 10분간 열처리를 되는데, 상기 온도 및 시간 미만이면 표면의 용융이 발생되지 않아 결합특성을 향상시키는데 한계가 있으며, 상기 온도 및 시간을 초과할 경우, 항균 천연사의 황변 및 분해가 발생될 수 있기 때문에 상기 온도 및 시간 범위를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사는 천연섬유에 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 제조된 항균 천연사와 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 제조된 항균 합성사를 결합한 결합사의 표면에 발수제를 도포하여 발수층이 형성되며, 상기 항균 분산액은 무기항균제가 담지된 다공성 입자를 포함한다.
제 2실시예에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사는 발수층을 포함하는 것으로,
천연섬유에 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 제조된 항균 천연사와 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 제조된 항균 합성사를 결합한 결합사를 형성하는 것까지는 앞서 상술된 본 발명의 제 1실시예에 따른 가구 패브릭용 항균성 원사에 기재된 바와 동일한 바 이에 관한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
발수층은 상기 결합사의 표면에 발수제를 도포하여 형성되며, 상기 발수제는 불소계 발수제, 실리콘계 발수제, 아크릴계 발수제, 폴리에틸렌계 발수제, 폴리프로필렌계 발수제, 폴리아미드계 발수제, 폴리에스테르계 발수제 및 이들의 조합 중 어느 하를 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 발수제를 상기 결합사에 도포하는 방법으로는 함침, 스프레이 분사법 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 발수층은 항균 원사 전체 지름 대비 5 내지 20%의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
이하, 본 발명을 바람직한 일 실시예를 참조하여 다음에서 구체적으로 상세하게 설명한다. 단, 다음의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것이며, 이것만으로 한정하는 것은 아니다.
1. 항균 분산액의 제조
1-1. 베이스 분산액의 제조
유기용매로 DMF(Di-methyl formarmide) 500g에 무기항균제로 평균입도 20 nm 갖는 아산화구리(Cu2O)분말 50g, 방염제는 인산암모늄 25 g을 교반하여 베이스 분산액을 제조하였다.
방염제의 첨가 유무에 따른 항균특성을 확인하기 위하여 방염제를 제외한 베이스 분산액을 제조하였다.
1-2. 다공성 입자의 준비
평균입경크기 50 ㎛, 평균기공크기 5nm~1㎛를 갖는 제올라이트를 준비하였다.
다공성 입자의 전처리 유무에 따른 로딩특성을 확인하기 위하여 플라즈마 처리하였다.
상기 플라즈마 처리는 장치출력 1000W, 챔버압력 200 mTorr 갖는 플라즈마 장치에 산소를 20~30 sccm의 유량으로 유입시켜 300 초간 수행되었다.
1-3. 침지처리
상기 베이스 분산액에 상기 다공성 입자를 교반 및 초음파 처리를 통해 침지처리하였으며, 침지처리방법에 따른 항균 특성을 확인하였다. 교반은 100rpm에서 30분간 수행하였고, 초음파 처리는 25 kHz 의 세기에서 10분간 수행되었다.
방염제 첨가유무, 다공성 입자의 전처리 유무 및 침지방법에 따른 분산 안정성 및 무기항균제의 담지량을 확인하기 위하여, 하기의 표 1과 같이 실험설계하였다.
Figure 112019063852604-pat00001
분산 안정성은 제타 포텐셜을 측정하여 확인하였으며, 표 2는 상기 표 1의 실험설계를 토대로 실험 후 측정한 제타 포텐셜 및 담지량을 보여준다.
Figure 112019063852604-pat00002
그 결과, 실시예 1에서 가장 우수한 분산성 및 담지량을 나타내었는데, 이는 방염제의 첨가가 무기항균제에 도막을 형성하여 분산성을 향상시킴과 동시에 녹청을 방지할 수 있으며, 다공성 입자의 플라즈마 처리를 통해 무기항균제의 로딩특성을 극대화할 수 있고, 교반과 초음파 조사를 함께 수행하였을 때 물성의 저하를 방지하면서 기공을 막지않아 무기항균제의 로딩특성을 증대시킬 수 있음에 기인할 것으로 판단하였다.
