KR102226044B1 - 항균소취성 폴리에스터 극세사 및 이의 제조방법 - Google Patents

항균소취성 폴리에스터 극세사 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 a) 수평균분자량이 5,000 g/mol 이하인 실리콘 오일로 산화아연 나노입자 및 다공성 무기 나노입자를 포함하는 나노입자 혼합물을 표면개질 하는 단계; b) 실란 변성 폴리에스터 100 중량부에 대하여 표면개질된 나노입자 혼합물 1 내지 5 중량부를 혼합하고 압출하여 마스터배치 칩을 제조하는 단계; 및 c) 폴리에스터 칩 100 중량부에 대하여 상기 마스터배치 칩 5 내지 10 중량부를 혼합하고 용융방사하여 극세사를 제조하는 단계;를 포함하는 항균소취성 폴리에스터 극세사의 제조방법, 및 이로부터 제조된 항균소취성 폴리에스터 극세사에 관한 것이다.

Description

항균소취성 폴리에스터 극세사 및 이의 제조방법 {Antimicrobial deodorant polyester micro-fiber, and preparation method thereof}
본 발명은 항균소취성 폴리에스터 극세사 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
섬유는 인체의 땀과 직접 접촉하기 때문에 다량의 암모니아 발생으로 인한 불쾌한 냄새 문제를 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 억제시키기 위한 항균성 및 항곰팡이성 소취 가공을 수행하게 된다.
항균 방취 가공 방법으로 통상적으로는 은, 구리, 아연, 산화은 및 산화아연과 같은 무기계 항균제를 첨가하거나 염화 벤질과 같은 유기계 항균제를 첨가하는 방법 등이 알려져 있다.
그러나, 무기계 항균제는 고분자 화합물과 물성이 현저하게 상이하여 성형품에서 탈리될 수 있으며, 성형품 자체의 강도, 내구성 등을 저하시킨다는 단점이 있다. 또한, 유기계 항균제는 내성의 증가, 인체에 대한 유해성 등으로 인하여 사용을 자제하려는 움직임이 있다.
이에 대한 유사 선행문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-0544780호가 제시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0544780호 (2006.01.12.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 폴리에스터 수지와 무기입자 간 혼화성이 우수한 항균소취성 폴리에스터 극세사 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 a) 수평균분자량이 5,000 g/mol 이하인 실리콘 오일로 산화아연 나노입자 및 다공성 무기 나노입자를 포함하는 나노입자 혼합물을 표면개질 하는 단계; b) 실란 변성 폴리에스터 100 중량부에 대하여 표면개질된 나노입자 혼합물 1 내지 5 중량부를 혼합하고 압출하여 마스터배치 칩을 제조하는 단계; 및 c) 폴리에스터 칩 100 중량부에 대하여 상기 마스터배치 칩 5 내지 10 중량부를 혼합하고 용융방사하여 극세사를 제조하는 단계;를 포함하는 항균소취성 폴리에스터 극세사 섬유의 제조방법.에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 실리콘 오일은 25℃에서의 점도가 100 cSt 이하일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 실란 변성 폴리에스터는 디카르복실산계 화합물, 디올계 화합물 및 디올 함유 실란계 화합물의 공중합체일 수 있으며, 구체적으로 상기 디카르복실산계 화합물 : 디올계 화합물 및 디올 함유 실란계 화합물의 몰비는 1 : 0.8 내지 1일 수 있고, 이때 상기 디올계 화합물 : 디올 함유 실란계 화합물의 몰비는 1 : 0.01 내지 0.15일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 다공성 무기 나노입자는 활성탄, 제올라이트 및 규조토로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인, 항균소취성 폴리에스터 극세사의 제조방법.일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 a)단계는 나노입자 혼합물 100 중량부에 대하여 실리콘 오일 5 내지 15 중량부가 혼합되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 폴리에스터; 실란 변성 폴리에스터; 및 수평균분자량이 5,000 g/mol 이하인 실리콘 오일로 표면개질된 나노입자 혼합물;을 포함하며, 상기 나노입자 혼합물은 산화아연 나노입자 및 다공성 무기 나노입자인, 항균소취성 폴리에스터 극세사에 관한 것이다.
