KR20080005549A - 적어도 하나의 폴리머 나노섬유층을 포함하는 직물 및전기방사를 통해 폴리머 용액으로부터 폴리머 나노섬유층을생산하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리머 용액의 전기방사를 통해 생산되는 직경 600 nanometers의 폴리머 나노섬유층을 포함하는 직물에 관한 것이다. 폴리머 나노섬유는 전기방사되는 폴리머 용액에 용해 또는 분산되어 있는 고유 저분자 물질의 화학반응을 통해 생성되는 저분자 물질입자를 포함한다. 그리고 본 발명은 대전 전극 및 반대 전극 사이의 전위차에 의해 생성되는 전계에서의 전기방사를 통해 폴리머 용액으로부터 나노섬유층을 생산하는 방법에 관한 것이며, 폴리머 용액은 대전 전극의 표면을 통해 전계에 이르게 됨과 아울러 이 전계에서 생성되는 나노섬유는 반대 전극으로 운반되어 그것의 지정된 표면에 놓이게 된다. 폴리머 용액은 저분자 물질입자를 포함하며, 저분자 물질입자는 전기방사시 폴리머와 함께 나노섬유에 부착된다.

Description

적어도 하나의 폴리머 나노섬유층을 포함하는 직물 및 전기방사를 통해 폴리머 용액으로부터 폴리머 나노섬유층을 생산하는 방법 {TEXTILES CONTAINING AT LEAST ONE LAYER OF POLYMERIC NANOFIBRES AND METHOD OF PRODUCTION OF THE LAYER OF POLYMERIC NANOFIBRES FROM THE POLYMER SOLUTION THROUGH ELECTROSTATIC SPINNING}

본 발명은 폴리머 용액의 전기방사를 통해 생산되는 대략 직경 600 nanometers를 갖는 적어도 하나의 폴리머 나노섬유층을 포함하는 직물에 관한 것이다.

그리고 본 발명은 대전 전극 및 반대 전극 사이의 전위차에 의해 생성되는 전계에서의 전기방사를 통해 폴리머 용액으로부터 나노섬유층을 생산하는 방법에 관한 것으로, 폴리머 용액은 대전 전극의 표면을 통한 전기방사를 위하여 전계에 이르게 됨과 아울러 이 전계에서 생성되는 나노섬유는 반대 전극으로 운반되어 그것의 지정된 표면에 놓인다.

CZ 294274 및 WO 2005/024101 A1은 회전식으로 배치되는 대전 원통전극 및 반대 전극 사이의 전위차에 의해 생성되는 전계에서의 폴리머 용액 전기방사를 통해 생산되는 적어도 하나의 폴리머 나노섬유층을 포함하는 직물에 대한 기술이다. 대전 원통전극은 폴리머 용액에 그것의 주변부가 담궈지며, 그 표면을 통해 폴리머 용액을 전계로 가져온다. 직물은 수용액 또는 비수용액에서 용해되어 있는 다양한 폴리머로부터 생산된다.

적어도 하나의 폴리머 나노섬유층을 포함하는 직물은 박테리아가 상처로 침입하는 것을 차단할 수 있을 정도로 미세하기 때문에 상처를 보호하는 데 사용되며, 치료 과정에서 발생되는 액체 생성물을 제거할 수 있을 뿐 아니라 상처로의 공기 접근을 가능하게 한다.

보건 용도로 사용되는 다른 공지된 직물은 때때로 치료 과정에 도움을 주는 생리학적 활성물질을 포함하며, 이러한 생리학적 활성물질은 개개의 물질용액에 직물을 담근 후 건조시킴으로써 생성된다. 직물에 점착되는 물질의 양은 매우 조절하기 어려우며, 특히 직물에 매우 적은 양의 생리학적 활성물질을 침전시키기는 더욱 어렵다.

살균 및 항균 효과를 갖는 많은 물질은 보건 용도로 사용되며, 은과 같은 분열성 중금속 화합물이 그 대표적이다. 이러한 화합물은 부작용을 갖기 때문에 인간에게 치명적일 수 있으며, 보다 나은 결과는 용액의 주변에서 서서히 용해 및 분열되는 금속은을 통해 얻을 수 있다. 이 방법에 의해 생성된 이온의 농도는 항균 효과를 충분히 달성할 수 있음은 물론이고 그 부작용의 비율은 무시해도 좋을 정도이다. 적절한 형태의 은은 은 화합물의 감소를 통해 직물 형태 또는 폴리머 멤브레인 과 같은 다양한 기질로 제조될 수 있다. 이러한 은과 같은 운반체는 그 크기가 micrometer 정도이며, 또한 박테리아로 인한 악취를 방지하기 위한 물질로 사용된다.

