KR20060090037A - 왕겨탄 입자를 함유하는 기능성 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕겨탄 입자를 함유하는 섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 값싸게 얻을 수 있는 왕겨를 탄화시켜 얻은 왕겨탄을 이용하여 탈취, 소취, 원적외선방사 및 항균 등의 특성이 우수한 기능성 섬유를 만드는 것이다.

왕겨, 기능성 섬유, 탈취, 원적외선, 산업용자재, 항균, 산화규소

Description

왕겨탄 입자를 함유하는 기능성 섬유{FUNCTIONAL FIBER CONTAINING POWDER OF CARBONATED RICE-HULL}

최근 각종 기능성 섬유 및 침구류가 많이 등장하고 있는데, 건강한 삶에 대한 관심이 증대하면서 기능성 섬유에 대한 관심이 높아지고 있어서 다양한 특성을 가지고 있는 섬유들이 개발되고 있다. 예를 들면 인체에 유익한 원적외선 방사, 항균성, 대전방지성, 자외선 차단, 탈취성 및 전자파차단 등과 같은 기능이 부여된 합성 섬유가 개발되었으며, 이중 일부는 성공적으로 시판되고 있다.

그 중에도 건강과 관련된 탈취, 소취, 원적외선, 항균 등의 기능을 갖는 기능성 섬유제품들이 다양하게 선보이고 있다. 예를 들어 한국특허출원 10-1999-0049582 등은 숯을 함유하는 기능성 섬유에 관한 것으로, 탈취, 원적외선방출 및 항균효과가 우수한 숯을 함유하는 섬유의 제조 방법을 기술하고 있다. 이는 참숯 등을 미분말화하여 섬유에 적용한 것으로 숯이 갖는 탈취력과 원적외선 방출효과 등을 이용하고자 하였다.

또한, 비장탄 입자를 사용한 섬유는 참숯과는 달리 조직이 치밀하고 가비중이 높은 비장탄 입자를 함유하는 섬유에 관한 것으로 입자의 특성이 참숯과 다른 관계로 동일한 함량의 입자를 첨가하는 경우에 섬유생산 작업성은 개선될 수 있다. 그러나 참숯의 경우와 마찬가지로 숯의 일종인 관계로 기본적인 입자의 특성은 참숯 등과 크게 다르지 않다. 오히려 비장탄의 비표면적은 참숯 등에 비해 약간 낮아서 비장탄을 함유한 섬유는 참숯 등을 함유한 섬유에 비해 탈취력이나 소취력이 낮은 경우가 많다.

이밖에도 해조탄을 함유하는 섬유는 해조류를 탄화시킨 분말을 섬유에 첨가하여 만드는 기능성 섬유이다. 해조류가 갖는 인체 친화적인 특성을 살리고자 하였으며 해조류의 조성상 칼륨이나 나트륨 등의 미네랄 성분이 많다는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 저렴한 비용으로 만들 수 있는 왕겨탄을 함유하는 합성섬유를 제공하는 것으로, 섬유원사를 제조하는 공정중에 왕겨탄 입자를 첨가함으로서 의류용이나 침장용, 의료용 또는 산업용 내장재나 필터 등에 적용하여 탈취, 소취, 원적외선방사 및 항균 등의 우수한 특성을 발휘할 수 있는 기능성 섬유를 제공하는 것이다. -항균은 은, 구리, 아연 등 첨가 기술할 것

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 왕겨탄을 함유하는 합성 섬유를 제공하는 것으로, 섬유원사를 제조하는 공정중에 왕겨탄 입자를 첨가함으로서 의류용이나 침장용, 의료용 또는 산업용 내장재나 필터 등에 적용하여 탈취, 소취, 원적외선방사 및 항균 등의 우수한 특성을 발휘할 수 있는 기능성 섬유를 제공하는 것 이다.

왕겨는 우리가 수 천년 이상을 주식으로 사용해온 쌀의 외피로서 매일매일 먹고 있는 쌀의 일부이기 때문에 인체친화력이 높은 물질이라고 할 수 있다.

