KR20000034356A - 맥반석을 함유하는 복합 기능성 폴리프로필렌 장섬유 부직포의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리프로필렌을 소재로 하는 장섬유 부직포에 원적외선 방사기능과 항균, 소취기능을 동시에 부여하는 맥반석을 함유하는 폴리프로필렌 장섬유 부직포의 제조방법에 관한 것으로, 평균입경이 0.5∼1.5㎛인 맥반석 미립자를 폴리머에 대하여 10∼30중량%, 하기 식(1)로 표시되는 실리카계의 소취제 0.3∼1.0중량%, 옥시비스 페녹사진계의 유기 항균제 0.5∼2.0중량%를 함유하는 마스터 배치와 통상의 범용 폴리프로필렌 수지를 혼련하여 방사함을 특징으로 하는 맥반석을 함유하는 복합 기능성 폴리프로필렌 장섬유 부직포의 제조방법으로서,

m ·SiO₂n ·H₂O · ZnO ...... 식 (1)

(여기서 m, n은 정수이다.)

본발명 부직포는 제조원가가 저렴하여 위생재, 포장재등 각종 생활용품에 널리 사용되어질 수 있는 공업적으로 유용한 복합기능성 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 얻을수 있다.

Description

맥반석을 함유하는 복합 기능성 폴리프로필렌 장섬유 부직포의 제조방법

본 발명은 폴리프로필렌을 소재로 하는 장섬유 부직포에 원적외선 방사, 항균 및 소취기능을 동시에 부여하는 것을 특징으로 하는 복합 기능성 폴리프로필렌 장섬유 부직포의 제조방법에 관한 것이다.

부직포는 섬유 산업중 최근에 급성장 하고 있는 분야로서 의류, 의류 부자재를 비롯하여 토목, 건축용 부자재, 자동차의 내장재등 각종 산업자재용과 생활용품, 위생 재료등으로 그 용도가 대폭 확대되어 가고 있다. 또한 부직포의 고성능화와 용도 다변화를 위해 소비자의 요구 물성을 충족시킬수 있는 고기능화 및 고성능화를 위한 개발이 요구되어지고 있으며, 일부 품목은 상품화가 진행되고 있다.

폴리프로필렌 장섬유 부직포는 부직포 분야중에서도 가장 광범위한 영역을 차지하고 있으며 의류용 및 산업 자재 용도로 매년 수요가 증가되고 있는 추세이고 커버스톡류 및 메디칼 가운 등의 위생재와 수트케이스, 이불 커버, 퀼팅, 포장재등 생활용품으로 그 수요가 대폭 확대되고 있다.