콜로이드 상태의 물질에 대한 연구에 의하면, 고체 물질의 화학 또는 촉매 작용은 활성물질의 특정 표면에서 증가된다고 알려져 있다. 운반체에서 활성물질 입자의 치수가 감소될 경우, 이 물질에서의 효과는 운반체에서의 적은 활성물질의 양 또는 운반체에서의 낮은 활성물질의 농도에 의해 달성될 것이다. 수용액에서 금속염의 환원에 의하여 1 micrometer 보다 큰 치수의 금속 입자가 생성되며, 이러한 입자는 검정색을 가진다. 많은 특허 및 공개된 문헌은 1 micrometer 이하의 특정 치수를 갖는 금속 나노입자의 조제 절차를 다루고 있다. US 5759230에 의하면 그러한 입자는 알콜 용액에서 은염을 환원시킴으로써 조제되며, US 6110254 및 6660058에 따르면 적절한 표면 활성물질을 사용하는 두 솔벤트 시스템의 휴지기 환원이 이용된다. 협의 회보 Nano03, Brno 2003 및 Nano 2003, Brno 2004에 공개된 K. Sisikova의 논문은 은 나노입자의 조제를 위한 레이저 빔의 사용에 대해 설명하고 있다. 그러나 상기 언급된 절차에 따른 생산은 많은 노력을 필요로 하며, 적절한 운반기질로의 입자 배치는 해결하지 못하고 있다.

본 발명의 목적은 적절한 운반체, 예컨대 은 및 적절한 특성의 다른 금속, 염, 생물학적 활성물질 등과 같은 저분자 물질의 나노입자용 운반기질을 제안하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 그러한 운반체를 생산하는 방법을 창출하는 것이다.

본 발명의 목적은 적어도 하나의 폴리머 나노섬유층을 포함하는 직물을 통해 달성되며, 폴리머 나노섬유는 그 치수가 나노섬유의 직경보다 작은 저분자 물질입자를 포함함과 동시에 저분자 물질입자는 나노섬유의 폴리머에 놓인다.

폴리머 나노섬유는 전기방사 전 폴리머 전기방사용액에 용해 또는 분산되어 있는 저분자 물질입자를 포함한다. 저분자 물질입자는 전기방사 전 폴리머 전기방사용액에 용해되어 있는 고유 저분자 물질의 화학반응을 통해 생성된다. 저분자 물질입자는 폴리머 나노섬유층에 직접적으로 놓여지며, 그것의 농도는 폴리머 용액의 저분자 물질의 농도와 유사하다. 나노섬유층에서 활성물질의 결과적인 농도는 정확히 조절 가능하다.

청구항 2에 따르면 저분자 물질입자는 금속, 염, 염료, 생리학적 활성물질, 냄새, 지표 및 촉매 그룹 중 적어도 하나의 물질에 의해 생성되는 것이 바람직하다. 나노섬유는 장기간에 걸쳐 방출할 수 있는 매우 적은 양의 대응물질을 포함하며, 그에 따라 요구되는 효과가 발생된다.

저분자 물질입자의 치수는 나노섬유의 치수보다 작다. 청구항 3에 따르면 저분자 물질입자는 나노섬유에의 부착이 가능하도록 5∼100 nanometers의 치수를 가지는 것이 바람직하다.

청구항 4에 따르면 직물층의 나노섬유는 수용액으로부터 전기방사되어 네팅(netting:그물모양으로 짠 것)되는 폴리머에 의해 생성된다. 저분자 물질입자는 전기방사 전 용해 또는 분산된다. 이 직물의 나노섬유는 물에 용해되는 저분자 물질을 포함하며, 저분자 물질은 네팅 후 다른 수용액에서의 화학반응에 의해 처리된다. 청구항 5에 따른 나노섬유는 네팅 전 나노섬유에 포함되어 있는 금속염의 화학반응을 통해 생성된 금속 입자를 포함한다.

나노섬유에 부착되는 금속염은 질산은으로 이루어지며, 후속 공정에 의해 은 입자로 생성된다. 동시에 환원된 은 입자는 나노섬유에 침전된다.

