KR20070071774A - 항균성, 항곰팡이성 및 음이온 방출 성능을 갖는 다기능성섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다기능성 섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 섬유 전체 중량에 대하여 아파타이트가 피복된 이산화티탄 0.5 내지 10 중량%; 및 토르마린 1 내지 10 중량%를 포함하여 항균성, 항곰팡이성 및 음이온 방출 성능을 갖는 다기능성 섬유에 관한 것이다.

항균성, 항곰팡이성, 음이온, 이산화티탄, 토르마린

Description

항균성, 항곰팡이성 및 음이온 방출 성능을 갖는 다기능성 섬유{A multi-function fibers having antibacterial, antifungal and anion generating capacity}

도 1은 본 발명의 항균성, 항곰팡이성 및 음이온 방출 성능을 갖는 다기능성 섬유의 단면 개략도이다.

본 발명은 다기능성 섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 섬유에 나노기술로 개발된 아파타이트가 피복되어 있는 이산화티탄 및 토르마린을 존재하게 하여 항균성과 항곰팡이성의 발현은 물론 음이온 방출까지 가능하게 한 다기능성 섬유에 관한 것이다.

섬유는 인체의 땀과 직접 접촉하기 때문에 다량의 암모니아 발생으로 인한 불쾌한 냄새 문제를 일으킬 수 있으며, 인체에 유해한 미생물이 섬유 제품에 부착되어 각종 질병을 유발할 수 있다. 이와 같이 섬유 제품이 유해 미생물로부터 변색 취화되거나 각종 악취로부터 오염되는 것을 예방하기 위하여, 섬유 제품에 세균이나 곰팡이 등의 미생물이 서식하거나 번식되는 것을 억제시키기 위한 항균성 및 항 곰팡이성 방취 가공을 수행하게 된다. 여기서 항균성이라 함은 세균의 번식을 억제하고 살균시키는 성질을 말하며, 항곰팡이성이라 함은 곰팡이의 번식을 억제하고 곰팡이를 죽임으로써 악취의 발생을 없애는 성질, 즉 소취성과 탈취성을 말한다.

항균 방취 가공 방법으로 통상적으로는 은, 구리, 아연, 산화은 및 산화아연과 같은 무기화합물을 도포하거나 염화 벤질과 같은 유기 화합물을 도포하는 방법 등이 알려져 있다. 그러나 이와 같은 항균성 화합물로 된 위생 가공제들은 섬유에 유기적으로 접착되지 못하는 문제와 세탁에 따른 내구성에 문제가 있다.

이에 대한민국 공개특허공보 제1995-56736호에서는 초부와 심부로 구성된 항균 항곰팡이성 심초형 복합섬유를 제시한 바 있으며, 상세하게는 초성분에 섬유 형성성을 지닌 열가소성 수지에 항균성 금속을 치환 담지시킨 인산지르코늄계 무기항균제를 함유하고, 심성분에는 초성분 열가소성 수지보다 용융점이 30℃ 이상 높은 섬유 형성성을 지닌 열가소성 수지에 내열성 유기항균제를 함유하는 복합섬유를 공지하고 있다.

상기 발명에서 항균성을 부여하기 위하여 사용한 인산지르코늄 이외에도 유기 실리콘 제4급 암모늄염계, 활성알루미나, 활성탄 등이 최근까지 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 이러한 항균제는 여전히 불규칙한 입자 모양으로 인해 분산성이 좋지 못한 문제점이 있으며, 세탁 내구성 특히, 염소계 세제를 사용할 경우 황변되는 단점이 있다.

따라서, 일본특허 등록공보소 제54-38951호에서는 이온 교환성 공중합체를 제조하고 동염 및 은염의 수용액으로 처리하여 섬유표면에 금속이온을 표출시켜 항 균성을 부여한 방법을 개시하고 있다.

