KR20030041913A

KR20030041913A - 천연항균 및 치유기능을 갖는 축열 복합 마이크로캡슐 및그제조방법

Info

Publication number: KR20030041913A
Application number: KR1020030024568A
Authority: KR
Inventors: 장승옥; 양시영
Original assignee: 한국생산기술연구원; 주식회사 폴리크롬
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2003-05-27
Also published as: KR100539685B1

Abstract

본 발명은 천연항균 및 치유기능을 갖는 축열 복합 마이크로캡슐 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상전이물질(PCM: Phase Change Material)을 초기 유화시켜 캡슐내부를 형성하고 상기 캡슐내부에 초기 멜라닌 축합물을 가해 둘러싸도록 하여 캡슐외부를 형성시키는 공정과, 캡슐외부가 경화되기 전에 은 나노입자의 분포액을 일정량 가하여 상기 캡슐외부 외측의 고분자 막에 고착되도록 하는 공정과, 사용된 고분자 물질의 가교제 및 경화제를 투입하여 상온에서 반응을 종결시키는 공정으로 이루어져서, 마이크로캡슐에 축열기능과 항균 및 치유기능을 동시에 가지게 함으로써 제품에 응용시 각각의 분리된 공정으로 효과를 얻을 때와는 달리 한 번의 처리로 가능한 장점이 있다.

Description

천연항균 및 치유기능을 갖는 축열 복합 마이크로캡슐 및 그 제조방법{THERMO-REGULATING MICRO-CAPSULE HAVING ANTIBACTERIAL AND CURING FUNCTION AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 천연항균 및 치유기능을 갖는 축열 복합 마이크로캡슐 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 은 입자를 초미세한 나노입자의 형태로 각종 축열 복합 마이크로캡슐의 외벽에 코팅시킴으로서 통상적인 축열 복합 마이크로캡슐의 기능 이외에 은 고유의 천연항균과 치유기능을 부여할 수 있는 은 나노입자가 코팅된 축열 복합 마이크로캡슐 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근에는 축열 기능성 물질과 관련한 관심이 고조되면서 여러 분야에 폭넓게 마이크로캡슐을 적용하고자 하는 시도가 증가되고 있으며, 이와 함께 나노입자 분야의 관심과 중요성이 날로 증가하고 있는 추세이다.

일반적으로 섬유제품에 보온성을 향상시키는 방법으로는 단열에 의한 보온효과를 이용하는 것으로만 인식되어져 있으나 최근에 개발되고 있는 보온소재에는 사용되는 소재에 따라 좀더 적극적인 방법이 제시되고 있다. 섬유제품의 보온성에 관련되는 열의 이동은 기본적으로 전도, 대류, 복사에 의해 이루어진다. 그에 따른 보온성을 향상시키는 방법으로는 극세 직물 및 이형(異形) 중공섬유를 사용하여 열전도율이 낮은 공기의 함유율을 높임으로써 전도, 대류에 의한 열이동을 감소시키거나 직물의 표면에 열반사율이 높은 금속 층을 도포하여 복사에 의한 열이동을 감소시킴으로써 보온성을 향상시킬 수 있다.

또한, 최근에는 이러한 열의 이동을 제어하여 보온성을 향상시키는 방법 이외에 원적외선 방사 세라믹을 이용하여 보온성을 향상시키는 방법이 개발되고 있다. 섬유제품에 일반적으로 적용되는 원적외선 세라믹은 불투명하여 빛의 통과는 거의 없으며 일부는 반사하고 나머지는 흡수하여 재방사하는 특성을 가지고 있다.

아울러, 인간의 생활환경에서 인체와 가장 많이 접하고 있는 것이 바로 섬유제품으로 제품의 사용빈도가 증가할수록 외부환경으로부터의 미생물 또는 인체의 분비물로 인해 악취가 발생하고 이는 섬유제품의 변색, 오염, 손상의 원인이 되기도 한다. 이 때문에 섬유제품에 항균성 기능을 줌으로써 미생물의 서식이나 증식을 억제하여 전염성 질병예방, 악취예방, 섬유의 오염, 변색 및 취화방지 등을 목적으로 소위 항균가공을 시행하게 된다. 즉 이 가공은 섬유제품의 미생물에 대한 성질을 개량하여 섬유상에 세균, 곰팡이 등의 서식이나 번식을 억제시킴으로써 인체보호와 위생적인 생활환경을 도모하기 위한 가공이라 할 수 있다.