본 발명에 따른 항균소취성 폴리에스터 극세사의 제조방법은 실리콘 오일로 표면개질된 나노입자 혼합물과 실란 변성 폴리에스터를 사용하여 마스터배치를 제조한 후, 상기 마스터배치와 폴리에스터를 혼합하여 극세사를 제조함으로써 인장강도 등의 기계적 물성이 뛰어나면서도, 폴리에스터와 무기 나노입자 간 부착력이 우수하여 50회 세탁 후에도 우수한 항균소취 성능을 가지는 폴리에스터 극세사를 제공할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 항균소취성 폴리에스터 극세사 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 양태는 a) 수평균분자량이 5,000 g/mol 이하인 실리콘 오일로 산화아연 나노입자 및 다공성 무기 나노입자를 포함하는 나노입자 혼합물을 표면개질 하는 단계; b) 실란 변성 폴리에스터 100 중량부에 대하여 표면개질된 나노입자 혼합물 1 내지 5 중량부를 혼합하고 압출하여 마스터배치 칩을 제조하는 단계; 및 c) 폴리에스터 칩 100 중량부에 대하여 상기 마스터배치 칩 5 내지 10 중량부를 혼합하고 용융방사하여 극세사를 제조하는 단계;를 포함하는 항균소취성 폴리에스터 극세사의 제조방법에 관한 것이다.
이처럼, 실리콘 오일로 표면개질된 나노입자 혼합물과 실란 변성 폴리에스터를 사용하여 마스터배치를 제조한 후, 상기 마스터배치와 폴리에스터를 혼합하여 극세사를 제조함으로써 인장강도 등의 기계적 물성이 뛰어나면서도, 폴리에스터와 무기 나노입자 간 부착력이 우수하여 50회 세탁 후에도 우수한 항균소취 성능을 가지는 폴리에스터 극세사를 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따라 제조된 폴리에스터 극세사는 인장강도가 2,000 N/5㎝ 이상일 수 있으며, 보다 좋게는 2,300 N/5㎝ 이상, 더욱 좋게는 2,500 N/5㎝ 이상, 더더욱 좋게는 2,700 N/5㎝ 이상, 가장 좋게는 3,000 N/5㎝ 이상일 수 있다. 또한 50회 세탁 후에도 정균 감소율이 90% 이상일 수 있으며, 보다 좋게는 95% 이상, 가장 좋게는 99% 이상일 수 있고, 탈취율은 60% 이상, 보다 좋게는 70% 이상, 가장 좋게는 80% 이상일 수 있다. 이때 각 물성 값의 상한은 특별히 한정되지 않으나, 구체적인 일 예시로 인장강도의 상한은 5,000 N/5㎝일 수 있으며, 정균 감소율 및 탈취율의 상한은 100%일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 예에 따른 항균소취성 폴리에스터 극세사의 제조방법의 각 단계에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, a) 수평균분자량이 5,000 g/mol 이하인 실리콘 오일로 산화아연 나노입자 및 다공성 무기 나노입자를 포함하는 나노입자 혼합물을 표면개질 하는 단계를 수행할 수 있다.
이처럼 수평균분자량이 5,000 g/mol 이하인 실리콘 오일로 나노입자 혼합물을 사용함으로써 상기 나노입자 혼합물의 표면을 효과적으로 개질할 수 있으며, 차후 실란 변성 폴리에스터와 나노입자 혼합물 간의 혼화성 및 부착력을 보다 향상시킬 수 있다. 보다 좋게는 상기 실리콘 오일의 수평균분자량은 3,000 g/mol 이하일 수 있으며, 더욱 좋게는 500 내지 1,500 g/mol일 수 있다. 또한, 상기 실리콘 오일은 25℃에서의 점도가 100 cSt 이하일 수 있으며, 보다 좋게는 25℃에서의 점도가 50 cSt 이하, 더욱 좋게는 25℃에서의 점도가 5 내지 30 cSt일 수 있다. 이처럼 저점도 실리콘 오일을 사용하는 것이 나노입자 혼합물과 실리콘 오일이 잘 혼합되어 나노입자 혼합물의 표면이 효과적으로 개질될 수 있다. 반면, 실리콘 오일의 수평균분자량이 너무 작아 점도가 5 cSt 미만일 시 나노입자 혼합물의 표면에 실리콘 오일이 잘 결합되지 않아 표면이 효과적으로 개질되지 않을 수 있으며, 실리콘 오일의 수평균분자량이 너무 커 점도가 100 cSt 초과일 시 나노입자 혼합물이 잘 분산되지 않고 서로 뭉침에 따라 표면개질이 잘 되지 않을 수 있다.