이외에 대한민국 특허등록공보 제1996-0011596호 및 대한민국 공개특허공보 제1997-0043390호에서는 항균성 및 항곰팡이성을 가진 바이오 세라믹 성분이 함유된 폴리에스터 멀티필라멘트사 및 그 제조방법에 관해 공지하고 있다.

그러나 이와 같은 방법들도 금속이온이 고분자와 반응하는 과정에서 물성이 저하되기 때문에 사(絲) 제조 공정 및 염색 등의 후 공정에서 공정의 원활성이 떨어지는 문제점이 있다.

한편 이와 관련하여 본 발명자들은 대한민국 등록특허 제10-0532872호로 일정량의 나노 은 및 항곰팡이제를 포함하는 초부; 및 일정량의 토르마린을 포함하는 심부로 구성된 심초형의 다기능성 복합섬유에 대해 등록받은 바 있다. 상기 심초형의 다기능성 복합섬유는 토르마린 광석을 사용함에 따라 항균성 및 항곰팡이성 뿐만 아니라 음이온 발생기능도 발현한다.

그러나 여전히 당해 기술 분야에서는 보다 강화된 항균성, 항곰팡이성과 함께 음이온 발생 기능, 세탁 내구성 등의 여러 가지 다양한 성능을 발휘할 수 있는 다기능성 섬유에 대한 요구가 계속되고 있다.

따라서, 본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 최근 나노기술에 의하여 개발되어진 아파타이트가 피복된 이산화티탄 및 토르마린을 일반 합성수지 칩과 혼합하여 제조한 마스터배치(MB)를 섬유상에 존재하게 하면, 탁월한 항균성, 항곰팡이성, 세탁 내구성 및 음이온 방출 특성 등을 발휘할 수 있는 다기능성 섬유를 제조할 수 있음을 발견함으로써, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 아파타이트가 피복된 이산화티탄 및 토르마린을 사용하여 우수한 항균성 및 항곰팡이성과 함께 음이온 방출 성능을 갖는 다기능성 섬유를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 양상은 섬유 전체 중량에 대하여 아파타이트가 피복된 이산화티탄 0.5 내지 10 중량%; 및 토르마린 1 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성, 항곰팡이성 및 음이온 방출 성능을 갖는 다기능성 섬유에 관계한다.

이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.

본 발명은 섬유 전체 중량에 대하여 아파타이트가 피복된 이산화티탄 0.5 내지 10 중량%; 및 토르마린 1 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능성 섬유를 제공한다.

본 발명에서 아파타이트가 피복된 이산화티탄은 섬유에 항균성 및 항곰팡이성을 제공하기 위한 것으로서, 생체 내에서는 상온·높은 압력·중성에서 생성되며, 인공합성 시에는 일반적으로 수용액 반응을 사용하여 생성된다.

본 발명에서 사용된 이산화티탄은 최근에 개발된 기술로서, 물질 흡착성이 우수한 아파타이트로 피복되어 있어서 본 발명에서 이루고자 하는 조건을 만족시키고 있는데, 구체적으로 설명하면, 1차적으로 아파타이트의 장점인 강한 흡착력을 이용하여 미생물을 흡착하여 잡아두고, 2차적으로 이산화티탄의 광촉매작용을 이용 하여 흡착된 미생물을 완전히 파괴하는 항균 및 항곰팡이 메카니즘을 가지고 있다.

본 발명에서 이러한 아파타이트가 피복된 이산화티탄의 첨가량은 섬유 전체 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%가 바람직하며, 가장 바람직하게는 0.75 내지 5중량%가 좋다. 0.5 중량% 미만으로 첨가할 경우에는 최종 원사에서 항균 및 항곰팡이 효과가 불충분하며, 10중량%를 초과하여 첨가할 경우에는 후공정에서 어려울 뿐 아니라 사절의 원인이 될 수 있고 경제적으로도 이익을 도모하기 힘들게 된다.

