KR102298553B1 - 흑운모 입자를 포함하는 원사 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자성광물체 입자와 고분자가 혼합된 마스터배치 칩을 이용하여 자성광물체 입자가 포함된 원사원료 제조하고, 상기 원사원료를 용융 방사하여, 원적외선이 방사되고 항균성 및 항곰팡이성을 갖는 자성광물체 입자를 포함하는 원사 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

흑운모 입자를 포함하는 원사 및 이의 제조방법{YARN CONTAINING BIOTIE PARTICLE, AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 자성광물체 입자를 포함하는 원사 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 자성광물체 입자와 고분자가 혼합된 마스터배치(master batch)를 용융 방사하여 원적외선을 방사하고 항균성 및 항곰팡이성을 갖는 자성광물체 입자를 포함하는 원사 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

원사(yarn)는 직물, 편물, 원단 및 레이스 등의 모든 섬유제품을 만드는 원료가 되는 실의 총칭으로, 크게 면(cotton), 마(麻), 견(silk), 모(毛) 등과 같은 천연섬유와, 인견(rayon), 나일론(nylon) 등과 같은 인조섬유로 구분된다.

천연섬유는 식물의 세포벽을 이루는 구성 성분인 셀룰로오스로 구성된 식물성 섬유, 동물의 털이나 분비물에서 채취한 동물성 섬유와, 천연적으로 섬유상을 이루고 있는 광물성 섬유로 구분된다.

또한, 천연섬유는 피부에 닿는 촉감이 우수하고 친환경적이며 건조가 빠른 등의 장점이 있으나, 내구성이 약하고 구김이 잘 발생하며, 염색 시에 염색약을 과도하게 머금게 되어 원단의 늘어짐이 발생되는 등의 단점으로 인해 사용하는 데에 어려움이 있다.

인조섬유는 무기 물질로 구성된 무기섬유, 탄소를 기본 뼈대로 한 유기 물질로 구성된 유기섬유와, 석유나 석탄에서 추출한 성분을 가공하여 제조된 합성섬유로 구분된다.

또한, 인조섬유는 천연섬유에서 나타나는 문제들을 개선하고, 오염이 잘 묻지 않아 세탁이 편리한 장점이 있으나, 정전기가 심한 단점이 있다.

최근 환경오염과 감염병 등으로 인해 항균성을 갖는 원사 또는 섬유에 대한 관심이 주목되고 있다.

다음은 항균성을 갖는 원사 또는 섬유에 관한 배경기술로, 공개특허공보 제10-2008-0042634호(이하, 문헌 1), 공개특허공보 제10-2006-0024584호(이하, 문헌 2), 등록특허공보 제10-1910334호(이하, 문헌 3) 및 등록특허공보 제10-1988537호(이하, 문헌 4)가 있다.

문헌 1 발명은 휘발성 은나노 용액 제조 후에, 휘발성 은나노 용액과 안료, 음이온 광물질 파우더를 혼합하여 은나노 안료조성물을 제조하고, 상기 은나노 안료 조성물과 폴리프로필렌(PP) 수지와 혼합하여 방적사를 제조하는 기능성조성물 PP방적사 제조에 관한 것이다.

문헌 2 발명은 은나노 입자를 이용한 항균성 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 폴리에스테르 수지에 산화은을 분산시켜 중합한 후 용융 방사하여 장섬유 및 단섬유 형태로 제조된 항균성을 갖는 섬유에 관한 것이다.

상기 문헌 1, 2 발명에서는 방적사 또는 섬유에 항균성을 부여하기 위해 은나노가 사용되고 있으나, 최근에 은나노 입자가 폐와 간에 독성을 나타내는 동물실험에 의해 은나노의 유해성 문제가 대두되고 있다.

또한, 은나노가 포함된 원사나 섬유를 세탁할 경우에는 원사나 섬유에서 은나노 성분이 벗겨져 항균 성능이 감소되는 문제가 있다.

상기 문헌 3 발명은 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 제조방법에 관한 것이다.

문헌 3 발명의 항균성 섬유는 섬유 표면에 항균성 제제인 수소음이온 함유 칼슘을 포함한 코팅제가 도포된 것에 불과하여, 섬유 표면의 항균성 제제 코팅막이 박리 시에 항균 특성이 저하될 수 있다.

상기 문헌 4 발명은 첨가제가 첨가된 천연항균제에 양모 원사를 침지시켜 항균성을 갖는 양모 원사의 천연항균성 부여방법에 관한 것이다.

문헌 4 발명의 양모 원사도 앞서 설명된 문헌 3 발명과 같이, 양모 표면에 천연항균제가 도포되는 것에 불과하여, 여러 번의 세탁 과정으로 인해 항균 성능이 저하될 수 있다.

<배경기술문헌>

(문헌 1) 공개특허공보 제10-2008-0042634호

(문헌 2) 공개특허공보 제10-2006-0024584호

(문헌 3) 등록특허공보 제10-1910334호

(문헌 4) 등록특허공보 제10-1988537호

본 발명의 목적은 상기 배경기술의 문제점을 해결하고, 자성광물체 입자를 포함하는 원사 및 이의 제조방법이 제공되는 데에 있다.

특히, 본 발명은 수지원료에 자성광물체 입자가 균일하게 분산 된 마스터배치 칩이 제조되고, 마스터배치 칩을 이용하여 자성광물체 입자를 포함하는 원사가 대량생산되는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 원적외선을 방사하고, 항균성 및 항곰팡이성을 갖는 자성광물체 입자를 원사 내 함유함에 따라 영구적인 기능을 발현하고, 세탁에 따른 내구성이 저하되는 문제를 개선하는 것을 목적으로 한다.

나아가, 본 발명은 앞서 설명된 물성이 보유되는 자성광물체 입자를 포함한 원사를 이용하여 의류용, 생활용 섬유 제품 뿐만 아니라, 의료용, 위생용, 산업용 섬유 등의 다양한 산업에 적용 가능한 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 자성광물체 입자를 포함하는 원사의 제조방법은 수지원료(A)에 자성광물체 입자가 혼합 분산되어, 자성광물체 입자가 포함된 마스터배치 칩이 제조되는 단계; 수지원료(A-1)에 상기 마스터배치 칩이 혼합되어, 자성광물체 입자가 포함된 원사원료가 제조되는 단계; 및 자성광물체 입자가 포함된 원사원료가 용융 방사 및 연신되어, 자성광물체 입자를 포함하는 원사가 제조되는 단계; 가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 마스터배치 칩이 제조되는 단계에서, 자성광물체 입자는 천매암, 제올라이트, 맥반석, 벤토나이트, 펄라이트, 백운모, 금운모, 흑운모, 견운모, 해록석, 자철석 또는 적철석 중 어느 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마스터배치 칩이 제조되는 단계에서, 자성광물체 입자는 입도가 2㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 마스터배치 칩이 제조되는 단계 또는 상기 원사원료가 제조되는 단계에서, 수지원료(A, A-1)는 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스테르(polyester), 나일론(nylon), 아크릴(acrylic), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 중 선택되는 어느 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 원사가 제조되는 단계에서, 상기 원사는 자성광물체 입자가 3중량% 이하가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 원사가 제조되는 단계에서, 용융 방사는 방사 온도가 110~300℃이며, 방사 속도가 1,500~3,500mpm인 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 원사가 제조되는 단계에서, 연신은 연신비가 1.5~3배인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자성광물체 입자를 포함하는 원사는 위의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 섬유제품은 상기 자성광물체 입자를 포함하는 원사가 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자성광물체 입자를 포함하는 원사는 원적외선을 방사하고, 항균성 및 항곰팡이성을 갖는 자성광물체 입자를 원사 내 함유함에 따라 영구적인 기능을 발현하고, 세탁에 따른 내구성이 저하되는 문제를 개선할 수 있다.(충전재용, 침장용 등)

본 발명은 수지원료에 자성광물체 입자가 균일하게 분산 된 마스터배치 칩이 제조되고, 마스터배치 칩을 이용하여 자성광물체 입자를 포함하는 원사의 대량생산이 가능하며, 제조원가를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 자성광물체 입자를 포함하는 원사를 이용하여 기능성 장섬유, 단섬유를 제조하고, 이를 바탕으로 기능성 복합사, 원단, 솜(충전재용, 침장용 등), 부직포 등을 생산할 수 있다.