구체적인 일 예시로, 상기 실리콘 오일은 폴리디메틸실록산, 폴리메틸히드로실록산 및 폴리(디메틸실록산-메틸히드로실록산) 공중합체 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 바람직하게는 폴리(디메틸실록산-메틸히드로실록산) 공중합체를 사용하는 것이 나노입자 혼합물과의 부착력을 향상시킴에 있어 보다 좋다.
더욱 구체적인 일 예시로, 상기 폴리(디메틸실록산-메틸히드로실록산) 공중합체는 하기 화학식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020012042601-pat00001
상기 화학식 1에서 m 및 n은 서로 독립적으로 1 내지 25의 정수일 수 있으며, 보다 좋게는 서로 독립적으로 2 내지 10의 정수일 수 있다. 이와 같은 범위에서 전술한 점도 범위를 만족할 수 있으며, 나노입자 혼합물의 표면개질이 효과적으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 산화아연 나노입자는 폴리에스터 극세사에 항균성을 부여하기 위한 것으로, 산화아연 나노입자의 평균 입도는 1 내지 100 ㎚일 수 있으며, 보다 좋게는 5 내지 50 ㎚일 수 있다. 이와 같은 범위에서 용융방사 시 극세사 필라멘트가 효과적으로 제조될 수 있으며, 폴리에스터 극세사의 항균항박테리아 성능이 우수할 수 있다.
상기 다공성 무기 나노입자는 다공성을 가져 폴리에스터 극세사에 소취 및 탈취 성능을 부여하기 위한 것으로, 나노 크기를 가지며 높은 다공성을 가진 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 예를 들어 평균 입도 1 내지 100 ㎚ 및 다공도 30 부피% 이상인 다공성 무기 나노입자를 사용하는 것이 바람직하며, 보다 좋게는 평균 입도 5 내지 50 ㎚ 및 다공도 50 내지 80 부피%인 다공성 무기 나노입자를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 범위에서 용융방사 시 극세사 필라멘트가 효과적으로 제조될 수 있으며, 폴리에스터 극세사의 소취 및 탈취 성능이 우수할 수 있다.
보다 구체적인 일 예시로 상기 다공성 무기 나노입자는 활성탄, 제올라이트 및 규조토로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 나노입자 혼합물 및 실리콘 오일이 준비되면, 이들을 슈퍼믹서 등으로 혼합한 후 70 내지 150℃에서 1 내지 24시간 동안 건조하여 표면개질된 나노입자 혼합물을 수득할 수 있다.
이때, 나노입자 혼합물 및 실리콘 오일의 비율은 나노입자 혼합물의 표면이 효과적으로 개질되면서 폴리에스터 극세사의 기계적 물성을 저하시키지 않을 정도면 족하며, 일 예로 상기 a)단계는 나노입자 혼합물 100 중량부에 대하여 실리콘 오일 5 내지 15 중량부가 혼합되는 것일 수 있고, 보다 좋게는 나노입자 혼합물 100 중량부에 대하여 실리콘 오일 7 내지 10 중량부가 혼합되는 것일 수 있다. 실리콘 오일이 5 중량부 미만일 시 나노입자 혼합물의 표면이 충분히 개질되지 않을 수 있으며, 입자 간 뭉침 현상이 발생할 수 있고, 15 중량부 초과 시 폴리에스터 극세사의 기계적 물성이 저하될 수 있어 좋지 않다.
