KR20070050147A

KR20070050147A - 심초형 복합방사 단섬유 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20070050147A
Application number: KR1020050107376A
Authority: KR
Inventors: 김연수; 최오곤; 장경진; 홍성대
Original assignee: 주식회사 새 한
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2007-05-15
Also published as: KR100894494B1

Abstract

본 발명은 초성분으로서, 폴리에스테르에 은(Ag) 성분을 함유한 마스터배치 칩 1∼5 중량%을 혼합하고, 심성분으로서 폴리프로필렌을 사용하여 30:70 내지 70:30의 복합방사 비율로 방사된 심초형 복합방사 단섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 초성분에 은(Ag) 성분을 함유한 마스터배치 칩 1∼5 중량%를 혼합하여 사용함으로써 섬유 표면에 나노크기의 은(Ag) 성분을 집중시켜 항균성을 최적화시키는 동시에, 종래 은 성분을 함유한 마스터배치 칩보다 혼합비율이 절감되어 제조원가를 절감할 수 있고, 심성분으로서 폴리프로필렌을 사용하여 소프트성을 향상시켜 부드러운 촉감의 심초형 복합방사 단섬유를 제공할 수 있다. 나아가, 본 발명은 상기 심초형 복합방사 단섬유를 이용하여 제조된 항균 방적사 또는 부직포를 제공할 수 있다.

심초형, 복합방사, 단섬유, 은성분, 마스터배치 칩, 항균방적사, 부직포

Description

심초형 복합방사 단섬유 및 그의 제조방법{SHEATH-CORE CONJUGATE SPINNING STAPLE FIBER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 심초형 복합방사 단섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리에스테르를 초성분으로 하고, 폴리프로필렌을 심성분으로 하는 심초형 복합방사 단섬유에 있어서, 상기 초성분에 은(Ag) 성분을 함유한 마스터배치 칩 1∼5 중량%를 혼합하여 항균성이 부여된 심초형 복합방사 단섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

최근 생활의 질이 높아지면서 웰빙 붐을 타고 기능성 소재에 대한 관심도가 높아지고 있으며, 항균섬유는 이들 가운데 하나라고 볼 수 있다.

특히 최근에는 병원성 대장균 O-157, 비브리오, 살모넬라 등의 각종 내성균에 의한 병원 내에서의 감염문제, 빌딩에 설치된 쿨링타워 내의 냉각수에 증식하는 레지오넬라가 원인 균인 폐렴문제, 주택 내의 곰팡이 포자가 원인이 되는 소아 천식 등 우리 생활 주변에는 미생물이 원인이 되는 문제가 많이 발생하고 있다.

이러한 문제들을 해결하고자 종래에는 유기계 항균제를 주로 사용해 왔으나, 항균력의 지속성 또는 인체나 기타 환경에 대한 안정성의 문제로 무기계 항균제 개발이 활발하다.

대표적인 무기계 항균제로서, 은(Ag)의 경우는 아주 미소량만 사용하여도 항균효과가 뛰어나고, 특히, 은(Ag)이 나노상태로 되면, 작아진 입자크기로 인하여 표면적이 넓어짐에 따라, 항균/제균력이 더욱 탁월해지며, 현재 실험한 자료들을 근거하면, 대장균, 황색 포도상구균, 살모넬라균, 비브리오균, 이질균, 폐렴균, 장티푸스균 및 내성이 가장 강한 MRSA(메티실린내성 황색포도상구균)까지 99.9% 항균 및 살균한다고 보고되고 있다. 이에, 소량의 은(Ag) 성분을 함유함으로써, 비용을 획기적으로 절감할 수 있으며, 의류용뿐만 아니라 정수기의 필터 등 각종 생활 용품에 광범위하게 적용되어 왔다. 다만, 항균성이 요구되는 분야에 적용될 경우, 상기 은(Ag) 성분의 탁월한 항균기능을 지속시킬 수 있는 효과적인 방법에 대하여 연구가 집중되고 있다.