일반적으로 사용되는 항균가공 방법으로는 섬유나 직물 표면에 고착시키는 후가공법이 이용되고 이에 사용되는 약제로는 대표적으로 무기금속계, 유기금속계, 4차 암모늄염계, 양성 및 비이온성 계면활성제계, 알코올계, 니트릴계, 요오드계, 불소계 등이 있다. 이들 중 특히 무기금속계 가공제는 거의 모두 은(Ag)을 사용하고 있다. 은(Ag)은 의학계에서 오랫동안 천연의 항생물질로 이용해오고 있으며, 그 효과도 합성적으로 제조한 인공항생제와 대등하여 어떤 종류의 부작용도 수반하지 않는 것으로 판명되었다. 또한 전자파나 수맥파 등의 인체에 유해한 파장을 완벽하게 흡수, 차단하기 때문에, 은(Ag)을 주변에서 쉽게 접할 수 있는 기회를 제공함으로서 건강을 증진시킬 수 있다.

한편, 인체 내의 은(Ag)의 함량이 기준(0.0001%) 이하로 떨어질 때 질병에 걸릴 확률이 높아지는 것으로 알려져 있으며, 인체의 면역력을 높이기 위해 다량의 은(Ag)을 체내에 함유하기 위해서는 땅에 뿌리를 내리고 사는 채소를 많이 먹어야하는데, 이는 은(Ag)이 뿜어내는 수많은 이온들에 의해 감기바이러스까지도 살균될 뿐 만 아니라 은(Ag) 이온이 체내에 스며들어 병균을 격퇴시킨다고 보고 되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 은입자를 초미세한 나노입자의 형태로 각종 축열 복합 마이크로캡슐의 외벽에 코팅시킴으로서 통상적인 축열 복합 마이크로캡슐의 기능 이외에 은 고유의 천연 항균기능과 치유기능을 부여할 수 있도록 한 축열 복합 마이크로캡슐 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 은 나노입자가 코팅된 축열 복합 마이크로캡슐의 부분단면 사시도.

도 2는 본 발명에 의해 제조된 은 나노입자의 크기를 나타낸 입자분석 그래프.

도 3은 본 발명에 의해 제조된 축열 마이크로캡슐의 시차주사열분석 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 마이크로캡슐11 : 캡슐내부층

12 : 캡슐외부층13 : 캡슐표피층

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 천연항균 및 치유기능을 갖는 축열 복합 마이크로캡슐의 제조방법은 먼저 은 나노입자의 분포액을 제조하는 단계, 상전이물질을 초기 유화를 시켜 캡슐내부층을 형성하는 단계, 상기 캡슐내부층에 초기 멜라민 축합물을 가하여 둘러싸도록 하여 캡슐외부층을 형성시키는 단계, 캡슐외부층이 경화되기 전에 은 나노입자의 분포액을 일정량 가하여 상기 캡슐외부층 외측의 고분자막에 고착되도록 하여 캡슐표피층을 형성시키는 단계, 사용된 고분자 물질의 가교제 및 경화제를 투입하여 상기 캡슐표피층을 경화시키는 단계, 및 경화된 마이크로캡슐을 담고 있는 충진용액을 상온에서 건조시켜 반응을 종결시키는 단계로 이루어진다.

이때, 은 나노입자의 분포액을 제조하는 방법은 스타이렌말레익 무수물의 수용성 고분자용액을 먼저 제조하여 상온에서 방치한 후 필터를 통과하여 불순물 및 혼합과정에서 생성될 수 있는 과립상의 엉긴 입자를 제거하는 단계, 용기에 상기 수용성 고분자 용액과 질산은 용액을 투입하는 단계, 상온에서 혼합기를 이용하여 혼합된 용액에 하이드리진 용액을 방울방울 떨어뜨려 추가하면서 서서히 혼합하는 단계, 하이드리진 용액을 완전히 투입하여 상온에서 방치한 후 반응되지 않은 하이드리진을 제거하기 위하여 소디움하이퍼 클로라이드 용액을 투입하는 단계, 및 상온에서 용액을 혼합한 후 스테인레스망에 여과하는 단계를 포함한다.

아울러 상기 상전이물질은 탄소 수 13내지 28개를 가지는 파라핀계 탄화수소 물질, 무기수화물과 그의 용융염, 및 알코올류 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 무기수화물은 황산나트륨 10수화물, 티오황산나트륨 5수화물, 초산나트륨 3수화물, 제2인산나트륨 12수화물, 불화칼륨 4수화물, 염화칼륨 6수화물, 질산마그네슘 6수화물, 질산암모늄의 공융혼합물, 초산나트륨 3수화물 및 요소 공융혼합물 중 선택된 어느 하나이다.