또한, 상기 나노입자 혼합물에 있어, 산화아연 나노입자 및 다공성 나노입자의 비율은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 1 : 0.3 내지 2.5, 보다 좋게는 1 : 0.5 내지 2, 더욱 좋게는 1 : 0.8 내지 1.5일 수 있다. 이와 같은 범위에서 항균 및 소취 성능이 모두 우수할 수 있다.
상술한 바와 같이 표면개질된 나노입자 혼합물이 준비되면, b) 실란 변성 폴리에스터 100 중량부에 대하여 표면개질된 나노입자 혼합물 1 내지 5 중량부를 혼합하고 압출하여 마스터배치 칩을 제조하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 실란 변성 폴리에스터는 표면개질된 나노입자 혼합물과의 부착력을 향상시킴과 동시에 차후 혼합된 폴리에스터와의 혼화성을 향상시키기 위한 것으로, 상기 실란 변성 폴리에스터는 디카르복실산계 화합물, 디올계 화합물 및 디올 함유 실란계 화합물의 공중합체일 수 있으며, 이때 중합은 통상적인 조건 하에 수행될 수 있다.
특히, 폴리에스터의 기계적 물성을 저하시키지 않고, 표면개질된 나노입자 혼합물과의 혼화성 및 부착력을 향상시키기 위해서는 디올 함유 실란계 화합물을 적정 비율로 넣어주는 것이 중요한데, 구체적인 일 예시로 상기 디카르복실산계 화합물 : 디올계 화합물 및 디올 함유 실란계 화합물의 몰비는 1 : 0.8 내지 1일 수 있으며, 이때 상기 디올계 화합물 : 디올 함유 실란계 화합물의 몰비는 1 : 0.01 내지 0.15일 수 있으며, 보다 좋게는 1 : 0.05 내지 0.12일 수 있다. 이와 같은 범위에서 실란 변성 폴리에스터가 잘 중합될 수 있으며, 폴리에스터, 실란 변성 폴리에스터 및 표면개질된 나노입자 혼합물 간의 혼화성 및 부착력이 향상되어 인장강도 등의 기계적 물성이 우수할 수 있으며, 50회 세탁 후에도 표면개질된 나노입자 혼합물이 잘 탈리되지 않아 우수한 항균소취 성능을 유지할 수 있다.
한편, 상기 디카르복실산계 화합물은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 일 예로 디메틸테레프탈레이트, 테레프탈산, 디메틸이소프탈레이트, 이소프탈산, 디메틸나프탈레이트, 나프탈렌디카르복실산, 아디프산, 세바신산 및 이들의 유도체 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 바람직하게는 테레프탈산을 사용할 수 있다.
상기 디올계 화합물은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 일 예로 모노에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜 및 네오펜틸 글리콜 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 바람직하게는 프로필렌글리콜을 사용할 수 있다.
상기 디올 함유 실란계 화합물은 디올기 및 실란기를 함유하고 있는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 일 예로 디메틸실란디올, 에틸메틸실란디올, 페닐메틸실란디올, 디에틸실란디올, 에틸알릴실란디올, 스티릴메틸실란디올, 디비닐실란디올, 비닐메틸실란디올, 3-글리시독시프로필메틸실란디올, 3-아크릴록시프로필메틸실란디올, 3-메타크릴록시프로필메틸실란디올 및 디페닐실란디올 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
이때, 실란 변성 폴리에스터 중합 시 통상적으로 첨가되는 촉매가 더 첨가될 수 있으며, 촉매는 티타늄옥사이드, 테트라에틸티타네이트, 테트라-n-프로필 티타네이트, 테트라-이소프로필 티타네이트, 테트라-n-부틸 티타네이트, 테트라-이소부틸 티타네이트, 부틸-이소프로필 티타네이트의 티타늄계, 디부틸틴옥사이드(Dibutyltineoxide)의 주석계, 아세트산망간, 아세트산코발트, 아세트산칼슘 및 아세트산아연 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있고, 단량체 혼합물 100 중량부 기준 0.1 내지 3 중량부로 첨가될 수 있다.
