KR102128828B1 - 충 기피 소재의 제조방법 및 충 기피 소재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합성섬유 직물과 같은 섬유 소재에 벌레가 싫어하는 성분을 결합시켜 충이 기피하는 소재를 제조하는 방법 및 그에 따른 소재에 관한 것이다. 섬유 소재에 전자선을 조사하여 충 기피 성분이 그래프트되게 결합시키는 것으로, 완성된 섬유 소재에 충 기피 기능을 용이하게 부여할 수 있다.

Description

충 기피 소재의 제조방법 및 충 기피 소재{A manufacturing method of insect repellent materials and the insect repellent materials}
본 발명은 충(벌레)이 기피하는 소재를 제조하는 방법 및 그 방법으로 제조되는 소재에 관한 것으로, 구체적으로 직물 원단과 같은 섬유 소재에 벌레가 싫어하는 성분을 결합시켜 벌레가 다가오는 것을 기피하게 하는 소재의 제조방법 및 그 제조방법에 의한 소재에 관한 것이다.
충에 의한 피해는 여러 경로에서 많이 보고되고 있다. 모기에 의해 전염되는 말라리아와 뇌염은 여러 나라에서 심각한 문제가 되고 있으며, 진드기, 바퀴벌레, 벼룩, 기타 날곤충 및 기는 곤충 등에 의한 알레르겐은 영아에서부터 성인에 이르기까지 피부염, 비염, 천식 등을 일으키게 하여 큰 피해를 주고 있다.
이와 같은 충에 의한 피해를 최소화하기 위해서, 모기장이나 진드기가 통과할 수 없는 침구 커버와 같이 충과의 접촉을 막는 방법이 많이 적용되고 있다. 한편 대상에 접근하는 충 자체를 줄이기 위한 방안으로서, 충 자체가 기피하는 소재도 연구되고 있다.
충 자체가 기피하는 소재를 제조하기 위한 종래의 방법으로, 라디칼계 촉매를 개시제로 이용하여 폴리부타디엔 주쇄에 퍼메트린 등의 살충성 성분이 결합되도록 반응시켜 얻어진, 살충성 성분 함유 폴리부타디엔을 원단 제조 섬유용 고분자와 블렌딩하여 방사하는 방법이 있다. 도 1에 나타낸 반응식과 같이, 이 방법은 먼저 폴리부타디엔(Polybutadiene)과 퍼메트린(살충제 또는 기피제)이 결합된 충 기피 원료를 만들어야 한다. 충 기피 원료는 폴리부타디엔과 반응 개시제인 벤조일퍼옥사이드(Benzoyl peroxide)와 반응시켜 반응 활성점인 라디칼을 만들고, 이 라디칼이 살충제인 퍼메트린(Permethrin)의 이중 결합에 있는 전자와 반응하여 얻어진다. 이렇게 하여 미리 준비한 충 기피 원료를 올레핀계 고분자와 블렌딩한 후, 용융방사하여 충 기피 섬유 소재를 제조한다.
이러한 종래의 방법은 충 기피 소재 이외에 충 기피 성분을 도입하기 위한 다른 고분자를 필요로 하여, 많은 결합 메커니즘을 가지고 있으므로 시간과 비용이 많이 소비되며, 충 기피 성분을 섬유 소재에 함유시키기 위해 사용되는 고분자인 폴리부타디엔이 블렌딩되는 섬유 원료인 고분자와의 충돌이 있어, 방사시 여러 문제가 있었다.
이에 본 발명은 제조된 섬유 소재에 충 기피 성분을 결합시키는 후처리 방식을 이용하는 충 기피 소재를 제조하는 방법 및 이로부터 제조되는 충 기피 소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 섬유 소재에 전자선을 조사하는 단계; 및 전사선이 조사된 섬유 소재와 충 기피 성분을 반응시키는 단계를 포함하는 충 기피용 소재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 섬유 소재는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 될 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 전자선은 섬유 소재 표면에서 라디칼이 생성될 수 있도록 조사하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 전자선이 조사된 섬유 소재와 충 기피 성분을 반응시키는 단계는 충 기피 성분이 함유된 용액을 섬유 소재에 분무하거나 또는 섬유 소재를 충 기피 성분이 함유된 용액에 함침시키는 방법을 이용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 충 기피 성분이 함유된 용액은 충 기피 성분의 수분산액인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 충 기피 성분은 퍼메트린(Permethrin) 또는 사이퍼메트린(Cypermethrin)인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 전자선을 조사하는 단계와 반응시키는 단계는 연속식으로 실시될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 전자선을 조사하는 단계와 반응시키는 단계는 배치식으로 실시될 수 있다.