종래 기술로는 은(Ag) 입자를 함유한 마스터배치 칩을 제조하고 이를 섬유제조공정에 혼합하여 항균 섬유를 생산하여 왔다. 그러나, 상기 방법으로는 섬유 표면에 은(Ag) 입자의 농도를 극대화시키지 못해 원하는 항균력을 제대로 얻을 수 없다는 문제점이 지적되고 있다. 그의 일례로, 대한민국 특허 제2002-29668호에는 은(Ag) 성분을 함유한 마스터배치 칩 방식의 항균섬유를 제조하는 방법을 제시하고 있으나, 상기 방법은 방사시 은 입자가 골고루 분포되어도 실제 섬유 표면에 분포되는 은 입자의 양은 너무 극소량이라 실제 섬유에서 발현되는 항균성의 편차가 많이 발생 한다.

또한 대한민국특허 제2000-531612호의 심초형 항균성 섬유를 비롯하여 다수의 심초형 복합섬유에 대하여 개시되어 있다. 그러나, 종래의 심초형 복합섬유 소재는 열가소성 수지를 사용하고 있으며, 특히 심성분의 경우, 일반 폴리에스테르로 구성되어 있을 뿐 특정하지 않고 있다. 이외에도 은(Ag) 성분을 상기 열가소성 수지에 혼합하여 마스터배치를 제조하고, 이를 심성분과 복합 방사하여 제조되는 심초형 복합섬유의 제조방법이 공지되어 있다.

이에, 본 발명자들은 종래의 문제점을 해소하고자 노력한 결과, 초성분으로서 폴리에스테르에 은(Ag) 성분을 함유한 마스터배치 칩을 혼합하여 사용함으로써 항균성을 부여하고, 심성분으로서 폴리프로필렌을 사용하여 소프트성을 향상시켜 부드러운 촉감의 심초형 복합방사 단섬유를 제공함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 심초형 복합방사 단섬유 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 심초형 복합방사 단섬유를 이용하여 제조된 항균 방적사 또는 부직포를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 초성분으로서, 폴리에스테르에 은(Ag) 성분을 함유한 마스터배치 칩 1∼5 중량%을 혼합하고, 심성분으로서 폴리프로필렌을 사용하여 30:70 내지 70:30의 복합방사 비율로 방사된 심초형 복합방사 단섬유를 제공한다.

상기 마스터배치 칩은 은(Ag) 성분 0.1∼1.0중량%를 함유하고, 상기 은(Ag) 성분은 10∼150 nm의 크기를 갖는다.

상기 폴리프로필렌은 멜트인텍스(MI) 수치가 15∼30g/10분인 것을 사용한다.

또한 본 발명은 은(Ag) 성분 1∼5 중량%를 함유하는 마스터배치 칩을 폴리에스테르 초성분에 투입하고, 상기 초성분과 멜트인텍스(MI)가 15∼30g/10분인 폴리프로필렌의 심성분을 30:70 내지 70:30의 복합방사 비율로 260∼290℃의 온도에서 심초형 방사구금을 통하여 용융방사하고, 이후, 냉각하고 오일링한 후 권취하여 심초형 복합방사 섬유를 제조하고, 상기 복합방사 섬유를 80∼90℃의 연신온도에서 3.0∼5.0의 연신비로 연신하고, 180∼210℃에서 열처리한 후, 절단하는 것으로 이루어진 상기 심초형 복합방사 단섬유의 제조방법을 제공한다.

나아가, 본 발명은 상기 심초형 복합방사 단섬유를 이용하여 방적사를 제조하되, 상기 복합방사 단섬유가 50∼100중량%의 혼합비율로 제조된 항균 방적사 또는 부직포를 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.

본 발명은 초성분으로서, 폴리에스테르에 은(Ag) 성분을 함유한 마스터배치 칩 1∼ 5 중량%을 혼합하고, 심성분으로서 폴리프로필렌을 사용하여 30:70 내지 70:30의 복합방사 비율로 방사된 심초형 복합방사 단섬유를 제공한다.

상기 초성분으로서 폴리에스테르는 일반 섬유용 폴리머로서 극한점도(IV)가 0.630∼0.670인 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 극한점도 0.650인 폴리에스테르를 사용하고 있다.