청구항 7에 따른 나노섬유는 비수용액으로부터 전기방사되는 폴리머에 의해 생성된 직물층에 있다. 그리고 미세한 저분자 물질입자는 비수용액에서 분산된다.

나노섬유는 방사 전 또는 방사 중 전기방사되는 비수용액에서 분산되는 금속 입자를 포함한다.

청구항 9에 따른 금속 입자는 은 입자이다.

전기방사를 통해 폴리머 용액으로부터 나노섬유층을 생산하는 방법의 원리는 방사용 폴리머 수용액이 나노섬유의 직경보다 작은 치수를 갖는 저분자 물질입자를 포함하며, 저분자 물질입자는 전기방사시 나노섬유에 폴리머와 함께 부착된다는 데 있다.

저분자 물질입자는 금속, 염, 염료, 생리학적 활성물질, 냄새, 지표 및 촉매 그룹 중 수소이온농도 및 촉매에 반응하는 적어도 하나의 물질에 의해 생성되는 것이 바람직하다.

전기방사용 폴리머 용액은 폴리머 및 저분자 물질입자를 포함하는 수용액이며, 저분자 물질입자는 전기방사되는 폴리머 용액에 용해되어 있는 고유 저분자 물질의 화학반응을 통해 생성된다. 저분자 물질이 수용액에 분산되어 있음은 물론이다.

폴리머 수용액에 용해되어 있는 저분자 물질은 금속염이며, 저분자 물질은 네팅 완료 후 화학반응을 통해 나노섬유에 생성된다.

청구항 14에 따르면 폴리머 수용액에 용해되어 있는 저분자 물질은 질산은이며, 네팅 완료 후 환원제의 작용에 의해 나노섬유에 금속은이 생성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다른 방법은 전기방사용 폴리머 수용액이 폴리머 및 저분자 물질을 포함하는 비수용액이며, 저분자 물질입자는 전기방사되는 폴리머 용액에 분산되어 있는 고유 저분자 물질의 화학반응을 통해 생성된다. 저분자 물질은 비수용액에 분산되어 있음은 물론이다.

저분자 물질은 폴리머 비수용액에 포함되어 있는 질산은의 환원을 통해 얻을 수 있는 금속은인 것이 바람직하다.

회전식으로 배치되는 대전 전극 및 반대 전극 사이의 전위차에 의해 생성되는 전계에서의 전기방사를 통해 폴리머 용액으로부터 나노섬유를 생성하며, 대전 전극은 주변부가 폴리머 용액에 담궈져 그 표면을 통해 폴리머 용액을 전계로 가져온다. 대전 전극은 CZ 294274 및 WO 2005/024101 A1에 적용된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 전기방사를 이용한 직물은 수용액 또는 비수용액에 용해되는 다양한 폴리머로 만들어진다. 나노섬유의 직경은 600 nanometers보다 작으며, 통상적으로 100∼600 nanometers 범위이다. 폴리머 용액의 개별적인 폴리머 또는 폴리머 혼합물에 전기방사를 실행하는 것이 가능할 뿐 아니라 폴리머와 같은 동일한 용제에 용해 또는 분산되어 있는 저분자 물질의 폴리머 용액을 전기방사하는 것도 가능하다. 저분자 물질입자는 회전하는 대전 원통전극에 의해 폴리머와 함께 전계로 운반되어 나노섬유에 놓이게 된다. 저분자 물질입자의 크기는 5∼100 nanometers까지 다양하며, 그것이 놓여지는 나노섬유의 직경보다는 작다. 나노섬유층에서 저분자 물질의 농도는 방사되는 용액의 농도와 유사하도록 생성된다.

저분자 물질입자는 금속, 염, 염료, 생리학적 활성물질, 냄새, 지표 및 촉매 그룹 중에서 적어도 하나의 물질에 의해 생성된다.