본 발명은 또한 충 기피 성분이 섬유 소재에 그래프트 결합되어 있는 충 기피용 소재를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 충 기피 성분은 충 기피용 소재 전체 중량에 대해 10~35중량%의 양이 그래프트 결합되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 충 기피 소재의 제조방법은 완성된 섬유 제품에 충 기피 기능을 부여하는 후처리 공정으로서, 전자선을 조사하는 단순한 절차만으로 용이하게 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 이러한 본 발명의 제조방법은 종래 전처리 공정을 이용하는 방식에 비해 시간과 비용을 절약할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 충 기피 소재의 제조방법은 섬유 소재 표면에 충 기피 성분이 그래프트 가지 형태로 결합되므로, 원하는 정도의 충 기피 성능이 발현될 때까지 결합량을 조절할 수 있어, 용도별로 성능이 우수한 충 기피 소재를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 충 기피 소재는 모기나 진드기 등의 각종 충으로부터 오는 피해를 원천적으로 봉쇄할 수 있기 때문에, 말라리아나, 뇌염, 알레르겐 등의 피해를 현저히 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 라디칼계 촉매를 이용하여 폴리부타디엔 주쇄에 퍼메트린을 결합시키는 반응 메커니즘을 식으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 충 기피 소재의 제조방법의 메커니즘을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 충 기피 소재의 제조방법에 있어서, 라디칼과 살충 성분의 결합 반응 메커니즘을 나타낸 반응식의 일부이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 명세서에 있어서, "충 기피"라는 표현은 '충이 싫어하는' 또는 '충이 기피하는'을 의미하는 것이다.
종래에 충 기피 소재를 제조하기 위한 전처리 방식, 즉 섬유 제조를 위한 고분자 방사시에 미리 준비된 충 기피 성분을 함유하는 다른 고분자를 블렌딩하여 방사하는 방식은 공정 메커니즘이 복잡하고, 시간과 비용이 많이 들며, 무엇보다도 섬유 제조용 고분자와 충 기피 성분을 함유하는 다른 고분자인 폴리부타디엔과의 사이에서 충돌이 일어나서 방사가 매끄럽게 진행되지 못하는 문제점이 있었다. 예를 들면, 두 물질간의 점도 차이에 의해 유체 흐름이 달라서, 방사시 노즐을 막아 원사가 절사되거나, 점도가 너무 낮아서 노즐을 통과한 유체가 결합력을 갖지 못하고 액체처럼 흐르는 문제 등이 생겼다.
이에 본 발명자들은 방사시에 발생하는 문제를 해결할 수 있도록 전처리 방식이 아닌 후처리 방식에 대해 연구하던 중 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명에 따르면, 섬유 소재에 전자선을 조사하는 단계; 및 전자선이 조사된 섬유 소재에 충 기피 성분을 반응시키는 단계를 포함하는 충 기피 소재의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 충 기피 소재의 제조방법의 메커니즘은 도 2에 나타낸 바와 같이, 라디칼 그래프트 중합반응에 따른 것이다. 전자선이 섬유 소재에 조사되면, 섬유 소재의 표면에서 섬유 소재를 구성하는 고분자로부터 라디칼이 생성되고, 이 라디칼이 충 기피 효능을 가진 성분과 중합 반응하여, 본 발명의 목적인 충 기피 효과를 가진 소재를 제공하는 것이 가능해진다.
도 2에 따르면, 라디칼 중합 반응은 전자선 조사로 생성된 라디칼과 결합안정성이 떨어지는 이중 결합을 가진 분자가 반응에 참여하여 중합 반응이 일어나게 되며, 반응에 참여하지 않은 나머지 전자에 의해 분자가 다시 라디칼이 되고, 계속하여 중합 반응을 통한 결합이 일어나서 살충성 또는 충 기피 분자가 그래프트(graft)되고, 마치 섬유 소재 표면에 가지(branch)와 같은 형태로 결합되어 있게 된다. 따라서 그래프트되는 살충성 또는 충 기피 성분의 양을 조절하면, 용도에 따라 용이하게 충 기피 효과 정도가 조절된 섬유 소재를 제공할 수 있다.
섬유 소재는 전자선이 조사되면 라디칼이 생성될 수 있는 것으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르, 나일론, 및 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀 소재로 이루어진 것이 사용될 수 있다. 섬유 소재는 원사나 원단의 형태로 사용될 수 있으며, 더 구체적으로 PET 원단 또는 폴리프로필렌 원단이 바람직하게 사용될 수 있다.