본 발명의 복합방사 단섬유는 상기 초성분에 은(Ag) 성분을 함유한 마스터배치 칩 1∼5 중량%를 혼합함으로써, 입자가 고르게 분산되도록 하며, 섬유 표면에 나노크기의 은(Ag) 성분을 집중하여 항균기능을 최적화하고, 동시에 은(Ag) 성분을 초성분에만 집중적으로 함유하므로 종래 은 성분을 함유한 마스터배치 칩보다 혼합비율이 절감되어 제조원가의 절감에 기여한다.

은(Ag) 성분을 함유한 마스터배치 칩은 10∼150 nm의 입자크기를 갖는 은(Ag) 성분 0.1∼1.0 중량%를 함유하고 초성분인 폴리에스테르에 1∼5중량% 투입하여 제조된다.

이때, 은(Ag) 성분의 입자크기가 70∼100 nm인 것이 더욱 바람직하며, 은(Ag) 성분의 입자크기가 10nm 미만이면, 은(Ag) 입자의 융점 저하로 방사 시 용융되는 문제가 있으며, 150nm를 초과하면 폴리에스테르와의 혼합 시, 비표면적에 대한 입자 수 저하로 항균성이 떨어질 수 있다.

또한, 상기 나노크기의 은(Ag) 성분이 0.1중량% 미만으로 혼합되면, 기대하는 항균성을 얻기 힘들고, 1.0중량%를 초과될 경우 항균성의 향상에는 큰 변화가 없으면서도 오히려 과량 사용되면 비경제적인 문제를 발생한다.

상기 제조된 은(Ag) 성분을 함유한 마스터배치 칩은 초성분인 폴리에스테르에 1∼5 중량% 투입하는데, 이때, 1 중량% 미만이면, 항균성이 저하되며, 5 중량%를 초과하면, 항균성에는 큰 변화가 없으나 과량사용으로 제조원가 상승의 문제가 있다.

즉, 본 발명의 심초형 복합방사 단섬유는 초성분에만 은(Ag) 성분을 함유한 마스터배치 칩을 혼합하여 제조함으로써, 병원균 또는 미생물이 섬유 표면에 먼저 접촉하므로, 은(Ag) 성분이 내부에 함침된 경우보다 표면에 집중적으로 노출되어 항균기능을 최적화시킬 수 있다.

심성분으로서 사용되는 폴리프로필렌은 통상 의류용 및 부직포용 섬유 제조에 사용되는 것으로 소프트한 초기 탄성률을 가진 폴리머로서, 본 발명의 심초형 복합방사 단섬유에 부드러운 촉감을 부여한다. 이때, 폴리프로필렌의 멜트인덱스(MI) 값이 15∼30g/10분인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 멜트인덱스(MI) 값이 15g/10분 미만이면, 방사시 초성분의 용융점도와 차이가 커서 방사성 저하의 요인이 되며, 반면에 30g/10분을 초과하면, 적정 방사온도 설정이 어렵게 되어 바람직하지 않다.

본 발명에서 사용하는 MI 수치는 용융지수로서, ASTM D 1238의 측정방법을 따르며, 측정조건은 230℃에서 10분간 흐른 수지의 중량을 측정하는 것이다.

또한 본 발명은 심초형 복합방사 단섬유의 제조방법을 제공한다.

보다 구체적으로는, 상기 은(Ag) 성분 0.1∼1.0 중량%를 함유하는 마스터배치 칩을 폴리에스테르 초성분에 투입하고, 상기 초성분과 멜트인텍스(MI)가 15∼30g/10분인 폴리프로필렌의 심성분을 30:70 내지 70:30의 복합방사 비율로 260∼290℃의 온도에서 심초형 방사구금을 통하여 용융방사하고, 이후 냉각하고 오일링한 후 권취하여 심초형 복합방사 섬유를 제조하고, 상기 복합방사 섬유를 80∼90℃의 연신온도에서 3.0∼5.0의 연신비로 연신하고 180∼210℃에서 열처리한 후, 절단하는 것으로 이루어진다.

