KR20010088954A - 희토화합물을 원료로 하는 항균섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원소 주기율표 제3족의 원소중 란탄계열의 원소를 함유하는 고순도 화합물로 구성되고, 산화세륨(CeO₂)을 주성분으로 하는 회토화합물을 섬유제조용 용융폴리머에 혼합하고 이를 방사함을 특징으로 하는 항균섬유의 제조방법에 관한 것으로, (1) 바스트나사이트 또는 모나자이트의 정광으로부터 고순도 희토화합물의 용매 추출과정, (2) 상기 용매추출하여 얻은 희토화합물을 용융 폴리머에 혼합시키기 위해 일정 크기의 입자로 분급하는 분급과정, 및 (3) 폴리머를 용융로에서 용융상태를 유지하도록 하는 용융폴리머의 형성과정, (4) 상기 분급과정에 의해 분급되어진 희토화합물과 상기 용융폴리머를 혼합기에서 혼합시키는 혼합과정, 그리고 (5) 상기 혼합과정에 의하여 희토류와 용융폴리머가 혼합된 것을 압출기에 의하여 방사하여 섬유를 얻도록 하는 방사과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 항균섬유의 제조방법에 관한 것으로, 특히 살균과 항균성이 뛰어나고 높은 원적외선을 방사하므로 이 항균섬유를 통상의 면, 모, 실크등의 섬유와 혼방하여 얻은 혼방사를 사용하여 각종 섬유직물, 의류, 침구류 및 각종 건강보조기구를 제조함으로써, 살균 및 항균성이 우수하고 탈취작용과 세균으로부터의 질병예방을 기할 수 있는 유익한 용도전개가 가능한 효과를 가진다.

Description

희토화합물을 원료로 하는 항균섬유의 제조방법{Method for manufacturing an antibacterial fiber made of rare earth compounds}

본 발명은 원소 주기율표 제3족의 원소중 란탄계열의 원소를 함유하는 고순도화합물로 구성되고, 산화세륨(CeO₂)을 주성분으로 하는 회토화합물을 섬유제조용 용융 폴리머에 혼합하고 이를 방사함을 특징으로 하는 항균섬유에 관한 것으로, 특히 원적외선을 발사하는 회토화합물의 미세입자를 합성섬유 제조용 용융 폴리머에 혼합한 후, 이를 방사하여 얻는 항균섬유의 제조방법에 관한 것이다.

종래에도 원적외선 방사를 목적으로 하는 섬유제조를 위하여 맥반석의 미립자를 용융 폴리머와 혼합하여 방사하는 방법이 알려져 있으나, 만족스런 효과를 거두지 못하고 있다.

희토화합물은 원적외선을 방사하여 우리 몸의 혈액순환작용에 도움을 주며, 항균 및 살균력을 갖고 있어 각종 질병의 치료와 피부미용, 노화방지등에 그 효과가 크다. 따라서 이와같은 희토화합물을 합성섬유 제조용 용융 폴리머와 혼합하여 제조한 합성섬유를 면, 모, 실크등의 천연섬유와 혼방하여 얻은 혼방섬유로써, 직물, 의류, 솜, 침구류, 의료/건강보조기구등을 제조하여 사용함으로서 이들이 원적외선에 의하여 보온성을 더욱 향상시키며, 살균 및 항균성에 의하여 탈취작용 및 각종 세균으로 부터의 질병 예방을 기할 수 있는 항균섬유를 제공하는데 그 목적이 있다.

희토류 원소는 17종이 있는데, 화학적 성질이 비슷하고 섞여서 산출되므로 별도로 취출하기 위해서는 절차가 매우 복잡하여 형광제나 원자로에서의 열 중성자 흡수체와 같이 원소 하나 하나의 특유한 성질을 이용하는 경우를 제외하고는 섞여있는 그대로 사용하는 경우가 많다.