특히, 본 발명은 원적외선을 방사하고, 항균성 및 항곰팡이성을 갖는 자성광물체 입자를 포함한 원사를 이용하여 의류용, 생활용 섬유 제품 뿐만 아니라, 의료용, 위생용, 산업용 섬유 등의 다양한 산업에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자성광물체 입자를 포함하는 원사의 제조방법 흐름도이다.
도 2는 흑운모를 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 흑운모 입자가 포함된 마스터배치 칩을 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 흑운모 입자가 포함된 폴리프로필렌 원사를 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 흑운모 입자가 포함된 폴리에스테르 원사를 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 자성광물체 입자를 포함하는 단섬유의 제조방법 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 흑운모 입자가 포함된 단섬유를 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 자성광물체 입자를 포함하는 부직포의 제조방법 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따라 제조된 흑운모 입자가 포함된 부직포를 촬영한 사진이다.
도 10은 본 발명에 따라 제조된 흑운모 입자가 포함된 폴리프로필렌 복합사를 촬영한 사진이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명에 따라 제조된 흑운모 입자가 포함된 폴리프로필렌 부직포의 유해물질 시험 결과이다.
도 15 내지 도 22는 본 발명에 따라 제조된 흑운모 입자가 포함된 폴리프로필렌 부직포의 유해물질 및 항균 시험 결과이다.
도 23 내지 도 25는 흑운모 입자가 포함된 폴리프로필렌 원사의 항균 시험 결과이다.
도 26 내지 도 28은 흑운모 입자가 포함된 폴리프로필렌 원사가 혼합된 복합사의 항균 시험 결과이다.
도 29는 흑운모 입자가 포함된 폴리에스테르 단섬유의 항균 시험 결과이다.
도 30은 흑운모 입자가 포함된 폴리에스테르 단섬유의 원적외선 방사 시험성적서이다.
도 31은 흑운모 입자가 포함된 폴리프로필렌 스펀본드 부직포 방호복의 원적외선 방사 시험성적서이다.
도 32는 흑운모 입자가 포함된 원사를 이용하여 제조된 원단 사용 전의 왼쪽과 오른쪽 뇌파를 측정한 결과이다.
도 33은 흑운모 입자가 포함된 원사를 이용하여 제조된 원단 사용 후의 왼쪽과 오른쪽 뇌파를 측정한 결과이다.

이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다.

본 발명은 여기에서 개시되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기에서 개시되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 되며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환이 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

본 발명은 다양한 변환이 가해질 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명한다. 도면들에서 요소의 크기 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있다.

따라서 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 즉, 본 발명의 다양한 양상들, 특징들, 실시예들 또는 구현예들은 단독으로 또는 다양한 조합들로 사용될 수 있다.

본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 청구범위에 의해서 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 하고, 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한 통상의 기술을 가진 사람에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

<실시예 1>

도 1에서와 같이, 자성광물체 입자를 포함하는 원사의 제조방법(S100)은 자성광물체 입자가 제조되는 제1단계(S110), 자성광물체 입자가 포함된 마스터배치 칩이 제조되는 제2단계(S120), 자성광물체 입자가 포함된 원사원료가 제조되는 제3단계(S130) 및 자성광물체 입자를 포함하는 원사가 제조되는 제4단계(S140)가 순차적으로 수행될 수 있다.

상기 자성광물체 입자가 제조되는 제1단계(S110)는 자성광물체가 분쇄되어 자성광물체 입자가 제조될 수 있다.

여기서, 자성광물체는 Fe₂O₃ 또는 Fe₃O₃이 성분으로 포함되되, 자성을 띠고 있는 광물이 사용될 수 있다. 바람직하게 천매암, 제올라이트, 맥반석, 벤토나이트, 펄라이트, 백운모, 금운모, 흑운모, 견운모, 해록석, 자철석 또는 적철석 중 어느 하나 이상의 자성광물체가 사용될 수 있으나, 제조되는 원사에 부여되는 기능에 따라 사용되는 자성광물체가 변동될 수 있기에 이에 특별히 한정되지 않는다.

여기서, 둘 이상의 자성광물체가 혼합되어 사용될 경우에는 사용되는 자성광물체에 따라 분쇄 시에 입도 크기의 한계가 각기 다를 수 있다.

이에, 후단에 설명되는 마스터배치 칩 제조 시에 입도 크기가 다른 둘 이상의 자성광물체가 수지원료에 균일하게 분산되지 못하고, 자성광물체끼리 뭉치는 부분을 개선하기 위해서, 천매암, 제올라이트, 맥반석, 벤토나이트, 펄라이트, 백운모, 금운모, 흑운모, 견운모, 해록석, 자철석 또는 적철석 중 어느 하나의 자성광물체가 사용되는 것이 더 바람직하다.

예컨대, 천매암(phyllite)은 점판암과 결정편암의 중간적인 성질을 가진 변성암으로, 게르마늄이 다량 함유되어 있어 신진대사를 활발하게 하며, 황토와 맥반석보다 약 3배 이상의 원적외선이 방사되어, 혈류 개선에 도움을 줄 수 있다.

예컨대, 제올라이트(zeolite)는 미세 다공성 알루미늄 규산염 광물로, 흡착성이 뛰어나 불순물 제거 및 탈취에 우수하며, 항균성을 가지고 있다.

예컨대, 맥반석은 반암에 속하는 암석으로, 중금속과 이온을 교환하는 작용을 가지고 있으며, 열이 가해지면 원적외선이 방출됨으로써, 혈류 개선에 도움을 줄 수 있다.

예컨대, 벤토나이트(bentonite)는 운모와 같은 결정구조를 하는 단사정계에 속하는 광물로, 흡착성이 뛰어나 불순물 제거 및 탈취에 우수하며, 항균성을 가지고 있다.

예컨대, 펄라이트(pearlite)는 규산 질암의 일종으로, 무수한 기공을 함유하고 있어 체적대비 중량이 작아 가볍고, 입자간의 공극에 미립자가 충전되어 대류를 방지하여 단열이 우수하다.

예컨대, 백운모는 칼륨과 알루미늄을 포함하는 층상 규산염 광물로, 항균 효과가 우수하고, 중금속이 포함되지 않아 인체에 무해하며, 백운모 자체 광택을 가지고 있어 광택을 갖는 원사를 제조할 수 있다.

예컨대, 금운모는 흑운모에 가까운 단사정계에 속하는 운모로, 항균 효과와 열 안정성이 우수하며, 원적외선이 방사되어, 혈류 개선에 도움을 줄 수 있다.

예컨대, 흑운모는 거무스름한 색과 반짝이는 광택이 나는 광물로, 황토와 맥반석보다 약 3배 이상 원적외선 방사율(emissivity)이 높아 혈류 개선을 도우며, 항균성 및 항곰팡이성이 우수하다.

