KR20000054611A - 키토산과 셀룰로오스로 조성된 스킨-코어 단섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셀룰로오스 섬유에 키토산이 고르게 피복되어 내부의 셀룰로오스 코어층과 외부의 키토산 스킨층이 서로 밀착되어서 형성된 키토산과 셀룰로오스의 스킨-코어 단섬유에 관한 것이다. 본 발명에서는 키토산을 용매에 용해시킨 키토산용액을 사용하여 셀룰로오스 섬유에 키토산을 도포 고화시키는 과정을 통하여 외부 키토산 스킨층과 내부 셀룰로오스 코어층의 콘쥬게이트로 구성된 스킨-코어 단섬유가 제조되며, 단섬유의 표면에 존재하는 키토산의 기능이 극대화된 스킨-코어 단섬유가 제공된다. 이단섬유는 항균성, 지혈작용, 생체조직 배양 등의 기능을 갖는 의료용 피복물의 원료물질로 적용이 가능하고 생체적합성, 항균성, 항취성 등의 기능성을 갖는 의류, 시트, 종이용 재료의 원료섬유로 사용될 수 있는 것이다.

Description

키토산과 셀룰로오스로 조성된 스킨-코어 단섬유 {Skin-core short fiber comprising chitosan and cellulose}

본 발명은 셀룰로오스 섬유에 키토산을 전면적으로 피복시키고 밀착시켜서, 내부는 셀룰로오스로 조성된 코어층을 외부는 키토산으로 조성된 스킨층을 형성시킨 셀룰로오스와 키토산의 두 고분자 성분을 갖는 스킨-코어 단섬유에 관한 것이다.

키토산과 셀룰로오스는 자연계로부터 풍부하게 얻어질 수 있으며, 상품으로 널리 공급될 수 있는 물질이다. 키토산은 자연계에 존재하는 키틴을 탈아세틸화되어 얻어진다. 키틴은 게, 새우, 가재, 갑오징어, 곤충 등의 껍질에 존재하는 천연물질이고 천연고분자인 폴리(N-아세틸-D-글루코사민)으로 얻어진다. 키틴은 물과 대부분의 용매에도 잘 용해되지 않으며 섬유, 필름 등의 제조를 위한 용액을 얻기 어렵다.

미국특허 제3,533,940호에 의하면 키틴으로부터 키토산이 제조될 수 있으며, 키토산은 초산 등과 같은 유기산 수용액에 용해되어 섬유, 필름 등을 성형할 수 있는 용액으로 만들어질 수 있다.

키토산은 독성이 없고 생분해가 가능하여 생체친화성을 가지며, 세포의 결합 및 생체조직배양, 항균성, 지혈작용, 생체적합성 등의 생체학적 특성이 있는 것으로 알려져 있다.

셀룰로오스는 자연계의 식물로부터 널리 얻어질 수 있는 천연물질로서 면, 마, 펄프 등과 같이 섬유의 형태로 얻어진다. 셀룰로오스는 인간의 일상생활과 밀접한 관계를 갖고 있으며, 옷, 종이, 나무 등 편리한 인간생활을 영위하는데 필수 불가결한 존재이고 과거부터 현재뿐만 아니라 미래에까지 다양하게 활용될 수 있는 대표적인 섬유소재이다.

최근 키틴, 키토산이 갖고있는 독특한 성질이 알려지면서 이를 인간생활에 유익하게 활용하고자 하는 노력이 이루어지고 있다. 그 한 방법으로 섬유를 만들어서 피부와 접촉하는 부위에 적용시켜 항균성, 생체적합성 등 기능을 나타내도록 사용하는 것이 심도 있게 개발되고 있다.

미국특허 제4,029,727호에서는 키틴을 무수 유기용매에 용해시켜서 비교적 고강도섬유 또는 필름을 제조할 수 있음을 설명하고 있다. 여기서는 유기용매로서 트리클로로아세트산 등을 사용하고 있어서 키틴의 용해는 용이하나 환경적인 문제를 고려할 때 널리 활용하기는 어렵다.

미국특허 제4,699,135호에서는 키틴을 염화리튬을 함유한 디메틸아세트아미드 등 극성유기용매에 용해시켜서 키틴섬유를 제조하고 있으며 초산수용액에 용해시킨 키토산용액으로부터 얻은 키토산섬유도 제공하고 있다.

미국특허 제5,897,821호에서는 키토산을 소디움치오시아네이트 수용액에 용해시킨 키토산용액을 습식방사하여 섬유를 제조하는 것을 공개하고 있다.

한편, 미국특허 제5,900,479호에서는 키토산을 유기산 수용액에 용해시킨 키토산 용액을 사용하여 불용성인 키틴성분의 필름, 필라멘트 및 섬유를 제조하는 방법을 제시하고 있다.