2. 항균 분산액의 항균성 테스트
실시예 1에 의해 제조된 항균 분산액의 항균성 테스트를 실시하였다.
항균 분산액의 항균성 실험은 KCL-FIR-1002 방법을 응용하여 실시하였다. 대장균 (Escherichia coli ATCC 25922), 녹농균 (Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442), 황색포도상구균(staphylococos aureus ATCC 6538)을 각각 1.5×106, 1.6×106, 1.2×106 CFU/mL의 농도로 접종하고, 24시간 후 세균감소율을 확인하였다. 대조군으로 무처리군을 준비하였다.
하기의 표 3은 항균 분산액의 항균실험 결과를 보여주며, 도 3은 본 발명에 따른 항균 분산액과 대조군의 (a)대장균, (b)녹농균, (c)황색포도상구균 처리 24시간 후 항균도 측정결과를 보여준다.
초기농도
(CFU/mL)		 24시간 후 농도
(CFU/mL)		 세균감소율(%)
대장균
(Escherichia coli ATCC 25922)		 1.5×106 <10 99.9
녹농균
(Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442)		 1.6×106 <10 99.9
황색포도상구균(Staphylococos aureus ATCC 6538) 1.2×106 <10 99.9
항균실험을 통해 항균 분산액이 우수한 항균성을 가짐을 확인할 수 있었다.
3. 항균 천연사의 제조
3-1. 천연섬유의 전처리
천연섬유로 50 데니어의 면사를 준비하여, 10(w/v)%의 NaOH 용액에 투입하여 30분간 100rpm 으로 교반하고, 60분간 정치시킨 후, 증류수를 이용하여 pH 6~7을 가질 때까지 세척하였다. 이후, 건조오븐기에 투입하여 75℃에서 24시간 동안 건조시켰다.
3-2. 천연섬유 항균 처리액의 제조
실시예 1의 항균 분산액 300g, 습윤제로 글리세롤 10g, 실란커플링제로 aminopropyltriethoxysilane(APS) 30g, 케톤 용매 450g을 혼합하여 천연섬유 항균 처리액을 제조하였다.
3-3. 침지처리
천연섬유를 천연섬유 항균 처리액 투입하여 온도 50 ℃에서 150분 침지 처리하고, 반응 완료 후 증류수를 이용하여 pH 6~7이 될때까지 세척처리하였다. 이후, 세척처리된 천연사를 75~80℃에서 15시간 건조하여 항균 천연사를 제조하였다.
항균 천연사의 제조시, 천연섬유의 전처리 유무 및 천연섬유 항균 처리액의 처리유무에 따른 무기항균제의 로딩특성을 확인하였다(표 4).
천연섬유의
전처리유무		 천연섬유 항균 처리액 처리유무 무기항균제의
담지량(wt%)
비교예 A × × 7.8
실시예 A × ○ 13.7
실시예 B ○ ○ 15.4
비교예 A는 천연섬유를 전처리하지 않고, 천연섬유 항균 처리액이 아닌 항균 분산액에 천연섬유를 바로 침지한 것이며, 무기항균제의 로딩특성은 ICP-OES (Varian Vista-MPX 사용)를 통해 측정되었다. 그 결과, 실시예 B > 실시예 A > 비교예 A의 순으로 무기 항균제의 담지량이 높게 나타나, 전처리된 천연섬유를 천연섬유 항균 처리액에 침지하였을 때, 무기항균제의 로딩특성이 가장 우수함을 확인할 수 있었다.
상기 결과는 천연섬유의 전처리를 통해 셀룰로오스의 기공이 팽윤되면서 무기항균제의 담지특성을 향상시키며, 항균 분산액에 바로 천연섬유를 침지처리하는 것보다 실란커플링제 및 습윤제 등을 포함하는 천연섬유 항균 처리액에 침지처리하였을 때 천연섬유 간의 수소결합에 의한 분산성 저하를 방지시키며, 친수성을 띠는 천연섬유에 대한 소수성을 갖는 항균 분산액의 결합특성 및 상용성을 향상시킴에 기인한 것으로 판단하였다.