예컨대, 견운모는 단사정계에 속하며, 게르마늄이 함유되어 있어 신진대사를 활발하게 도우며, 원적외선이 방사되어 혈류 개선에 도움을 줄 수 있다.

예컨대, 해록석은 운모와 비슷한 구조를 가진 일라이트류의 토상 광물로, 대장균과 녹농균에 대한 항균 효과가 높고, 원적외선을 방사되어 혈류 개선에 도움을 줄 수 있다.

예컨대, 자철석과 적철석은 철의 산화광물로, 원적외선이 방사되어 혈류 개선에 도움을 줄 수 있다.

가장 바람직하게, 자성광물체는 원적외선 방사 및 항균성 및 항곰팡이성을 가지며, 자기파와 원적외선이 방사되어 혈류를 개선시킬 수 있는 흑운모가 사용될 수 있다.

상기 제1단계(S110)는 후단에 설명할 용융 방사 시에 자성광물체 입자가 포함된 원사를 제조하기 위해 수행될 수 있다.

이때, 자성광물체는 분쇄기에 의해 입도가 2㎛ 이하인 자성광물체 입자가 제조될 수 있으나, 사용되는 방사 노즐의 직경에 따라 변동될 수 있기에, 이에 한정되지 않는다.

예컨대, 자성광물체 입자의 입도가 2㎛ 초과로 제조될 경우에는 자성광물체 입자에 의해 방사 노즐이 막히게 될 수 있다. 따라서 위와 같은 방사 노즐 막힘을 방지하기 위해 자성광물체 입자의 입도가 0.1~1.6㎛가 되도록 제조되는 것이 바람직하다.

예컨대, 자성광물체 입자의 입도가 0.1㎛ 미만으로 제조될 경우에는 분쇄기 사용의 한계와 그에 따른 비용이 상승될 수 있다. 이에, 자성광물체 입자의 입도가 0.3~1.6㎛가 되도록 제조되는 것이 가장 바람직하다.

상기 분쇄기는 비드 밀(bead mill)이 사용될 수 있으나, 이에 특별히 한정되지 않는다.

상기 비드 밀은 습식 분쇄 타입으로, 챔버 내 교반기 회전력에 의해 슬러리(slurry)와 비드(bead)간의 마찰에 의해 자성광물체가 분쇄될 수 있다.

상기 자성광물체 입자가 포함된 마스터배치 칩이 제조되는 제2단계(S120)는 수지원료(A)에 상기 제1단계(S110)에서 제조된 자성광물체 입자가 혼합 분산되어, 자성광물체 입자가 포함된 마스터배치 칩(이하, 마스터배치 칩이라 함)이 제조될 수 있다.

상기 수지원료(A)는 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스테르(polyester), 나일론(nylon), 아크릴(acrylic), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 중 선택되는 어느 하나 이상이 포함될 수 있으나, 이에 특별히 한정되지 않는다.

여기서, 둘 이상의 수지원료(A)가 혼합되어 사용될 경우에는 사용되는 수지원료(A)에 따라 용융점이 변동되어 원사 제조 시에 용융 방사가 수행이 어려울 수 있다.

위와 같이 용융점 변동을 방지하여 용융 방사가 원활하게 수행되기 위해서 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론, 아크릴, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중 선택되는 어느 하나의 수지원료(A)가 사용되는 것이 바람직하다.

예컨대, 수지원료(A)로 폴리프로필렌이 사용될 경우에는 환경호르몬이 배출되지 않아 인체에 무해한 장점이 있고, 경량성, 발수성과 속건성, 위생성과 방오성, 배수성, 보온성, 내약품성 및 내열성을 갖는 원사를 제조할 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 폴리에스테르가 사용될 경우에는 대량생산이 가능하여 생산비가 저렴한 장점이 있고, 이염과 변색이 잘 이루어지지 않으며 내추성을 갖는 원사를 제조할 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 나일론이 사용될 경우에는 대량생산이 가능하여 생산비가 저렴하고, 유연성, 강도 및 충해성이 우수하며, 내추성을 갖는 원사를 제조할 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 아크릴이 사용될 경우에는 생산비가 저렴한 장점이 있고, 보온성과 탄력성이 우수하며, 직사광선과 약품에 강하여 세제나 표백제 사용이 자유롭되, 가볍고 울(wool)과 촉감이 비슷한 부드러운 원사를 제조할 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 폴리우레탄이 사용될 경우에는 신축성과 탄력성이 뛰어나며, 염색성, 마찰 및 굴곡 강도가 우수한 원사를 제조할 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 폴리에틸렌이 사용될 경우에는 폴리프로필렌보다 가볍고, 알칼리에 강하며, 방수성을 갖는 원사를 제조할 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 사용될 경우에는 버려지는 PET병을 재활용하여 환경오염을 방지할 수 있는 재활용 원사를 제조할 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 마스터배치 칩은 수지원료(A) 80~90중량%에 자성광물체 입자가 10~20중량%가 분산되어 니더기(kneader)에 의해 110~300℃의 온도에서 200~500rpm의 속도로 2축 스크루가 회전되어 용융 혼합되어 용융혼합물이 사출물로 배출되고, 상기 사출물을 220℃의 온도 이하에서 냉각 후 절단하여 도 3에서와 같이 칩 형태로 제조될 수 있다.

예컨대, 자성광물체 입자가 상기 10~20중량%의 범위를 벗어나게 되면, 자성광물체 입자끼리 뭉치게 되어, 균일하게 자성광물체 입자가 분산된 마스터 배치 칩을 제조하기 어려울 수 있다.

즉, 상기 마스터배치 칩은 자성광물체 입자가 10~20중량% 포함될 수 있다.

예컨대, 용융 혼합 시에 상기 110~300℃의 온도 범위를 벗어나게 되면, 수지원료(A)가 녹지 않거나, 타게 되어 수지원료(A)에 자성광물체 입자의 혼합이 어려울 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 폴리프로필렌이 사용될 경우에는 융점과 분해온도 사이인 210~250℃에서 용융될 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 폴리에스테르가 사용될 경우에는 융점과 분해온도 사이인 265~285℃에서 용융될 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 나일론이 사용될 경우에는 212~255℃의 융점 온도 범위에서 용융될 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 아크릴이 사용될 경우에는 160~210℃의 융점 온도 범위에서 용융될 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 폴리우레탄이 사용될 경우에는 융점과 분해온도 사이인 180~250℃에서 용융될 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 폴리에틸렌이 사용될 경우에는 110~140℃의 융점 온도 범위에서 용융될 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 사용될 경우에는 융점과 분해온도 사이인 180~260℃에서 용융될 수 있다.

예컨대, 용융 혼합 시에 상기 200~500rpm의 속도 범위를 벗어나게 되면, 자성광물체 입자들끼리 뭉치게 되어 균일하게 자성광물체 입자가 분산된 마스터 배치 칩을 제조하기 어려울 수 있다.

예컨대, 상기 사출물의 냉각 온도가 220℃를 초과하게 되면, 수지원료(A)가 다시 용융되어 칩 형태로 제조되기 어려울 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 폴리프로필렌이 사용될 경우에는 110~120℃의 결정화 온도 범위에서 냉각될 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 폴리에스테르 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 사용될 경우에는 120~220℃의 결정화 온도 범위에서 냉각될 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 나일론이 사용될 경우에는 나일론이 녹지 않는 75℃ 이하에서 냉각될 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 아크릴 또는 폴리우레탄이 사용될 경우에는 아크릴 또는 폴리우레탄이 녹지 않는 80℃ 이하에서 냉각될 수 있다.