이와 같은 왕겨를 적당한 조건에서 탄화시켜서 만든 왕겨탄 역시 다른 탄, 즉 목탄, 해조탄, 활성탄 등의 물질과 비교해 인체친화성이 월등히 높다고 할 것이다. 구성 성분역시 인체에 매우 유익한 철, 망간, 마그네슘, 칼륨 등의 미네랄이 다량으로 들어있어 유익하다고 할 것이다.

표 1에 왕겨의 분석치를 나타내었으며 표 2와 표 3에는 왕겨를 각각 600도와 700도에서 탄화시킨 왕겨탄의 성분을 나타내었다.

왕겨의 구성성분중 산화규소 성분이 다량으로 함유되어 있는 것을 알 수 있으며 이점이 다른 탄들의 원료인 나무, 해조, 야자각 등과 크게 차별화되는 점이라고 할 수 있다.

[표 1] 왕겨의 성분분석결과

이 같은 차별화는 탄화시킨 후의 분석결과에서 더욱 확연하게 들어나는데 600도에서 탄화시킨 왕겨탄의 경우 산화규소 32.1%, 탄소 65% 이었으며 700도에서 탄화시킨 왕겨탄의 경우 산화규소 40.2%, 탄소 55.2% 로서 산화규소의 함량이 크게 늘어남을 알 수 있다.

[표 2] 왕겨탄(600℃탄화)의 성분분석결과

[표 3] 왕겨탄(700℃탄화)의 성분분석결과

이는 왕겨의 탄화공정이 공기를 완전히 차단한 장치에서 외부에서 공급되는 열에 의하여 진행되는 것이 아니고 외부의 열공급은 최소로 하고 자체 열에 의한 탄화공정에 의해 탄화공정이 진행되도록 하여 제조된 것이기 때문에 고온에서 탄화가 일어나면서 탄소성분이 추가적으로 연소하였기 때문이다.

본 발명의 특징은 이와 같이 산화규소 성분이 다량으로 함유되어 있는 왕겨탄을 첨가하여 섬유를 제조함으로서 기존의 숯을 함유하는 섬유와는 달리 산화규소의 원적외선 방사효과와 탈취효과 및 세균 등의 흡착효과를 추가적으로 기대할 수 있다.

또한 왕겨탄에 존재하는 산화규소는 비정질 산화규소인데, 이 비정질 산화규소의 미세한 입자가 탄소입자와 치밀한 조직을 이루고 있는데 이들 비정질 산화규소는 물이나 알칼리성 용액에 용출되어 녹아 나오는 특성을 갖고 있다. 따라서 섬유 중에 존재하는 왕겨탄 입자 중에서 비정질 산화규소 성분이 섬유관련제품의 제조공정시나 염색 및 세탁시에 용출되어 빠져나가면서 추가적으로 새로운 활성화된 표면을 제공하기 때문에, 기존의 숯을 함유하는 섬유가 시간이 지남에 따라 표면의 오염이나 막힘 등에 의해 성능이 저하되는 것과는 달리, 탈취나 소취효과 등이 오랫동안 지속될 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

통상의 합성 섬유의 제조 공정은 이미 공지된 기술로 수많은 특허에서도 입자를 함유하는 섬유 원사를 제조하는 방법들이 공지되어 있다. 따라서 본 발명에서는 폴리에스테르섬유, 폴리프로필렌섬유, 나일론 섬유, 아크릴섬유, 레이온 섬유 및 기타 섬유들의 원사를 방사하는 공정에서 원료가 되는 합성 수지 또는 섬유를 구성하게 되는 원료 물질과 함께 왕겨탄 입자를 섬유 원사의 제조 공정중에 투입함으로써 왕겨탄 입자가 함유된 섬유 원사를 제조하는 기술을 제공하고자 한다.

물론, 상기에 적어 놓은 섬유들은 일반적인 몇가지 만을 적어 놓은 것이며 본 발명의 개념으로 상기 적시되지 않은 섬유라 할지라도 동일한 개념으로 적용될 수 있다.