이들 용도 중에는 세균의 번식을 억제하는 항균기능 및 악취 발생을 억제하는 소취기능등의 복합 기능을 요구하는 경우와 원적외선 방출기능등의 복합기능에대한 요구가 많아지고 있다. 사회가 점차적으로 고도화, 복합화됨에 따라 좁은 공간에서의 업무량은 많아지고, 특히 일조량이 적은 지하공간에서 활동하는 시간이 길어짐에 따라 세균등과 같은 미생물과 자주 접촉하게 되어, 직간접으로 이러한 환경에 많은 영향을 받게 된다. 특히 각종 섬유 제품에는 인체에서 분비된 땀, 지방, 단백질 및 기타 유기물이 부착되어, 세균등 미생물의 서식에 유리한 환경을 제공하여 각종 미생물이 번식하게 되며 증식된 미생물은 유기물을 분해하여 악취를 발생시키고, 섬유제품을 착색, 오염시킬뿐만 아니라 접촉 및 감염으로 질병을 유발시킨다. 특히 섬유에 서식하는 각종 미생물은 섬유를 손상시키는 원인외에 세균이 서식된 섬유와 인체가 접촉시 치명적인 질병을 유발하기도 한다. 더구나 생활수준이 향상되면서 합성섬유보다 면이나 양모와 같은 천연섬유를 선호하게 됨에 따라 아파트 등 집단주택 거주현상은 세균의 번식을 용이하게 하고 있으며, 장마철이나 동절기에는 그 피해가 더욱 심각하고, 유아 및 노년층, 병약자등에게는 세균에 대한 면역성이 낮아 감염될 확률이 매우 크다. 이에 따라 일본 공개특허 소59-134418, 일본공개특허 소61-17567등에서는 범용 합성섬유인 PET섬유에 금속 화합물이나 지르코니아 함유 액상제를 스프레이법으로 도포하는 방법이 소개되고 있으나, 세탁 내구성을 요구하는 의류용 제품에는 부적합하고, 이러한 점을 개선하기 위하여 기능성입자를 마스터 배치에 의해 항균금속이 치환된 무기계 지오라이트를 섬유 내부에 분산시키거나, 일본 공개특허 소61-234390, 일본 공개특허 소62-28876, 일본 공개특허 소62-101643등에서는 산화물계 세라믹을 이용하는 방법이 개발되어 세탁내구성 문제는 개선된 반면 강력한 수분흡수 능력을 갖는 지오라이트 사용으로 용융방사시 많은 문제점을 발생시키고 색조불량의 원인이 되고 있다. 또한 이러한 종래의 방법들은 입자들의 분산성조절이 어렵고, 다양한 입자의 투입이 어려워 기능의 복합화가 사실상 어려운 형편에 있다. 항균 방취가 미생물에 대한 악취 발생을 방지하는 기능을 가지나, 소취는 발생시킨 악취를 중화, 산화, 흡착등의 방법으로 제거하는 기능을 갖고 있다.

항균 및 소취 기능을 부직포에 부여하는 종래의 방법으로는 부직포를 제조하는 공정중 주로 스프레이법에 의한 후처리 방법이 행하여 지고 있으나, 공정 작업성의 어려움과 마찰이나 세탁에 의한 내구성 저하 및 의료용 부직포의 경우 인체에 대한 안전성등의 문제점을 안고 있다.

따라서 상기와 같은 문제점등을 개선하기 위하여 본발명 출원인은 다공성 미

립자에 의한 큰 표면적을 갖는 무기계 항균제를 장섬유중에 함유시켜 항균성을 갖는 PP 장섬유 부직포를 개발하여 선출원(특허출원 제93-12277호) 하였으나, 무기계 항균제로서 보편적으로 사용하는 다공성 지올라이트는 지올라이트 자체의 수분 흡착 특성으로 인하여 부직포 제조시 수분에 의한 용융점도 저하, 방사성 및 물성저하, 색조 불량등의 문제점이 있다. 또한 지올라이트계가 아닌 무기계 항균제는 우수한 항균성 및 물성 저하가 적은 반면 항균제 자체의 가격이 고가인 관계로 실용성이 떨어지는 폐단이 있다.

최근에 세균등 유해물질의 흡착력이 우수하고 유효 미네랄 방출이 가능하여 원적외선을 방출하는 천연광물인 맥반석을 이용하여 소취기능과 항균기능을 갖는 합성섬유 부직포가 개발 연구되고 있으나, 입자간 인력이 강하고 미세 다공이 많은 맥반석은 입자 분산성 조절 및 혼련이 매우 힘들고, 세사를 방사하고자 할 때 미립자에 의한 방사압력 상승으로 사절발생 및 사 불균일 현상이 일어나 방사성을 크게 저하시키게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 원적외선의 방사 성능과 다공질에 의한 강력한 흡착력 및 항균성을 갖고 있는 천연광물인 맥반석 입자를 소취제와 혼합하여 마스터 배치 칩(Master Batch chip)을 만들고, 이를 통상의 폴리프로필렌 수지와 혼합 방사함으로써 항균, 소취 및 우수한 원적외선 방사기능 등의 복합 기능성을 부여한 폴리프로필렌 부직포를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명에서 사용하는 맥반석 입자는 화성암류중 석영반암에 속하는 것으로, 긴 세월동안 풍화작용 등으로 점토화 된 장석의 반정과 석영의 결정이 고루 섞여 있는 원석을 다공성 구조를 갖고 있어 수은, 카드뮴등 유해성분을 흡착하고 미네랄을 용출하는 기능이 있다.

