KR20080062819A - 다기능성 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡한속건성과 항균 및 항곰팡이성은 물론 음이온까지 방출이 가능한 다기능성 섬유에 관한 것이다.

왕자(王字) 또는 십자형(十字形) 단면형태를 갖는 노즐에 나일론 칩과 나노 입자, 항곰팡이제, 토르마린을 혼합시킨 마스터뱃치를 혼합하여 방사함으로써 흡한속건성은 물론 항균 및 항곰팡이성능 그리고 음이온성능을 동시에 지니는 복합기능성 섬유를 개발하였다.

항균, 흡한속건, 항곰팡이, 나노 은, 마스터뱃치

Description

다기능성 섬유 { Multifunctional fiber }

본 발명은 나노 은, 항곰팡이제 및 토르마린을 포함하여 항균, 항곰팡이성능, 음이온성능 및 흡한속건성을 발휘하는 다기능성 복합섬유에 관한 것이다.

사람의 피부와 접촉하고 있는 섬유는 인체의 땀 및 외부 오염에 의해 미생물이 번식하기 때문에 다량의 암모니아가 발생하여 불쾌한 냄새가 날뿐만 아니라 인체에 해롭다.

그러므로 예전부터 섬유재료에 이를 방지하는 기능을 부여하고자 많은 시도가 있어 왔다.

섬유에 항균성을 부여하는 방법으로는 얼마 전까지만 해도 유기 실리콘 제4급 암모늄염계, 인산지르코늄, 인산칼슘, 활성알루미나, 활성탄 등이 광범위하게 사용되고 있는데 불규칙한 입자 모양을 지니고 있어서 분산성이 좋지 못한 문제점을 가지고 있다.

또한 세탁내구성 및 특히 염소계 세제를 사용할 경우 황변되는 결점을 나타내고 있다. 이러한 이유로 일본 특개소 제54-38951호에는 이온 교환성 공중합체를 제조하여 동염 및 은염의 수용액으로 처리하여 섬유표면에 금속이온을 표출시켜 항 균성을 부여한 경우도 있다.

또한 한국특허공개 1996-0011596호와 1997-0043390호에는 항균과 항곰팡이성을 부여한 복합사도 출원은 되어있지만 3성분을 조합한 흡한속건성기능을 같이 지닌 다기능 복합사는 없는 것으로 알려져 있다.

그러나 이와 같은 방법도 금속이온이 고분자와 반응을 하여 물성이 저하되기 때문에 사(絲) 제조 공정 및 염색 등의 후 공정에서 공정의 원활성이 떨어지는 문제점이 생기게 된다.

현재까지, 섬유원단에 흡한속건성능과 제균성능을 동시에 부여하는 방법은 흡한속건섬유만을 사용한 원단에 후가공으로서 항균제를 처리하는 방법, 제균섬유만을 사용한 원단에 후가공으로서 흡습제를 처리함으로써 흡한속건성능을 부여하는 방법, 그리고 각각의 기능을 가진 두 종류의 섬유를 원단 내에 적당한 비율로 혼용하는 방법이 있다.

이들 방법 중에서 첫 번째와 두 번째 방법은 세탁에 의해 효과가 저하되는 비영구적인 방법이며, 세 번째 방법은 내세탁성을 보유하는 반면 각각 서로 다른 제조방법에 의해 얻어지는 섬유이므로 물성차이에 의해 염색차가 발생하므로 염색공정 시 조건설정이 까다로운 단점이 있다.

일반적인 흡한속건섬유는 왕자형 단면이며 반영구적인 성능을 발휘하도록 하기 위해서 방사공정 시 섬유 내에 제균입자를 첨가하여 필라멘트를 제조하는 방법을 주로 사용한다.

그러나 기존의 세라믹 제균성 입자는 그 크기의 한계로 섬유의 굵기를 원하 는 대로 제어할 수가 없는 단점이 있다. 즉, 대략 2.0μm 정도의 제균성 세라믹 입자를 첨가할 경우, 필라멘트의 굵기가 3.0 데니어 미만의 섬유를 제조하기 위한 방사조건 설정이 용이하지 않으며 방사작업성이 현저하게 저하되는 문제를 가지고 있는 것으로 알려져 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 흡한속건성능은 물론 항균성과 항곰팡이 성능을 동시에 보유하며, 단사섬도의 굵기가 1.0데니어 이하까지도 가능하여 굵기가 가는 섬유에도 적용할 수 있을 뿐만 아니라 방사작업성을 저하시키지 않는 복합기능성 섬유를 제조하는데 있다.

본 발명을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 흡한속건성능과 항균성능은 물론 항곰팡이성능을 동시에 발휘하는 복합기능성섬유소재를 제조하기 위해서, 흡한속건성능이 우수한 단면구조를 위해서 단면형태가 왕자(王字) 또는 십자형(十字形)이 되도록 하였으며, 기능성을 위해서는 평균입경이 10 ~ 70nm 크기인 나노 은, 항곰팡이제, 토르마린을 사용하여 일반 방사 공법을 사용하여 제조한 다기능성 섬유에 관한 것이다. 이렇게 제조되는 본 발명의 다기능성 섬유는 모노필라멘트의 굵기가 0.1 ~ 10데니어의 범위를 갖는다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 나일론을 원료로 일정온도의 방사온도에서 왕자형 또는 십자형 방 사구금으로 방사하여 섬유의 모세관성능을 향상시킨다.