예컨대, 수지원료(A)로 폴리에틸렌이 사용될 경우에는 폴리에틸렌이 녹지 않는 90℃ 이하에서 냉각될 수 있다.

상기 자성광물체 입자가 포함된 원사원료가 제조되는 제3단계(S130)는 자성광물체 입자가 3중량% 이하가 포함된 원사원료가 제조되기 위해서, 수지원료(A-1) 70~83중량%에 상기 자성광물체 입자가 10~20중량% 포함된 마스터배치 칩 7~30중량%가 110~300℃의 온도에서 용융 혼합될 수 있다.

상기 수지원료(A-1)는 앞서 설명된 수지원료(A)와 동일한 것을 사용할 수 있다. 따라서 수지원료(A-1)의 용융 온도는 수지원료(A)와 동일한 용융 온도 범위를 가질 수 있다.

예를 들어, 수지원료(A)로 폴리프로필렌이 사용될 경우에 수지원료(A-1)는 수지원료(A)와 동일한 폴리프로필렌이 사용되어야한다.

또 다른 예로, 수지원료(A)로 폴리에스테르가 사용될 경우에 수지원료(A-1)는 수지원료(A)와 동일한 폴리에스테르가 사용되어야한다.

만일, 수지원료(A)와 수지원료(A-1)가 서로 다른 종류의 수지를 사용하게 되면, 수지원료(A-1)와 마스터배치 칩에 포함된 수지원료(A)가 혼합되지 못할 수 있다.

예컨대, 제3단계(S130)에서 용융 혼합 시, 상기 110~300℃의 온도 범위를 벗어나게 되면, 수지원료(A-1)와 마스터배치 칩이 녹지 않거나, 타게 될 수 있다.

예컨대, 상기 수지원료(A-1) 70~83중량% 및 자성광물체 입자가 10~20중량% 포함된 마스터배치 칩 7~30중량%의 혼합 범위를 벗어나게 되면, 제조되는 원사원료의 자성광물체 입자가 3중량% 초과되어 방사 시에 자성광물체 입자들끼리 뭉치게 되어 방사 노즐이 막힐 수 있다.

바람직하게, 수지원료(A-1) 80~93중량%에 자성광물체 입자가 10~20중량% 포함된 마스터배치 칩 7~20중량%가 용융 혼합되어, 자성광물체 입자가 2중량% 이하가 포함된 원사원료가 제조될 수 있다.

더 바람직하게, 수지원료(A-1) 90~93중량%에 자성광물체 입자가 10~20중량% 포함된 마스터배치 칩 7~10중량%가 용융 혼합되어, 자성광물체 입자가 1중량% 이하가 포함된 원사원료가 제조될 수 있다.

상기 원사원료를 방사하면 자성광물체 입자가 포함된 원사가 생산되고, 생성된 자성광물체 입자가 포함된 원사를 이용하여 자성광물체 입자가 포함된 장섬유, 단섬유, 솜(충전재용, 침장용 등), 부직포, 방적사, 원단 등 다양한 형태의 섬유제품이 제조될 수 있다.

상기 자성광물체 입자를 포함하는 원사가 제조되는 제4단계(S140)는 상기 제3단계(S130)에서 제조된 자성광물체 입자가 포함된 원사원료가 용융 방사 및 연신되면, 자성광물체 입자를 포함하는 원사가 제조될 수 있다. 이때, 용융 방사 외에 건식 방사 또는 습식 방사가 가능함은 물론이다.

여기서, 용융 방사는 열에 의해 녹은 원사원료를 압력으로 용융 방사기의 방사 노즐을 통해 밀어냄으로써, 실 형태의 원사가 제조된다. 이때, 용융 방사는 방사 온도가 110~300℃이며, 방사 속도가 1,500~3,500mpm인 조건에서 수행될 수 있다.

예컨대, 용융 방사 온도가 상기 110~300℃의 온도 범위를 벗어나게 되면, 원사원료가 녹지 않거나, 타게 되어 방사 노즐이 막힐 수 있다.

여기서, 원사원료에 수지원료(A, A-1)가 포함됨에 따라, 앞서 설명된 수지원료(A)와 동일한 용융 온도 범위에서 용융 방사될 수 있다.

예컨대, 용융 방사 속도가 상기 1,500~3,500mpm의 속도 범위를 벗어나게 되면, 물방울 모양으로 떨어져 끊어진 실 형태로 제조되거나, 원사의 두께가 일정하게 방사되지 못할 수 있다.

상기 방사 노즐은 입도가 2㎛ 이하인 자성광물체 입자가 포함된 원사원료가 용융 방사될 경우에 노즐의 막힘을 방지하기 위해 노즐의 직경이 2~4㎛인 것을 사용할 수 있으나, 상기 자성광물체 입자의 입도 크기에 따라 변동될 수 있기에 이에 한정되지 않음은 물론이다.

여기서, 연신은 상기 용융 방사를 통해 제조된 실 형태의 원사를 롤러를 이용하여 사용하고자 하는 용도에 맞도록 원사를 늘이는 작업이다. 이때, 연신은 연신 온도가 100℃ 이하이며, 연신비가 1.5~3배인 조건에서 수행될 수 있다.

예컨대, 연신 온도가 100℃가 초과될 경우에 원사원료에 포함된 수지원료(A, A-1)에 따라 녹게 되어 원사가 끊겨 장섬유로 제조되기 어려울 수 있다.

예컨대, 원사원료에 포함된 수지원료(A, A-1)로 폴리프로필렌이 사용될 경우에는 60~100℃에서 연신이 수행될 수 있다.

예컨대, 원사원료에 포함된 수지원료(A, A-1)로 폴리에스테르 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 사용될 경우에는 80~100℃에서 연신이 수행될 수 있다.

예컨대, 원사원료에 포함된 수지원료(A, A-1)로 나일론이 사용될 경우에는 40~45℃에서 연신이 수행될 수 있다.

예컨대, 원사원료에 포함된 수지원료(A, A-1)로 아크릴 또는 폴리우레탄이 사용될 경우에는 80~100℃에서 연신이 수행될 수 있다.

예컨대, 원사원료에 포함된 수지원료(A, A-1)로 폴리에틸렌이 사용될 경우에는 90~100℃에서 연신이 수행될 수 있다.

예컨대, 연신비가 1.5배미만으로 수행되면 고강도의 원사를 제조하기 어렵고, 연신비가 3배 초과로 수행되면 연신장력에 의해 끊어져 강도가 저하될 수 있다.

상기 자성광물체 입자를 포함하는 원사의 제조방법(S100)을 거쳐 제조된 자성광물체 입자가 포함된 원사는 도 4 및 도 5에서와 같이 장섬유로 형성될 수 있다.

상기 장섬유는 방직기를 이용하게 되면, 직물 또는 편물의 원단이 제조될 수 있다.

상기와 같은 방법으로 제조되는 자성광물체 입자가 3중량% 이하가 포함된 원사원료는 상기 제2단계(S120)에서 수지원료(A) 70중량%에 자성광물체 입자가 3중량%가 혼합되면, 자성광물체 입자들끼리 뭉칠 수 있게 된다.

이에, 본 발명은 위와 같은 문제를 개선하기 위해 마스터배치 칩 제조 후, 상기 제3단계(S130)를 통해 상기 원사원료를 제조함으로써, 자성광물체가 수지원료(A, A-1)에서 뭉치지 않고 고르게 분산되어, 자성광물체가 고르게 혼입된 원사를 제조할 수 있게 되는 것이다.

상기 제4단계(S140) 후에 생성된 자성광물체 입자를 포함하는 원사가 보빈에 감기는 권취되는 단계가 선택적으로 수행될 수 있다. 이때, 권취된 원사는 보관과 이동이 편리한 이점이 있다.