따라서 본 발명자는 평균입도 이하의 분포가 60% 이상으로 이루어지는 맥반석 미립자에 옥시비스 페녹사진계의 유기 항균제와 실리카계의 소취제를 첨가하여서 만든 마스터 배치 칩을 이용하여 복합기능성 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 제조하게 되었다.

본 발명은 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 제조함에 있어서, 범용의 폴리프로필렌 수지의 칩과 맥반석의 미립자와 옥시비스 페녹사진계의 유기 항균제 및 하기 식(1)으로 표시되는 실리카계 흡착형 소취제를 함유하는 마스터 배치 칩을 혼합 방사하여,

m ·SiO₂n ·H₂O · ZnO ... ... 식(1)

(여기서 m, n은 정수이다.)

복합기능성 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 제조하게 되는 것으로, 옥시비스 페녹사진계 유기항균제와 상기 식(1)로 표시되는 실리카계 흡착형 소취제의 첨가량은 옥시비스 페녹사진계의 유기 항균제가 폴리프로필렌 수지에 대하여 0.5∼2.0중량%, 실리카계의 흡착형 소취제가 폴리프로필렌 수지에 대하여 0.3∼1.0중량% 첨가한다. 또한 맥반석 미립자의 평균입경은 0.5∼1.5㎛이며 투입량은 폴리프로필렌 수지에 대하여 10∼30중량%로 하는 것이 바람직하다.

유기항균제를 0.5중량% 보다 적게 첨가하면 항균효과가 적어 세균등 미생물의 서식에 유리한 환경을 제공하게 되고 2.0중량% 보다 많을 경우에는 최종 생성 부직포를 착색 오염시키므로 바람직하지 않다. 또한 실리카계의 소취제를 0.3중량% 보다 적게 첨가하면 소취 효과가 불충분하고 1.0중량% 보다 많을 경우 방사성이 떨어지고 섬유의 기계적 강도가 손상되는 장애가 나타나므로 바람직하지 못하다.

맥반석의 입도는 미립자일수록 좋으나 1.5㎛ 보다 입경이 크면 방사에 문제가 발생하며 10중량% 미만 사용하면 항균 소취효과가 떨어지고 30중량% 보다 초과하여 사용하면 입자분산성 조절이 안되어 방사성을 저하시키므로 첨가량은 10∼30중량%로 하는 것이 가장 바람직하다.

이하 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명한다.

실시예 1

용융지수가 15이고 평균입경 200㎛의 폴리프로필렌 파우더 78중량%, 평균 입경 0.5∼1.5㎛의 맥반석 미립자 10중량%, 항균제로서 옥시비스 페녹사진계의 유기항균제인 10,10'- 옥시비스 페녹사진 파우더 0.5중량%, 소취제로는 실리카계로서 상품명 "슈크린즈"(일본 라사 공업사 제품) 0.4중량%, TiO2분말 2.5중량%, 열안정제로서 이가녹스 1010 (시바가이기사 제품) 0.1중량%, 퍼록사이드(일본화약(주)제품) 0.4중량%를 혼합기에 넣고 혼합한후 트윈 스크류가 장착된 용융압출기를 이용하여 스크류 회전속도 200∼250rpm, 용융온도 200∼220℃의 조건에서 마스타배치 칩을 제조한다. 제조된 칩을 진공 건조기에서 120℃×4시간 조건에서 건조한 후 용융지수 35의 부직포용 폴리프로필렌 칩과 1:9로 혼련하여 210℃에서 용융 방사하고 웹형성 및 열접착 공정을 거쳐 원적외선 방사성,항균 및 소취성등의 복합 기능성을 보유하는 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 제조하여 물성을 평가하여 결과를 표 1에 표시하였다.