이상과 같이 키틴 또는 키토산을 원료물질로 사용하여 제조한 키틴섬유 또는 키토산섬유에 관한 기술은 많이 공개되고 있으며, 키틴섬유 또는 키토산섬유를 사용하여 생체학적, 위생학적 특성을 갖는 제품을 만들 수 있는 것이 공개되고 있다.

셀룰로오스와 키토산은 폴리사카라이드계 고분자물질로서 구조적으로 매우 유사한 것으로 알려져 있으며, 이들 두 고분자간에는 상당한 친화성이 있는 것으로 보고되고 있다.

노구찌 등( Kobunshi Kagaku, 30, 320-326, 1973 )은 셀룰오즈 잔테이트와 키틴 잔테이트 알카리용액에서 셀룰로오스와 키틴의 복합섬유를 제조하였으며, 하세가와 등( J. Appl. Polym. Sci., Vol. 45, 1837-1879, 1992 )에서는 셀룰로오스와 키토산을 삼불화초산에 용해시켜서 용액을 얻고 이로부터 셀룰로오스와 키토산의 브랜드 필름을 제조할 수 있음을 알려주고 있다.

히라노 ( Biotechnol. Ann. Rev., Vol. 2, 237-258, 1996 )에 의하면 키틴섬유 및 셀룰로오스와 키틴의 복합섬유로 만들어진 직물 뿐 아니라 키토산이 코팅된 합섬직물이 습윤성, 항균성, 항취성 등의 기능이 나타남이 알려지고 있다.

미국특허 제5,114,788호에서는 키토산을 함유한 합성수지 용액에 면직물을 침지하여 흡수성을 갖는 직물을 제조할 수 있음을 제시하고 있다.

또한 미국특허 제5,306,550호에서는 셀룰로오스 섬유와 키토산의 산수용액과 열가소성 수지를 혼합하여 생분해성 복합체를 만들 수 있음을 보여주고 있다.

셀룰로오스와 키토산은 화학적으로나 물리적으로 서로 상당히 친화성을 갖고 있음을 알 수 있으며 그 예로 셀룰로오스와 키토산의 블렌드섬유를 제조하거나, 셀룰로오스 섬유와 키토산의 복합체를 제조하거나, 면직물에 키토산을 함유한 수지를 코팅한 기능성 직물을 제조하는 것이 알려지고 있다.

이상과 같이 키토산이 함유되어 있는 의류, 직물, 시트, 섬유 등은 키토산이 갖고 있는 기능과 유사한 생체학적, 위생학적 기능을 나타낼 수 있음이 알려지고 있다. 이를 위하여 지금까지는 키토산 섬유, 셀룰로오스-키토산 블렌드섬유, 셀룰로오스 섬유-키토산 복합체, 키토산을 함유한 수지가 코팅된 직물 등의 소재를 제조하여 사용하는 것이 제시되고 있다.

그러나 이들은 모두 섬유표면에 부분적으로 키토산을 코팅한 제품 및 그 제조방법을 제시하고 있을 뿐 섬유의 전 표면을 키토산으로 완전히 피복한 컨쥬게이트섬유는 제공하지 못하고 있다.

본 발명에서는 셀룰로오스와 키토산의 충분한 친화성을 활용하여 셀룰로오스와 키토산의 두 가지 고분자 물질로 조성되고 내부는 셀룰로오스 코어층으로 구성되고 외부를 키토산 스킨층으로 구성된 스킨-코어 단섬유를 제공하고 있으며, 이는 셀룰로오스 섬유를 이용하여 셀룰로오스 표면에 전면적인 피복성과 조건선택에 의한 충분한 밀착성을 부여하므로서 셀룰로오스와 키토산이 콘쥬게이트를 이루고 있는 스킨-코어 단섬유를 얻을 수 있기 때문이다.

본 발명은 셀룰로오스와 키토산의 두 고분자 물질로 조성되고, 내부는 셀룰로오스 코어층이 형성되고, 외부는 키토산 스킨층이 형성된 키토산과 셀룰로오스 이 성분의 스킨-코어 단섬유에 관한 것이다. 본 발명은 내부 코어층을 구성하는 셀룰로오스 섬유에 친화성처리를 시켜서 키토산 용액을 일정하게 침지 도포 시킨 다음 고화처리 및 건조시켜 내부 코어층의 셀룰로오스와 외부 스킨층의 키토산이 서로 밀착되어 있는 스킨-코어 단섬유를 제공하는 것이다.