제품 목적에 부합되는 심초형 복합방사 섬유를 제조하기 위하여, 제조 시, 초성분 및 심성분 간의 복합방사 중량비율의 선정이 중요하다. 따라서 본 발명의 바람직한 초성분 및 심성분의 복합방사 중량비율은 30:70 내지 70:30으로 실시되는 것이다. 즉, 심성분인 폴리프로필렌의 중량비가 높으면, 심초형 복합방사 섬유의 소프트성은 증가되나, 심초형 복합방사 섬유 강도가 저하되는 문제가 발생하기 때문이다. 또한, 초성분 비율이 30% 이하가 되면 방사 작업성에 불리하고 고차 가공 시, 염색성이 불량한 단점이 있으므로 용도에 맞는 방사 비율을 적용하여야 한다.

심초형 복합방사 섬유의 제조단계 중, 융융방사 온도는 260∼290℃의 온도에서 실시하는 것이 바람직하며, 보다 구체적으로는 초성분인 폴리에스테르는 280∼290℃가 바람직하고, 심성분인 폴리프로필렌은 265∼275℃가 바람직하다. 상기 용융방사 온도는 초성분과 심성분의 극한점도 및 MI 수치에 따라 조절되는 것이다. 만약, 초성분 및 심성분의 점도가 서로 상이할 경우, 초성분과 심성분의 복합 단면 형성이 불균일해지고, 방사 중에 사절되기 쉽다. 따라서, 초성분과 심성분의 용융점도 조절은 균일한 단면 형성 및 방사성에 중요한 영향을 미친다. 이후, 냉각하고 오일링한 후 권취하여 심초형 복합방사 섬유를 제조한다.

상기 연신공정은 초성분과 심성분으로 용융방사된 미연신 토우(Tow)가 목표하는 섬도, 강도 및 신도를 얻기 위하여 수행된다. 이때, 연신공정은 열을 주어 진행할 필요가 있는데, 유리전이온도가 낮은 폴리프로필렌은 저온에서도 연신이 가능하나, 초성분인 폴리에스테르를 균일한 연신을 하기 위해서는 열 연신으로 제조해야 한다. 이에, 연신공정은 균일한 연신을 위하여, 스팀 열연신 보다 80∼90℃의 열수 연신으로 수행하는 것이 더욱 바람직하다. 연신비는 3.0∼5.0으로 수행되는 것이 바람직하다.

상기 연신공정을 거친 섬유는 180∼210℃에서 열처리한 후, 크림프에서 권축을 부여하고 80∼100℃ 온도로 건조한 후 절단하여 심초형 복합방사 단섬유를 제조하고 포장한다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.

하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정 되는 것은 아니다.

<실시예 1>

은(Ag) 입자 함량 0.20 중량%를 가진 마스터배치 칩을 극한점도(IV) 0.650을 가진 폴리에스테르 초성분에 3 중량%의 비율로 투입하고, MI가 17인 폴리프로필렌을 심성분으로 하는 복합방사에서 중량비는 70(초):30(심)으로 설정하여 통상적인 익스트루더형 복합방사기에 공급하여 방사온도 285℃에서 직경 0.2mm의 방사구멍을 614개 가지는 구금에서 방사하여 냉각하고, 오일링 후, 1500m/분의 속도로 권취하는 동심 심초형 복합 방사 섬유를 얻었다.

얻어진 복합방사 섬유를 연신온도 85℃에서 연신비 3.0로 연신을 행한 후, 180∼210℃의 열처리 롤러에서 열처리하고, 기계권축 형성 시 물리적인 압력을 2.0K 부여하여 단섬유를 제조하였다. 이후, 80∼100℃에서 건조하여 항균성을 가지는 단섬유를 얻었다.

<실시예 2>

심초성분의 방사 비율을 50(초): 50(심)으로 설정한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여, 항균성을 가지는 단섬유를 얻었다.

<실시예 3>

심초성분의 방사 비율을 30(초): 70(심)으로 설정한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여, 항균성을 가지는 단섬유를 얻었다.

<비교예 1>

방사 시, 복합방사기 대신 일반 방사기를 이용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여, 항균성을 가지는 단섬유를 얻었다.

<실험예 1>

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 얻은 복합방사 단섬유의 섬유강도 및 염색차(%)의 물성을 측정하였다.