실시예 2

실시예 1에 있어서 평균 입경 0.5∼1.5㎛의 맥반석 미립자 10중량%, 유기 항균제로서 10,10'- 옥시비스 페녹사진 파우더 1.0중량% 및 소취제로서 실리카계의 상품명 "슈크린즈"(일본 라사 공업사 제품) 0.5중량%를 사용하여 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 결과를 표 1에 표시하였다.

실시예 3

실시예 1에 있어서 맥반석 미립자 20중량%, 유기 항균제로서 10,10'- 옥시비스 페녹사진 파우더 2.0중량% 및 소취제로서 실리카계의 상품명 "슈크린즈"(일본 라사 공업사 제품) 0.8중량%를 사용하여 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 결과를 표 1에 표시하였다.

실시예 4

실시예 1에 있어서 맥반석 미립자 30중량%, 유기 항균제로서 10,10'- 옥시비스 페녹사진 파우더 2.0중량% 및 소취제로서 실리카계인 상품명 "슈크린즈"(일본 라사 공업사 제품) 1.0중량%를 사용하여 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 결과를 표 1에 표기하였다.

실시예 5

실시예 1에 있어서 맥반석 미립자 10중량%, 유기 항균제로서 10,10'- 옥시비스 페녹사진 파우더 2.0중량% 및 소취제로서 실리카계인 상품명 "슈크린즈"(일본 라사 공업사 제품) 0.5중량%를 사용하여 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 결과를 표 1에 표기하였다.

실시예 6

실시예 1에 있어서 맥반석 미립자 10중량%, 유기 항균제로서 10,10'- 옥시비스 페녹사진 파우더 2.0중량% 및 소취제 첨가제 Ⅱ인 실리카계로서 상품명 "슈크린즈"(일본 라사 공업사 제품) 10중량%를 사용하여 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 결과를 표 1에 표기하였다.

비교 실시예 1

실시예 1에 있어서 맥반석 미립자 5중량%, 유기 항균제로서 10,10'- 옥시비스 페녹사진 파우더 20중량% 및 소취제로서 실리카계의 상품명 "슈크린즈"(일본 라사 공업사 제품) 10중량%를 사용하여 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 결과를 표 1에 표기하였다.

비교 실시예 2

실시예 1에 있어서 맥반석 미립자 10중량%, 유기 항균제로서 10,10'- 옥시비스 페녹사진 파우더 30중량% 및 소취제로서 실리카계의 상품명 "슈크린즈"(일본 라사 공업사 제품) 10중량%를 사용하여 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 결과를 표 1에 표기하였다.

비교 실시예 3

실시예 1에 있어서 유기 항균제로서 첨가제 10,10'- 옥시비스 페녹사진 파우

더 10중량% 및 소취제로서 실리카계의 상품명 "슈크린즈"(일본 라사 공업사 제품) 7중량%를 사용하여 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 실험을 행하였으며 결과를 표 1에 표기하였다.

비교 실시예 4

용융지수 35의 부직포용 폴리프로필렌 칩과 TiO2 마스타 배치(2.5중량%)를 9:1로 혼련하여 210℃에서 용융 방사하고 웹형성 및 열접착 공정을 거쳐 일반적인 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 제조하여 물성을 평가하여 결과를 표 1에 표기하였다.

실시예 및 비교 실시예에 사용된 각종 평가 방법을 기술하면 하기와 같다.

◆ 원적외선 및 적외선 열화상 측정

FT-IR을 이용하여 원적외선 영역의 파장인 4∼20㎛에서의 방사율을 측정하였으며, 적외선 열화상 측정장치(Thermotracer 6T62)를 사용하여 시료의 승온효과를 측정하여 시료의 표면 온도상승 효과를 상대 비교하였다.