본 발명은 두 가지 고분자 물질 즉, 셀룰로오스와 키토산을 사용하여 내부 코어 층은 셀룰로오스로 조성되고, 외부 스킨층은 키토산으로 조성되는 스킨-코어 단섬유를 제공하는 것이다. 본 발명의 스킨-코어 단섬유는 종래 기술에서 달성할 수 없었던 셀룰로오스와 키토산 간의 제3의 물질이 개입되지 않고 순수하게 이 두 물질만으로 이루어진 스킨-코어 구조를 형성시키고 있으며, 내부 셀룰로오스 코어층과 외부 키토산 스킨층 간의 만족스러운 친화성에 기인하는 전면적인 피복성과 최적조건 선택에 의한 충분한 밀착성을 나타내고 있다.

본 발명에서는 순수한 셀룰로오스 섬유에 순수한 키토산용액을 작용시켜서 셀룰로오스와 키토산 간에 충분한 밀착성을 부여시키고 셀룰로오스 섬유가 갖는 형태를 그대로 유지시켜서, 섬유의 내부 코어층은 셀룰로오스가 차지하고 외부 스킨층은 키토산이 일정 두께로 존재시키므로서 상대적으로 매우 적은 양의 키토산을 함유하면서도 순수 키토산 섬유와 동일한 기능을 나타낼 수 있고 셀룰로오스 섬유와 동일한 물리적 특성을 갖는 스킨-코어 단 섬유를 제조하고 있다.

이와 같이 본 발명은 지금까지 제조된 적이 없는 새로운 형태의 물질구성에 의하여 만들어지고 키토산과 셀룰로오스의 두 가지 성분으로 조성된 기능성 스킨-코어 단섬유를 제공하는 진보된 기술을 제시하고 있다.

도면1은 본발명의 스킨-코어 단섬유의 단면을 간략하게 도식화한 것으로서 1부분은 셀룰로오스로 구성된 내부의 코어층을 나타내고 2부분은 키토산으로 구성된 외부의 스킨층을 나타내고 있다.

도면2는 무게비로 키토산 17wt%와 셀룰로오스 83wt%로 조성된 본발명 스킨-코어 단섬유의 표면을 전자현미경으로 관찰한 사진으로서 셀룰로오스 섬유에 키토산이 전면적으로 완전히 피복되어 있음을 보여주고 있다.

도면3은 무게비로 키토산 17wt%와 셀룰로오스 83wt%로 조성된 본발명 스킨-코어 단섬유의 단면을 전자현미경으로 관찰한 사진으로서 내부의 셀룰로오스 코어층과 외부의 키토산 스킨층이 견고하게 밀착되어서 스킨-코어 구조를 형성하고 있음을 보여주고 있다.

도면4는 무게비로 키토산 17wt%와 셀룰로오스 83wt%로 조성된 본발명 스킨-코어 단섬유에서 내부 셀룰로오스 코어층을 제거시키고 남은 키토산 스킨층을 전자현미경으로 관찰한 사진으로서 외부 키토산 스킨층이 견고하게 형성되어 있음을 보여주고 있다.

본 발명은 내부 코어층을 구성하는 셀룰로오스 섬유를 친화성 처리한 후, 이를 키토산 용액에 온도 0℃ 내지 60℃ 사이에서 시간 1분 내지 1일 사이동안 일정하게 침지, 도포 시킨 다음, 고화처리 및 건조시켜서 외부 스킨층을 형성시키고 내부 코어층이 셀룰로오스로 외부 스킨층이 키토산으로 조성되어 있는 스킨-코어 섬유를 제공하는 것이다.

본 발명의 스킨-코어 단섬유는 굵기가 5㎛ 내지 100㎛ 사이이고 길이가 1mm 내지 100mm 사이이며, 내부 셀룰로오스 코어층의 두께가 4㎛ 내지 80㎛ 사이이고 외부 키토산 스킨층의 두께가 0.1㎛ 내지 20㎛ 사이인 스킨-코어 구조가 형성되고, 무게비로 셀룰로오스가 40wt% 내지 99wt% 사이이고 키토산이 1wt% 내지 60wt% 사이로 조성되고 수분 및 잔류물이 0.1wt% 내지 12wt% 사이로 존재되는 도면1과 같이 스킨-코어 콘쥬게이트 구조를 갖는 것이다.

본 발명에서 사용되는 셀룰로오스 섬유는 함수량이 10wt% 이하이고 셀룰로오스가 적어도 90% 이상 함유되고, 굵기가 4㎛ 내지 80㎛ 사이이고 길이가 1mm 내지 100mm 사이인 것이며, 천연물인 씨섬유, 줄기섬유, 잎섬유 및 뿌리섬유로서 면섬유, 마섬유, 펄프, 사이잘, 아바카, 카폭, 플렉스, 쥬트, 라미, 햄프, 케나브, 코일, 사카톤 등과 재생섬유인 비스코스 레이온, 동암모니움 레이온, 폴리노직 레이온, 리오셀, 텐셀, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트 등이 유용하다.