무엇보다도, 본 발명에 따른 나노섬유층의 생산방법은 은과 같은 금속 입자에 의해 생성되는 저분자 물질 및 폴리머 수용액으로 설명할 수 있다. 예컨대, 폴리비닐알콜로부터 폴리비닐알콜 수용액이 조제되고, 네팅 작용제 및 가용성 은염이 준비된다. 가용성 은염으로는 질산은이 이점을 가진다. 전기방사 동안 질산은 입자는 나노섬유쪽으로 폴리머와 함께 부착된다. 폴리머는 열을 이용한 네팅 작용제의 활동을 통해 3차원 불용성 형태로 전환된다. 그 후 질산은은 블랙앤화이트의 사진현상제 수용액과 같은 공지된 환원제 용액의 활동을 통해 환원된다. 질산은의 환원은 통상적인 방법에 의해 진행되며, 질산은은 나노섬유의 폴리머에 놓여진다. 그리고 환원 후 나노섬유층의 나노섬유는 5∼100 nanometers의 치수를 갖는 은 입자를 포함한다.

디메틸포름아미드의 폴리우레탄 비수용액은 전기방사된다. 동시에 질산은은 이 용액에 용해되고, 적절한 환원제의 사용에 의해 환원된다. 그리고 은은 방사액에서 분산됨으로써 생성되며, 전기방사 동안 은 입자는 폴리머와 함께 부착되어 나노섬유에 놓여진다.

염기성 폴리머에서 금속 이온의 낮은 농도 및 반응 약품의 제한된 유동성은 보다 큰 입자로의 환원금속 입자의 응집작용을 방해함으로 인해 나노입자가 생성된다. 적어도 하나의 나노섬유층을 포함하는 최종 직물은 검은색이 아닌 갈색 계통을 가진다. 나노섬유층은 물을 사용하여 화학반응의 용해 생성물을 빼앗고, 그 후 건조·살균된다.

나노섬유에 부착된 은 입자를 갖는 폴리비닐알콜 또는 폴리우레탄 나노섬유층은 우수하면서도 장기의 항균능력을 가짐으로 인해, 박테리아와 주름 모양의 돌기 및 진균류가 성장하는 것을 방지할 수 있다. 직물의 표면중량은 0.5∼2 gm^-2 정도에 지니지 않으며, 0.01∼0.2 gm^-2의 금속은을 포함한다. 이 양은 현재 사용되는 생산품에 비해 현저하게 낮으며, 양이 적절하게 낮은 것은 부작용을 갖는 인간에게 부담이 된다.

폴리머 용액으로부터 나노섬유층을 생산하는 구체적인 실시예 및 적어도 하나의 폴리머 나노섬유층을 포함하는 직물은 아래에 제시된 실시예에 의해 설명된다.

실시예 1

평균 분자질량 100000의 폴리비닐알콜 용액 12%, 평균 분자질량 70000의 폴리아크릴산 용액 30% 및 질산은 용액 40%가 5 : 1 : 1의 부피비율로 혼합된다. 혼합된 용액은 표면중량 2 gm^{- 2} 를 갖는 150∼500 nanometers의 나노섬유층에 CZ 294274에 따른 전기방사 공정을 통해 방사된다.

나노섬유층은 30분 동안 150℃의 온도에 노출된다. 동시에 네팅(netting) 반응은 지속되고 나노섬유 물질은 물에 녹지 않게 되며, 그 때 블랙앤화이트 사진현상제 수용액은 나노섬유층에서 활동한다. 그리고 질산은의 환원을 통해 10∼100 nanometers의 치수를 갖는 은 입자가 폴리머 나노섬유의 내부에 생성된다.

실시예 2

나노섬유층은 비율 5 : 1 : 0.2의 동일한 혼합물로부터 실시예 1과 동일한 방법에 의해 생산된다. 나노섬유에 놓여져 있는 질산은의 환원 후, 5∼50 nanometers의 치수를 갖는 은 입자가 나노섬유에 생성된다.

실시예 3

나노섬유층은 실시예 1과 동일한 방법에 의해 생산되며, 질산은의 환원제는 2%의 아스코르브 수용액이다. 박테리아 테스트는 최종 생산물에서 실행되었으며, 테스트에 따르면 생산물은 박테리아, 효모 및 진균류가 성장하는 것을 완전히 방지 한다.

실시예 4

디메틸포름아미드 용액은 평균 분자량 120000의 폴리우레탄 80%, 질산은 1%를 포함한다. 등량의 아세트알데히드를 통해 20℃의 온도에서 4시간 정도 유지하면 금속은이 환원된다. 용액은 그 후 균질화되어 혼합된 상태에서 CZ 294274에 따른 전기방사 공정을 통해 방사된다.