본 발명에서 적용되는 희토화합물의 범위는 원소주기율표 제3족 원소 중 원자번호 57에서 71인 란탄계열의 15원소 [La(57), Ce(59), Pr(59), Nd(60), Pm(61), Sm(62), Eu(63), Gd(64), Tb(65), Dy(66), Ho(67), Er(68), Tm(69), Ye(70)] 그리고 스칸듐(Se(21)), 이트륨(Y(39))을 포함하는 화합물로 구성되고, 산화세륨(CeO2)을 주성분으로 하는 희토화합물과 용융폴리머를 혼합하여 섬유 및 원사를 제조하게 된다.

본 발명에서 적용되는 란탄계열 원소중 란탄을 제외한 세륨 이하의 14원소는 란탄족으로 총칭되며, 란탄에서 사라륨 까지의 6원소는 세륨족 원소, 유로퓸에서루테튬 까지와 트륨, 스칸듐을 합친 11원소는 이트륨족 원소이다.이들 모두는 희토류 원소로서 일반적으로 은백색 또는 회색금속으로, 공기중에서 서서히 산화하며, 산 및 뜨거운 물에는 녹지만 알칼리에는 녹지 않는다. 화학적 성질은 아주 비슷하며, 보통 모두 +3가의 화합물을 만드는데 세륨, 테르븀, 프라세오디뮴은 +4가, 이테르븀, 사마륨은 +2가 이다. 알칼리 금속 및 알칼리 토금속에 이어 양성이 현저하며, 그 수산화물은 염기이다.

또한, 희토류원소는 17종이 있는데, 화학적 성질이 비슷하고 섞여서 산출되므로 별도로 나누는 데는 절차가 매우 복잡하다. 형광제나 원자로에서의 열중성자 흡수체와 같이 원소 하나 하나의 특유한 성질을 이용하는 경우 이외에는 섞인채로 사용되는 경우가 많다.

또한, 란탄족 원소는 58번 원소인 세륨(Ce)부터 71번 원소인 류테튬(Lu)까지의 14원소를 말하며, 어느 원소나 원광석에서 분리시킬때는 분별 결정등을 몇번씩 되풀이해야 하므로, 이온 교환수지에 의한 방법이 개발되기 까지는 많은 과정이 필요로 되어진다.

따라서, 희토화합물은 예를들면, 일상생활에서 발냄새를 제거하기 위해 구두의 안창을 제조하는데 사용되어지며, 악취제거용 양말 이외에도 가습기나 공기 청정기등의 정화용 필터, 수처리제등으로 사용되어 진다. 그리고 희토화합물은 농업부문에도 응용되고 있는데, 합리적이고 적절한 희토원소의 비료제조 용도로의 이용은 각종 농작물의 수확량을 최대 15%까지 높일 수 있으며, 투자비 대 생산량은 1 : 7 또는 1 : 8의 높은 비율로 나타난다.

그 뿐만 아니라, 의료영역에서의 연구결과에 따르면, 희토이온은 비교적 양호한 항 응혈작용을 할 수 있으며, 이러한 응혈작용에 의하여 많은 환자의 병을 치료하거나 예방할 수 있다. 희토류의 응용제품으로 앞으로 가장 큰 주목을 받을수 있는 분야는 환경보호영역이라 할 수 있다. 자외선 차단용 유리, 자동차 배기가스 정화제 등 여러방면에 걸쳐서 희토류의 응용영역이 점차적으로 광범위해지고 있다.

본 발명은 합성섬유 제조용 폴리머를 용융로에서 용융하여 용융 폴리머를 형성하고, 이 용융 폴리머에 혼합시키기 위해 희토화합물을 일정 크기의 입자로 분급한 다음, 상기 용융폴리머와 혼합기에서 혼합하고, 압출기에서 방사하여 항균섬유를 얻게된다. 이와같이 하여 얻은 항균섬유를 각종 천연섬유와 혼방하여 얻은 혼방사로서 직물, 의류, 솜, 실, 침구류 및 각종 의료/건강보조기구를 제조함으로써 이들이 원적외선에 의하여 보온성을 더욱 증대시키고, 살균 및 항균성에 의하여 탈취작용 및 각종 세균으로부터 질병예방을 할 수 있도록 함으로써 상기 목적을 달성할 수 있게 한 것이다.