특히 은 나노입자의 크기는 10 ~ 300nm 이내의 범위인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면에 의거하여 본 발명에 따른 천연항균 및 치유기능을 갖는 축열 복합 마이크로캡슐 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.

국외의 경우 상전이물질을 포함하는 마이크로캡슐을 응용하여 섬유제품을 비롯한 여러 가지 제품의 개발이 이루어져 있으나 이와 동시에 항균, 치유 기능을 갖는 다기능 제품을 얻고자 하는 경우 마이크로캡슐을 적용한 후 개별적인 공정(즉, 두 가지 이상의 공정)을 통해서만 이루어져 왔다. 그로 인해 공정의 장기화 및 다수의 공정을 거침으로 인한 제조단가의 상승 및 제품의 불균일 처리 문제 등 부작용을 가져올 수 있었다.

본 발명에서의 마이크로캡슐은 적용 제품, 특히 섬유제품에의 응용시 캡슐 내부물질로 사용되는 상전이물질의 종류에 따라 축열 기능을 갖는 온도 즉, 상전이 온도의 다양성으로 인해 극한의 추위로부터의 보온기능 또는 극서의 높은 기온환경 및 신체활동시의 발한으로 인한 체온상승이나 저하로부터의 적정피부온도를 유지하는 보냉기능, 다시 말해 상전이물질의 항온기능에 의한 체온조절기능과 더불어 은 나노 입자를 캡슐 외부에 코팅시킴으로서 은 고유의 항균, 치유기능을 부여하여 인체의 발한 및 각종 미생물로 인한 세균 서식 및 증식을 억제하여 악취, 섬유의 오염, 변색 및 곰팡이 증식 방지 등의 목적으로 사용될 수 있다.

본 발명은 축열 복합 마이크로캡슐의 기능 이외에 은 고유의 천연 항균기능과 치유기능을 부여하는 것으로, 특히 제품에 응용시 고려되어야 할 사항으로는 제조된 마이크로캡슐을 원사내부에 혼입시 높은 온도와 압력, 시간변화에 따른 마이크로캡슐의 안정성, 섬유나 직물표면에 도포시 외부의 압력에 의해 파괴되지 않고 충분히 견딜 수 있는 마이크로캡슐 외벽의 안정성, 발포고무나 스폰지에 혼입시 고온, 고압의 발포조건에 대한 마이크로캡슐의 안정성, 섬유제품과 다른 여타 물질과의 접합시 사용되는 용매, 예를들어 Toluene, Methyl Ethyl Ketone(MEK) 등에 대한 안정성 등이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 최대한 안정성이 있는 마이크로캡슐을 얻기 위해 다양한 실험을 하였고, 그 결과 최적의 축열 복합 마이크로캡슐을 얻은 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 기능성 마이크로캡슐(10)의 개략적인 구조는 캡슐내부층(11)이 상전이물질(PCM)을 포함하는 축열 물질이 함유되어 구형으로 형성되고, 캡슐외부층(12)은 고분자 물질이 함유되어 상기 캡슐내부층(11)을 감싸면서 구형으로 형성된다.

또한 캡슐외부층(12)의 고분자 물질에 초미세한 은 나노입자를 코팅시킴으로서 축열 복합 마이크로캡슐(10)의 캡슐외부층(12)에 은 나노입자가 고르게 분포되어 캡슐표피층(13)이 형성된다.

이와 같이 캡슐표피층(13)에 분포된 은 나노입자는 축열 복합 마이크로캡슐(10)의 고유한 축열 기능 이외에 은 나노입자의 표면처리에 의한 천연의 은 고유의 살균과 면역력 증진의 부가기능이 발휘되게 된다.

본 발명에서 사용될 수 있는 상전이 물질로는 알려진 수천가지의 물질이 사용될 수 있지만 대표적으로 탄소 수 13내지 28개를 가지는 파라핀계 탄화수소 물질과 각종 무기수화물과 그의 용융염, 또는 알코올류가 포함된다. 알코올류 탄화수소의 탄소 수에 따른 상전이 온도는 아래에 표 1로 나타내었다.

각종 무기수화물 또는 용융염으로는 황산나트륨 10수화물, 티오황산나트륨 5수화물, 초산나트륨 3수화물, 제2인산나트륨 12수화물, 불화칼륨 4수화물, 염화칼륨 6수화물, 질산마그네슘 6수화물과 질산암모늄의 공융혼합물 및 초산나트륨 3수화물과 요소 공융혼합물 등이 있다.