전자선 조사는 통상의 전자선 조사 장치를 이용하여 실시할 수 있다. 전자선 조사 장치를 이용하여 전자선을 조사하는 방법은, 먼저 높은 진공도의 챔버 필라멘트에서 발생되는 열 전자를 익스트랙터 그릿(extractor grid)을 이용하여 조사 방향으로 도출하고 터미널(terminal) 그릿을 통과시켜 고전압 하에서 가속시킨다. 이어서 가속된 전자선이 대기 중의 피조사물인 섬유 소재, 즉 원단이나 원사에 조사된다.
전자선 조사는 섬유 소재를 구성하는 성분에 따라 소재의 물성에 영향을 주지 않으면서 라디칼이 생성될 수 있게 하는 것이 바람직하다. 전자선의 조사량은 50~200kGy가 바람직하며, 그 외 배송 속도, 가속 전압, 전자류와 같은 조건을 적절하게 조절하는 것이 필요하다.
전자선을 조사하면 섬유 소재를 구성하고 있는 고분자의 결합, 주로 C-H 결합이 깨지면서 소재 표면에 반응 활성점인 라디칼이 생성된다. 생성된 라디칼은 이중 결합을 가지고 있는 살충성 화합물인 충 기피 성분과 반응하게 된다. 이중 결합에서 반응에 참여하지 않은 반대편 전자는 다시 라디칼이 되어 충 기피 성분과 연속적으로 중합 반응을 하여, 그래프트 가지를 형성하게 된다.
충 기피 성분은 피레트로이드계 성분이 사용될 수 있으며, 퍼메트린 또는 사이퍼메트린이 바람직하게 사용될 수 있다.
또한 충 기피 성분은 물에 분산시켜 사용할 수 있다. 분산을 시키기 위한 유화제로는 캐스터오일 에톡시레이트(Casteroil ethoxylates)계, 도데실벤젠설포네이트 칼슈염(Dodecylbenzensulfonate calcium salt), 폴리에틸렌 프로필렌 블록 공중합체(Polyethylene propylene block copolymer) 등의 계면활성제, 엑솔 D130(EXXOL D130)(CAS No: 64742-46-7, Distillates (petroleum), hydrotreated middle (수소처리된 중간 정제유(석유)), 메틸 올레이트(Methyl Oleate) 등의 용제가 있으며, 바람직하게는 계면활성제와 용제를 적정 비율로 섞어서 퍼메트린 또는 사이퍼메트린을 유화시켜 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 충 기피 성분 20~30중량%, 계면활성제 8~15중량% 및 용제 60~72중량%를 함유하게 할 수 있으며, 부피비로 40~60배량의 물에 분산시켜 사용할 수 있다.
충 기피 성분을 함유한 수분산액을 섬유 소재 표면에 분무하거나 또는 섬유 소재를 충 기피 성분이 함유된 수분산액에 함침시켜, 그래프트 가지 형성을 위한 라디칼 중합 반응이 일어나게 할 수 있다.
섬유 소재에 전자선을 조사하는 단계와 전자선이 조사된 섬유 소재와 충 기피 성분과 반응시키는 단계는 연속식으로 또는 배치식으로 특별한 제한없이 실시할 수 있다.
본 발명에 따르면, 충 기피 성분이 섬유 소재에 그래프트 결합되어 있는 충 기피용 소재가 제공된다.
충 기피 성분은 피레트로이드계 성분이 될 수 있으며, 바람직하게는 퍼메트린 또는 사이퍼메트린이 될 수 있다.
섬유 소재는 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르, 나일론, 및 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀으로 이루어진 것이 될 수 있다. 섬유 소재는 전자선 조사에 의해 라디칼을 생성할 수 있는 원사나 원단의 형태를 가져야 한다. 원단의 경우, 직물, 부직포, 웹 등 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 두꺼운 원단의 경우 전자선의 조사를 더 강하게 하여 더 깊숙이 전자선이 조사되도록 조절할 수 있다.
충 기피 성분은 충 기피 소재의 용도에 따라 적절하게 포함시킬 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 의류용 소재인 경우에는 충 기피 성분을 포함하는 섬유 소재 전체 중량에 대해 충 기피 성분이 10 ~ 35중량% 그래프트 결합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 충 기피 소재는 좁게는 모기장을 비롯하여 침구, 매트리스, 베게, 쿠션, 커텐 등의 패브릭류, 벽지, 창문, 카페트, 텐트, 신발 내창, 의류, 침대 그물, 농작물용 덮개, 각종 포장용 직물 또는 망, 건축재료 등에 적용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이나 수정이 가능함은 물론이다.