본 발명 희토화합물을 원료로 한 항균섬유의 제조방법은 우선 바스트나사이트 또는 모나자이트의 정광(精鑛)으로 부터 고순도 희토화합물의 용매 추출과정과 용매 추출하여 얻은 상기 희토화합물을 용융 폴리머에 혼합시키기 위해 일정 크기의 입자로 분급하는 분급과정 및 상기 폴리머를 용융로에서 용융상태를 유지하도록 하는 용융 폴리머의 형성과정과 상기 분급과정에 의해 분급된 희토화합물과 상기용융폴리머를 혼합기에서 혼합시키는 혼합과정. 그리고 상기 혼합과정에 의하여 희토류와 용융 폴리머가 혼합된 것을 압출기에 의하여 방사하여 섬유를 얻도록 하는 방사과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 것으로, 본 발명은 원소 주기율표 제3족의 원소중 란탄계열의 원소를 함유하는 고순도 화합물로 구성되고, 산화세륨(CeO₂)을 주성분으로 하는 회토화합물을 섬유제조용 용융 폴리머에 혼합하고 이를 방사함을 특징으로 하는 항균섬유의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서 사용하는 희토류 원소는 주기율표 제3A족인 스칸듐, 이트륨 및 원자번호 57에서 71인 란탄계열의 15원소 [La(57), Ce(59), Pr(59), Nd(60), Pm(61), Sm(62), Eu(63), Gd(64), Tb(65), Dy(66), Ho(67), Er(68), Tm(69), Ye(70)] 그리고 스칸듐(Se(21)), 이트륨(Y(39))을 포함하는 화합물로 구성되고, 산화세륨(CeO₂)을 주성분으로 하는 희토화합물과 용융 폴리머를 혼합하여 섬유 및 원사를 제조한다.

희토류원소는 17종이 있는데, 화학적 성질이 비슷하고 섞여서 산출되므로 별도로 나누는 데는 절차가 매우 복잡하다. 형광제나 원자로에서의 열 중성자 흡수체와 같이 원소 하나 하나의 특유한 성질을 이용하는 경우를 제외하고는 섞여져 있는채로 사용하는 경우가 많다. 혼합방식은 원료에 따라 다르지만 미시메탈의 경우, 세륨 52%, 네오디뮴 5%, 사마륨 1%, 나머지 24%가 란탄 그 밖의 희토류 원소이며, 모나자이트 또는 바스트나자이트를 원료로 한다.

이하, 본 발명의 희토화합물을 원료로 한 항균섬유의 제조방법을 실시예에따라 구체적으로 설명한다.

실시예 1

바스트나자이트 또는 모나자이트 정광으로 부터 용매추출과정을 거쳐 고순도 희토화합물로 정제하는 정제과정을 거친다. 희토광물은 그 구성성분이나 조성의 차이가 비교적 크기 때문에 사용되는 선광공정도 많은 차이점을 보인다. 이에 선광공정을 선택하는 기준은 바로 광물의 물리적 성질에 따르게 되며, 또 기타광물과 희토광물을 분리하게 된다.

1) 희토화합물의 용매 추출과정:

이 공정의 원리는 Ce 4가와 3가의 희토가 동일한 공정과정에서 서로 다른 화학성질을 보인다는 점을 이용하여 세륨과 기타 희토 원소를 분리해 내는 것이다. 현재까지의 가장 이상적인 공정은 산화배소-염산침출-산화세륨을 채취하는 방법이다. 이 공정의 장점은 하나의 공정으로 바로 CeO₂99%제품을 얻을수 있다는 것인데, 원재료의 소모가 적고 제조원가도 비교적 낮다는 것이 특징이다. .

주요 화학반응식은 아래와 같다.

2) 용매 추출되어진 희토화합물의 분급과정 :

밀폐된 분쇄실(Milling system)내에 피 분쇄재료를 자동으로 투입하고, 투입된 피 분쇄재료는 고속으로 회전하는 디스크밴(disc vane)의 원심력에 의해서 가속이 이루어지며, 충돌분쇄 및 글라인딩(grinding)분쇄가 이루어진다.