위와 같은 방법으로 제조된 자성광물체 입자를 포함하는 원사를 꼬는 연사 단계 또는 땋는 편사 단계가 추가로 수행되면, 자성광물체 입자를 포함하는 복합사가 제조될 수 있다.

<실시예 2>

상기 실시예 1의 제4단계(S140)를 대신하여, 제4-1단계(S140-1)가 수행될 수 있다.

여기서, 제4-1단계(S140-1)를 제외한 제1단계(S110), 제2단계(S120) 및 제3단계(S130)는 앞서 설명된 실시예 1과 동일하게 수행되기에, 중복되는 내용은 생략한다.

상기 제4-1단계(S140-1)는 자성광물체 입자가 포함된 원사원료가 용융 방사, 냉각 및 연신이 순차적으로 수행되어, 자성광물체 입자를 포함하는 원사가 제조될 수 있다.

상기 용융 방사는 앞서 설명된 실시예 1과 동일하게 수행되기에, 중복되는 내용은 생략한다.

상기 냉각은 용융 방사되어 제조된 원사가 엉키는 것을 방지하기 위해, 냉풍 또는 냉각수를 이용하여 원사의 표면 온도가 내려간 원사가 제조될 수 있다.

여기서, 냉풍 또는 냉각수는 50℃ 이하의 온도 범위에서 원사의 냉각이 수행될 수 있고, 바람직하게 10~30℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.

예컨대, 냉풍 또는 냉각수가 50℃ 초과로 수행될 경우에는 원사에 포함된 수지원료(A, A-1)가 녹게 되어 원사가 끊어질 수 있다.

상기 연신은 표면 온도가 내려간 원사를 이용하여 앞서 설명된 실시예 1과 동일하게 조건으로 수행되기에, 중복되는 내용은 생략한다.

상기 제4-1단계(S140) 후에 생성된 자성광물체 입자를 포함하는 원사가 보빈에 감기는 권취되는 단계가 선택적으로 수행될 수 있다.

상기 실시예 1의 제4단계(S140)를 대신하여 제4-1단계(S140-1)가 수행된 자성광물체 입자를 포함하는 원사의 제조방법은 S100-1로 구분될 수 있다.

<실시예 3>

상기 실시예 1 또는 실시예 2의 자성광물체 입자를 포함하는 원사의 제조방법(S100, S100-1)에 약품 처리 및 건조되는 제5단계(S150)가 추가로 수행될 수 있다.

상기 제5단계(S150)를 제외한 제1단계(S110), 제2단계(S120), 제3단계(S130) 및 제4단계(S140)는 앞서 설명된 실시예 1과 동일하게 수행되며, 제4-1단계(S140-1)는 실시예 2와 동일하게 수행되기에, 중복되는 내용은 생략한다.

상기 제4단계(S140) 또는 제4-1단계(S140-1) 수행 후에 약품 처리 및 건조되는 제5단계(S150)가 수행될 수 있다.

약품 처리 및 건조되는 제5단계(S150)는 수지원료(A, A-1) 사용에 따라 나타나는 정전기를 방지하기 위한 약품 처리 후, 0.5~1.5시간 건조가 수행되어 정전기가 방지되되, 자성광물체 입자를 포함하는 원사가 제조될 수 있다.

상기 제5단계(S150) 후에 상기 원사가 보빈에 감기는 권취되는 단계가 선택적으로 수행될 수 있다.

상기 약품 처리 및 건조되는 제5단계(S150)가 추가로 수행된 자성광물체 입자를 포함하는 원사의 제조방법은 S100-2로 구분될 수 있다.

<실시예 4>

도 6에서와 같이, 자성광물체 입자를 포함하는 단섬유의 제조방법(S200)은 자성광물체 입자를 포함하는 원사가 준비되는 단계(S210), 원사가 크림핑 되는 단계(S220) 및 크림핑 된 원사가 절단되어 단섬유가 제조되는 단계(S230)가 순차적으로 수행될 수 있다.

먼저, 자성광물체 입자를 포함하는 원사가 준비되는 단계(S210)는 앞서 설명된 실시예 1~3 중 어느 하나의 자성광물체 입자를 포함하는 원사의 제조방법(S100, S100-1, S100-2)을 통해 제조된 자성광물체 입자를 포함하는 원사가 준비될 수 있다.

다음으로, 원사가 크림핑 되는 단계(S220)가 수행될 수 있다.

여기서, 원사가 크림핑 되는 단계(S220)는 상기 자성광물체 입자를 포함하는 원사에 권축을 부여하기 위해 크림프(crimp)로 크림핑이 수행될 수 있다.

이때, 크림핑이 수행된 원사는 길이방향으로 파상, 굴곡, 꼬임, 나선상 또는 코일과 같은 모양으로 형성될 수 있다.

이후, 크림핑 된 원사가 절단되어 단섬유가 제조되는 단계(S230)가 수행될 수 있다.

여기서, 크림핑 된 원사가 절단되어 단섬유가 제조되는 단계(S230)는 100~120℃의 온도에서 5~10분으로 열 고정 후에, 절단기로 절단하게 되면 자성광물체 입자를 포함하는 단섬유(이하, 단섬유라 함)가 제조될 수 있다.

이때, 절단되는 길이는 사용되는 용도에 따라 변동될 수 있기에, 특별히 한정되지 않는다.

예컨대, 열 고정 조건 중 100~120℃의 온도 범위를 벗어나거나, 5~10분의 시간 범위를 벗어나게 되면, 단섬유의 생산성이 떨어질 수 있다.

여기서, 상기 단섬유를 절단하지 않게 되면 도 7에서와 같은 솜 형태로 충전재 또는 침장용 등이 제조될 수 있다.

상기 단섬유를 방적하게 되면 자성광물체 입자를 포함하는 방적사가 제조될 수 있다.

<실시예 5>

도 8에서와 같이, 자성광물체 입자를 포함하는 부직포의 제조방법(S300)은 자성광물체 입자를 포함하는 단섬유가 준비되는 단계(S310), 단섬유가 펼쳐지는 단계(S320), 카딩되어 웹 형태로 제조되는 단계(S330) 및 크로스랩핑되는 단계(S340)가 순차적으로 수행될 수 있다.

먼저, 자성광물체 입자를 포함하는 단섬유가 준비되는 단계(S310)는 앞서 설명된 실시예 4의 자성광물체 입자를 포함하는 단섬유의 제조방법(S200)으로 제조된 자성광물체 입자를 포함하는 단섬유가 준비될 수 있다.

다음으로, 단섬유가 펼쳐지는 단계(S320)가 수행될 수 있다.

여기서, 단섬유가 펼쳐지는 단계(S320)는 엉켜있는 단섬유가 얇은 시트(sheet) 상의 섬유인 웹(web)을 형성하기 위해 풀어주며 펼쳐질 수 있다.

다음으로, 카딩되어 웹 형태로 제조되는 단계(S330)가 수행될 수 있다.

카딩(carding)되어 웹 형태로 제조되는 단계(S330)는 펼쳐진 단섬유가 카드기를 통과하게 되면, 카드기의 톱니에 의해 빗질되어 웹 형태로 제조될 수 있다.

다음으로, 크로스랩핑되는 단계(S340)가 수행될 수 있다.

크로스랩핑(cross lapping)되는 단계(S340)는 웹 형태를 겹겹이 겹친 후, 롤러로 압착하게 되면 도 9에서와 같은 부직포가 제조될 수 있다.