4. 항균 합성사
4-1. 항균 합성사의 제조
폴리에스터 수지 500g, 실시예 1에 의해 제조된 항균 분산액 50g을 혼합한 항균 마스터 배치를 제조하였다. 이를 용융방사하여 60 데니어의 항균 합성사를 수득하였다.
4-2. 항균 합성사의 6개월 후 항균 테스트
6개월 후 항균 합성사의 항균성을 확인하였다. 대조군으로 비교예 3의 무기항균제와 폴리에스터수지를 배합하여 제조된 항균 합성사를 사용하였으며, 항균성 테스트는 2. 항균 분산액의 항균테스트에 상술된 방법을 이용하였다.
그 결과, 대조군의 경우 육안상 변색이 확인되었으며, 본 발명의 항균 합성사는 색상 변화가 거의 없었다. 이는 항균 분산액이 무기항균제의 산화 및 녹청을 방지한 것에 기인한 것으로 판단하였다.
항균 테스트 결과, 본 발명의 항균 합성사에서는 대장균, 녹농균, 황색포도상구균이 발견되지 않았으나, 대조군에서는 대장균, 녹농균, 황색포도상구균에 대하여 각각 1.1×105, 1.3×104, 1.5×104 CFU/mL의 균이 확인되었다. 이를 통해 단순 무기항균제의 배합한 항균 합성사보다 본 발명의 항균 합성사가 장기간 항균 지속성이 우수함을 확인할 수 있었다.
5. 결합사의 물리·화학적 특성 테스트
항균 천연사와 항균 합성사를 교합하여 결합사를 제조하였으며, 상기 결합사의 인장강도, 난연성 및 발수성을 확인하였다.
5-1. 결합사의 인장강도
결합사의 인장강도를 확인하였다. 대조군으로 무처리 천연사와 무처리 합성사를 교합한 결합사를 준비하였다.
그 결과, 본 발명의 결합사는 인장강도 745 kg/㎠, 대조군은 인장강도 537 kg/㎠ 로 측정되어 본 발명의 결합사가 항균 분산액 및 천연섬유 항균 처리액의 처리에도 인장강도가 저하되지 않으며, 오히려 인장강도를 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
5-2. 난연성
결합사의 난연성을 확인하였다. 대조군으로 무처리 천연사, 무처리 합성사 및 이를 교합한 결합사를 준비하였으며, ASTM D 2863 (ISO 4589)에 따라 한계산소지수(LOI: Limiting Oxygen Index)를 측정하여 난연성을 확인하였다.
하기의 표 5는 난연성 테스트 결과를 보여준다.
구분 LOI
실시예 결합사 31
무처리 천연사 19.4
무처리 합성사 22.5
무처리 결합사 21.3
그 결과, 본 발명에 따른 결합사가 가장 우수한 난연성을 보여주었으며, 이는 항균분산액의 침지에 기인한 것으로 판단하였다.
5-3. 발수성
결합사의 발수성을 확인하기 위하여, 제직하여 원단을 제조한 후, 물과 원단의 접촉각을 측정하였다. 대조군으로 무처리 천연사, 무처리 합성사 및 이를 교합한 결합사를 준비하였다.
하기의 표 6는 발수성 테스트 결과를 보여준다.