본 발명에서 사용되는 키토산용액은 용매에 키토산을 무게비로 0.1wt% 내지 15wt% 농도로 용해시켜서 용액으로 만든 것이다. 여기서 키토산으로서는 중합도가 20 내지 10,000 사이이고 탈아세틸화도가 60%내지 99% 사이인 것이 유용하며, 보다 바람직하게는 중합도가 100내지 5,000사이이고 탈아세틸화도가 70% 내지 95% 사이인 것이 사용된다. 또한 용매로서는 산수용액, 무기염 수용액, 유기용매 중에서 임의로 선택된 것이 사용된다.

산수용액으로서는 물에 산을 무게비로 0.1wt% 내지 20wt% 사이의 농도로 용해시킨 수용액이 사용되며, 산으로서는 초산, 젖산, 개미산, 글리콜산, 아크릴산, 프로핀산, 석신산, 수산, 호박산, 아스콜빈산, 글루콘산, 주석산, 말레인산, 구연산, 글루타민산, 톨루엔설폰산 등 유기산 중에서 1개 이상 임의 선택된 것이나, 염산, 황산, 인산 등 무기산 중에서 1개 이상 임의 선택된 것이 사용될 수 있다.

무기염 수용액으로서는 물에 무기금속염을 무게비로 10wt% 내지 70wt% 사이의 농도로 용해시킨 수용액이 사용되며, 무기금속염으로서는 소디움치오시아네이트, 징크클로리드, 염화칼슘, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화리튬 등 무기금속염 중 1개 이상 임의 선택된 것이 사용될 수 있다.

유기용매로서는 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디에틸아세트아미드, 삼불화초산, 삼염화초산, 메틸렌클로리드, 사염화에탄 등 극성유기용매 중 1개 이상 임의의 선택된 것이 사용되며 보다 극성을 높이기 위하여 위의 유기용매에 무게비로 1wt% 내지 10wt% 사이 농도로 상기의 무기금속염 중 1개 이상이 임의 선택으로 첨가될 수 있다.

본 발명의 스킨-코어 단섬유는 셀룰로오스 섬유를 친화성처리 후 이를 키토산용액으로 균일하게 도포 시킨 다음 고화처리 및 건조시켜서 제조된다. 여기서 셀룰로오스 섬유는 수용액으로 친화성 처리되어 키토산이 셀룰로오스 섬유에 전면적으로 도포될 수 있도록 친화성을 향상시키고 셀룰로오스와 키토산 간에 서로 견고하게 밀착될 수 있게 밀착성을 증가시키는 것이 바람직하다. 수용액으로서는 염기수용액, 산수용액, 염수용액이 사용될 수 있다. 염기수용액으로서는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 산화칼슘, 수산화바륨, 산화바륨 등 알칼리금속산화물 중 1개 이상 임의 선택된 것을 무게비로 1wt% 내지 40wt% 사이의 농도로 물에 용해시킨 염기수용액이 사용되고, 산수용액으로서는 초산, 젖산, 개미산, 글리콜산, 수산, 호박산, 프로핀산, 아크릴산, 석신산, 글루콜산, 주석산, 말레인산, 구연산, 글루타민산, 아크릴산 등 유기산 중 1개 이상 임의 선택된 것을 무게비로 0.1wt% 내지 20wt% 사이의 농도로 물에 용해시킨 산수용액이 사용되며, 염수용액으로서는 초산나트륨, 젖산나트륨, 초산칼륨, 젖산칼륨, 글리콜산나트륨, 글리콜산칼륨 등 유기금속염 또는 소디움에톡사이드 등과 같은 알코올금속염 또는 염화나트륨, 염화리튬, 염화칼슘, 염화칼리, 징크클로리드, 소디움치오시아네이트 등 무기금속염 중에서 1개 이상 임의 선택된 것을 물에 무게비로 1wt% 내지 50wt% 사이의 농도로 용해시킨 염수용액이 사용된다.

친화성 처리는 셀룰로오즈 섬유를 상기 수용액에 침지시켜 0℃ 내지 90℃ 사이의 온도에서 1분 내지 10일 사이의 시간동안 처리 시킨 다음 탈수시키고 상온에서 컨디셔닝시킨다.