폴리머 용액의 질산은은 구리 등과 같은 다른 금속염 또는 금속, 염, 염료, 생리학적 활성물질, 냄새, 지표 및 촉매 그룹 중 다른 저분자 물질로 교체할 수 있다. 전기방사를 통해 생산되는 나노섬유층은 대부분 매우 적은 양의 저분자 물질을 포함한다.

Claims (17)

1. 폴리머 용액의 전기방사를 통해 생산되는 직경 600 nanometers를 갖는 적어도 하나의 폴리머 나노섬유층을 포함하며, 폴리머 나노섬유는 나노섬유의 직경보다 작은 치수의 저분자 물질입자를 포함함과 아울러 저분자 물질입자는 나노섬유의 폴리머에 놓이는 것을 특징으로 하는 직물.
2. 제1항에 있어서,

   저분자 물질입자는 금속, 염, 염료, 생리학적 활성물질, 냄새, 지표 및 촉매 그룹 중에서 적어도 하나의 물질에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 직물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   저분자 물질입자는 5∼100 nanometers의 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 직물.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   나노섬유는 수용액으로부터 전기방사된 후 네팅(netting)되는 폴리머에 의해 생성되며, 저분자 물질입자는 전기방사 전 수용액에 용해 또는 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 직물.
5. 제4항에 있어서,

   나노섬유는 네팅 전 나노섬유에 포함되어 있는 금속염의 화학반응에 의해 생성되는 금속 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물.
6. 제5항에 있어서,

   나노섬유는 네팅 전 나노섬유에 포함되어 있는 질산은의 환원에 의해 생성되는 은 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   나노섬유는 비수용액으로부터 전기방사되는 폴리머에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 직물.
8. 제7항에 있어서,

   나노섬유는 전기방사되는 비수용액에 분산되어 있는 금속 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물.
9. 제8항에 있어서,

   금속 입자가 은 입자인 것을 특징으로 하는 직물.
10. 대전 전극 및 반대 전극 사이의 전위차에 의해 생성되는 전계에서의 전기방 사를 통해 폴리머 용액으로부터 나노섬유층을 생산하며, 폴리머 용액은 대전 전극의 표면을 통해 전계에 이르게 됨과 아울러 이 전계에서 생성되는 나노섬유는 반대 전극으로 운반되어 그것의 지정된 표면에 놓이며, 폴리머 용액은 나노섬유의 직경보다 작은 치수의 저분자 물질입자를 포함하며, 저분자 물질입자는 전기방사시 폴리머와 함께 나노섬유에 부착되는 것을 특징으로 하는 폴리머 나노섬유층을 생산하는 방법.
11. 제10항에 있어서,

    저분자 물질입자는 금속, 염, 염료, 생리학적 활성물질, 냄새, 지표 및 촉매 그룹 중 적어도 하나의 물질에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 폴리머 나노섬유층을 생산하는 방법.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,

    폴리머 용액은 폴리머 및 저분자 물질입자를 포함하는 수용액이며, 저분자 물질입자는 전기방사되는 폴리머 용액에 용해되어 있는 고유 저분자 물질의 화학반응을 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 폴리머 나노섬유층을 생산하는 방법.
13. 제12항에 있어서,

    폴리머 수용액에 용해되어 있는 저분자 물질은 금속염이며, 저분자 물질은 네팅 완료 후 화학반응을 통해 나노섬유에 생성되는 것을 특징으로 하는 폴리머 나 노섬유층을 생산하는 방법.
14. 제13항에 있어서,

    폴리머 수용액에 용해되어 있는 저분자 물질은 질산은이며, 네팅 완료 후 환원제의 작용에 의해 나노섬유에 금속은이 생성되는 것을 특징으로 하는 폴리머 나노섬유층을 생산하는 방법.
15. 제10항 또는 제11항에 있어서,

    폴리머 용액은 폴리머 및 저분자 물질을 포함하는 비수용액이며, 저분자 물질입자는 전기방사되는 폴리머 용액에 분산되어 있는 고유 저분자 물질의 화학반응을 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 폴리머 나노섬유층을 생산하는 방법.
16. 제15항에 있어서,

    저분자 물질이 은인 것을 특징으로 하는 폴리머 나노섬유층을 생산하는 방법.
17. 제16항에 있어서,

    폴리머 비수용액은 질산은을 포함하며, 네팅 완료 후 환원제의 작용에 의해 나노섬유에 금속은이 생성되는 것을 특징으로 하는 폴리머 나노섬유층을 생산하는 방법.