실시예
실시예 1
퍼메트린 26%(wt/wt)을 캐스터오일 에톡시레이트(Casteroil ethoxylates) 25 mole 1.6%(wt/wt), 캐스터오일 에톡시레이트(Casteroil ethoxylates) 12 mole 4.5%(wt/wt), 도데실벤젠설포네이트 칼슘염(Dodecylbenzensulfonate calcium salt) 3.5%(wt/wt), 폴리에틸렌 프로필렌 블록 코폴리머(Polyethylene propylene block copolymer) 1%(wt/wt), 엑솔(EXXOL) D130 40%(wt/wt), 메틸 올레이트(Methyl Oleate) 23.4%(wt/wt)로 유화시켰다. 퍼메트린이 분산된 유화제를 다시 50배 부피의 물에 분산시켰다. 폴리프로필렌 원단에 전자선 장치를 이용하여 조사량 100kGy, 배송 속도 10m/min, 가속 전압 250kV, 전자류 10.74mA로 하여 조사하였다. 이어서 퍼메트린이 분산되어 있는 수분산액을 분무하여 반응이 일어나게 하였다. 반응 메커니즘은 도 3에 나타낸 바와 같다.
제조된 폴리프로필렌 원단에 함유된 퍼메트린의 함량은 중량비 30% 이상이었으며, 일반 의류용 원단으로 제조하였다.
실시예 2
원단을 폴리프로필렌 대신 폴리에틸렌테레프탈레이트로 대체한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 원단은 중량비 20% 이상의 퍼메트린이 그래프트 중합되었으며, 일반 의류용 및 카시트 원단으로 제조하였다.
전자선 조사에 의해 퍼메트린이 그래프트 중합된 경우, 일반 코팅과 같은 섬유 소재 표면에 묻어 있는 방식이 아닌 섬유 고분자 자체와 결합하는 방식이기 때문에, 결합력이 우수하여, 마찰이나 세탁에 의한 탈락이 적어서 충 기피 효과가 오랫동안 지속될 수 있다. 또한, 전사선의 세기에 의해 원단(혹은 원사) 표면만 조사 할 지, 원단 깊숙이 조사할 지를 조정할 수 있다. 또한, 그래프트 중합의 경우, 결합량을 임의로 조절하는 것이 용이하기 때문에 원하는 효과를 쉽게 발현시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전자선(Electron Beam, EB) 조사 장치를 이용한 라디칼 그래프트 중합을 이용하는 제조방법으로서, 종래와 같은 원단 제조 전에 실시되는 전처리 공정이 아니고, 제조된 완제품에 처리하는 후처리 공정에 해당한다. 따라서 시간과 비용이 절약되면서도 종래의 방사 조건을 그대로 이용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (12)

  1. 섬유 소재에 전자선을 조사하여 섬유 소재 표면에 라디칼을 생성시키는 단계; 및
    상기 라디칼과 충 기피 성분을 반응시켜 섬유 소재의 라디칼에 충 기피 성분이 직접 그래프트되도록 결합시키는 단계를 포함하며,
    상기 충 기피 성분은 캐스터오일 에톡시레이트(Casteroil ethoxylates)계, 도데실벤젠설포네이트 칼슘염(Dodecylbenzensulfonate calcium salt), 폴리에틸렌프로필렌 블록 공중합체(Polyethylene propylene block copolymer), 수소처리된 중간 정제유(석유) 및 메틸 올레이트(Methyl Oleate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 유화제로 유화시킨 후 물에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 충 기피 소재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라디칼과 충 기피 성분의 반응은 상기 충 기피 성분을 섬유 소재에 분무하거나 또는 섬유 소재를 충 기피 성분이 함유된 용액에 함침시키는 것인 충 기피 소재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충 기피 성분은 퍼메트린 또는 사이퍼메트린인 것을 특징으로 하는 충 기피 소재의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 소재는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 것을 특징으로 하는 충 기피 소재의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자선을 조사하는 단계와 반응시키는 단계는 연속식으로 실시되는 것을 특징으로 충 기피 소재의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자선을 조사하는 단계와 반응시키는 단계는 배치식으로 실시되는 것을 특징으로 충 기피 소재의 제조방법.
  7. 피레트로이드계 화합물이 섬유 소재의 표면에 생성된 라디칼에 직접 그래프트 결합되어 있는 충 기피용 소재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 피레트로이드계 화합물은 퍼메트린 또는 사이퍼메트린인 것을 특징으로 하는 충 기피용 소재.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 섬유 소재는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 것을 특징으로 하는 충 기피용 소재.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 피레트로이드계 화합물은 충 기피용 소재 전체 중량에 대해 10~35중량%의 양이 그래프트 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 충 기피용 소재.
  11. 삭제
  12. 삭제
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