셀룰로오스 섬유에 키토산용액을 도포 시키는 방법으로서는 셀룰로오스 섬유를 키토산용액에 일정시간 침지시킨 후 완전히 습윤되면 잉여 키토산용액을 제거시키거나 또는 키토산용액을 셀룰로오스 섬유 표면에 균일하게 분사시켜서 전 표면이 키토산용액으로 덮이도록 하는 것이 유용하다. 키토산용액의 도포가 완료된 셀룰로오스 섬유에 도포된 키토산을 섬유표면에 고착시키는 방법으로서는 60℃ 내지 160℃ 사이의 온도에서 1분 내지 1000분 사이의 시간 동안 열처리하거나 알칼리수용액으로 0℃ 내지 80℃ 사이의 온도에서 1분 내지 1일 사이의 시간 동안 고화처리하는 것이 유용하며, 이들을 병행하여 처리할 수 있다. 이때 알칼리용액은 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화칼륨, 수산화리튬, 산화칼슘, 산화바륨, 수산화바륨, 등 알칼리금속 산화물 중 1개 이상 임의 선택된 것을 무게비로 1wt% 내지 20wt% 농도로 물에 용해시킨 알칼리수용액이 사용되며, 보다 효과를 증진시키기 위하여 무게비로 0.1wt% 내지 10wt% 사이의 농도로 알코올류가 첨가되는 것이 바람직하다. 알코올류로서는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 페놀 등 중에서 1개 이상 임의 선택된 것이 사용된다. 또한 알칼리수용액으로 고화 처리하는 경우는 수세 후 건조시키는 것이 필요하다.

본 발명의 스킨-코어 단섬유는 내부 코어층과 외부 스킨층으로 구성되어있는 도면1과 같은 구조를 형성하고 있으며 코어층은 셀룰로오스가 스킨층은 키토산이 채우고 있어서 내부 셀룰로오스의 물리적 특성과 표면 키토산의 기능성이 조화를 이루어서 천연소재의 인체친화적 성질과 인체적합성이 동시에 나타나는 획기적인 신규 섬유소재이다.

본 발명의 키토산과 셀룰로오스로 조성된 스킨-코어 단섬유는 굵기가 5㎛내지 100㎛ 사이이고 길이가 1mm 내지 100mm 사이이며, 내부 코어층은 중합도가 100 내지 20000 사이인 셀룰로오스로 구성되고 두께가 4㎛ 내지 80㎛ 사이이고, 외부 스킨층은 중합도가 20 내지 10,000 사이이고 탈아세틸화도가 50% 내지 99% 사이인 키토산으로 구성되고 두께가 0.1㎛ 내지 20㎛ 사이이며, 무게비로 셀룰로오스가 40wt% 내지 99wt% 사이의 조성과 키토산이 1wt% 내지 60wt% 사이의 조성을 갖고 수분 및 잔류물이 0.1wt% 내지 12wt% 사이의 량이 잔존하는 외부의 키토산 스킨층과 내부의 셀룰로오스 코어층이 형성되어 스킨-코어 구조를 갖는 신규의 단섬유이다.

본 발명에서는 셀룰로오스 섬유에 키토산이 전면적으로 고르게 도포될 수 있도록 순수한 키토산용액을 만들고 이를 0℃ 내지 50℃ 사이에서 1시간 내지 10일 사이 동안 숙성시키는 것이 요구되며, 또한 스킨층을 이루고있는 키토산을 물에 불용성으로 안정화시키기 위하여 90℃ 내지 160℃ 사이의 온도에서 1분 내지 1,000분 사이의 시간 동안 열처리하거나, 1wt% 내지 20wt% 사이의 농도인 알칼리수용액으로 0℃ 내지 80℃ 사이의 온도에서 1분내지 1일 사이의 시간동안 화학 처리하는 것이 필요하다.

본 발명에서는 셀룰로오스 섬유에 순수한 키토산으로 이루어진 스킨층을 형성시키기 위하여 키토산용액을 숙성시켜서 셀룰로오스에 대한 밀착성 및 용액의 균일성을 향상시킬 수 있으며, 용액의 균일성 및 밀착성을 확보함으로서 침지 또는 도포시 키토산이 셀룰로오스 섬유의 전 표면에 고르게 피복 되는 획기적인 결과를 얻는다.

종래의 기술에서는 키토산이 섬유표면에 전면적으로 피복 되는 것이 불가능하고 다만 섬유표면에 부분적으로 코팅된 키토산 코팅기술 만을 제시하고 있다. 또한 섬유표면에 코팅된 키토산에 내구성을 부여하기 위하여 종래 기술에서는 바인더, 가교제 등을 사용하여 부착력을 증가시키는 것에 불과하였다.

본 발명에서는 열처리 또는 화학처리를 통하여 키토산 자체에 안정성을 부여하는 것이 특징이다.

본 발명의 키토산과 셀룰로오스로 조성된 스킨-코어 단섬유는 여러 가지 섬유의 표면에 키토산을 피복 시키는 과정에서 셀룰로오스 섬유에 한해서만 섬유의 전 표면이 고르게 피복될 수 있음이 밝혀져서 이 획기적인 기술이 제조방법에 적용되어 얻어진 것이다.

도면2에서 보듯이, 셀룰로오스 섬유의 표면이 너무나 완벽하게 키토산으로 피복 되어 있음을 나타내고 있고 도면3에서는 내부 코어층은 셀룰로오스로 외부 스킨층은 키토산으로 이루어진 스킨-코어 구조를 갖는 섬유임을 보여주고 있다.