또한, 실란 변성 폴리에스터 중합 시 통상적으로 첨가되는 산화안정제가 더 첨가될 수 있으며, 촉매는 트리메틸포스페이트, 트리에틸 포스페이트, 네오펜틸디아릴옥시트릴포스페이트, 트리페닐포스페이트, 트리에틸포스포노아세테이트, 인산(Phosphoric acid) 및 아인산(Phosphorous acid) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있고, 단량체 혼합물 100 중량부 기준 0.1 내지 3 중량부로 첨가될 수 있다.
전술한 바와 같이, 실란 변성 폴리에스터가 준비되면, 실란 변성 폴리에스터 100 중량부에 대하여 상기 표면개질된 나노입자 혼합물 1 내지 5 중량부를 혼합할 수 있으며, 보다 좋게는 표면개질된 나노입자 혼합물 2 내지 4 중량부를 용융 혼합할 수 있다. 이와 같은 범위에서 항균소취 성능이 우수하면서도 폴리에스터 극세서의 기계적 물성을 저하시키지 않을 수 있다.
다음으로, 실란 변성 폴리에스터와 표면개질된 나노입자 혼합물의 용융물을 압출 및 절단하여 마스터배치 칩을 제조할 수 있으며, 압출 및 절단은 통상적인 방법에 의해 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이 마스터배치 칩이 준비되면, c) 폴리에스터 칩 100 중량부에 대하여 상기 마스터배치 칩 5 내지 10 중량부를 혼합하고 용융방사하여 극세사를 제조하는 단계를 수행할 수 있다.
먼저 상기에서 제조된 마스터배치 칩 및 폴리에스터 칩을 혼합 가열하여 용융물을 제조할 수 있다. 이때, 상기 폴리에스터 칩은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 바람직하게 고유점도가 0.5 내지 1.5 ㎗/g인 폴리에스터 칩을 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 용융물을 통상적인 방법을 통해 용융방사하여 폴리에스터 극세사를 제조할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 항균소취성 폴리에스터 극세사의 제조방법으로부터 제조된 항균소취성 폴리에스터 극세사에 관한 것으로, 상세하게 폴리에스터; 실란 변성 폴리에스터; 및 수평균분자량이 5,000 g/mol 이하인 실리콘 오일로 표면개질된 나노입자 혼합물;을 포함하며, 상기 나노입자 혼합물은 산화아연 나노입자 및 다공성 나노입자인, 항균소취성 폴리에스터 극세사에 관한 것이다.
이때, 각 구성 성분 및 함량비는 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략한다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 항균소취성 폴리에스터 극세사 및 이의 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[제조예 1-1]
테레프탈산 1 mol, 프로필렌글리콜 0.85 mol 및 디에틸실란디올 0.01 mol로 이루어진 단량체 혼합물에, 단량체 혼합물 100 중량부 기준 티타늄옥사이드 1 중량부, 테트라부틸티타네이트 0.2 중량부, 트리메틸포스페이트 0.5 중량부 및 아인산 0.1 중량부를 질소 분위기 하에서 혼합하였다.
이후 160~180℃ 사이로 승온하고 180분 동안 반응시켜 부산물을 유출시켰다.
다음으로, 반응물을 진공 반응기로 옮긴 후 0.01 torr의 진공 하에 300℃의 온도 조건으로 100분 동안 중합 반응시켜 실란 변성 폴리에스터를 합성하였다.
[제조예 1-2]
테레프탈산 1 mol, 프로필렌글리콜 0.85 mol 및 디에틸실란디올 0.05 mol로 이루어진 단량체 혼합물을 사용한 것 외 모든 공정을 제조예 1-1과 동일하게 수행하였다.
[제조예 1-3]
테레프탈산 1 mol, 프로필렌글리콜 0.85 mol 및 디에틸실란디올 0.1 mol로 이루어진 단량체 혼합물을 사용한 것 외 모든 공정을 제조예 1-1과 동일하게 수행하였다.
