KR20110015319A - 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법 - Google Patents

항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 천연섬유소재 또는 화학섬유소재(즉, 인조섬유)에 나노(Nano) 크기의 항균/원적외선방사 금속입자를 혼입하여 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖도록 하기 위한 항균 및 원외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단에는 천연섬유소재 또는 화학섬유소재의 원단으로, 비스코스레이온(Viscos Rayon), 폴리에스터(Polyester), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 면(Cotton), 나이론(Nylon) 및 펄프(Pulp) 중에서 선택된 하나 또는 그 중에서 선택된 2이상 혼합의 섬유소재에 항균 및 원적외선 방사를 위한 금속나노입자를 적용하며, 그 나노입자는 항균기능을 갖는 은(Ag), 셀레늄(Se), 아연(Zn)의 입자 중에서 하나 또는 2 이상의 혼합으로 선택하고, 원적외선 방사 기능을 갖는 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 이산화규소 (SiO2, Silica, silicon dioxide), 티타늄 디옥사이드 (TiO2, Titanium Dioxide), 알루미늄옥사이드 (Al2O3, Aluminium oxide, 산화알루미늄)의 나노입자 중에서 하나 또는 2이상을 선택하여 혼합 사용한다.
상기 나노입자를 상기 원단에 적용하는 방법은 원단 제조용 실(絲; FIBER)(즉, 원사)을 방사(Spining)하기 전에 미리 상기 나노입자와 섬유소재를 혼합하는 전처리 공정을 거친 후 방사하여 제조하는 방법과, 원사 또는 원단을 염색하는 공정에서 염료 또는 안료와 혼합하여 상기 나노입자가 원사 및 원단에 부 착(Attaching)되게 하는 방법 및, 원단을 제조하는 마지막 공정으로서의 텐터 공정(Tenter Process)에 사용되는 가공수에 상기 나노입자를 혼합하여 사용하는 방법이 포함되며, 그러한 방법에 의해 상기 나노입자 중에서 선택된 2 이상의 항균 및 원적외선 방사 나노입자가 원단에 혼입(混入; mixing and blending)되게 함으로써 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 원단(原緞)을 형성하게 된다.
기능성 섬유원단, 항균, 원적외선, 나노입자

Description

항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING MULTI-FUNCTIONAL FABRIC WITH ANTIMICROBIAL AND FAR-INFRARED RAY RADITION FUNCTION}
본 발명은 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상게하게는 천연 또는 화학(인조) 섬유소재에 항균기능의 나노입자와 원적외선 방사기능의 나노입자를 혼입가공처리하여 항균 및 원적외선방사 기능을 갖도록 하기 위한 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법에 관한 것이다.
종래부터, 인체의 혈액 순환을 촉진시키는 작용과 같이 인체에 유리한 원적외선의 방사 기능과 항균기능을 갖는 원단에 대해 다양한 방법으로 제조하기 위한 기술적 제안이 있어왔다.
그 중에서, 대한민국 특허 제 10-0822719호는 게르마늄 , 황토 , 맥반석, 토르마린, 티타늄 등의 진공 증착 방법에 의해 원적외선방사 기능의 섬유를 제조하는 기술을 제안하고 있고, 또한 공개특허 제 1989-0014801호와 공개특허 제 1995-0023797호, 공개특허 제 2000-0015182호, 공개특허 제 10-2001-0038624호에서 확인 되는 바와 같은 기능을 갖는 소재들은 세라믹 등 무기물을 위주로 한 마이크로 크기의 입자들이거나 이온화한 물질들이 대분분으로, 후술하는 본 발명에 사용될 유기게르마늄, 특히 나노유기게르마늄(Nano Organic Germanium)의 형태를 섬유원단에 사용하지는 않고 있다.
또, 상기와 같이 마이크로미터 크기의 입자 소재를 사용하는 기능성 원단의 경유에는 절사(切絲) 현상 등을 발생시켜 실(원사)을 방사하는 공정에서 애로가 있었을 뿐만 아니라, 염색공정에 적용하는 경우를 상정하여도 그 입자의 크기가 커서 섬유조직에 부착되는 효율이 저하될 뿐만 아니라, 특히 세탁시 그 기능성 입자가 떨어져 나가 대략 정도의 세탁 후에는 대부분 그 기능이 소멸되어 발휘되지 않게되며, 또한 원단 가공의 마지막 공정인 텐터 공정에서도 염색공정과 마찬가지로 부착력이 떨어지는 단점이 있기 때문에 널리 적용되지 못하고 있었다.
더구나, 종래에는 원적외선을 방사하는 소재로서 게르마늄의 입자를 사용하였으나, 종래에 사용된 그러한 게르마늄은 순수한 게르마늄이 아니라 여타의 광물질을 포함한 무기게르마늄이어서, 인체에 불리한 영향을 줄 가능성이 있을 뿐만 아니라 그 함량도 천연상태에 존재하는 농도인 피피엠(PPM)이하의 수준일 수 밖에 없어서 충분한 원적외선 기능을 발휘하지 못하였다.
