KR20070071157A

KR20070071157A - 항균성 탄성섬유

Info

Publication number: KR20070071157A
Application number: KR1020050134376A
Authority: KR
Inventors: 유병하; 송병수; 서승원
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2005-12-29
Publication date: 2007-07-04

Abstract

본 발명은 방사공정을 거쳐도 황변의 문제를 일으키지 않으며, 반영구적으로 항균, 소취성을 부여한 탄성사를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 즉, 본 발명은 항균, 소취성 탄성섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명은 (A) i) ZnO 50 내지 78몰%, ii) SiO₂, P₂O₅, Al₂O₃, TiO₂ 및 ZrO₂로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물 21 내지 49몰% 및 iii) 알칼리 금속산화물 1 내지 10몰%로 구성되고, 평균입자크기가 0.1㎛ 이상 5㎛ 이하인 항균성 화합물을 스판덱스 원사 전체 중량 대비 0.2 내지 5중량% 포함하고, (B) 소취제로 Zn, Si, Cu, Ni, Fe, Al 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 금속 산화물 또는 복합 금속 산화물을 스판덱스 원사 전체 중량 대비 0.1 내지 20 중량% 포함하는 항균성 스판덱스 섬유에 관한 것이다

항균성, 소취성, 폴리우레탄, 스판덱스

Description

항균성 탄성섬유{Elastic fiber having antibiotic property}

본 발명은 항균, 소취성 탄성섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항균제로 ZnO, SiO₂, 및 알카리금속산화물로 구성되는 유리(glass)화합물을 사용하고 소취제로 Zn, Si, Cu, Ni, Fe, Al 및 Mg으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 금속산화물 또는 복합금속산화물을 사용하여, 방사공정을 거쳐도 황변 문제를 일으키지 않으며, 항균성이 우수한 탄성섬유에 관한 것이다.

폴리우레탄계 탄성섬유는 탄성과 탄성회복력이 우수하여 스타킹이나 여성용 속옷류 및 신축성 직물에 많이 이용되고 있으며, 에어로빅복, 수영복으로의 용도도 계속 확대되고 있다. 그러나 몸에서 배출되는 여러 가지 분비물에 의하여 의류에 많은 종류의 세균류 및 곰팡이류가 부착 서식하는 경우가 발생하게 되는데, 이중에는 직물에 부착하여 인체에 해로움을 주지는 않지만 의류를 변질, 착색, 오염시켜 악취를 발생시키는 것도 있고, 직접적으로 인체에 해를 입히는 경우도 발생하게 된다. 특히, 여성의 거들 및 브레이저 등으로 탄성섬유를 사용하는 경우가 많이 있 는데 이러한 경우 땀 등에 의한 분비물로 인하여 세균 또는 곰팡이류가 탄성섬유에 서식하는 경우가 있게 되는 것이다.

폴리우레탄 탄성섬유에 항균성을 부여하기 위한 방법으로 미국특허 제4,837,292호에 소프트 세그먼트로 알리파틱디올 중 폴리카보네이트디올 종류인 폴리(펜탄-1,5-카보네이트)디올, 폴리(헥산-1,6-카보네이트)디올 또는 이들의 공중합체를 사용함으로서 항균성을 부여하는 방법이 발표되어 있다. 이는 별도의 항균제를 투입하지 않고 원부재로 자체의 물성을 이용하여 항균성을 부여하는 방법이지만 향균효과가 저조한 문제점이 있다. 또한 종래의 항균제는 유기항균제이기 때문에 정련등의 과정에서 녹아나오는 경우가 발생하였지만, ZnO, SiO₂, 및 알카리 금속산화물로 구성되는 유리(glass)화합물을 사용하는 항균제는 무기항균제로서 녹아나오는 경우가 발생하지는 않는다.