[제조예 1-4]
테레프탈산 1 mol, 프로필렌글리콜 0.8 mol 및 디에틸실란디올 0.2 mol로 이루어진 단량체 혼합물을 사용한 것 외 모든 공정을 제조예 1-1과 동일하게 수행하였다.
[비교제조예 1]
테레프탈산 1 mol 및 프로필렌글리콜 1 mol로 이루어진 단량체 혼합물을 사용한 것 외 모든 공정을 제조예 1-1과 동일하게 수행하였다.
[제조예 2-1]
산화아연 나노입자(평균입도 30 ㎚) 5 g, 활성탄 나노입자(평균입도 20 ㎚) 3 g 및 제올라이트 나노입자(평균입도 55 ㎚) 1.5 g의 나노입자 혼합물에, 나노입자 혼합물 100 중량부 기준 폴리(디메틸실록산-메틸히드로실록산) 공중합체(수평균분자량 950 g/mol, 카스 번호 68037-59-2, 이하 실리콘 오일이라 칭함) 1 중량부를 첨가하고, 슈퍼믹서를 이용하여 800 rpm의 속도로 교반시켜 혼합한 후, 120℃의 온도에서 300분 동안 건조하여 표면개질된 나노입자 혼합물을 제조하였다.
[제조예 2-2]
나노입자 혼합물 100 중량부 기준 실리콘 오일 5 중량부를 첨가한 것 외 모든 공정을 제조예 2-1과 동일하게 수행하였다.
[제조예 2-3]
나노입자 혼합물 100 중량부 기준 실리콘 오일 8 중량부를 첨가한 것 외 모든 공정을 제조예 2-1과 동일하게 수행하였다.
[제조예 2-4]
나노입자 혼합물 100 중량부 기준 실리콘 오일 15 중량부를 첨가한 것 외 모든 공정을 제조예 2-1과 동일하게 수행하였다.
[제조예 2-5]
나노입자 혼합물 100 중량부 기준 실리콘 오일 30 중량부를 첨가한 것 외 모든 공정을 제조예 2-1과 동일하게 수행하였다.
[비교제조예 2]
실리콘 오일을 첨가하지 않은 것 외 모든 공정을 제조예 2-1과 동일하게 수행하였다.
[실시예 1]
제조예 1-1의 실란 변성 폴리에스터 100 중량부와 제조예 2-1의 표면개질된 나노입자 혼합물 1 중량부를 트윈스크루 믹서에 첨가한 후 250℃에서 60 rpm의 속도로 10분간 용융 혼합하여 마스터배치를 제조하였다. 이후 트윈스크루에서 나오는 압출물을 펠렛타이져(속도 4.3 Hz)를 이용해 펠렛화하여 마스터배치 칩을 제조하였다.
다음으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩(PET, 고유점도 1.21 ㎗/g) 100 중량부와 상기 마스터배치 칩 5 중량부를 압출기에 넣어 용융 압출하고, 295℃의 방사노즐에 유입하여 1 데니어 굵기의 극세사를 제조하였다. 구체적으로 용융방사는 압출기 온도 290~300℃, 방사노즐 온도 295℃, 방사노즐 홀 규격
Figure 112020012042601-pat00002
0.5- L/D 4, 홀 당 토출량 5 g/분, 방사속도 1 ㎞/분 및 노즐직하 IR 히터 온도 600℃의 조건으로 수행되었다.