분쇄물은 상승기류를 타고 상부의 분급 크레스파이어(classifier)에 공급되며, 여기서 과립자는 분쇄실에 다시 뒤돌려 보내어지고 미세한 입자는 외부에 설치된 포집장치로 보내어져 포집되며, 이러한 과정을 거쳐 용융 폴리머와의 혼합시 가장 이상적인 입자 크기인 최대입경 10㎛이하, 중심입도 5㎛크기로 분급한다.

3) 희토화합물과 용융 폴리머를 혼합기에서 혼합하는 혼합과정:

일반적으로 용융 폴리머와 분체를 혼합할때 액상보다 분체 입자가 미세한 경우(10㎛이하) 원료의 뭉침현상은 현저히 증가하여 분체보다 액상 입자에 주의해야하는데, 장시간의 혼합은 원료와 기계 구조물의 마찰 및 충격량을 증가시키게 되므로 이것은 분화율을 높이는 가장 큰 요인이 되며, 생산효과면에서 상당한 손실을 가져온다.

분체 혼합에 있어서, 분리현상의 원인으로 혼합된 원료의 입경, 비중, 형상차에 의하여 발생하는 것과 배출시 장시간동안 배출함으로써 입경차에 의하여 발생하는 두가지 원인이 있다. 이와같은 분리현상을 방지하기 위해서 무중력 혼합기는 혼합기내에 패들메카니즘(Paddle-Mechanism)을 통한 무중력 상태를 창출시킴으로서 혼합중 발생하는 분리현상을 방지하고, 배출 또한 두 개의 커다한 하부 도어(Bottom Door)를 이용하므로 배출시 발생하는 분리현상은 없어진다. 회전체는 혼합기의 성능을 결정짓는 가장 중요한 장치로서 회전속도를 빠르게 할 경우, 원료에 전달되는 충격량이 증가되어 분화의 원인이 되며, 반대로 회전 속도를 느리게 하면, 원료의 이성이 원활하지 못하여 장시간의 혼합시간을 유발시키기 때문에 분화현상등 균일한 혼합물을 얻지 못한다.

혼합방식은 자연적 혼합방식과 강제적 혼합방식으로 대별되는데, 전자의 경우, 혼합시간의 장기화로 인하여 혼합성능에 치명적인 결점을 자아내며, 후자의 경우, 혼합물의 이송 속도와 회전체의 회전속도와 불일치하여 충격에 의한 원료의 파손을 야기한다. 따라서 이와같은 문제점들을 극복하기 위해서는 짧은 혼합시간과 회전체의 저속 회전이 요구되어 지는데, 무중력 혼합기를 사용함으로써 분화율이 높은 상기 원료의 혼합에 있어서도 최적의 균일한 혼합을 얻을수 있다. 혼합시간은 폴리에스테르 용융 폴리머의 경우, 45초 내외의 혼합시간이 가장 좋은 혼합시간으로 실험결과 알게 되었다.

4) 이와같이 용매 추출과정과 분급과정에 의하여 선별된 10㎛이하의 희토화합물을 혼합기에서 상기 용융 폴리머의 형성과정에 의하여 형성된 용융 폴리머와 혼합하는 혼합과정에 따라 희토화합물이 혼합된 용융 폴리머를 얻는다. 이때 희토화합물과 용융 폴리머와의 비율은 희토화합물 10%이하와 용융폴리머 90%이상으로 혼합하는 것이 이상적이다. 이와같은 혼합과정에 의하여 희토화합물과 용융 폴리머가 혼합된 용융폴리머를 압출기에 의하여 방사하여 섬유를 얻도록 하는 방사과정으로 이루어진다.

이상과 같이 방사되는 섬유는 장섬유 상태나 단섬유 상태로 필요에 따라 선택적으로 방사가 가능하다. 이와같이 만들어진 항균섬유를 면이나 모, 실크 또는 화학섬유와 혼합하여 혼방섬유를 만들고, 이를 원사로 하여 각종 섬유직물, 의류, 솜, 실, 침구류, 의료/건강보조기구를 제조하여 사용함으로서 이들이 원적외선에 의하여 보온성을 더욱 향상시킬 수 있고, 또 살균, 향균성에 의하여 탈취작용을 제거할 수 있는 섬유제품을 제공할 수 있다.