본 발명은 상기한 종래기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 천연 또는 화학(인조) 섬유소재에 항균기능의 나노입자와 원적외선 방사기능의 나노입자를 혼입가공처리하여 항균 및 원적외선방사 기능을 갖도록 하기 위한 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
바람직하게, 본 발명에서 사용하는 게르마늄은 그 순도가 99% 이상의 유기게르마늄(Organic Germanium)으로, 특히 {비스카르복시에틸게르마늄세스퀴옥싸이드, bis(2-carboxyethylgermanium sesquioxide); O[Ge(=O)CH2CH2CO2H]2}, 효모균주를 이용한 유기게르마늄, 키토산 결합 유기게르마늄을 각각 기본 원료로 하여 나노크기로 제조한 나노유기게르마늄을 사용하게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 텅스텐(W), 이산화규소(SiO2; Silica; silicon dioxide), 티타늄디옥사이드(TiO2; Titanium Dioxide), 알루미늄옥사이드(Al2O3 ; Aluminium oxide)의 입자를 나노크기로 제조하여, 상기의 항균 기능을 갖는 나노 입자와 원적외선 기능을 갖는 나노입자가 원사나 원단에 적용되는 과정에서 나노 입자끼리 서로 응집이 되지 않도록 하여 나노입자의 분산성을 높이고, 나노입자의 각각의 고유한 칼라를 나타내지 않도록 하는 커플링 역할을 할 수 있는 소재로서 적용함과 아울러 원적외선을 방사하는 기능을 보조하는 원료로 사용함으로써 항균/원적외선방사의 기능성 섬유원단을 안정적이고 경제성 있게 제조할 수 있도록 하 게 된다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 제 1예에 따르면 비스코스레이온(Viscos Rayon), 폴리에스터(Polyester), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 면(Cotton), 나이론(Nylon) 및 펄프(Pulp) 중에서 선택된 하나 또는 그 중에서 선택된 2이상 혼합의 섬유 소재를 원료로 하여 실(原絲, FIBER)(원사)을 방사(Spining) 하기 전에, 상기 섬유소재원료에 항균기능을 갖는 나노입자인 은(Ag), 셀레늄(Se), 아연(Zn) 중에서 하나 또는 2이상 선택한 나노입자와, 원적외선 방사 기능을 갖는 나노입자 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 이산화규소(Silica, silicon dioxide), 티타늄디옥사이드(TiO2; Titanium Dioxide), 알루미늄옥사이드 (Al2O3, Aluminium oxide) 중에서 하나 또는 2이상 선택한 나노입자를 혼합하여 원사를 방사함으로써 섬유 원단에서 항균 기능과 원적외선 방사 기능을 동시에 갖도록 하는 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법이 제공된다.
본 제 1예에 따르면, 상기 섬유소재의 원료를 방사하기 전에 상기 섬유원단소재에 상기 항균 기능을 제공하기 위한 상기 나노 입자로서의 은(Ag)은 그 크기를1～20nm의 크기로 하면서 그 사용 농도를 섬유 원료 중량대비 0.001wt%~0.01wt%(10～100ppm)로 하고, 상기 면(Cotton)과 펄프(Pulp)의 경우에는 섬유 원료 중량 대비 상기 은(Ag) 나노입자의 사용 비율을 0.001~0.005wt%(10~50ppm)의 농도로 하고, 상기 셀레늄(Se)은 그 입자크기를 1～50nm로 하고, 그 사용 농도를 섬유 원료 중량대비 0.0005wt%~0.005wt%(5～50ppm)로 하고, 상기 비스코스레이온(Viscos Rayon), 면(Cotton), 펄프(Pulp)의 경우에는 0.0005wt%~0.003wt%(5~30ppm)의 농도로 하며, 상기 아연(Zn)은 입자 크기를 1～50nm의 크기로 하고 그 사용농도를 섬유 원료 중량 대비 0.05wt%~0.08wt%(500～800ppm)로 하고, 상기 비스코스레이온(Viscos Rayon), 면(Cotton) 및 펄프(Pulp)에는0.03wt%~0.05wt%(300ppm~500ppm)로 한다.
또, 상기 원적외선 방사 기능을 위한 상기 게르마늄(Ge)은 유기게르마늄(Organic Germanium)으로서 1～50nm의 입자 크기로 하고 그 사용농도를 섬유 원료 중량대비 0.0001wt%~0.01wt%(1～100ppm)로 하며, 상기 텅스텐(W)은 1～50nm의 입자 크기로 하고 그 사용농도는 섬유 원료 중량대비 0.001~0.02wt%(10～200ppm)로 하며, 상기 이산화규소(SiO2)는 30～120nm의 입자 크기로 하고 그 사용농도를 섬유 원료 중량대비 0.005wt%~0.05wt%(50～500ppm)로 하며, 상기 티타늄디옥사이드(TiO2)는 30～150nm의 입자 크기로 하고 그 사용농도를 섬유 원료 중량 대비 0.005wt%~0.05wt%(50～500ppm)로 하며, 상기 알루미늄옥사이드(Al2O3)는 30～150nm의 입자 크기로 하고 그 사용농도를 섬유 원료 중량대비 0.015wt%~0.07wt%(150～700ppm)로 한다.
본 발명의 제 2예에서는 비스코스레이온(Viscos Rayon), 면(Cotton), 펄프(Pulp), 폴리에스터(Polyester), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필 렌(Polypropylene), 나이론(Nylon)의 섬유 원사 또는 원단을 염색하는 공정에서, 항균기능을 갖는 은(Ag), 셀레늄(Se), 아연(Zn)의 입자 중에서 하나 또는 2 이상을 선택하고, 원적외선 방사 기능을 갖는 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 이산화규소(Silica, silicon dioxide), 티타늄디옥사이드(TiO2, Titanium Dioxide), 알루미늄옥사이드(Al2O3, Aluminium oxide)의 나노입자 중에서 하나 또는 2이상을 선택하여, 상기 염색공정에 사용되는 염료 또는 안료와 혼합하여 사용함으로써 섬유 원단에서 항균 기능과 원적외선 방사 기능을 동시에 갖도록 하는 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법이 제공된다.
본 제 2예에 따르면, 상기 항균 기능을 위한 상기 나노 입자로서의 상기 은(Ag)은 그 사용 농도를 상기 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.001wt%~0.02wt%(10~200ppm)로 하고 그 크기를 1～20nm로 하고, 상기 셀레늄(Se)은 그 사용 농도를 상기 원사 및 원단 중량대비 0.0005wt%~0.008wt%(5～80ppm)로 하고 그 입자 크기를 1～50nm로 하며, 상기 아연(Zn)은 그 사용농도를 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.05~0.15wt%(500~1,500ppm)로 하고 그 크기는 1～50nm로 한다.