이때, 부직포는 자성광물체 입자를 포함하는 단섬유를 사용함에 따라, 자성광물체 입자가 포함된다.

<실시예 6>

상기 실시예 5의 자성광물체 입자를 포함하는 부직포의 제조방법(S300)에 니들 펀칭되는 단계(S350)가 추가로 수행될 수 있다.

상기 니들 펀칭되는 단계(S350)를 제외한 S310, S320, S330 및 S340 단계는 앞서 설명된 실시예 5와 동일하게 수행되기에, 중복되는 내용은 생략한다.

크로스랩핑되는 단계(S340) 후에 니들 펀칭되는 단계(S350)가 수행될 수 있다.

니들 펀칭(needle punching)되는 단계(S350)는 크로스랩핑되어 제조된 부직포가 니들 펀칭기의 펀칭 바늘이 통과된 부분이 서로 엉키게 되면서 부직포가 견고하게 제조될 수 있다.

(실시예 1-1)

다음은 실시예 1을 바탕으로 흑운모 입자가 포함된 폴리프로필렌 원사가 제조되었다.

폴리프로필렌 85중량%에 입도가 1.6㎛인 흑운모 입자가 15중량% 포함된 폴리프로필렌 마스터배치 칩이 제조되었다.

폴리프로필렌 86중량%에 상기 폴리프로필렌 마스터배치 칩 14중량%가 포함되어 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 원사원료가 제조되었다.

상기 폴리프로필렌 원사원료는 직경이 2~3㎛인 방사 노즐을 사용하여 방사 온도가 210℃이며, 방사 속도가 3,000mpm의 조건으로 방사되고, 연신비가 2배의 조건으로 연신되어, 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 원사 즉, 장섬유가 제조되었다.

도 4에서와 같이 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 원사는 300데니어(denier)로 제조되었다.

(실시예 1-2)

다음은 실시예 1을 바탕으로 흑운모 입자가 포함된 폴리에스테르 원사가 제조되었다.

폴리에스테르 85중량%에 입도가 1.6㎛인 흑운모 입자가 15중량% 포함된 폴리에스테르 마스터배치 칩이 제조되었다.

폴리에스테르 86중량%에 상기 폴리에스테르 마스터배치 칩 14중량%가 포함되어 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리에스테르 원사원료가 제조되었다.

상기 폴리에스테르 원사원료는 직경이 2~3㎛인 방사 노즐을 사용하여 방사 온도가 285℃이며, 방사 속도가 3,000mpm의 조건으로 방사되고, 연신비가 2배의 조건으로 연신되어, 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리에스테르 원사 즉, 장섬유가 제조되었다.

도 5에서와 같이 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리에스테르 원사는 75데니어(denier)로 제조되었다.

(실시예 1-3)

다음은 실시예 1을 바탕으로 흑운모 입자가 포함된 폴리프로필렌 원사가 제조되었다.

폴리프로필렌 85중량%에 입도가 1.6㎛인 흑운모 입자가 15중량% 포함된 폴리프로필렌 마스터배치 칩이 제조되었다.

폴리프로필렌 90중량%에 상기 폴리프로필렌 마스터배치 칩 10중량%가 포함되어 흑운모 입자가 1.5중량% 포함된 폴리프로필렌 원사원료가 제조되었다.

상기 폴리프로필렌 원사원료는 직경이 2~3㎛인 방사 노즐을 사용하여 방사 온도가 210℃이며, 방사 속도가 3,000mpm의 조건으로 방사되고, 연신비가 2배의 조건으로 연신되어, 흑운모 입자가 1.5중량% 포함된 폴리프로필렌 원사 즉, 장섬유가 제조되었다.

(실시예 1-4)

다음은 실시예 1을 바탕으로 흑운모 입자가 포함된 폴리에스테르 원사가 제조되었다.

폴리에스테르 85중량%에 입도가 1.6㎛인 흑운모 입자가 15중량% 포함된 폴리에스테르 마스터배치 칩이 제조되었다.

폴리에스테르 90중량%에 상기 폴리에스테르 마스터배치 칩 10중량%가 포함되어 흑운모 입자가 1.5중량% 포함된 폴리에스테르 원사원료가 제조되었다.

상기 폴리에스테르 원사원료는 직경이 2~3㎛인 방사 노즐을 사용하여 방사 온도가 285℃이며, 방사 속도가 3,000mpm의 조건으로 방사되고, 연신비가 2배의 조건으로 연신되어, 흑운모 입자가 1.5중량% 포함된 폴리에스테르 원사 즉, 장섬유가 제조되었다.

(실시예 1-5)

상기 실시예 1-1의 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 원사 두 가닥을 꼬아 도 10과 같이, 150데니어(denier)를 갖는 폴리프로필렌 복합사가 제조되었다.

(실시예 4-1)

상기 실시예 1-1 또는 실시예 1-2에서 제조된 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 원사 또는 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리에스테르 원사를 상기 실시예 4를 바탕으로 도 7과 같은 단섬유가 제조되었다.

이때, 제조된 단섬유는 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 단섬유와, 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리에스테르 단섬유로 각각 제조되었다.

(실시예 5-1)

상기 실시예 4-1에서 제조된 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 단섬유 또는 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리에스테르 단섬유를 상기 실시예 5 또는 실시예 6을 바탕으로 도 9와 같은 부직포가 제조되었다.

이때, 제조된 부직포는 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 부직포와, 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리에스테르 부직포로 각각 제조되었다.

<실험예 1>

상기 실시예 5-1에서 제조된 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 부직포 시료(CCP40)의 유해물질 시험을 수행하였다.

상기 시료(CCP40)는 무게가 40g인 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 부직포가 사용되었다.

상기 유해물질 시험은 식품의약품안전처고시 제2020-85호(2020.9.9.)를 기준으로 하여, 상기 시료(CCP40)의 성상, 순도시험, 포름알데히드, 강도, 회분을 확인하였다.

여기서, 순도시험은 산 또는 알칼리에 따라, 색소에 따라, 형광증백제에 따라 상기 시료(CCP40)의 순도를 확인하였다.

또한, KS K 0731에 따라 상기 시료(CCP40)를 전처리 후, 유도 결합 플라즈마 발광 분석법과 수은 분석기(ICP-OES&mercury-analyzer)를 이용하여, 중금속 함량을 확인하였다.

또한, KS K 0147 : 2015에 따라 상기 시료(CCP40)의 아릴아민 함량을 확인하였다.

도 11 및 도 14를 참고하여 설명하면, 상기 시료(CCP40)는 성상, 순도, 포름알데히드, 강도, 회분, 중금속 함량 및 아릴아민 함량의 결과 값이 폴리프로필렌 부직포의 규격에 적합함을 확인하였다.

상기 결과로부터 폴리프로필렌 외의 수지원료(A, A-1)가 사용되어 제조된 부직포도 비슷한 결과 값을 나타낼 것이라고 유추할 수 있다.

<실험예 2>

상기 실시예 5-1에서 제조된 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 부직포 시료(TAS 40)의 유해물질 시험을 수행하였다.

상기 시료(TAS 40)는 무게가 40g인 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 부직포가 사용되었다.

여기서, KS K ISO 3071:2005를 기준으로 하여, 0.1mol/L KCl 용액을 사용하여 pH 검출기로 상기 시료(TAS 40)의 pH를 측정하였다.

또한, KS K ISO 14184-1:1998 증류수 추출법을 기준으로 하여, 상기 시료(TAS 40)의 포름알데히드를 측정하였다.

KS K 0693:2016을 기준으로 하여, 상기 시료(TAS 40)의 항균도를 확인하였다.