도면4의 X-선 회절도에 의하면 본 발명의 스킨-코어 단섬유가 셀룰로오스 결정의 회절피크 및 배향과 키토산 결정의 회절피크를 함께 나타내고 있는 것을 확인시킬수 있다.

이하, 본 발명의 실시예는 본발명의 일부분을 보다 구체적으로 설명하고 있으나 본발명의 내용이 이에 국한된 것이 아니다.

실시예1

셀룰로오스 섬유의 친화성처리

굵기가 10㎛ 내지 30㎛ 사이로 분포되어 있고 길이가 40mm 내지 80mm 사이로 분포되어 있는 면섬유 1㎏을 먼저 20wt% 가성소다 수용액에 침지시켜 완전히 습윤시키고 압착하여 잔여 가성소다 수용액을 제거시키고 상온에서 1일 동안 숙성시킨 다음 3wt%의 초산 수용액에 온도 20℃에서 3시간 동안 처리시킨 후 탈수시켜서 친화성처리 시키며 이 처리된 셀룰로오스 섬유는 키토산이 전면적으로 완전히 피복될 수 있게 피복성과 밀착성이 향상된다.

키토산용액 제조

1wt% 초산수용액에 키토산을 1wt% 용해시킨 용액의 점도가 102cps이고 탈아세틸화도가 94%인 키토산 100g을 5wt% 초산 수용액 1.9ℓ에 용해시켜서 투명한 용액을 만들고 이를 온도 5℃에서 48시간동안 저장해서 숙성시킨다. 여기에 물 3ℓ를 첨가하여 완전히 용해시켜서 키토산용액을 제조한다.

스킨-코어 단섬유의 제조

키토산용액 5ℓ에 친화성 처리한 면섬유 1㎏을 침지시켜서 표면을 완전히 키토산용액으로 도포시켜 1시간 동안 유지시킨 다음 과량의 키토산용액을 압착하여 제거시키고 상온에서 3시간 동안 컨디셔닝시킨다. 컨디셔닝된 키토산 도포 면섬유를 건조기에 넣고 온도 60℃에서 30분 동안 부분 건조시킨다. 부분 건조된 섬유는 표면이 키토산으로 균일하게 피복되고 내부는 셀룰로오스로 구성된 스킨-코어 구조를 형성하고 있다. 이를 열풍건조기에 넣고 온도 150℃에서 2시간 동안 열처리하여 안정화시켜서 스킨-코어 단섬유를 제조한다.

안정화 화학처리

상기의 부분 건조된 키토산 도포 면섬유 1㎏을 채취하여 이를 5wt% 가성소다 수용액 5ℓ에 침지시켜서 온도 20℃에서 1시간 동안 화학처리한 다음 뜨거운 물과 냉수로 중성이 될 때 까지 수세하여 키토산 스킨층을 안정화시킨다. 제조된 스킨-코어 단섬유는 내부 코어층은 셀룰로오스로 구성되어 있고 외부 스킨층은 키토산으로 구성되어 있으며 키토산 스킨층의 두께는 0.5㎛ ∼ 4㎛ 사이로 고르게 분포되고 내부 셀룰로오스 코어층은 완전히 키토산으로 덮어씌워져 있다.

실시예2∼4

(친화성처리 조건의 변화)

면섬유 1㎏을 먼저 20wt% 가성소다 수용액에 침지시켜 완전히 습윤시키고 압착하여 잔여 가성소다 수용액을 제거시키고 상온에서 1일 동안 숙성시킨 다음 수세하여 키토산을 피복시킨다. 또는 3wt%의 초산 수용액에 온도 20℃에서 3시간 동안 처리시킨 후 탈수시켜서 키토산을 피복시킨다. 또는 상기 가성소다 수용액 처리와 초산수용액 처리를 병행하여 순차적으로 처리시킨 다음 키토산을 피복시킨다. 키토산의 피복을 위하여 2wt% 초산 수용액에 점도가 102cps이고 탈아세틸화도가 94.8%인 키토산을 2wt%가 되도록 용해시켜 키토산용액을 제조한 후 이들 용액을 각각 상기의 친화성 처리한 셀룰로오스 섬유에 도포시킨 다음 셀룰로오스 섬유 사이에 존재하는 과량의 키토산용액을 제거시키고 이를 알칼리수용액에 처리시켜 안정화시킨다. 이렇게 얻어진 키토산-셀룰로오스 단섬유는 수세 후 온도 60℃에서 3시간 동안 건조시켜서 최종적인 스킨-코어 단섬유를 얻는다. 굵기가 10㎛ 내지 30㎛ 사이로 분포되어 있고 길이가 40mm 내지 80mm 사이로 분포되어 있는 면섬유 1㎏을 먼저 20wt% 가성소다 수용액에 침지시켜 완전히 습윤시키고 압착하여 잔여 가성소다 수용액을 제거시키고 상온에서 1일 동안 숙성시킨 다음 3wt%의 초산 수용액에 온도 20℃에서 3시간 동안 처리시킨 후 탈수시켜서 친화성처리 시키며 이 처리된 셀룰로오스 섬유는 키토산이 전면적으로 완전히 피복될 수 있게 피복성과 밀착성이 향상된다.