또한 국내 공고특허 제 1993-5099호에서와 같이 무기계 항균제로서 다공성 무기물질인결정성 알루미노 실리케이트 제올라이트에 살균성 금속이온을 이온 교환시켜 항균제로 사용하는 경우 제올라이트 자체가 강한 흡착 특성을 나타내므로 이로 인하여 수분이 흡착될 경우 탄성섬유 제조공정 중 중합반응 시 원부재인 디이소시아네이트와 급격히 반응하여 우레아를 형성하거나 뷰렛 또는 알로파네이트를 형성하고 고분자를 가교시키는 역할을 하여 중합물의 점도를 상승시키고 겔을 형성시키므로 필터의 압력을 급속히 증대시키고, 방사 시 사절이 자주 발생하는 원인이 된다.

국내 등록특허 제103406호에서는 은 또는 지르코늄을 포함하는 비다공성 무기세라믹을 사용하여 탄성섬유에 항균성을 부여하고 있으나, 이 경우 스판덱스가 황변되는 문제가 발생하였다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 방사공정을 거쳐도 황변의 문제를 일으키지 않으며, 반영구적으로 소취 항균성을 부여한 탄성사를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 (A) i) ZnO 50 내지 78몰%, ii) SiO₂, P₂O₅, Al₂O₃, TiO₂ 및 ZrO₂로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물 21 내지 49몰% 및 iii) 알칼리 금속산화물 1 내지 10몰%로 구성되고, 평균입자크기가 0.1㎛ 이상 5㎛ 이하인 항균성 화합물을 스판덱스 원사 전체 중량 대비 0.2 내지 5중량% 포함하고, (B) 소취제로 Zn, Si, Cu, Ni, Fe, Al 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 금속 산화물 또는 복합 금속 산화물을 스판덱스 원사 전체 중량 대비 0.1 내지 20 중량% 포함하는 항균성 스판덱스 섬유를 제공한다.

또한, 알카리금속산화물은 Ma, K, 및 Li의 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 산화물인 것이 바람직하다.

이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 항균제 성분으로 ZnO은 50 내지 78몰%, SiO₂ 21 내지 49몰%, 알카리 금속산화물 1 내지 10몰%로 구성되며, 평균 입자 크기가 0.1㎛이상 5㎛이하인 유리화합물을 사용한다. 상기 항균제는 비다공성 항균제로서, 수분의 흡착이 거의 없어 중합물에 투입 시 겔 발생 우려가 없으며, 염색 공정시 염색 불균일을 문제를 초래하지 않는다.

상기 성분 중 ZnO는 항균성을 부여하는 물질로 그 함량이 78몰%를 초과하면, 유리(glass)화합물로 만들기 어렵고, 50몰%미만이면 항균성이 불충분하다. 알카리 금속화합물로는 알카리금속 Na, K 및 Li의 산화물을 사용할 수 있으며, 2 내지 3종을 함께 사용하는 것도 가능하다. 알카리 금속산화물은 내변색성 및 내수성을 항균제에 부여하는데 매우 중요한 역할을 한다. 알카리 금속산화물이 10몰%를 초과하면 항균제의수용해성이 크게 되어 항균성이 떨어져 지속성이 있는 항균성을 가져올 수 없고, 내변색성 및 내수성에 손상을 입게 된다.

향균제의 유리(glass)형성 성분인 SiO₂가 49몰%를 초과하면, 수용해성이 크게 되어 항균성이 떨어지고, 21몰%미만에서는 안정화된 유리(glass)형성 성분을 얻기가 어렵다. 본 발명에 있어서 필수의 유리(glass)형성 성분은 SiO₂이지만, SiO₂성분의 일부를 대신하여 기타 유리(glass)형성 성분을 사용할 수 있다. 기타 유리 (glass) 성분으로 바람직하게는 P₂O₅, Al₂O₃, TiO_2,, ZrO₂등을 사용한다. 상기 기타 유리(glass) 성분의 함량은 바람직하게는 0.1 내지 19몰% 이다.

본 발명의 탄성사를 제조하는데 사용되는 세그먼티드 폴리우레탄 중합체는 당 분야에 공지된 바와 같이 유기디이소시아네이트 및 고분자 디올을 반응시켜 폴리우레탄 전구체를 제조한 후, 이를 유기 용매에 용해시킨 다음 디아민 및모노아민과 반응시킴으로써 제조된다.