예를 들어 섬유의 원료가 되는 수지를 한가지 단독으로 사용하지 않고 몇 가지를 혼합하여 사용하거나, 특이한 관능기를 갖는 수지를 사용한다거나 하는 것 등이 이에 속한다. 또한 콩섬유나, 대나무섬유 등과 같은 천연 섬유소나 천연단백질 성분을 추출하여 단백질섬유 또는 재생 단백질계 섬유나 셀룰로오스계 섬유 등을 만드는 경우에도 역시 왕겨탄 입자를 첨가하여 섬유를 제조할 수 있다.

같은 이유로 왕겨탄 입자 외에 보조 성분으로서 항균제, 원적외선 방출 세라믹, 아황산칼슘, 맥반석이나 토루마린 등등의 기능성 광물질 또는 자성체와 같은 다른 입자를 혼합하여 사용하거나, 섬유의 생산성을 좋게 하기 위하여 입자가 구형상을 갖는 물질을 사용한다거나 하는 것도 본 발명의 범주에 들어간다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 언급한 몇 가지 섬유 원사를 통상의 공정으로 제조하여 그 특성을 제시하는 바, 본 발명의 범주가 실시예에 의하여 제한되는 것은 아님을 밝혀둔다.

왕겨탄 입자를 함유하는 섬유를 제조하는 방법은, 섬유의 원료가 되는 수지를 중합하는 단계에서 왕겨탄 입자를 넣어주고 중합한 후에 섬유를 방사하거나, 왕겨탄 입자를 고농도 마스터배치로 만들어 섬유 방사공정을 거쳐 왕겨탄 입자를 함 유한 섬유를 제조하는 등의 방법이 있다. 상기 방법 외에도, 통상의 일반 원사를 이용하여 섬유 원단을 제직한 후에 섬유 원단의 표면에 왕겨탄 입자를 부착시켜서 왕겨탄 입자를 함유한 섬유 원단을 제조할 수도 있다. 물론, 왕겨탄 입자를 나염 공정 중이나 별도의 특수한 분말 부착 공정을 도입하여 부착시킬 수 있으며, 원단의 전체에 고르게 부착시키거나 또는 원하는 문양을 부여할 때 그 문양에서만 왕겨탄 입자가 부착되도록 하는 것이 모두 가능하다.

또한, 일반 섬유를 부직포로 만들어 활용하는 경우, 부직포의 제조공정에서 바인더와 함께 왕겨탄 입자를 분무하거나 함침시켜 왕겨탄 입자를 부착시키는 것 등도 가능하다.

섬유 원단에 코팅하거나 부직포 제조공정에서 혼합 부착시키는 방법은 모두 왕겨탄 입자가 섬유 원사의 내부에는 없고 섬유 원사 외부 표면에만 존재하게 되므로 함량은 동일하게 사용하더라도 효과는 월등히 높게 나타난다. 반면에 표면에 부착되어 있는 상태이므로 입자의 탈락에 따른 지속성이 떨어지는 단점이 있으며 촉감이나 적용 분야 등에서 제한적일 수밖에 없는 단점이 있다.

본 발명의 섬유 제조방법은 통상의 합성섬유 방사 방법 외에 공기 분사압출 방법 등의 방법도 가능하다.

섬유중의 왕겨탄 입자의 크기와 함량에 관해서는 섬유의 용도와 섬유의 굵기 등에 따라 구분되어지는데, 의류용이나 침장용 등 생활주변에서 사용되는 경우에는 섬유의 굵기도 비교적 가늘고, 촉감이나 강도 등의 물성이 보다 더 중요하기 때문에 입자의 크기도 매우 작은 입자를 사용해야 할 뿐 아니라 함량을 높이는 것은 바 람직하지 못하다. 따라서 함량은 대개 10% 이하로 하는 것이 일반적이며 더욱 바람직하게는 5%이하가 좋다. 입자의 크기는 일반적으로 의류용인 경우는 평균 약 0.5㎛이하, 최대크기 약 2㎛이하가 바람직하며, 침장용 등의 경우는 평균크기 약 2㎛이하 최대크기 약 10㎛이하가 바람직하다. 그러나 본 수치는 절대적으로 적용되는 수치는 아니다.