[표 1] 대표적 알코올류 탄화수소 물질과 탄소 수에 따른 상전이 온도

탄화수소 물질	탄소 수	상전이 온도(℃)
1-Nonanol	9	-8 ~ -6
1-Decanol	10	7
1-Undecanol	11	11
1-Dodecanol	12	24 ~ 27
1-Tridecanol	13	32.5 ~ 33.5
1-Tetradecanol	14	38 ~ 40
1-Pentadecanol	15	45 ~ 46
1-Hexadecanol	16	50 ~ 55
1-Heptadecanol	17	56 ~ 58
1-Octadecanol	18	60 ~ 61
1-Nonadecanol	19	60 ~ 61
1-Eicosanol	20	64 ~ 66

한편 상기와 같은 형태의 은 나노입자가 코팅된 축열 복합 마이크로캡슐(10)을 제조하기 위해서 우선, 캡슐외부층(12)에 코팅되어 캡슐표피층(13)이 형성될 은 나노입자가 포함된 용액을 제조해야 하는데 그 방법은 다음과 같다.

[구조식]

우선 실시예 1에서는 상기의 화학구조식을 가지는 스타이렌말레익 무수물의 수용성 고분자 4% 용액을 먼저 제조하여 상온에서 3 ~ 5시간 동안 방치한 후, 2.0㎛ 필터를 통과하여 불순물 및 혼합과정에서 생성될 수 있는 과립상의 엉긴 입자를 제거한다.

또한 1000㎖ 용기에 앞서 제조한 500g의 수용성 고분자 용액과 50 ~ 100㎖의 0.1mol 질산은 용액을 투입한 후 상온에서 혼합기를 이용하여 혼합하고, 혼합된 용액에 150 ~ 200㎖의 0.1mol 하이드리진 용액을 방울방울 떨어뜨려 추가하면서 서서히 혼합한다.

또한 0.1mol 하이드리진 용액을 완전히 투입한 후 상온에서 24시간 동안 방치한 다음, 반응되지 않은 하이드리진을 제거하기 위하여 200 ~ 250㎖의 0.1mol 소디움하이퍼클로라이드 용액을 투입한다.

이후 상온에서 5시간 이상 용액을 혼합한 후 300매쉬(Mesh)의 스테인리스 망에 여과하여 과립상의 은 나노입자의 분포액을 얻어내며, 제조된 은 나노입자의 크기는 입자크기분석기(Particle Size Analyzer)를 이용하여 확인할 수 있다.

도 2는 실시예 1의 방법으로 제조된 은 나노입자의 입도분포를 나타낸 그래프로 은 나노입자의 크기가 90 ~ 120㎚에 많이 분포하였고 10 ~ 300㎚ 이내의 범위로 유지됨이 바람직하며, 보다 바람직한 범위는 크기 평균 50% 이내인 20 ~ 100㎚ 인 것을 알 수 있다.

한편, 실시예 2에서는 실시예 1과 같은 은 나노입자의 분포액이 코팅된 본 발명의 은 나노입자가 코팅된 마이크로캡슐(10)을 제조하게 된다.

우선, 함유물질로 위에 언급된 상전이물질을 이용하여 초기유화를 시켜 캡슐내부층(11)을 형성하고, 여기에 초기 멜라민 축합물을 가하여 상기 캡슐내부층(11)을 둘러싸도록 하여 캡슐외부층(12)을 형성시킨다.

또한 캡슐외부층(12)이 경화되기 전에 피막이 무른 상태에서 실시예 1에서 제조된 은 나노입자의 분포액을 일정량 가하여 캡슐외부층(12) 외측의 고분자막에 고착되도록 한다.

이후 사용된 고분자 물질의 가교제 및 경화제를 투입하여 캡슐표피층(13)을 경화시킨 후, 경화된 마이크로캡슐(10)을 담고 있는 충진용액을 상온에서 건조시켜 반응을 종결함으로서 본 발명의 은 나노입자가 코팅된 축열 복합 마이크로캡슐(10)을 제조한다.

한편, KS K0693:2001 방법에 의거하여 본 발명의 은 나노입자가 코팅된 기능성 마이크로캡슐(10)의 항균력을 시험하여 측정한 결과, 은을 캡슐표피층(13)에 포함한 마이크로캡슐(10)의 경우 현저한 항균력의 증가를 볼 수 있었다.

즉, 실시예 2에서 제조된 마이크로캡슐 용액을 0.5% 1,000㎖의 용액으로 만들고 여기에 시험포(면) 50g을 투입하여 10분간 교반한 다음, 시험포를 꺼내어 건조시킨 후 항균력을 시험하였다.