상기 원적외선 방사 기능을 위한 상기 나노 입자로서의 상기 게르마늄(Ge)은 유기게르마늄(Organic Germanium)으로서 그 사용 농도를 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.0001wt%~0.015wt%(1~150ppm)로 하고 그 입자의 크기는 1~50nm로 하며, 상기 텅스텐(W)은 그 사용 농도를 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.001wt%~0.04wt%(10~400ppm)로 하고 그 입자의 크기는 1~50nm로 하며, 상기 이산 화규소(SiO2)는 그 사용 농도를 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.005wt%~0.1wt%(50~1,000ppm)로 하고 그 입자의 크기는 30～120nm로 하며, 상기 티타늄디옥사이드(TiO2)는 그 사용 농도를 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.005wt%~0.15wt%(50ppm~1,500ppm)로 하고 그 입자의 크기는 30～150nm로 하며, 상기 알루미늄옥사이드(Al2O3)는 그 사용 농도를 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.015wt%~0.15wt%(150ppm~1,500ppm)로 하고 그 입자의 크기는 30～150nm로 한다.
또, 상기 비스코스레이온, 면, 펄프의 천연 섬유 소재의 원사 및 원단을 염색하는 공정에 적용하는 상기 나노입자는 그 용매의 수소이온지수(pH)를 7이상으로 유지하며, 상기 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 나이론의 화학섬유 원사 및 원단을 염색할 경우에는 사용할 나노입자의 용매 특성을 7 미만의 수소이온지수(pH)를 유지할 수 있도록 한다.
본 발명의 제 3예에서는 섬유 원단의 텐터 공정(TENTER PROCESS)에서, 항균기능을 갖는 은(Ag), 셀레늄(Se), 아연(Zn)의 입자 중에서 하나 또는 2 이상을 선택하고, 원적외선 방사 기능을 갖는 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 이산화규소 (Silica, silicon dioxide), 티타늄 디옥사이드 (TiO2, Titanium Dioxide), 알루미늄옥사이드 (Al2O3, Aluminium oxide)의 나노입자 중에서 하나 또는 2이상을 선택하여 상기 텐터 공정의 가공수와 혼합하여 사용함으로써 상기 섬유 원단에서 항균 기능과 원적외선 방사 기능을 동시에 갖도록 하는 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖 는 섬유원단의 제조방법이 제공된다.
본 제 3예에서 상기 항균 기능을 제공하기 위한 나노입자 중에서, 상기 은(Ag)은 그 사용 농도를 상기 텐터공정에 사용되는 가공수 중량 대비 0.001wt%~0.005wt%(10~50ppm)로 하고 그 크기는 1～20nm로 하며, 상기 셀레늄(Se)은 그 사용 농도를 상기 텐터 공정에 사용되는 가공수 중량 대비 0.0005wt%~0.003wt%(5～30ppm)로 하고 그 입자크기를 1～50nm로 하며, 상기 아연(Zn)은 그 사용농도를 상기 텐터 공정에 사용되는 가공수 중량 대비 0.01wt%~0.04wt%(100～400ppm)로 하고 그 크기는 1～50nm로 한다.
또, 상기 원적외선 방사 기능을 제공하기 위한 상기 게르마늄(Ge)은 유기게르마늄(Organic Germanium)으로서 그 사용 농도를 상기 텐터공정에 사용되는 가공수 중량대비 0.0001wt%~0.01wt%(1~100ppm)로 하고 그 입자의 크기를 1～50nm로 하며, 상기 텅스텐(W)은 그 사용 농도를 상기 텐터공정에 사용되는 가공수 중량대비 0.001wt%~0.02wt%(10ppm~200ppm)로 하고 그 입자의 크기를 1～50nm로 하며, 상기 이산화규소(SiO2)는 그 사용 농도를 상기 텐터공정에 사용되는 가공수 중량대비 0.005wt%~0.05wt%(50~500ppm)로 하고 그 입자의 크기는 30～120nm로 하며, 상기 티타늄디옥사이드(TiO2)는 그 사용 농도가 상기 텐터공정에 사용되는 가공수 중량대비 0.005wt%~0.05wt%(50~500ppm)로 하고 그 입자의 크기는 30～150nm로 하며, 상기 알루미늄옥사이드(Al2O3)는 그 사용 농도를 상기 텐터공정에 사용되는 물 중량대비 0.005wt%~0.07wt%(50~700ppm)로 하고 그 입자의 크기는 30～150nm로 하여 항균과 원적외선 방사 기능을 동시에 갖도록 한다.
바람직하게, 상기 나노입자의 사용량은 상기 섬유원단 중량 대비 원단의 가공수 흡수량을 100%로 기준하여, 상기 원단 중량 대비 그 원단이 상기 텐터공정의 가공수를 흡수하는 그 비율(Pick Up %)이 변동될 경우에는, 그 물 흡수량이 가감 변동되는 비율에 반비례하게 나노입자의 사용비율을 정하여 사용(나노입자의 사용량= Pick Up율 100%시 나노입자 사용량/변동되는 Pick Up%)한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 항균 및 원적외선을 방사하는 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법에 의하면, 제 1예의 경우 상기 비스코스레이온, 폴리에스터, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 면(Cotton), 나일론 및 펄프 중에서 선택된 하나 또는 그 중에서 선택된 2이상 혼합의 섬유 소재를 원료로 하여 실(원사)을 방사하기 전에 상기 항균기능을 갖는 나노입자로써 은(Ag), 셀레늄(Se), 아연(Zn) 및 원적외선 방사 기능을 갖는 나노입자로써 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 이산화규소, 티타늄디옥사이드, 알루미늄옥사이드의 나노입자를 그 기능별로 각각 하나 이상 선택하여 원단에 함께 적용함으로써 섬유원단이 항균기능과 원적외선 방사 기능을 동시에 갖도록 할 수 있다.