본 발명에서 사용되는 상기 유기 디이소시아네이트는 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 부틸렌디이소시아네이트, 수소화된 P,P 메틸렌디이소시아네이트 등이 있다. 상기 고분자 디올로는 폴리테트라메틸렌에테르 글리콜, 폴리프로필렌클리콜, 폴리카보네이트디올 등이 사용될 수 있다. 상기 디아민류는 쇄연장제로서 사용되며, 이의 예로는 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 하이드라진 등이 있다. 또한 상기 모노아민은 쇄중지제로서 사용되며, 이의 예로는 디에틸아민, 모노에탄올아민, 디메틸아민 등이 있다. 첨가제로서는 UV 안정제, 산화방지제, NOx가스 황변방지제, 점착방지제, 염착증진제, 내염소제 등이 사용될 수 있다.

본 발명에 사용되는 항균제는 원사대비 0.2 내지 5중량%를 투입하는 것이 좋다. 항균제의 양이 0.2중량% 미만이면 항균효과가 없으며, 5중량%를 초과하면 스판덱스사의 물성저하를 초래하고 더 이상의 항균효과도 기대할 수 없다. 본 발명에 사용되는 향균제는 다른 첨가제들과 함께 혼합하여 첨가할 수 있으며, 다른 첨 가제를 먼저 첨가한 후 방사 직전에 첨가해도 좋다.

또한, 소취제로 사용되는 Zn, Si, Cu, Ni, Fe, Al 및 Mg등의 금속 산화물 또는 복합 금속 산화물은 폴리우레탄 중합체 용액과 동일 용제에 소정량 용해하고, 폴리우레탄 중합체 용액에 첨가할 수 있다. 첨가 및 혼합은 static 믹서(static mixer)나 연속 니더(needer)등을 이용하고 연속식, 배치(batch)식으로의 적용 둘 다 좋다.

소취제는 통상 무광택제로 첨가되는 무기 첨가제 등과 동일한 방법으로 폴리우레탄 용액에 첨가할 수 있다. 구체적으로는 소취제를 폴리우레탄 중합체 용액중에 소정량 첨가하고 니더(needer) 등에 의하여 반죽하거나 균일하게 분산된 분산액을 만들고 폴리우레탄 중합체 용액에 첨가하여 혼합한다. 이 때 적당한 분산제를 선택하고 첨가해도 좋다. 첨가 혼합은 연속식도 배치식도 좋다. 소취제의 입경은 제조공정으로의 필터(filter)상의 문제들을 생각한다면 5㎛ 이하가 바람직하다.

소취제의 첨가량은 폴리우레탄 성분에 대하여 0.1 내지 20중량%가 바람직하고 보다 바람직하게는 0.5 내지 10중량%이다. 첨가량이 0.1중량% 미만이 되는 것은 소취성이 충분하지 않고, 20중량%를 넘는 것은 섬유의 물성 저하가 일어나기 쉬워진다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명을 제한고자 하는 것은 아니다.

실시예: 세그먼트 폴리우레탄 중합체의 제조

디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 518g과 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 2328g(분자량 1800)을 질소가스기류주에서 85℃, 90분간 교반하면서 반응시켜, 양 말단에 이소시아네이트를 포함하는 폴리우레탄 전구체를 제조하였다. 상기 폴리우레탄 전구체를 실온으로 냉각시킨 후, 여기에 디메틸아세트아미드 4643g을 첨가하고 용해시켜 폴리우레탄 전구체 용액을 수득하였다. 이어서, 프로필렌디아민 54g 및 디에틸아민 9.1g을 디메틸아세트아미드 1889g에 용해시킨 용액을, 10℃ 이하에서 상기 폴리우레탄 전구체 용액에 첨가하여 세그먼트 폴리우레탄 중합체 용액을 제조하였다. 상기 중합물에 통상의 UV안정제, 산화방지제, 황변방지제 등을 투입하고, 항균제 및 소취제를 투입하였다. 항균제는 ZnO 62.1몰%, SiO₂ 31.1몰, P₂O₅ 2.3몰%, Na₂O 2몰%로 구성되는 유리 화합물을 사용하여 원사내 함량이 1중량%가 되도록 투입하였다. 탈취제 산화 아연, 이산화규소로 되는 복합 금속산화물의 첨가량을 디메틸 포름아미드(dimethyl formamide)중에 약 10 중량%가 되도록 첨가하고, 이를 원사내 함량이 4중량%가 되게 투입하였다. 호모 믹서(homo mixer)로 분산시키고, 분산액을 작성하였다. 그 분산액을 상기 폴리우레탄 중합체 용액에 소정량 첨가하고, 니더(needer)에 혼합하여 방사원액을 제조하였다. 이 방사원액을 탈포시킨 후, 건식방사 공정에서 방사온도를 250℃로 조정하여 4필라멘트 40데니아 탄성사를 제조하였다. 이렇게 수득된 탄성사로 호나편기(KT-400, 직경 4inch, 침수 300개, 나가카세이키(Nagakaseiki)사, 일본)를 이용하여 시편으로서 스판덱스 환편물을 편직하였으며, 이어서 통상의 스판덱스 정련방법을 이용하여 스판덱스 환편물을 정련하여 물성을 평가하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예]