상기 이산화티탄으로는 평균입경이 30 내지 100 nm인 입자를 선택하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 60 내지 90 nm의 입자를 사용하는 것이 좋다. 이는 30 nm 미만의 나노 이산화티탄을 사용하는 경우에는 반데르발스 힘의 원리에 의한 입자 응집현상이 일어날 수 있고, 100 nm 초과의 나노 입자를 사용하는 경우에는 입자 크기가 너무 커서 원하는 기능을 기대할 수 없기 때문이다.

한편 상기 이산화티탄에 대한 아파타이트의 피복량은 당업자가 용도 및 경우에 따라 다양하게 조절할 수 있는 사항이다.

본 발명에서 토르마린은 섬유에 음이온 방출 효과 및 세탁내구성을 부여하기 위해 사용되는 것으로, 통상 전기석이라 부르며, 경도가 7.25, 비중이 3.05인 육각정계의 물질이다. 주로 보석용으로 쓰여지는 토르마린은 굴절율이 1.62 내지 1.64이고, 복굴절율은 0.018, 색상은 녹색, 청색, 핑크색, 빨간색, 밤색 등 일곱 가지의 색을 띤다. 이 중에서 보석으로서 가치가 없는 불투명의 토르마린이 주로 공업용으로 쓰이고 있다.

토르마린은 극성 결정체로서, 일반 유전체(dielectricity)가 전기장에 놓으면 전기분극이 생겨서 표면에 전하를 띄는 것과 달리, 외부로부터 전기장이 가해지지 않더라도 처음부터 전기분극을 갖는 영구적으로 미세 전류가 흐르는 광석이다. 토르마린 결정의 플러스극과 마이너스극을 연결하면 0.06 mA의 미세 전류가 흐르고, 이 정도의 전류는 인간의 신체에 가장 적합한 전류로 알려져 있다.

압전 성질을 갖고 있는 토르마린은 사람의 손 또는 그 밖의 도구로 수직 압력이나 전단응력(shear stress)을 가하면, 주위의 물분자(H₂O)를 전기분해하여 수소이온(H⁺)과 수산이온(OH^-)으로 분리시키며, 분리된 수소이온(H⁺)은 토르마린의 마이너스극에 끌려가서 수소분자(H₂)로 되어 공기로 발생된다. 또한, 분리된 수산이온(OH^-)은 주변의 물분자와 결합하여 히드록실 이온(H₃O₂ ^-)으로 되는데, 이러한 입자들이 바로 음이온으로 측정되는 것이다. 이 때, 상기 히드록실 이온(H₃O₂ ^-)은 계면활성 물질이라서 섬유에 응용시 세탁성능(washability)이 개선되고 친수성을 부여하여 정전기를 제어하는데도 영향을 미친다.

본 발명에서 이러한 토르마린으로는 0.5 내지 2 ㎛의 평균입경을 갖는 것을 선택하여, 섬유 전체 중량에 대하여 1 내지 10 중량% 첨가하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 3 내지 5 중량%를 첨가하는 것이 좋다. 1 중량% 미만인 경우에는 최종 원사에서 음이온 발생 효과가 불충분하며, 10 중량% 초과일 경우에는 사절의 원인이 될 수 있다.

본 발명에 사용될 수 있는 열가소성 수지는 통상의 수지로서 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로는, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리아미드를 사용하는 것이고, 가장 바람직하게는 폴리아미드계를 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 섬유에 아파타이트가 피복된 이산화티탄 및 토르마린을 첨가하는 방법은 마스터배치의 형태로 하는 것이 바람직하다. 즉, 열가소성 수지에 대하여, 아파타이트가 피복된 이산화티탄 1 내지 20 중량% 및 토르마린 1 내지 20 중량%를 용융 혼합하여 마스터 배치 칩을 제조하고, 상기 제조된 마스터 배치 칩을 열가소성 수지와 용융 혼합 및 방사하여 본 발명의 다기능성 섬유를 제조할 수 있다.