이는 나노 크기를 갖는 기능성 입자를 방사 공정에 혼합 적용하여 원단을 제공하는 것으로 항균과 원적외선 방사의 기능 효과를 지속적으로 나타낼 수 있는 방법으로, 항균과 원적외선 방사의 기능을 갖는 기능성 원단을 대량으로 생산할 수 있는 기술을 제공하게 된다.
특히, 각각 사용되어지는 원료가 나노 크기를 갖는 입자로서 존재하기에, 마이크로급 크기의 기능성 원료를 사용하여 기존의 기능성 원단을 제조시 발생하였던 압출기 내부의 압력 증가, 원사의 끊어짐 현상, 원단의 신축성 감소현상 및 원단 중량 증가 현상 등 제조공정상의 애로나 섬유 고유의 기능을 저해하는 단점을 해소하는 보다 발전된 기술의 제공함으로써, 나노기술이 기능성 섬유의 제조기술 분야에 융합 적용되어 새로운 기능성 섬유의 제조를 가능하게 한다.
또한 본 발명의 제 1예의 기술 중 화학섬유를 위한 원사 방사기술은 섬유분야뿐만 아니라 열가소성 플라스틱수지를 원료로 한 플라스틱 제품에서 항균과 원적외선을 방사하는 기능을 동시에 갖는 플라스틱 성형품의 제조가 가능하게 된다.
본 발명의 제 2예에 의하면, 원단을 염색하는 공정에서 염료 또는 안료와 혼합하여 나노입자가 원단에 침착(Attaching)하게 하는 제조 방법으로, 기존의 원단 염색 공정을 통하여 제조한 각종의 기능성 원단이 기능을 나타내는 원료 소재가 마이크로미터 크기를 갖는 입자였기에 원단에 부착되는 부착력이 부족하여 세탁시 기능성 소재가 원단으로부터 떨어져 나가는 현상이 발생하고, 그 결과 기능성 효과가 사라지는 결함이 있었으나, 나노입자 크기의 기능성 소재를 선택적으로 사용함으로써 이를 해소하고, 염색공정을 통하여 제조된 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 원단의 제조가 가능하게 한다. 특히 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 기능성 원단을 염색 공정을 통하여 소품종씩 다량으로 다양하게 생산할 수 있는 기술을 제공함으로써 다양한 기능성 섬유 원단의 개발을 가능하게 한다.
또한 본 발명의 제 3예에 의하면, 원단을 제조하는 마지막 공정으로 텐터 공정에서 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 기능성 원단의 제조가 가능하게 됨으로써, 기능성 원단능 제조하기 위하여 추가되는 비용을 최소화 할 수 있으며, 나노입자의 사용에 의한 우수한 세탁 견뢰도를 유지하며, 소품종 다량의 기능성 원단의 제조가 가능하게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면 나노기술을 섬유제조 기술과 융합함으로써 기존의 섬유시장에서 각각의 섬유제조 공정을 통하여 새로운 기능성 원단의 제조 기술을 제공함과 더불어, 고부가가치를 가지면서 인체에 유익한 다양한 기능성 섬유의 제조방법을 제공할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 제 1예에 따르면, 상기 비스코스레이온(Viscos Rayon), 폴리에스터(Polyester), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 면(Cotton), 나이론(Nylon) 및 펄프(Pulp) 중에서 선택된 하나 또는 그 중에서 선택된 2이상 혼합의 섬유 소재가 섬유원단원료로 제공된다.
본 발명에 따르면, 상기한 섬유소재를 원료로 하여 실(絲, FIBER)(즉, 원사)을 방사(Spining)하기 전에 상기 항균기능을 갖는 나노입자로서 바람직하게 은(Ag), 셀레늄(Se), 아연(Zn)이 적용된다.
또, 본 발명에 따르면, 원적외선 방사 기능을 갖는 나노입자로는 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 이산화규소 (SiO2; Silica, silicon dioxide), 티타늄디옥사이 드(TiO2; Titanium Dioxide), 알루미늄옥사이드(Al2O3; Aluminium oxide)의 나노입자가 적용된다.
즉, 본 발명은 상기한 항균기능과 원적외선 방사 기능을 갖는 나노입자 중에서 각각 하나 또는 2이상 선택된 기능별 나노입자를 혼합하여 사용함으로써 섬유 원사 및 원단에서 항균 기능과 원적외선 기능을 동시에 갖는 섬유원단을 제공학데 된다.
본 발명에 따르면, 상기 섬유 원료로서의 비스코스레이온에는 제조 공정 중 레이온사를 방사하기 전의 원료첨가공정에서 항균기능을 갖도록 하기 위한 나노 원료로서 상기 셀레늄(Se), 상기 아연(Zn) 중에서 하나 또는 양자를 적정한 비율로 첨가함과 더불어 원적외선 방사기능을 위한 나노소재로서는 상기 게르마늄(Ge), 상기 텅스텐(W), 상기 이산화규소(SiO2), 상기 티타늄디옥사이드(TiO2), 상기 알루미늄옥사이드(Al2O3) 중에서 선택된 어느 하나 또는 2이상의 나노입자가 첨가된다.
상기 폴리에스터와 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 나이론에는 항균기능을 갖도록 하기 위한 나노 원료로 상기 은(Ag), 상기 셀레늄(Se), 상기 아연(Zn) 중에서 하나 또는 2이상을 첨가하고, 원적외선 방사기능을 위한 나노소재로서는 상기 게르마늄(Ge), 상기 텅스텐(W), 상기 이산화규소(SiO2), 상기 티타늄디옥사이드(TiO2), 상기 알루미늄옥사이드(Al2O3) 중에서 선택된 어느 하나 또는 2이상의 나노입자가 첨가된다.