실시예	2	3	4
친화성 처리 방법	가성소다 수용액 처리	초산 수용액 처리	가성소다 수용액 및 초산 수용액 병행 처리
키토산 피복 상태	전표면 피복	전표면 피복	전표면 피복

실시예5∼11

(키토산용액의 농도 변화)

3wt% 초산 수용액에 점도가 9.9cps이고 탈아세틸화도가 94.8%인 키토산을 각각 0.5wt%, 1wt%, 2wt%, 3wt%, 5wt%, 7wt%, 9wt%가 되도록 용해시켜 키토산용액을 제조한 후 이들 용액을 각각 친화성 처리한 면섬유에 도포시킨 다음 면섬유 사이에 존재하는 과량의 키토산용액을 제거시키고 이를 알칼리수용액에 처리시켜 안정화시킨다. 이렇게 얻어진 키토산-셀룰로오스 단섬유는 수세 후 온도 60℃에서 3시간 동안 건조시켜서 최종적인 스킨-코어 단섬유를 얻는다. 상기의 키토산용액 중 1wt% ∼ 5wt%의 농도를 가지는 키토산용액을 이용한 경우 두께가 보다 균일하고 밀착성이 보다 견고한 스킨-코어구조가 형성된다.

실 시 예	5	6	7	8	9	10	11
키토산용액의 농도(wt%)	0.5	1	2	3	5	7	9
키토산스킨의 두께(㎛)	0.3-2	0.5-3	0.5-3	0.5-5	0.5-5	1-7	1-7

실시예 12∼19

(고화처리 가성소다 수용액의 농도 변화)

2wt% 초산 수용액에 점도가 102cps이고 탈아세틸화도가 94%인 키토산을 2wt%가 되도록 용해시켜 키토산용액을 제조한 후 이 용액을 친화성 처리한 면섬유에 도포시킨 다음 면섬유 사이에 존재하는 과량의 키토산 용액을 제거시키고 이를 0.5wt%, 1wt%, 2wt%, 3wt%, 4wt%, 5wt%, 7.5wt%, 10wt%의 가성소다 수용액에 각각 침지시켜서 온도 20℃에서 1시간 동안 처리한 다음 뜨거운 물과 냉수로 중성이 될 때 까지 수세하여 키토산 스킨층을 안정화시킨다. 이렇게 얻어진 키토산-셀룰로오스 단섬유는 수세 후 온도 60℃에서 3시간 동안 건조시켜서 최종적인 스킨-코어 단섬유를 제조한다.

실시예	12	13	14	15	16	17	18	19
가성소다 농도(wt%)	0.5	1	2	3	4	5	7.5	10
밀착성	우수함	견고함	견고함	견고함	견고함	견고함	우수함	우수함

본 발명의 키토산과 셀룰로오스로 조성되고 스킨-코어 구조를 갖는 단섬유는 실의 원료물질로 사용될 수 있으며 의류로 적용시 항균성과 소취성의 기능성을 나타내는 신규의 섬유소재로서 방적사, 부직포, 솜 등의 적용이 가능하고, 항균성, 지혈작용, 생체조직 배양 등의 기능성을 갖는 각종 의류, 쉬트, 종이용 재료의 원료물질로 사용될 수 있는 것이다. 본 발명의 스킨-코어 단섬유는 원면, 양모, 폴리에스테르 스테이플, 나일론 스테이플, 아크릴 스테이플 등과 혼방되어 방적사로 제조될 수 있으며, 부직포 제조과정에 투입되어 기능성 부직포의 제조에도 활용될 수 있다.

본 발명의 스킨-코어 단섬유는 외부 스킨층이 키토산으로 구성되어 있고 내부 코어층이 셀룰로오스로 구성된 스킨-코어 구조를 형성하고 있어서 기능성 고분자인 키토산이 단섬유의 전표면에 나타나므로 적은양의 키토산으로 그 기능을 최대로 발휘시킬 수 있는 새로운 소재로 활용될 수 있다. 또한 본 발명의 단섬유는 코어층의 셀룰로오스와 스킨층의 키토산이 콘쥬게이트를 이루고 있어서 셀룰로오스의 물리적 특성과 키토산의 화학적 기능성이 상호간의 조화를 이루는 다용도의 섬유소재로 사용될 수 있으며 충분한 섬유구조, 기능성, 가공성, 유연성, 강인성 및 내구성을 갖는 다양한 성질의 소재로 활용될 수 있다.