또한, 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 얻은 복합방사 단섬유에 대한 황색포도상균 및 폐렴균에 대한 항균실험을 실시하였다. 이때, 항균실험은 상기 본 발명의 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 얻은 복합방사 단섬유 0.4g을 황색포도상균(Staphlococcus aureus ATCC 6538) 및 폐렴균(Klebsiella pneumoniae ATCC 4352)에 24 시간 배양시킨 후 접종하였다. 18시간 배양한 후 그 결과를 표1에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1
방사 비율	70:30	50:50	30:70	-
황색포도상균	99.5	99.9	99.9	75.3
폐렴균	99.6	99.9	99.9	73.5
섬유 강도	5.0 g/d	4.5 g/d	4.0 g/d	6.3 g/d
염색차(%)	98	95	85	100

상기 표 1에서 보이는 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 3에서 방사비율이 70(초):30(심) 내지 30(초):70(심)으로 제조된 복합방사 단섬유가 일반방사로 제조된 비교예 1의 단섬유보다 황색포도상균 및 폐렴균에 대한 항균 실험에서 월등히 우수한 결과를 보였다.

또한, 초성분의 방사 비율이 작을수록 은(Ag) 성분의 섬유표면에서의 밀도가 높아져 항균성에는 유리하나, 초성분 비율이 30% 이하가 되면 방사 작업성에 불리하고 고차 가공 시, 염색성이 불량한 단점이 있으므로 용도에 맞는 방사 비율을 적용하여야 한다.

<실험예 2>

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 얻은 복합방사 단섬유 및 면의 함량 비율을 조절하여, 방적사를 제조하고, 제조된 방적사의 항균성을 실험하였다. 이때, 항균실험의 대상 균주 및 실험방법은 상기 실험예 1과 동일하게 실시하였다.

방적비율 (항균섬유/면)	50 : 50	65 : 35	100 : 0
황색포도상균	93.3	99.9	99.9
폐렴균	95.5	99.9	99.9

상기 표 1에서 보이는 바와 같이, 방적사 생산 시, 항균섬유 함량이 65중량% 이상 함유한 방적사는 항균성이 99.9%로 확보되었으며, 50중량% 이하의 경우에는 양호한 항균성을 얻지 못하였다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 복합방사 단섬유는 초성분에 은(Ag) 성분이 함유된 마스터배치 칩 형태로 혼합함으로써, 입자가 고르게 분산되도록 하며, 섬유 표면에 나노크기의 은(Ag) 성분을 집중하여 항균기능을 최적화하고, 은(Ag) 성분을 초성분에만 집중적으로 함유하므로 종래 은 성분을 함유한 마스터배치 칩보다 혼합비율이 절감되어 제조원가의 절감할 수 있어 원가 경쟁력이 있는 제품을 생산할 수 있다.

또한, 심성분으로서 폴리프로필렌을 사용하여 소프트성을 향상시켜 부드러운 촉감의 심초형 복합방사 단섬유를 제공할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

초성분으로서, 폴리에스테르에 은(Ag) 성분을 함유한 마스터배치 칩 1∼5 중량%을 혼합하고, 심성분으로서 멜트인텍스(MI) 수치가 15∼30g/10분인 폴리프로필렌을 사용하여 30:70 내지 70:30의 복합방사 비율로 방사된 것을 특징으로 하는 심초형 복합방사 단섬유.
제1항에 있어서, 상기 마스터배치 칩이 은(Ag) 성분 0.1∼1.0중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 심초형 복합방사 단섬유.
은(Ag) 성분 1∼5 중량%를 함유하는 마스터배치 칩을 폴리에스테르 초성분에 투입하고, 상기 초성분과 멜트인텍스(MI)가 15∼30g/10분인 폴리프로필렌의 심성분을 30:70 내지 70:30의 복합방사 비율로 260∼290℃의 온도에서 심초형 방사구금을 통하여 용융방사하고, 이후 냉각하고 오일링한 후 권취하여 심초형 복합방사 섬유를 제조하고,

상기 복합방사 섬유를 80∼90℃의 연신온도에서 3.0∼5.0의 연신비로 연신하고,

180∼210℃에서 열처리한 후, 절단하는 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 제1항의 심초형 복합방사 단섬유의 제조방법.
제1항의 심초형 복합방사 단섬유를 이용하여 방적사를 제조하되, 상기 복합방사 단섬유가 50∼100중량%의 혼합비율로 제조된 것을 특징으로 하는 항균 방적사 또는 부직포.