바람직하게, 상기의 첨가 방법은 천연섬유의 경우 천연섬유소재와 나노입자를 혼합하여 방사를 하는 반면, 화학섬유의 경우는 나노입자를 상기 폴리에스터와 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 나이론의 열가소성 플라스틱 레진(Resign)에 혼합 코팅 후 이를 마스터배치 칩(Master-Batch Chip)이나 컴파운딩 칩(Compounding chip)으로 가공하고 나서 그 마스터배치 칩 가공물을 다시 일정한 비율(3～20%)로 원료와 혼합하여 방사하거나 컴파운딩 칩 가공물을 100%로 사용하여 방사함으로써 항균기능과 원적외선 기능을 갖는 원단을 형성할 실(원사)를 제조하게 된다.
여기서, 아래의 (표 1)을 참조하여 항균 및 원적외선 방사 기능을 제공하기 위해 본 발명에 적용되는 나노 입자를 살펴보면, 은(Ag)은 항균기능을 나타내는 나노입자(도 1의 투과전자현미경사진 및 분포도 참조)로, 본 발명에서는 그 크기를1～20nm로 하며, 그 사용 농도를 섬유 원료 중량대비 0.001~0.01wt%(10～100ppm)로 한다.
본 발명에 따르면, 적용되는 은(Ag) 나노입자는 자외선과 반응하는 경우 색오염 현상을 초래하게 되거나, 또는 비스코스레이온사의 제조 공정에 사용되어 해당하는 부직포에 일부 남겨지는 황화물(sulfide)과 그 은(Ag)이 반응을 하여 응집(aggregation)과 침전(Precipitation) 현상을 나타낼 수 있기 때문에 비스코스레이온사에는 사용하게 된다.
그 은(Ag) 나노입자를 단독으로 사용할 경우에는 항균력을 갖게 되는 최소 농도를 보장하고 칼라 변화를 억제할 수 있는 최대치 농도를 고려하여 섬유 원료 중량대비 0.001∼0.01wt％(10～100ppm) 농도로 그 사용 범위를 한정함이 바람직하 게 된다. 다만, 면(Cotton), 펄프(Pulp)의 경우에는 방사(Spinning)시 연신율이 적다는 점을 감안하여 섬유 원료 중량대비 은(Ag) 나노입자의 사용 비율을 0.001~0.005wt%(10~50ppm)의 농도로 한다.
또, 본 발명에 적용되는 셀레늄(Se)은 나노입자(도 2에 도시된 투과전자현미경사진 참조)로 박테리아에 대한 항균력을 갖는 기능이 실험결과로 검증된 바, 본 발명에 따르면 상기 셀레늄은 그 입자크기를 1～50nm로 하고, 그 사용 농도를 섬유 원료 중량대비 0.0005~0.005wt%(5～50ppm)로 한다. 다만, 비스코스레이온(Viscos Rayon), 면(Cotton), 펄프(Pulp)의 경우에는 방사시 연신율이 적은 점을 고려하여 섬유 원료 중량대비 0.0005~0.003wt%(5~30ppm)의 농도로 한다.
또, 본 발명에 적용되는 아연(Zn)의 나노입자(도 3에 도시된 투과전자현미경사진 참조)는 실험결과에 따르면 원사(原絲)가 방사될 때에 늘어나는 연신율 때문에 500ppm~800ppm 사이에서 항균력을 갖는 바, 이 점을 고려하여 본 발명에서는 그 아연(Zn)입자 크기를 1～50nm의 크기로 하고, 그 사용농도를 섬유 원료 중량대비 0.05~0.08wt%(500～800ppm)로 한다. 다만, 상대적으로 연실율이 적은 비스코스레이온(Viscos Rayon), 면(Cotton) 및 펄프(Pulp)는 그 사용 농도를 섬유 원료 중량대비 0.03~0.05wt%(300ppm~500ppm) 사이로 한정한다.
본 발명에 적용되는 게르마늄(Ge)은 나노입자규격의 유기게르마늄(Organic Germanium)으로, 그 나노 크기의 게르마늄(도 4에 도시된 투과전자현미경사진 참조)은 그 사용 농도가 섬유 중량대비 0.0001wt%~0.01wt%(1ppm~100ppm) 사이에서 원하는 수준(섭씨 37도에서 방사율 87% 이상)의 원적외선을 방사하는 기능이 실험을 통해 검증된 바, 본 발명에 따르면 그 게르마늄은 1～50nm의 입자 크기로 하며, 그 사용농도를 섬유 원료 중량대비 0.0001wt%~0.01wt%(1～100ppm)로 한다.
본 발명에 적용되는 텅스텐(W)의 나노입자(도 5에 도시된 투과전자현미경사진 참조)는 그 사용 농도가 원료 중량대비 0.001wt%~0.02wt%(10ppm~200ppm) 사이에서 원하는 수준(섭씨 37도에서 방사율 87% 이상)의 원적외선을 방사하는 기능이 실험을 통해 검증된 바, 본 발명에 따르면 그 텅스텐은 1～50nm의 입자 크기로 하면서 그 사용농도를 섬유 원료 중량대비 0.001wt%~0.02wt%(10～200ppm)로 한다.
본 발명에 적용되는 이산화규소(SiO2)의 나노입자(도 6에 도시된 투과전자현미경사진 참조)는 그 사용 농도가 원료 중량대비 0.005wt%~0.05wt%(50ppm~500ppm) 사이에서 원하는 수준(섭씨 37도에서 방사율 87% 이상)의 원적외선을 방사하는 기능이 실험을 통해 검증된 바, 본 발명에 따르면 그 이산화규소는 30～120nm의 입자 크기로 하면서 그 사용농도를 섬유 원료 중량대비 0.005wt%~0.05wt%(50～500ppm)로 한다.