상기 항균도를 확인하기 위해, 시험균주로 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)과 폐렴간균(Klebsilella pneumoniae ATCC 4352)이 사용되었다.

KS K 0147:2015 및 KS K 0739:2017을 기준으로 하여, 상기 시료(TAS 40)의 아릴아민 함량을 측정하였다.

도 15를 통해, 상기 시료(TAS 40)의 pH가 6.4임을 확인하였다. 이는 아동용 섬유 제품과 내의류, 중의류의 pH 기준 값이 4~7.5이고, 외의류 및 침구류의 pH 기준 값이 4~9임을 참고하여 비교하면, 상기 시료(TAS 40)는 위의 pH 기준 값을 만족하여 아동용 섬유 제품과 내의류, 중의류, 외의류 및 침구류에 적용 가능함을 알 수 있다.

또한, 도 15를 통해, 상기 시료(TAS 40)에서 포름알데히드가 검출되지 않음을 확인하였다.

도 16을 통해, 상기 시료(TAS 40)는 황색포도상구균에 관한 항균도가 99.6%이고, 폐렴간균에 관한 항균도가 57.7%임을 확인하였다.

도 17 및 도 18을 통해, 상기 시료(TAS 40)는 아릴아민이 5mg/kg 미만으로 폴리프로필렌 부직포의 규격에 적합함을 확인하였다.

상기 결과로부터 폴리프로필렌 외의 수지원료(A, A-1)가 사용되어 제조된 부직포도 비슷한 결과 값을 나타낼 것이라고 유추할 수 있다.

<실험예 3>

상기 실시예 5-1에서 제조된 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 부직포 시료(TAS 25)의 유해물질 시험을 수행하였다.

상기 시료(TAS 25)는 무게가 25g인 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 부직포가 사용되었다.

상기 유해물질 시험은 앞서 실험예 2와 동일한 방식으로 pH, 포름알데히드, 항균도 및 아릴아민을 측정하였다.

도 19를 통해, 상기 시료(TAS 25)의 pH가 6.4임을 확인하였다. 앞서 실험예 2에서 설명된 바와 같이, 상기 시료(TAS 25)는 아동용 섬유 제품과 내의류, 중의류, 외의류 및 침구류에 요구되는 pH 기준 값을 만족하는 것을 확인하였다.

또한, 도 19를 통해, 상기 시료(TAS 25)에서 포름알데히드가 검출되지 않음을 확인하였다.

도 20을 통해, 상기 시료(TAS 25)는 황색포도상구균에 관한 항균도가 84.2%이고, 폐렴간균에 관한 항균도가 27.5%임을 확인하였다.

도 21 및 도 22를 통해, 상기 시료(TAS 25)는 아릴아민이 5mg/kg 미만으로 폴리프로필렌 부직포의 규격에 적합함을 확인하였다.

상기 결과로부터 폴리프로필렌 외의 수지원료(A, A-1)가 사용되어 제조된 부직포도 비슷한 결과 값을 나타낼 것이라고 유추할 수 있다.

<실험예 4>

상기 실시예 1-1에서 제조된 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 원사 시료(흑운모 100)의 항균력을 확인하였다.

ASTM E 2149-20을 기준으로 하여 상기 원사 시료(흑운모 100)의 항균력을 확인하였다.

상기 항균력을 확인하기 위해, 시험균주로 대장균(Escherichia coli ATCC 25922)이 사용되었다.

도 23 내지 도 25를 통해, 상기 시료(흑운모 100)는 대장균에 관한 항균력이 99.9%임을 확인하였다.

즉, 상기의 결과를 통해 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 원사를 이용하여 섬유 제품 제조 시에 대장균에 관한 항균력이 99.9%임을 유추할 수 있다.

상기 결과로부터 폴리프로필렌 외의 수지원료(A, A-1)가 사용되어 제조된 원사도 비슷한 결과 값을 나타낼 것이라고 유추할 수 있다.

<실험예 5>

본 발명에서 설명되는 복합사 시료(흑운모 50)의 항균력을 확인하였다.

상기 복합사 시료(흑운모 50)는 실시예 1-1에서 제조된 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 원사와, 폴리프로필렌 원사가 1 대 1 중량비율로 혼합 되어 제조된 복합사가 사용되었다.

상기 복합사 시료(흑운모 50)의 항균력 시험은 앞서 설명된 실험예 4와 동일한 방식으로 수행되었다.

도 26 내지 도 28을 통해, 상기 시료(흑운모 50)는 대장균에 관한 항균력이 99.6%임을 확인하였다.

상기 복합사 시료(흑운모 50)는 위의 실험예 4에서 사용된 원사 단독 사용되었을 때보다 대장균에 관한 항균력이 낮게 나왔지만, 그 항균 값에 미미한 차이가 있음을 확인하였다.

즉, 본 발명의 흑운모 입자가 포함된 원사를 일반적인 원사에 혼합하여 복합사를 제조하여도 대장균에 대한 항균력을 가질 수 있음을 알 수 있다.

또한, 상기 결과로부터 폴리프로필렌 외의 수지원료(A, A-1)가 사용되어 제조된 원사를 이용하여 제조되는 복합사도 비슷한 결과 값을 나타낼 것이라고 유추할 수 있다.

<실험예 6>

본 발명에서 사용되는 자성광물체 중 흑운모 입자에서 라돈과 토론 검출 여부를 확인하였다.

이때, 아크릴 상자에 상기 흑운모 입자를 넣고, 그 위에 라돈 측정기와 토론 측정기를 각각 올려놓은 상태에서 라돈과 토론을 각각 측정하였다.

그 결과, 본 발명에서 사용되는 흑운모 입자에서 라돈과 토론이 검출되지 않았음을 확인하였다.

이에, 본 발명에서 사용되는 흑운모 입자의 안정성을 확보하였음을 알 수 있고, 이를 이용하여 원사, 단섬유, 부직포, 원단 등을 활용하여 섬유제품을 제조할 수 있다.

<실험예 7>

상기 실시예 4-1에서 제조된 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리에스테르 단섬유 시료(타즈 섬유)의 항균력을 확인하였다.

여기서, KS K 0693:2016을 기준으로 하여, 상기 시료(타즈 섬유)의 항균도를 확인하였다.

상기 항균도를 확인하기 위해, 시험균주로 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)과 폐렴간균(Klebsilella pneumoniae ATCC 4352)이 사용되었다.

도 29를 통해, 상기 시료(타즈 섬유)는 황색포도상구균에 관한 항균도가 95.5%이고, 폐렴간균에 관한 항균도가 99.5%임을 확인하였다.

이에, 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리에스테르 단섬유를 이용하여 섬유 제품 제조할 경우에는 위와 같은 항균도 값을 가질 것이라 유추할 수 있다.

상기 결과로부터 폴리에스테르 외의 수지원료(A, A-1)가 사용되어 제조된 단섬유도 비슷한 결과 값을 나타낼 것이라고 유추할 수 있다.

<실험예 8>

상기 실험예 7에서 사용된 시료(타즈 섬유)의 원적외선 방사율과 방사에너지를 확인하였다.

상기 시료(타즈 섬유)는 실시예 4-1에서 제조된 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리에스테르 단섬유가 사용되었다.

여기서, 상기 시료(타즈 섬유)의 원적외선 방사에너지 확인 방법은 KFIA-FI-1005를 기준으로, 상기 시료를 37℃에서 적외선 분광광도계(FT-IR spectrometer)를 이용하여 흑체(black body) 대비 측정하였다.

도 30을 통해, 상기 시료(타즈 섬유)는 5~20㎛ 파장의 원적외선 방사율이 0.886이며, 방사에너지가 3.42×10²W/㎡·㎛임을 확인하였다.