산업용자재나 필터용 등으로 사용되는 섬유의 경우는 물성이나 촉감 등이 그다지 중요하지 않은 경우가 많고 섬유의 굵기가 수백 데니어에 이르는 등 매우 굵은 섬유를 사용하기도 하는데 이와 같은 경우에는 왕겨탄 입자의 함량을 매우 높게 하여도 섬유를 제조하여 목적하는 곳에 사용하는데 지장이 없다. 따라서 이들의 경우에는 왕겨탄 입자의 함량을 가능한 범위에서 높게 하여 섬유를 제조할 수 있다. 그러나 왕겨탄이 다공성 탄소와 실리카로 구성된 물질이므로 일반 광물질이나 합성세라믹 등과는 달리 왕겨탄의 함량을 40% 이상으로 제조하기는 쉽지 않다. 같은 이유로 입자의 크기도 의류용이나 침장용보다 큰 것을 사용하여도 문제는 없으나 본래의 추구하는 기능을 충분히 발휘하고자 하는 경우에는 가능한 작은 크기의 입자를 사용하는 것이 좋다.

이하 본 발명을 실시 예를 통하여 보다 상세히 설명한다.

(실시예1)

700℃에서 탄화시킨 상기 표 3의 왕겨탄을 습식 분쇄기로 분쇄하고 건조 및 해쇄하여 평균입자크기 0.3 μm, 90% 입자크기 0.9μm, 최대크기 2 μm 이하의 미세한 분말로 만들었다. 이 파우더와 폴리에스터, 폴리프로필렌, 나일론의 합성수지 칩을 이용하여 각각 15 중량%의 왕겨탄을 함유하는 마스터 배치 칩을 만들었다. 이들 각각의 마스터배치 칩과 각각의 버진 칩을 혼합하고 통상의 방법으로 용융방사하여 왕겨탄이 1.5중량% 함유된 2데니어 섬도의 갖는 폴리에스터 섬유원사, 폴리프로필렌 섬유원사, 나일론 섬유원사를 제조하였다.

(실시 예 2)

실시 예 1에서 사용한 것과 동일한 분말을 면 100% 섬유 원단의 표면에 코팅처리하여 왕겨탄 분말이 1 중량% 부착된 섬유 원단을 제조하였다.

(실시예3)

실시예1에서 사용한 것과 동일한 분말을 폴리프로필렌 부직포에 코팅하여 아황산칼슘 분말이 1 중량% 부착된 폴리프로필렌 부직포를 제조하였다.

(실시예4)

폴리프로필렌(분자량 50,000, 용융지수 40) 펠렛 85중량%와 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 분말 15 중량%를 혼합용융하여 마스터 배치 칩을 만들고, 이어서 이 마스터 배치 칩과 버진 칩을 혼합하여 혼합물을 공기 분사 압출기에 넣고 170 ℃로 가열하여 용융시킨 다음, 멀티 노즐헤드 온도 330℃, 스크류 회전 속도 30 rpm, 공기분사온도 및 압력 100℃ 및 10 kPa, 그리고 압출기와 수집부 사이의 거리 15 cm 등의 압출조건 하에서 분사 압출시켜 직경이 약 20 μm이고, 왕겨탄이 3% 포함된 PP섬유를 얻을 수 있었다.

이 섬유를 30 mm 축을 갖는 수집부에 직접 분사압출 방사하여 미세 섬유들을 직접 열접촉시키고, 부직 구조를 갖는 스펀본드형 다기능성 카트리지 필터를 제조 하였다. 제조된 스펀 본드형 다기능성 카트리지 필터는 내경 30mm, 외경 60mm 및 길이 300mm이고 충전밀도는 0.8이고, 기공크기는 약 5μm이었다.