실시예 2

폴리머를 용융로에서 용융시켜 용융상태를 유지하도록 용융 폴리머의 형성과정으로 이루어진다. 이 폴리머는 주로 아크릴, 나일론, 폴리에스테르 등을 사용할 수 있으며, 이들을 용융 폴리머로 사용하기 위해서 이들을 용융시키는 용융온도는 대략 섭씨 70도 이상이며, 폴리머의 특성에 따라 각각 다르다.

이와같이 형성된 용융 폴리머에 희토화합물을 혼합시키기 위해서는 입도 분포를 최대 과립자 10㎛ 이하로 선별하는 분급과정으로 이루어진다.

이와같은 분급과정에 의하여 10㎛이하로 분급된 희토화합물과 혼합기에서 상기 용융 폴리머의 형성과정에 의하여 얻어진 용융 폴리머에 혼합하는 혼합과정에 따라 희토화합물이 혼합된 용융 폴리머를 얻는다. 이때, 희토화합물과 용융 폴리머와의 비율은 10%이하의 용융 폴리머와 90%이상으로 혼합하는 것이 이상적이다.

이와같은 혼합과정에 의하여 희토화합물과 용융 폴리머가 혼합된 폴리머를 압출기에 의하여 방사하여 섬유를 얻도록 하는 방사과정으로 이루어진다.

이상과 같이 방사되는 섬유는 장섬유 상태와 단섬유 상태로 필요에 따라 선택적으로 방사가 가능하다.

상기와 같이 만들어진 섬유를 면이나 모, 실크 또는 화학섬유와 혼합하여 혼방섬유를 만들고, 이 혼방섬유로 각종 섬유직물, 의류, 솜, 실, 의료/건강보조기구를 제조하여 사용함으로써 이들이 원적외선에 의하여 보온성 및 혈액순환을 더욱 향상시키고, 또 살균성, 향균성, 탈취기능을 지닌 섬유제품을 제공할 수 있다.

본 발명은 원적외선을 방사하여 우리 몸의 혈액순환작용에 도움을 주며, 항균 및 살균력을 구비하고 있는 희토화합물이 함유된 항균섬유를 면, 모, 실크 등의 모든 섬유와 혼방하여 각종 섬유직물, 의류, 솜, 실, 침구류, 의료/건강 보조기구를 제조하여 사용함으로서 이들이 원적외선에 의하여 보온성을 더욱 향상시키고,또 살균 및 향균성에 의하여 탈취 및 각종 세균으로부터 질병을 예방할 수 있는 섬유를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 바스트나사이트 또는 모나자이트 정광으로부터 고순도 회토화합물을 용매 추출하는 과정과 이 회토화합물을 일정 크기로 분급하는 분급과정 및 폴리머를 용융로에서 용융상태로 유지하도록 하는 용융 폴리머의 형성과정, 상기 분급된 희토화합물과 용융 폴리머를 혼합기에서 혼합시키는 혼합과정 및 상기 혼합과정에 의하여 혼합된 폴리머를 압출기에서 방사함을 특징으로 하는 희토화합물을 원료로 하는 항균섬유의 제조방법.
2. 청구항 1 에 있어서, 상기 희토화합물은 원소주기율표 제3족 원소중 원자번호 57번에서 71번인 란탄계열의 15원소 [La(57), Ce(59), Pr(59), Nd(60), Pm(61), Sm(62), Eu(63), Gd(64), Tb(65), Dy(66), Ho(67), Er(68), Tm(69), Ye(70)] 그리고 스칸듐(Se(21)), 이트륨(Y(39))을 포함하는 화합물로 구성됨을 특징으로 하는 희토화합물을 원료로 하는 항균섬유의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서, 용융폴리머가 섬유제조용 아크릴수지, 폴리에스테르수지, 나일론수지 또는 플라스틱수지로 구성됨을 특징으로 하는 희토화합물을 원료로 하는 항균섬유의 제조방법.
4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 분급되어진 희토화합물의 분체와 용융폴리머의 혼합비가 희토화합물 10중량%이하에 대하여 용융폴리머가 90중량%이상임을 특징으로 하는 희토화합물을 원료로 하는 항균섬유의 제조방법