본 발명에 적용되는 티타늄디옥사이드(TiO2)의 나노입자(도 7에 도시된 투과전자현미경사진 참조)는 그 사용 농도가 섬유 원료의 중량대비 0.005wt%~0.05wt%(50ppm~500ppm)에서 원하는 수준(섭씨 37도에서 방사율 87% 이상)의 원적외선을 방사하는 기능이 실험을 통해 검증된 바, 본 발명에 따르면 그 티타늄디옥사이드는 30～150nm의 입자 크기로 하면서 그 사용농도를 섬유 원료 중량대비 0.005wt%~0.05wt%(50～500ppm)로 한다.
본 발명에 적용되는 알루미늄옥사이드(Al2O3)의 나노입자(도 8에 도시된 투과전자현미경사진 참조)는 그 사용 농도가 섬유 원료의 중량대비 0.015wt%~0.07wt%(150ppm~700ppm)에서 원하는 수준(섭씨 37도에서 방사율 87% 이상)의 원적외선을 방사하는 기능이 실험을 통해 검증된 바, 본 발명에 따르면 그 알루미늄옥사이드는 30～150nm의 입자 크기로 하면서 그 사용농도를 섬유 원료 중량대비 0.015wt%~0.07wt%(150～700ppm)로 한다.
구 분 ①비스코스레이온 ②폴리에스터 ③폴리에틸렌 ④폴리프로필렌 ⑤나이론 ⑥면 ⑦펄프
은(Ag) 10~100 10~100 10~100 10~100 10~50 10~50
셀레늄(Se) 5~30 5~50 5~50 5~50 5~50 5~30 5~30
아연(Zn) 500~800 500~800 500~800 500~800 500~800 300～500 300～500
게르마늄(Ge) 1～100 1～100 1～100 1～100 1~100 1～100 1～100
텅스텐(W) 10~200 10~200 10~200 10~200 10~200 10~200 10~200
이산화규소(SiO2) 50~500 50~500 50~500 50~500 50~500 50~500 50~500
티타늄디옥사이드(TiO2) 50~500 50~500 50~500 50~500 50~500 50~500 50~500
알루미늄옥사이드(Al2O3) 150~700 150~700 150~700 150~700 150~700 150~700 150~700
다음에, 본 발명의 제 2예에서는 섬유 원사 및 원단을 염색하는 공정에서 염료 또는 안료와 혼합하여 나노입자가 원사 및 원단에 부착(附着, Attaching)되게 함으로써 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖도록 하게 된다.
먼저, 비스코스레이온 또는 면 및 펄프의 천연 소재 원사 및 원단을 염색하는 경우에는 그 특성상 염색에 사용하는 물의 수소이온지수(pH: Potential of Hydrogen)가 약 12~14의 알카리성을 유지해야 염색성이 양호하게 되고, 그 반면에 폴리에스터와 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 나이론의 화학섬유는 수소이온지수(pH)가 2~5 사이의 산성을 유지해야 염색성이 양호하게 된다.
따라서, 원단 또는 원사의 염색공정에 혼합사용될 나노입자는 그 특성 중 천연섬유소재의 원단에 적용하는 하는 나노입자의 경우 그 용매의 수소이온지수(pH)를 7이상으로 유지를 하여 나노입자의 응집(Aggregation) 또는 침전(沈澱, Precipitation)을 방지할 수 있도록 나노입자를 제공하고, 특히 산성기를 갖는 이산화규소는 상용성을 고려하며 사용치 않도록 한다.
그에 대해, 화학섬유원단을 염색할 경우에는 사용할 나노입자의 용매 특성을 7 미만의 수소이온지수(pH)를 유지할 수 있도록 하는 나노입자를 제공하여 나노입자의 안정성을 유지하며 응집 및 침전을 예방할 수 있도록 한다.
상기한 점을 고려하여, 본 발명에 따르면 아래의 (표2)에서 나타내는 바와 같이 섬유 원단을 염색하는 공정에 사용하는 나노입자는 상기 항균기능을 갖는 나노입자로 은(Ag), 셀레늄(Se), 아연(Zn)이 적용되고, 원적외선 방사 기능을 갖는 나노입자로는 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 이산화규소(SiO2), 티타늄디옥사이드(TiO2), 알루미늄옥사이드(Al2O3)의 나노입자가 제공된다.
여기서, 섬유 원사 또는 원단의 염색 공정에 있어서 나노입자를 사용하는 방법은 섬유의 표피 층에 나노입자를 염료또는 안료와 함께 부착는 반면 그 섬유조직내부에는 나노입자가 혼합되지 않게 되고, 그에 따라 상기한 제 1예의 경우에 비해 그 나노입자의 사용량은 작겠지만 염색 공정에 사용되는 물의 양이 섬유 원단의 중량대비 1.5배에서 20배 정도로 많기 때문에 나노입자가 섬유 조직 표면에 부착되지 못하고 버려지는 현상이 발생하게 되는 바, 본 예에서는 그러한 점을 감안하여 그 사용량을 (표2)와 같이 하고, 그 상세 설명은 다음과 같다.
항균 및 원적외선 방사 기능을 제공하기 위해 본 발명에 적용되는 나노 입자를 살펴보면, 은(Ag)은 나노입자(도 1의 투과전자현미경 사진 및 분포도 참조)로, 항균(Antimicrobial)기능을 나타내며, 그 사용 농도를 염색할 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.001wt%~0.02wt%(10~200ppm)로 하며, 그 크기는 1～20nm 크기로 한다.
또, 본 발명에 적용되는 셀레늄(Se)은 나노입자(도 2에 도시된 투과전자현미경사진 참조)로 박테리아에 대한 항균력을 갖는 기능이 실험결과로 검증된 바, 그 사용 농도는 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.0005~0.008wt%(5～80ppm)로 하며, 그 입자크기는 1～50nm의 크기로 한다.