이에, 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리에스테르 단섬유를 이용하여 섬유 제품 제조할 경우에는 위와 같은 원적외선 방사율과 방사에너지 값을 가질 것이라 유추할 수 있다.

상기 결과로부터 폴리에스테르 외의 수지원료(A, A-1)가 사용되어 제조된 단섬유도 비슷한 결과 값을 나타낼 것이라고 유추할 수 있다.

<실험예 9>

아래 방법에 따라 제조된 방호복의 원적외선 방사율과 방사에너지를 확인하였다.

상기 방호복은 상기 실시예 1-1에서 제조된 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 원사를 이용하여 제조된 스펀본드(spunbond) 부직포가 사용되었다.

상기 스펀본드 부직포는 상기 실시예 1-1에서 제조된 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 원사를 이용하여 공지의 스펀본드 부직포 제조방법으로 제조되었다.

여기서, 상기 방호복의 원적외선 방사율과 방사에너지 확인 방법은 앞서 설명된 실험예 8과 동일한 방법으로 수행되었다.

도 31을 통해, 상기 방호복은 5~20㎛ 파장의 원적외선 방사율이 0.901이며, 방사에너지가 3.47×10²W/㎡·㎛임을 확인하였다.

즉, 위의 시험 결과를 통해 흑운모 입자가 2중량% 포함된 폴리프로필렌 원사는 위와 같은 원적외선 방사율과 방사에너지 값을 가질 것이라 유추할 수 있다.

상기 결과로부터 폴리프로필렌 외의 수지원료(A, A-1)가 사용되어 제조된 스펀본드 부직포 또는 스펀본드 부직포 방호복도 비슷한 결과 값을 나타낼 것이라고 유추할 수 있다.

<실험예 10>

상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-4에서 제조된 흑운모 입자가 포함된 원사를 이용하여 제조된 원단의 세탁에 따른 견뢰도를 확인하였다.

이때, 상기 원단을 가정용 세탁기에 넣고 세탁 30분, 헹굼 2회, 탈수 1회로 하여 연속 5회 실시하였다. 여기서, 세탁 및 헹굼에 사용되는 물의 온도는 40±1℃로 설정하였다.

그 결과, 상기 원단은 물 빠짐이 발생되지 않고, 항균 및 항곰팡이성의 기능이 저하되지 않았음을 확인하였다.

<실험예 11>

상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-4에서 제조된 흑운모 입자가 포함된 원사를 이용하여 제조된 원단의 사용 전, 후에 따른 뇌파를 측정하였다.

뇌파는 뇌의 전기적 활동에 의해서 일어나는 두피상의 두 점 사이의 전위 변동을 연속적으로 기록한 것이다.

상기 뇌파 측정 방법은 뇌파 측정기를 사용자 머리에 두른 후, 사용자의 목 또는 머리에 상기 원단을 맞닿도록 배치하면서 누워 있는 상태에서 뇌파를 영상화하여 육안으로 확인하였다.

도 32는 상기 원단 사용 전의 왼쪽과 오른쪽의 뇌파를 측정한 결과로, 델타파, 세타파와 알파파 영역이 활성화되어 있음을 확인하였다.

도 33은 상기 원단 사용 후의 왼쪽과 오른쪽의 뇌파를 측정한 결과로, 원단 사용 전에서 관찰된 델타파, 세타파와 알파파 영역의 활성화가 상대적으로 감소되었음을 확인하였다.

즉, 도 32 및 도 33을 통해, 상기 원단 사용 전보다 사용 후에 뇌파가 안정화되었음을 육안으로 확인하였다. 이는 혈액 속에 용해되어 있는 여러 성분이 흑운모 입자에서 발생되는 자기장의 영향을 받아 이온화된다. 이를 전해질 해리가 하는데, 증가된 이온으로 인하여 혈액의 흐름이 원활하게 되어 자율신경계의 조절을 용이하게 하여 혈액순환이 촉진되는 것이다.

따라서 상기 원단을 이용하여 이불, 패드, 베개, 안대 등의 침장제품으로 사용하게 되면, 뇌의 혈액순환을 도와 숙면을 취할 수 있거나, 불면증을 개선시키거나, 명상에 효과가 있는 이점이 있다.

위의 실험예들을 통해 상기 흑운모 입자가 포함된 원사는 흑운모 입자에서 발생되는 자기장의 영향으로 인해 사용자의 혈액순환을 촉진시키며, 항균 및 항곰팡이성을 갖는 기능성 섬유제품을 제조할 있다.

여기서, 상기 기능성 섬유제품은 의류용, 생활용뿐만 아니라, 의료용, 위생용, 산업용 섬유 등의 다양한 산업에 적용할 수 있다.

예컨대, 의류용은 내의, 외의, 속옷, 양말, 유아용 의류 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

예컨대, 생활용은 이불, 패드, 베개, 안대 등의 침장용 또는 블라인드, 커튼, 암막지, 벽지 등의 인테리어용 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

예컨대, 의료용은 의료진 가운, 병상용 패드 및 이불, 환자복 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

예컨대, 위생용은 마스크, 생리대, 기저귀 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

예컨대, 산업용은 에어, 수처리 또는 오일 필터, 부직포 원료 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 결과로부터 흑운모 입자 외의 자성광물체 입자가 포함된 원사로 제조된 원단을 사용하게 되면, 자성광물체 입자에서 발생되는 자기장의 영향으로 인해 뇌파가 안정화될 수 있음을 유추할 수 있다.

본 발명은 자성광물체 입자를 포함하는 원사 및 이의 제조방법으로, 원적외선을 방사하고, 항균성 및 항곰팡이성을 갖는 자성광물체 입자를 원사를 대량생산할 수 있는 산업상 이용가능한 발명이다.

Claims (9)

1. 수지원료(A)에 입도가 0.1 내지 1.6㎛인 흑운모 입자가 분산되고, 니더기에 의해 110 내지 300℃의 온도에서 200 내지 500rpm의 속도로 회전되어 흑운모 입자가 포함된 마스터배치 칩이 제조되는 단계;
   수지원료(A-1)에 상기 마스터배치 칩이 110 내지 300℃의 온도에서 용융 혼합되어, 흑운모 입자가 포함된 원사원료가 제조되는 단계; 및
   흑운모 입자가 포함된 원사원료가 용융 방사, 냉각 및 연신비가 1.5 내지 3배로 연신이 순차적으로 수행되어, 흑운모 입자를 포함하는 원사가 제조되는 단계;가 포함되고,
   수지원료(A, A-1)는 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 중 선택되는 어느 하나가 포함되며,
   용융 방사는 방사 온도가 110 내지 300℃이고, 방사 속도가 1,500 내지 3,500mpm이며,
   흑운모 입자를 포함하는 원사는 흑운모 입자가 3중량% 이하가 포함되어 원적외선을 방사하되, 라돈과 토론이 검출되지 않는 것을 특징으로 하는, 흑운모 입자를 포함하는 원사의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   흑운모 입자를 포함하는 원사의 제조방법은,
   상기 원사의 정전기를 방지하기 위한 약품 처리 후, 0.5 내지 1.5시간 건조되는 약품 처리 및 건조되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 흑운모 입자를 포함하는 원사의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   흑운모 입자를 포함하는 원사의 제조방법은,
   상기 원사가 보빈에 권취되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 흑운모 입자를 포함하는 원사의 제조방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 흑운모 입자를 포함하는 원사.
9. 청구항 8의 흑운모 입자를 포함하는 원사가 포함된 섬유제품.

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