Claims (7)

1. 섬유의 내부는 셀룰로오스 섬유로 조성된 코어층을 이루고 섬유의 외부는 키토산으로 조성된 스킨층을 이루어서 서로 밀착되어 있고, 내부 코어층의 셀룰로오스가 외부 스킨층의 키토산에 의해 전면적으로 고르게 피복되어 있으며, 키토산과 셀룰로오스가 각각 스킨층과 코어층으로 구성되어진 스킨-코어 구조의 단섬유로서, 단섬유의 굵기가 5㎛ 내지 100㎛ 사이이고 단섬유의 길이가 1mm 내지 100mm 사이이며, 셀룰로오스 코어층의 두께가 4㎛ 내지 80㎛ 사이이고, 키토산 스킨층의 두께가 0.1㎛ 내지 20㎛ 사이이며, 단섬유의 조성이 무게비로 셀룰로오스가 40wt% 내지 99wt% 사이이고 키토산이 1wt% 내지 60wt% 사이로 구성되고 수분 및 잔류물이 0.1wt% 내지 12wt% 사이로 함유된 키토산과 셀룰로오스의 스킨-코어 단섬유.
2. 청구항1에 있어서 셀룰로오스 섬유가 중합도 100 내지 20,000 사이의 셀룰로오스 고분자로 구성되고 셀룰로오스가 적어도 90wt% 이상 함유되고 함수량이 10wt%이하이며, 굵기가 4㎛ 내지 80㎛ 사이이고 길이가 1mm 내지 100mm 사이인 것으로서 천연섬유인 씨섬유, 줄기섬유, 잎섬유 및 뿌리섬유에 속하는 면섬유, 마섬유, 목재펄프, 사이잘, 아바카, 카폭, 플렉스, 쥬트, 라미, 햄프, 케나브, 코일, 사카톤 등의 섬유와 재생섬유인 비스코스레이온, 동암모니움레이온, 폴리노직레이온, 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스트리아세테이트 등의 섬유 중 1개 이상 임의 선택된 것을 특징으로 하는 스킨-코어 단섬유
3. 청구항1에 있어서 키토산이 중합도가 20내지 10,000 사이이고, 탈아세틸화도가 50%내지 99% 사이인 것으로서 보다 바람직하게는 중합도가 100 내지 5000 사이이고 탈아세틸화도가 70% 내지 95% 사이인 것을 특징으로 하는 스킨-코어 단섬유
4. 셀룰로오스 섬유를 친화성처리시킨 후 키토산용액에 온도 0℃ 내지 60℃ 사이에서 시간 1분 내지 1일 사이동안 일정하게 침지 도포시킨 다음 고화처리하여 스킨층을 형성시키고 건조시켜서, 내부의 코어층이 셀룰로오스로 구성되고 외부의 스킨층이 키토산으로 구성되게 하는 스킨-코어 단섬유의 제조방법
5. 청구항4에 있어서 친화성처리가 알칼리금속 수산화물을 무게비로 1wt% 내지 40wt% 사이의 농도로 물에 용해시킨 염기수용액, 유기산 또는 무기산을 무게비로 0.1wt% 내지 20wt% 사이의 농도로 물에 용해시킨 산수용액 그리고 유기금속염 또는 무기금속염을 무게비로 1wt% 내지 50wt% 사이의 농도로 물에 용해시킨 염수용액 중 1개 이상을 임의 선택하여 온도 0℃ 내지 90℃ 사이에서 시간 1분 내지 10일 사이 동안 처리하는 것을 특징으로 하는 스킨-코어 단섬유의 제조방법
6. 청구항4에 있어서 키토산용액이 유기산 또는 무기산을 무게비로 0.1wt% 내지 20wt% 사이의 농도로 용해시킨 산수용액, 무기금속염을 10wt% 내지 70wt% 사이의 농도로 용해시킨 무기염수용액 및 유기용매 중 1개를 임의 선택하여서 여기에 키토산을 무게비로 0.1wt% 내지 15wt% 사이의 농도로 용해시킨 것이나 보다 바람직하게는 무게비로 1wt% 내지 10wt% 사이의 농도로 용해시킨 것을 특징으로 하는 스킨-코어 단섬유의 제조방법
7. 청구항4에 있어서 고화처리가 알칼리금속 수산화물을 무게비로 1wt% 내지 20wt% 사이의 농도로 물에 용해시킨 알칼리수용액으로 0℃ 내지 80℃ 사이의 온도에서 1분 내지 1일 사이의 시간동안 화학처리하거나 또는 60℃ 내지 160℃ 사이의 온도에서 1분 내지 1,000분 사이의 시간동안 열처리하거나 또는 이들을 병행하여 처리하는 것을 특징으로 하는 스킨-코어 단섬유의 제조방법