또, 본 발명에 적용되는 아연(Zn)은 나노입자(도 3에 도시된 투과전자현미경사진 참조)로, 그 사용농도를 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.05wt%~0.15wt%(500～1,500ppm)로 하며, 그 크기는 1～50nm의 크기로 한다.
본 발명에 적용되는 나노입자로서의 게르마늄(Ge)은 유기게르마늄(Organic Germanium)으로써 그 나노 입자(도 4에 도시된 투과전자현미경사진 참조)의 사용 농도는 염색할 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.0001wt%~0.015wt%(1ppm~150ppm)로 하며, 그 입자의 크기는 1～50nm의 크기로 한다.
본 발명에 적용되는 텅스텐(W, Wolfram)은 나노입자(도 5에 도시된 투과전자현미경사진 참조)로 그 사용하는 농도를 염색할 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.001wt%~0.04wt%(10ppm~400ppm)로 하며, 그 입자의 크기는 1～50nm의 크기로 한다.
본 발명에 적용되는 이산화규소(SiO2)는 나노입자(도 6에 도시된 투과전자현미경사진 참조)로, 그 사용 농도를 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.005wt%~0.1wt%(50ppm~1,000ppm)로 하며, 그 입자의 크기는 30～120nm의 크기로 한다. 다만, 비스코스레이온, 면, 펄프의 천연섬유 소재 원단을 염색할 경우에는 염색수(染色水)의 알카리성 수소이온지수(pH)를 고려하여 이산화규소(SiO2)를 사용치 않는다.
본 발명에 적용되는 티타늄디옥사이드(TiO2)는 나노입자(도 7에 도시된 투과전자현미경사진참조)로 그 사용하는 농도를 염색할 섬유 원사 및 원단 중량대비0.005wt%~0.15wt%(50ppm~1,500ppm)로 하며, 그 입자의 크기는 30～150nm로 한다.
본 발명에 적용되는 알루미늄옥사이드(Al2O3)의 나노입자(도 8에 도시된 투과전자현미경사진 참조)는 그 사용하는 농도를 염색할 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.015wt%~0.15wt%(150ppm~1,500ppm)로 하며, 그 입자의 크기는 30～150nm로 한다.
구 분 ①폴리에스터 ②폴리에틸렌 ③폴리프로필렌 ④나이론 ⑤ 면 ⑥펄프 ⑦비스코스레이온
은(Ag) 10~200 10~200 10~200 10~200 10~200 10~200 10~200
셀레늄(Se) 5~80 5~80 5~80 5~80 5~80 5~80 5~80
아연(Zn) 500~1,500 500~1,500 500~1,500 500~1,500 500～1,500 500～1,500 500～1,500
게르마늄(Ge) 1～150 1～150 1～150 1~150 1～150 1～150 1～150
텅스텐(W) 10~400 10~400 10~400 10~400 10~400 10~400 10~400
이산화규소(SiO2) 50~1,000 50~1,000 50~1,000 50~1,000
티타늄디옥사이드
(TiO2)		 50~1,500 50~1,500 50~1,500 50~1,500 50~1,500 50~1,500 50~1,500
알루미늄옥사이드
(Al2O3)		 150~1,500 150~1,500 150~1,500 150~1,500 150~1,500 150~1,500 150~1,500
다음에, 본 발명의 제 3예에서는 원단을 제조하는 마지막 공정으로서의 텐터 공정(Tenter Process)에서 사용되는 가공수(예컨대, 물)에 나노입자를 혼합하여 섬유 원단이 항균성 및 원적외선 방사성을 갖도록 하게 된다.
본 제 3예에서는 아래의 (표3)에 나타낸 바와 같이 섬유 원단을 제조하는 마지막 공정인 텐터공정에 사용하는 나노입자는 항균기능을 갖는 나노입자의 경우 은(Ag), 셀레늄(Se), 아연(Zn)이 포함되고, 원적외선 방사 기능을 갖는 나노입자의 경우 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 이산화규소 (SiO2), 티타늄디옥사이드(TiO2), 알루미늄옥사이드(Al2O3)가 포함된다.
텐터 공정에서 나노입자를 사용하는 방법은 염색이 끝난 섬유의 최외곽 표피 층에 나노입자가 부착되는 반면 섬유 조직 내부에는 혼합되지 않기 때문에 상기한 제 1예의 경우에 비해 그 사용량은 작겠지만 염색 가공이 끝난 후이기에 염색 공정에서 나노입자를 부착하는 것보다 그 효율이 떨어지게 되고, 또한 텐터 공정에 사용되는 가공수의 양이 염색 공정과 같이 원단 중량대비로 계산되지는 않고 해당 섬유 원단이 물을 흡수하고 압착롤러를 통과하여 건조 공정으로 진입할 때의 원단 중량대비 물 흡수량(Pick Up %)을 고려하여 나노입자의 사용 농도를 결정하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 그 점을 고려하여 원단 중량대비 물 흡수량을 100%로 기준하여 그 사용량을 아래의 (표3)과 같이 결정하는 바, 그에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다.
항균 및 원적외선 방사 기능을 제공하기 위해 본 발명에 적용되는 나노 입자를 살펴보면, 은(Ag)은 항균기능을 나타내는 나노입자(도 1의 투과전자현미경 사진 및 분포도 참조)로, 그 사용 농도를 텐터공정에 사용되는 가공수의 중량대비 0.001~0.005wt%(10~50ppm)로 하면서 그 입자의 크기는 1～20nm로 한다.
또, 본 발명에 적용되는 셀레늄(Se)의 나노입자(도 2에 도시된 투과전자현미경사진 참조)는 박테리아에 대한 항균력을 갖는 기능이 실험결과로 검증된 바, 그 사용 농도를 텐터 공정에 사용되는 가공수의 중량대비 0.0005~0.003wt%(5～30ppm)로 하면서 그 입자크기는 1～50nm로 한다.