또한, 본 발명에 있어서 나노 은의 첨가량은 섬유 내에 5ppm ~ 300ppm이 적당하다. 나노 은의 함량이 5ppm 미만인 경우에는 섬유제조는 용이하나 섬유를 일반사와 교직하거나 교직 후 염색시 항균 및 항곰팡이성능 효과가 불충분하며, 300ppm을 초과하면 경제성이 떨어진다.

항곰팡이제로서는 유무기 복합체가 이용되며, 바람직하게는 아스피자 AP-07 등을 사용할 수 있다.

토르마린은 통상 전기석이라 부르며 경도가 7.25, 비중이 3.05(g/cm³)의 육각정계이다. 보석용으로 쓰여지고 있는 토르마린은 굴절율이 1.62 ~ 1.64이며, 복굴절율은 0.018, 색상은 녹색, 청색, 핑크색, 빨간색, 밤색 등 일곱 가지의 색이다.

이 중에서 보석으로서 가치가 없는 불투명의 토르마린이 주로 공업용으로 쓰이고 있다. 토르마린 광석은 극성 결정체이다. 유전(dielectricity)체는 전기장에서 분극이 일어나는 물질을 말하지만 토르마린은 영구적으로 미세 전류가 흐르는 광석이다. 이 전류의 세기는 0.06A의 미약한 전류이며, 압전 성질을 갖고있는 토르마린은 사람의 손 또는 그 밖의 도구로 수직의 압력이나 전단력(shear stress)를 줄 때 주위의 물분자(H₂O)를 수소이온(H⁺)과 수산이온(OH^-)으로 분리하며 이때 토르마린의 음극전위에 수소이온(H⁺)이 끌려가서 수소분자(H₂)로 공기로 방출된다.

또한, 수산이온(OH^-)은 주위의 물분자와 결합하여 하이드록실 이온(H₃O₂ ^-)으로 되며 이러한 입자들이 음이온으로 측정되는 것이다.

또한, 매우 유익한 점은 하이드록실 이온(H₃O₂ ^-)이 계면활성 물질이라서 섬유에 응용시 세탁성능(washability)이 개선되고 친수성을 부여하여 정전기를 제어하는데도 영향을 미친다.

마스타 뱃치칩을 만들 경우 분산성 및 최종 연신사의 표면에 나노 은, 항곰팡이제, 토르마린이 골고루 분포되게 하기 위하여 방사하고자 하는 일반수지 칩보다 융점이 같거나 높은 열가소성 폴리머를 이용하여 마스타 뱃치칩을 제조하는 것이 좋다.

일반수지보다 융점이 10 ~ 20℃ 높은 폴리머를 일반수지와 혼합하여 방사할 경우에 섬유로 형성되면서 섬유 단면의 바깥영역에 나노 은, 항곰팡이제, 토르마린이 분포하게 되어 제품으로 사용할 때 항균, 항곰팡이, 음이온 성능을 충분히 나타내게 된다.

본 발명의 실시예에서 물성 측정은 다음과 같이 하였다.

1) 흡수성: 동일시간에 대해서 최초의 시료 무게에 대비하여 흡수 후

증가 된 시료무게를 중량%로 표현한 것이다.

2) 건조성: 동일시간에 대해서 충분히 흡수된 시료의 무게를 대비하여 건조된 후의 시료무게를 중량%로 표현한 것이다.

3) 항균성: KS K 0693의 시험 규격에 의하여 황색포도상구균 및 MRSA에 대하여 항균효과를 시험하였다.

본 발명의 비교예는 나노 은을 첨가하지 않은 섬유의 흡수성과 건조성, 항균성 및 음이온 방출 성능을 평가하였다.

[ 실시예 1,2 및 비교예 1-4 ]

사용된 수지는 상대점도 3.03의 나일론에 평균입경 75nm의 나노 은, 항곰팡이제로서 평균입경 0.7㎛의 아스피자 AP-07와 평균입경 0.7㎛의 토르마린을 각각 마스터뱃치를 이용하여 도입하며, 각각의 함량은 섬유 전체 중량을 기준으로 나노 은 80ppm, 항곰팡이제 0.25%, 토르마린은 3%가 되도록 투입하여 다기능성 섬유를 제조하였다.

이때 방사온도를 275℃로 하여, 85/24 데니어의 다기능성 섬유를 제조하였으며, 같은 조건으로 비교예로써 단면이 원형인 일반사 및 이형단면사를 제조하여 표 1에 비교하였다.

◎: 매우우수 ○: 우수 △: 보통 ×: 불량

※ 섬유내함량(%)은 섬유총중량에 대한 중량 %임.

본 발명에 의한 다기능성 섬유는 흡한속건성에 항균, 함곰팡이성능은 물론 음이온 발생 기능까지 보유하고 있으며 우수한 방사 작업성으로 제조할 수 있다.

Claims (3)

1. 왕자(王字) 또는 십자형(十字形) 횡단면을 가지며, 평균입경이 10 ~ 70nm인 나노 은, 항곰팡이제, 토르마린을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능성 섬유.
2. 제 1항에 있어서, 상기 섬유는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리아미드 군에서 선택된 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다기능성 섬유.
3. 제 1 항에 있어서, 나노 은, 항곰팡이제, 토르마린은 섬유형성성 폴리머보다 융점이 10 ~ 20℃ 높은 폴리머로 마스터뱃치칩을 이용하여 섬유에 도입된 것임을 특징으로 하는 다기능성 섬유.