[실시예 2 내지 20, 및 비교예 1 내지 7]
하기 표 1에 기재된 바와 같이, 실란 변성 폴리에스터와 나노입자 혼합물을 달리 첨가하고, 각 구성성분의 함량을 달리한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
마스터배치 방사 조성물 (중량부)
실란 변성 폴리에스터 중량부 나노입자 혼합물 중량부 PET 마스터배치
실시예 1 제조예 1-1 100 제조예 2-3 3 100 8
실시예 2 제조예 1-2
실시예 3 제조예 1-3
실시예 4 제조예 1-4
실시예 5 제조예 1-2 100 제조예 2-3 1 100 8
실시예 6 5
실시예 7 제조예 1-3 100 제조예 2-3 1 100 8
실시예 8 5
실시예 9 제조예 1-2 100 제조예 2-1 3 100 8
실시예 10 제조예 2-2
실시예 11 제조예 2-4
실시예 12 제조예 2-5
실시예 13 제조예 1-3 100 제조예 2-1 3 100 8
실시예 14 제조예 2-2
실시예 15 제조예 2-4
실시예 16 제조예 2-5
실시예 17 제조예 1-2 100 제조예 2-3 3 100 5
실시예 18 10
실시예 19 제조예 1-3 100 제조예 2-3 3 100 5
실시예 20 10
비교예 1 비교제조예 1 100 비교제조예 2 3 100 8
비교예 2 비교제조예 1 100 제조예 2-3 3 100 8
비교예 3 제조예 1-3 100 비교제조예 2 3 100 8
비교예 4 제조예 1-3 100 제조예 2-3 0.1 100 8
비교예 5 10
비교예 6 제조예 1-3 100 제조예 2-3 3 100 1
비교예 7 20
[특성 평가 방법]
실시예 1 내지 20 및 비교예 1 내지 7에서 제조된 극세사를 가연하여 가연사 형태로 만든 후, 직물 시험편을 제조하였으며, 하기 방법을 통해 직물 시험편의 물성을 평가하였다.
1) 강도 테스트:
국제표준화기구 규격 ISO 13934-1 방법에 의거, 인장강도 측정 장치의 하부 클램프에 원사 시험편을 고정시키고, 상부 클램프를 위로 이동시키면서 시험편이 파단될 때의 인장강도(N/5㎝) 및 절단신도(%)를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
2) 항균 성능 테스트:
KS K ISO 6330 : 2011, 8B 방법에 의거, 50회 세탁하고 빨랫줄에 1회 건조한 후 항균 성능을 시험하였다.
항균 성능은 KS K 0693:2016 방법으로 시험하였다. 상세하게, 시험편에 황색포도상구균(staphylococos aureus ATCC 6538, 균주1) 2.1×104 CFU/㎖ 및 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae AATCC 4352, 균주2) 2.2×104 CFU/㎖을 각각 초기농도(A0, CFU/㎖)로 접종하고, 37.0 ±0.2℃에서 18시간 동안 방치한 후의 농도(A1, CFU/㎖)를 확인하였으며, 그로부터 정균 감소율(%)을 산출하여 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다. 또한, 상기 정균 감소율은 (A0-A1)/A0×100으로 산출하였다.
3) 탈취 성능 테스트:
KS K ISO 6330 : 2011, 8B 방법에 의거, 50회 세탁하고 빨랫줄에 1회 건조한 후 탈취 성능을 시험하였다.
FITI 시험지침서 FTM-5-2:2004 방법으로 탈취 성능을 시험하였다.
상세하게, 10 ㎝×10 ㎝로 극세사 직물을 각각 잘라 시험편을 준비하고, 초기 농도가 100 ppm인 암모니아 가스 시험가스팩에 삽입한 후 가스검지관법(KICM-FIR-1004)을 사용하여 탈취율(%)을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다. 이때 탈취율은 (Cb-Cs)/Cb ×100으로 산출하였으며, 상기 Cb는 항균소취성 섬유 시험편을 넣지 않고(blank) 2시간 경과 후 시험가스팩에 남아있는 암모니아 가스의 농도(ppm)이며, Cs는 항균소취성 섬유 시험편을 넣고 2시간 경과 후 시험가스팩에 남아있는 암모니아 가스의 농도(ppm)이다.