이 때 상기 마스터 배치 칩의 제조시, 분산성 및 최종 연신사의 표면에 이산화티탄 입자 및 토르마린 미립자가 골고루 분포되게 하기 위하여, 열가소성 수지는 방사하고자 하는 일반수지의 칩보다 융점이 같거나 10 내지 20℃ 높은 폴리머와 혼합하여 방사하는 것이 바람직하다. 이러한 일반수지의 칩보다 융점이 같거나 10 내지 20℃ 높은 폴리머를 일반수지와 혼합하여 방사할 경우, 방사하여 섬유로 형성되면서 섬유 단면의 바깥 영역에 항균 및 항곰팡이 미립자가 분포하게 됨으로써, 제품으로 사용할 때 항균, 항곰팡이 성능 및 음이온 발생 성능을 충분히 발휘하게 된 다.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 들어 더욱 상세히 설명하나, 이는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.

실시예 1 내지 3

상대점도 2.47의 나일론에 대하여 평균입경 80 nm의 아파타이트가 피복된 이산화티탄 및 평균입경 1.0 ㎛의 토르마린을 하기 표 1과 같이 첨가하여 방사온도 265℃에서 직경이 0.25 mm인 일반사용 노즐을 사용하여 70d/24f의 다기능 섬유를 제조하였다.

비교예 1 내지 3

상기 실시예와 동일한 과정을 거쳐 하기 표 1에 기재된 조건으로 섬유를 제조하였다.

실험예

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 일반사 각각에 대하여, 다음과 같이 항균성, 항곰팡이성 및 음이온 발생률을 실험하였다.

(1) 항균성 측정

시험규격 KS K 0693-2001 시험방법에 의하여 황색포도상구균에 대해 항균효 과를 시험하였다. 한천배지에 배양균을 접종하여 37℃에서 24시간 배양한 균을 접종원으로 하여 시험편에 접종한 후 일정량의 액체를 가하여 시험편으로부터 세균을 액중에 추출시켰다. 그 다음 처리포와 미처리포의 액중에 잔존하는 세균의 감소 백분율을 계산하였으며, 백분율이 995 이상일 경우에는 우수, 95 내지 98%일 경우에는 보통, 95% 미만일 경우에는 불량으로 판정하였다.

(2) 항곰팡이성 측정

시험규격 JIS Z 2911-2001 시험방법에 의하여 아스퍼질러스 니그로, 페니실리움 씨트리넘 및 케토늄 글로보솜에 대하여 항진균 효과를 시험하였다. 배양조건으로 온도는 28±1℃, 시료의 크기는 25 mm × 25 mm로 하여 상기 곰팡이에 관하여 측정하였다.

(3) 음이온 발생률 측정

음이온 측정은 에코-홀리스틱(ECO-HOLISTIC)에서 제조한 이온 시험기를 이용하여 시료에 직접 접지하여 계기판에 나오는 수치를 읽는 방법으로 측정하였다.

상기 측정에 대한 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 나노기술로 개발된 아파타이트가 피복된 이산화티탄과 극성 결정체인 토르마린 광석 미립자를 혼입하여 기존의 항균성, 항곰팡이성, 세탁 내구성, 음이온 방출 성능 등이 한층 더 강화되고 다양해진 우수한 다기능성 섬유를 제조한다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

1. 섬유 전체 중량에 대하여 아파타이트가 피복된 이산화티탄 0.5 내지 10 중량%; 및 토르마린 1 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성, 항곰팡이성 및 음이온 방출 성능을 갖는 다기능성 섬유.
2. 제 1항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 및 폴리아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 항균성, 항곰팡이성 및 음이온 방출 성능을 갖는 다기능성 섬유.
3. 제 1항에 있어서, 상기 이산화티탄의 평균입경은 30 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 항균성, 항곰팡이성 및 음이온 방출 성능을 갖는 다기능성 섬유.

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