◆ 항균성 평가

일본 섬유 제품 위생 가공 협회 평가 규격인 쉐이크 플라스크(Shake Flask)법에 의하여 항균성능을 평가하였다. 즉, 황색 포도 상구균을 한천 배지에 접종하여 37℃에서 27시간 배양한 균을 접종원으로 하여 시험편에 접종한후 일정량의 액체를 가하여 시험편으로부터 세균을 액중에 추출시킨뒤 처리포와 미처리포의 액중에 잔존하는 세균의 수를 측정하여 항균제에 의한 세균의 감소 백분율을 계산 하였다.

◆ 소취성 평가

2L 용기중에 500ppm의 암모니아 기스농도를 유지한 분위기에서 시료 10g을 설치하여 2시간후 용기중에 잔존하는 암모니아 농도를 측정하여 농도를 측정하여 농도 감소율을 기준한 소취율을 계산한다. 같은 방법으로 유화수소 가스에 대해서도 2L 용기중에 유화 수소 가스를 100 ppm 유지 하고 시료 10g을 설치 하여 24시간후 용기중에 잔존하는 유화 수소기스 농도를 측정하여 소취율을 계산한다. 소취 성능은 암모니아 가스의 경우 90%, 유화 수소 가스의 경우 80% 이상이면 우수한 것으로 판정한다.

◆ 부직포의 강도 및 신도

ASTM D 5035 컷 스트립(Cut Strip)법에 의하여 부직포의 강도 및 신도를 평가 하였다.

◆ 내후성 평가

ASTM G-26 기준에 의거 웨더 - O - 메타 (Weather - O - Meter)에 의한 색 변색 여부를 그레이 스케일 (Grey - Scale)로 판정하였다. 5급인 경우는 전혀 색의 변색이 없는 경우임.

표 1

항목예	원적외선 방사율(%)	항균성(%)	소취성(농도감소율%)	부직포물성
			암모니아	유화수소	강도(㎏/Inch)	신도(%)	내후성(급)
실시예 1	0.96	99	99	85	6.3	170	5
실시예 2	0.96	99	99	85	5.8	160	5
실시예 3	0.98	99	99	85	5.4	150	4∼5
실시예 4	0.98	99	99	85	5.0	140	4∼5
실시예 5	0.96	99	99	85	5.2	155	4
실시예 6	0.96	99	99	88	5.0	144	4
비교예 1	0.88	99	99	85	6.0	170	5
비교예 2	0.96	99	99	88	4.8	140	3∼4
비교예 3	0.50	99	99	85	6.3	170	5
비교예 4	0.50	20	30	20	6.4	175	5

본발명 맥반석을 함유하는 폴리프로필렌 장섬유 부직포는 원적외선 방사기능 및 항균, 소취기능을 동시에 발휘하므로 각종 위생재, 포장재등 생활용품에 널리 사용되어지며, 제조원가가 저렴한 이점을 가진 공업적으로 유용한 복합 기능성 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 얻을수 있다.

Claims (1)

1. 폴리프로필렌 장섬유 부직포를 제조함에 있어서, 평균입경이 0.5∼1.5㎛인 맥반석 미립자를 폴리머에 대하여 10∼30중량%, 하기 식(1)로 표시되는 실리카계의 소취제 0.3∼1.0중량%, 옥시비스 페녹사진계의 유기 항균제 0.5∼2.0중량%를 함유하는 마스터 배치와 통상의 범용 폴리프로필렌 수지를 혼련하여 방사함을 특징으로 하는 맥반석을 함유하는 복합 기능성 폴리프로필렌 장섬유 부직포의 제조방법

   m ·SiO₂n ·H₂O · ZnO ...... 식 (1)

   (여기서 m, n은 정수이다.)