인장강도
(N/5㎝) 		50회 세탁 후
정균 감소율 (%) 		탈취율 (%)
균주 1 균주 2 세탁 전 50회 세탁 후
초기농도 - 2.2×104 2.2×104 -
실시예 1 2,700 99.9 99.9 84.7 70.2
실시예 2 3,280 99.9 99.9 84.9 83.2
실시예 3 3,360 99.9 99.9 85.7 84.6
실시예 4 2,640 99.9 99.9 84.6 83.6
실시예 5 3,270 99.9 99.9 82.9 81.4
실시예 6 3,230 99.9 99.9 85.9 81.9
실시예 7 3,340 99.9 99.9 83.2 81.8
실시예 8 3,310 99.9 99.9 85.0 84.2
실시예 9 2,350 90.1 89.6 84.4 64.3
실시예 10 3,050 99.9 99.9 84.9 84.1
실시예 11 3,170 99.9 99.9 84.8 84.2
실시예 12 2,620 99.9 99.9 84.2 80.4
실시예 13 2,410 91.5 88.8 85.1 65.2
실시예 14 3,110 99.9 99.9 85.3 83.1
실시예 15 3,200 99.9 99.9 85.4 82.9
실시예 16 2,760 99.9 99.9 84.9 79.9
실시예 17 3,290 99.9 99.9 82.9 80.5
실시예 18 3,140 99.9 99.9 87.3 84.8
실시예 19 3,360 99.9 99.9 83.5 81.3
실시예 20 3,310 99.9 99.9 87.7 85.0
비교예 1 1,780 (균수 증가) (균수 증가) 84.2 36.2
비교예 2 2,260 71.5 78.7 83.9 51.9
비교예 3 2,110 54.5 55.8 84.1 44.7
비교예 4 3,350 75.7 75.2 70.7 69.2
비교예 5 1,970 99.9 99.9 86.2 82.5
비교예 6 3,370 85.9 85.1 74.5 71.6
비교예 7 2,040 99.9 99.9 88.5 85.4
상기 표 2에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 극세사는 폴리에스터와 나노입자 간 부착력이 우수하여 인장강도가 높았으며, 50회 세탁 후에도 항균소취 성능이 효과적으로 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
반면, 실란 변성되지 않은 폴리에스터만을 사용하거나 표면개질 되지 않은 나노입자 혼합물을 사용한 비교예들의 경우 폴리에스터와 나노입자 간 부착력이 좋지 못 하여 세탁견뢰도가 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있었으며, 본 발명에서 제시한 적정 함량 범위보다 성분을 미량 첨가한 경우 항균소취 성능이 크게 떨어졌다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. a) 수평균분자량이 5,000 g/mol 이하인 실리콘 오일로 산화아연 나노입자 및 다공성 무기 나노입자를 포함하는 나노입자 혼합물을 표면개질 하는 단계;
    b) 실란 변성 폴리에스터 100 중량부에 대하여 표면개질된 나노입자 혼합물 1 내지 5 중량부를 혼합하고 압출하여 마스터배치 칩을 제조하는 단계; 및
    c) 폴리에스터 칩 100 중량부에 대하여 상기 마스터배치 칩 5 내지 10 중량부를 혼합하고 용융방사하여 극세사를 제조하는 단계;
    를 포함하는 항균소취성 폴리에스터 극세사의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘 오일은 25℃에서의 점도가 100 cSt 이하인, 항균소취성 폴리에스터 극세사의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 실란 변성 폴리에스터는 디카르복실산계 화합물, 디올계 화합물 및 디올 함유 실란계 화합물의 공중합체인, 항균소취성 폴리에스터 극세사의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 디카르복실산계 화합물 : 디올계 화합물 및 디올 함유 실란계 화합물의 몰비는 1 : 0.8 내지 1인, 항균소취성 폴리에스터 극세사의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 디올계 화합물 : 디올 함유 실란계 화합물의 몰비는 1 : 0.01 내지 0.15인, 항균소취성 폴리에스터 극세사의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 무기 나노입자는 활성탄, 제올라이트 및 규조토로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인, 항균소취성 폴리에스터 극세사의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 a)단계는 나노입자 혼합물 100 중량부에 대하여 실리콘 오일 5 내지 15 중량부가 혼합되는 것인, 항균소취성 폴리에스터 극세사의 제조방법.
  8. 폴리에스터; 실란 변성 폴리에스터; 및 수평균분자량이 5,000 g/mol 이하인 실리콘 오일로 표면개질된 나노입자 혼합물;을 포함하며,
    상기 나노입자 혼합물은 산화아연 나노입자 및 다공성 무기 나노입자인, 항균소취성 폴리에스터 극세사.
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