항균제로서 한국 특허공개 제1995-18734호의 실시예 1에 개시된 은 3.8중량%와 지르코늄 35중량%가 첨가된 평균 입경이 0.4㎛인 비다공성 무기계 항균세라믹을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 물성을 평가하고, 그 결과를 표1에 정리하였다.

[물성평가방법]

(1) 항균성 평가

황색포도상 구균(ATCC6538, Staphylococcus aureus)과 대장균(ATCC8739, Escherichia coli)을 시험균으로 채택하여 전 배양과 본 배양 후 시험균 현탁액을 만들고 시료를 투입하여 진탕배양(300rpm × 1hr, 25℃±5)시킨 후 균수를 세어 최초의 균수와 진탕배양 후 균수를 비교하여 균 감소율을 쉐이크 플라스크 방법(shake flask method)으로 평가하였다. 탄성사 환편물 100g을 세제 35g이 투입된 10리터수용액에서 10분간 세탁 후 탄성사환편물을 건져내어 자연 건조시키는 것을 20회 반복 실시한 후상기에 언급한 항균성을 평가하였다.

(2) 소취성의 평가

20℃의 환경조건중에 1L의 테도라팍 용기중에시료 0.6g을 넣고 암모니아(ammonia) 40ppm, 황화 수소 15ppm의 초기 농도의 가스(gas) 0.6L를 주입한다. 초기농도 및 1시간 후의 테도라팍중의 해당가스(gas) 농도를 검지관을 이용하고 측정한다

탈취율(%)={(초기가스(gas)농도-잔류가스(gas)농도)/(초기가스(gas)농도)}ㅧ100

	세탁전 항균성		세탁후 항균성		소취율(%)
	황색포도상구균	대장균	황색포도상구균	대장균	황화수소	암모니아
실시예	99.5	99.6	99.1	99.0	25.9	100
비교예	99.4	99.6	99.0	99.0	19.0	0

본 발명의 항균제를 적용한 스판덱스는 항균성이 우수하면서도 소취성이 우수하며 스판덱스 황변의 문제를 일으키지 않으므로 스판덱스에 적용하기에 적합하다.

Claims

(A) i) ZnO 50 내지 78몰%, ii) SiO₂, P₂O₅, Al₂O₃, TiO₂ 및 ZrO₂로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물 21 내지 49몰% 및 iii) 알칼리 금속산화물 1 내지 10몰%로 구성되고, 평균입자크기가 0.1㎛ 이상 5㎛ 이하인 항균성 화합물을 스판덱스 원사 전체 중량 대비 0.2 내지 5중량% 포함하고,

(B) 소취제로 Zn, Si, Cu, Ni, Fe, Al 및 Mg로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 금속 산화물 또는 복합 금속 산화물을 스판덱스 원사 전체 중량 대비 0.1 내지 20 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성 스판덱스 섬유.
제 1항에 있어서,

알카리금속산화물은 Ma, K, 및 Li의 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 산화물인 것을 특징으로 하는 항균성 스판덱스 섬유.