구분 접촉각(°)
실시예 결합사 87
무처리 천연사 33
무처리 합성사 51
무처리 결합사 47
본 발명에 따른 결합사가 우수한 접촉각을 나타내어 발수성이 우수함을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 별도 발수제의 처리없이도 항균 분산액의 처리만으로도 발수성을 부여할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 무기항균제가 담지된 다공성 입자를 포함하는 항균 분산액을 제조하는 항균 분산액 제조단계(S100);와
    천연섬유에 상기 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 항균 천연사를 준비하는 항균 천연사 제조단계(S200);와
    고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 항균 합성사를 준비하는 항균 합성사 제조단계(S300);와
    항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 결합사를 제조하는 결합단계(S400);를 포함하며,
    상기 항균 분산액 제조단계(S100)는
    방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, 탄소나노튜브 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하여 제조된 코어와 상기 코어의 표면에 셀룰로오스 나노크리스탈, 셀룰로오스 나노파이버 및 이들의 조합 중 어느 하나의 충전제, 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제, 유기용매를 포함하는 표면코팅액을 도포하여 표면층이 형성된 입자를 제조하며,
    상기 다공성 입자는
    산처리, 알칼리 처리, 플라즈마 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 전처리된 것임을 특징으로 하는
    가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법.
  2. 무기항균제가 담지된 다공성 입자를 포함하는 항균 분산액을 제조하는 항균 분산액 제조단계(S100);와
    천연섬유에 상기 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 항균 천연사를 준비하는 항균 천연사 제조단계(S200);와
    고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 항균 합성사를 준비하는 항균 합성사 제조단계(S300);와
    항균 천연사와 항균 합성사를 결합하여 결합사를 제조하는 결합단계(S400);와
    상기 결합사의 표면에 발수제를 도포하여 발수층을 형성하는 발수층 형성단계(S500);를 포함하며,
    상기 항균 분산액 제조단계(S100)는
    방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, 탄소나노튜브 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하여 제조된 코어와 상기 코어의 표면에 셀룰로오스 나노크리스탈, 셀룰로오스 나노파이버 및 이들의 조합 중 어느 하나의 충전제, 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제, 유기용매를 포함하는 표면코팅액을 도포하여 표면층이 형성된 입자를 제조하며,
    상기 다공성 입자는
    산처리, 알칼리 처리, 플라즈마 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 전처리된 것임을 특징으로 하는
    가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 결합단계(S400)는
    링방적, 로터방적, 랩방적, 에어제트방적, 마찰방적, 교합 및 이들의 조합 중 하나의 방법을 이용하여 항균 천연사와 항균 합성사를 결합하는 것을 특징으로 하는
    가구 패브릭용 항균성 원사의 제조방법.
  5. 천연섬유에 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 제조된 항균 천연사;와 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 제조된 항균 합성사;를 결합하여 형성되며,
    상기 항균 분산액은
    방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, 탄소나노튜브 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하여 제조된 코어와 상기 코어의 표면에 셀룰로오스 나노크리스탈, 셀룰로오스 나노파이버 및 이들의 조합 중 어느 하나의 충전제, 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제, 유기용매를 포함하는 표면코팅액을 도포하여 표면층이 형성된 입자를 포함하며,
    상기 다공성 입자는
    산처리, 알칼리 처리, 플라즈마 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 전처리된 것임을 특징으로 하는
    가구 패브릭용 항균성 원사.
  6. 천연섬유에 항균 분산액을 포함하는 천연섬유 항균 처리액을 함침시켜 제조된 항균 천연사;와 고분자 수지와 항균 분산액을 혼합한 항균 수지를 방사시켜 제조된 항균 합성사;를 결합한 결합사;의 표면에 발수제를 도포하여 발수층이 형성되며,
    상기 항균 분산액은
    방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, 탄소나노튜브 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하여 제조된 코어와 상기 코어의 표면에 셀룰로오스 나노크리스탈, 셀룰로오스 나노파이버 및 이들의 조합 중 어느 하나의 충전제, 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제, 유기용매를 포함하는 표면코팅액을 도포하여 표면층이 형성된 입자를 포함하며,
    상기 다공성 입자는
    산처리, 알칼리 처리, 플라즈마 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 전처리된 것임을 특징으로 하는
    가구 패브릭용 항균성 원사.
  7. 삭제
  8. 제 5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 항균 천연사와 항균 합성사는
    링방적, 로터방적, 랩방적, 에어제트방적, 마찰방적, 교합 및 이들의 조합 중 하나의 방법을 이용하여 결합되는 것을 특징으로 하는
    가구 패브릭용 항균성 원사.







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