(실시예 5)

실시예 1에서 사용한 것과 동일한 분말을 통상의 아크릴 섬유 제조 공정에 투입하여 왕겨탄이 1.5 중량% 포함된 2데니어 섬도의 아크릴 섬유를 만들었다.

(실시예6)

실시예 1에서 사용한 것과 동일한 분말을 이용하여 레이온 섬유의 제조 방법으로 왕겨탄이 1.5 중량% 포함된 2데니어 섬도의 레이온 섬유를 만들었다.

(실시예7)

실시예 5에서 다른 기능을 더하기 위해, 왕겨탄 입자와 크기가 비슷한 무기항균제, 원적외선 방사물질, 활성탄, 자성체가 각각 0.5중량% 포함되고, 왕겨탄이 1 중량% 포함되어 입자의 총 함량이 3%인, 2데니어 섬도의 아크릴섬유를 만들었다.

(실시예8)

본 발명의 왕겨탄을 함유하는 섬유의 탈취 성능을 알아보기 위하여 암모니아탈취 성능을 시험하였다. 표 1에 표시한 데이터는 15분 후의 탈취율을 나타내었으며 모든 섬유에서 우수한 탈취율을 나타내었다.

[표 4] 왕겨탄 입자 함유 섬유의 암모니아 탈취 성능

(실시예 9)

실시예 1의 왕겨탄을 함유하는 폴리에스테르 섬유와 동일한 제조방법을 사용하여 비장탄 입자가 함유된 폴리에스테르 섬유를 제조하였으며 세탁 후의 암모니아 탈취 성능의 지속성에 대하여 시험하였다.

결과를 표 5에 나타내었으며 왕겨탄 입자를 함유한 본 발명의 섬유가 비장탄을 함유한 섬유에 비하여 반복되는 세탁 후에도 우수한 탈취력을 보유하고 있음을 알 수 있었다.

[표 5] 왕겨탄을 함유한 섬유와 비장탄을 함유한 섬유의 세탁 후 암모니아 탈취율

이는 왕겨탄 입자에 존재하는 비정질 산화규소가 세탁시마다 소량씩 용출되어 탈취에 필요한 활성능력을 갖고 있는 새로운 표면을 지속적으로 제공하고 있기 때문으로 판단된다.

본 발명에서의 왕겨탄을 함유하는 섬유는 지속적으로 우수한 탈취력을 나타내었으며 의류용 섬유나 산업용 자재 등으로 사용하면 폭넓은 응용분야로의 전개가 가능할 것으로 기대된다.

Claims (5)

1. 섬유성분 60 ∼ 99.9중량%와 왕겨탄 입자 0.1 ∼ 40 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 왕겨탄 입자를 함유하는 기능성 섬유.
2. 제 1항에 있어서, 왕겨탄 입자 중의 산화규소의 함량이 30% 이상인 것을 특징으로 하는 왕겨탄 입자를 함유하는 기능성 섬유.
3. 섬유성분 60 ∼ 99.9중량%와 왕겨탄 입자에 아황산칼슘 입자, 항균제, 원적외선 방출 세라믹, 맥반석 등의 광물질, 활성탄 또는 자성체 중에서 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 물질을 혼합한 물질을 0.1 ∼ 40 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 왕겨탄 입자를 함유하는 기능성 섬유
4. 청구항 1에서 왕겨탄 대신 곡물류의 씨앗이나 씨앗의 껍질 또는 씨앗의 껍질을 제외한 알맹이 부분을 탄화시킨 물질을 0.1% ∼ 40% 함유하는 것을 특징으로 하는 곡물류의 씨앗을 탄화시킨 물질의 입자를 함유하는 기능성 섬유.
5. 청구항 4에서 곡물류의 씨앗은 볍씨, 보리, 밀, 메밀, 기장, 조, 녹두, 팥, 콩, 수수, 옥수수, 피, 해바라기, 도토리, 밤, 면화, 커피, 겨자 등인 것을 특징으로 하는 곡물류의 씨앗을 탄화시킨 물질의 입자를 함유하는 기능성 섬유.