또한 상기와 같이 완성된 시험포를 세탁시험기에 15회 세탁 후, 위에서와 같은 항균력을 세탁견뢰도 시험에 의해 시험한 결과 역시 항균력의 저하가 없음을 알 수 있었다. 하기의 표 2는 본 발명에서 제조된 은 나노입자가 코팅된 축열 복합 마이크로캡슐의 항균성 결과표이다.

[표 2]

시험균종(보존번호)	Staphylococcus aureus(ATCC 6538P)	Klebsiella pneumoniae(ATCC 4352)
균농도 (개/ml)	1.0 X 10⁵	1.0 X 10⁵
증식치 (F)	4.1	3.5
Ma	3.8	3.9
Mb	7.9	7.4
Mc	2.6	2.8
정균활성치 (S)	5.3	4.6
살균활성치 (L)	1.2	1.1
균감소율 (%)	99.9	99.9
비이온수용성고분자	폴리옥시에틸렌소비탄모노레이트 0.05%

또한, 도 3은 제조된 축열 복합 마이크로캡슐의 시차주사열량분석기(DSC)의 분석결과로 상전이물질로는 n-Octadecane이 사용되었고 분석에는 Perkin Elmer DSC7이 사용되었다. 분석 결과, 사용된 물질의 상전이온도인 28℃ 근처에서 82.29 J/g의 열용량을 나타내었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 천연항균 및 치유기능을 갖는 축열 복합 마이크로캡슐의 제조방법은, 은 입자를 초미세한 나노입자의 형태로 각종 축열 복합 마이크로캡슐의 외벽에 코팅시킴으로서 통상의 축열 복합 마이크로캡슐의 기능 이외에 은 고유의 천연 항균과 치유기능 및 살균과 면역력 증진기능이 부여될 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

상전이물질로 캡슐내부층을 형성하고, 상기 캡슐내부층에 초기 멜라닌 축합물을 가하여 둘러싸도록 하여 캡슐외부층을 형성하며, 상기 캡슐외부층에 10 ~ 300nm 이내의 범위를 갖는 은 나노입자를 코팅한 것을 특징으로 하는 축열 복합 마이크로캡슐.
은 나노입자의 분포액을 제조하는 단계;

상전이물질을 초기 유화를 시켜 캡슐내부층을 형성하는 단계;

상기 캡슐내부층에 초기 멜라민 축합물을 가하여 둘러싸도록 하여 캡슐외부층을 형성시키는 단계;

캡슐외부층이 경화되기 전에 은 나노입자의 분포액을 일정량 가하여 상기 캡슐외부층 외측의 고분자막에 고착되도록 하여 캡슐표피층을 형성시키는 단계;

사용된 고분자 물질의 가교제 및 경화제를 투입하여 상기 캡슐표피층을 경화시키는 단계; 및

경화된 마이크로캡슐을 담고 있는 충진용액을 상온에서 건조시켜 반응을 종결시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열 복합 마이크로캡슐.
제 2항에 있어서,

스타이렌말레익 무수물의 수용성 고분자용액을 제조하여 상온에서 방치한 후필터를 통과하여 불순물 및 혼합과정에서 생성될 수 있는 과립상의 엉긴 입자를 제거하는 단계;

용기에 상기 수용성 고분자 용액과 질산은 용액을 투입하는 단계;

상온에서 혼합기를 이용하여 혼합된 용액에 하이드리진 용액을 방울방울 떨어뜨려 추가하면서 서서히 혼합하는 단계;

하이드리진 용액을 완전히 투입하여 상온에서 방치한 후 반응되지 않은 하이드리진을 제거하기 위하여 소디움하이퍼 클로라이드 용액을 투입하는 단계; 및

상온에서 용액을 혼합한 후 스테인레스망에 여과하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열 복합 마이크로캡슐.
제 2항에 있어서,

상기 상전이물질은 탄소 수 13내지 28개를 가지는 파라핀계 탄화수소 물질, 무기수화물과 그의 용융염, 및 알코올류 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 축열 복합 마이크로캡슐.
제 4항에 있어서,

상기 무기수화물은 황산나트륨 10수화물, 티오황산나트륨 5수화물, 초산나트륨 3수화물, 제2인산나트륨 12수화물, 불화칼륨 4수화물, 염화칼륨 6수화물, 질산마그네슘 6수화물, 질산암모늄의 공융혼합물, 초산나트륨 3수화물 및 요소 공융혼합물 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 축열 복합 마이크로캡슐.