또, 본 발명에 항균기능으로 적용되는 아연(Zn)의 나노입자(도 3에 도시된 투과전자현미경사진 참조)는 그 사용농도를 텐터 공정에 사용되는 가공수의 중량대비 0.01wt%~0.04wt%(100～400ppm)로 하며, 그 입자크기는 1～50nm로 한다.
본 발명에 적용되는 게르마늄(Ge)은 유기게르마늄(Organic Germanium) 나노입자(도 4에 도시된 투과전자현미경사진 참조)로, 그 사용 농도를 텐터 공정에 사용되는 가공수의 중량대비 0.0001wt%~0.01wt%(1ppm~100ppm)로 하며, 그 입자의 크기는 1～50nm로 한다.
본 발명에 적용되는 텅스텐(W)의 나노입자(도 5에 도시된 투과전자현미경사진 참조)는 그 사용 농도를 텐터 공정에 사용되는 가공수의 중량대비 0.001wt%~0.02wt%(10ppm~200ppm)로 하며, 그 입자의 크기는 1～50nm로 한다.
본 발명에 적용되는 이산화규소(SiO2)의 나노입자(도 6에 도시된 투과전자현미경사진 참조)는 그 사용 농도를 텐터 공정에 사용되는 가공수의 중량대비 0.005wt%~0.05wt%(50ppm~500ppm)로 하며, 그 입자의 크기는 30～120nm로 한다.
본 발명에 적용되는 티타늄디옥사이드(TiO2)의 나노입자(도 7에 도시된 투과전자현미경사진 참조)는 그 사용 농도를 텐터 공정에 사용되는 가공수의 중량대비 0.005wt%~0.05wt%(50ppm~500ppm)로 하며, 그 입자의 크기는 30～150nm로 한다.
본 발명에 적용되는 알루미늄옥사이드(Al2O3)의 나노입자(도 8에 도시된 투과전자현미경사진 참조)는 그 사용 농도를 텐터 공정에 사용되는 가공수의 중량대비 0.005wt%~0.07wt%(50ppm~700ppm)로 하며, 그 입자의 크기는 30～150nm로 한다.
다만, (표3)의 기준은 원단 중량대비 원단의 가공수 흡수량을 100%로 기준하여 그 사용량을 결정한 것으로, 원단 중량대비 가공수 흡수량의 비율에 변동이 있을 경우에는 그 가공수 흡수량의 가감되는 비율에 반비례하게 그 나노입자의 사용비율을 결정한다.
즉, 예를 들면 원단 중량 대비 원단의 가공수 흡수량이 200%일 때에는 (표3)기준의 나노입자의 사용 비율을 50%로 줄이는 반면 가공수의 흡수량이 50%일 경우에는 (표3)에서의 나노입자의 비율을 200%로 증가하여 사용한다.
구 분 ①폴리에스터 ②폴리에틸렌 ③폴리프로필렌 ④나이론 ⑤ 면 ⑥펄프 ⑦비스코스레이온
은(Ag) 10~50 10~50 10~50 10~50 10~50 10~50 10~50
셀레늄(Se) 5~30 5~30 5~30 5~30 5~30 5~30 5~30
아연(Zn) 100~400 100~400 100~400 100~400 100～400 100400 100～400
게르마늄(Ge) 1～100 1～100 1～100 1~100 1～100 1～100 1～100
텅스텐(W) 10~200 10~200 10~200 10~200 10~200 10~200 10~200
이산화규소(SiO2) 50~500 50~500 50~500 50~500 50~500 50~500 50~500
티타늄디옥사이드(TiO2) 50~500 50~500 50~500 50~500 50~500 50~500 50~500
알루미늄옥사이드(Al2O3) 50~700 50~700 50~700 50~700 50~700 50~700 50~700
다음에, 본 발명에 따른 항균 및 항곰팡이성 섬유원단을 사용하여 함수성 티슈를 제조하는 바람직한 대표적인 실시예에 대해 설명한다.
(실시예1)
먼저, 아래의 (표 4)에 예시된 바와 같이 ①비스코스레이온에는 상기 게르마늄을 섬유 원료 중량 대비 0.001wt%(10ppm), 상기 셀레늄을 섬유 원료 중량대비 0.0025wt%(25ppm)로 하여 혼합 방사(Spinning)를 하였다.
그 결과, 원적외선 방사율과 항균력은 (표4)의 ②의 제시와 같이 각각 원적외선 방사율 87%, 항균력 99% 이상으로 입증이 되었다.
구 분
 게르마늄
(Ge) 		셀레늄
(Se)		 비 고
① 비스코스레이온
 10ppm 25ppm 항균력은 대장균과 황색포도상구균으로 실험
② 원적외선 방사율
/항균력
87.5%		 황색포도상구균 99.5%, 폐렴균99.4%, 원적외선의 방사율은 섭씨 37도 온도 조건임
-항균성 시험에 적용되는 사용공시균주로는 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)과 폐렴쌍구균(Klebsiella pneumoniae ATCC 4352)를 각기 5.0g 상정하고 표준포로서는 면을 사용하여 'KS K 0693'에 적합하게 항균도를 시험하여 (표 4)의 결과를 얻음.
-원적외선은KFIA-FI-1005 시험방법에 의한 FI-IR Spectrometer를 이용한 Black Body 대비 측정 결과 임.
(실시예2)
아래의 (표 5)에 제시 기재된 바와 같이 ①면(Cotton) 원단에 상기 게르마늄을 원단 중량대비 0.004wt%(40ppm), 상기 은(Ag)을 원단 중량대비 0.004wt%(40ppm)로 하여 염색을 하였다.
그 결과, 원적외선 방사율과 항균력은 (표5)의 ②와 같이 각각 원적외선 방사율 89.3%, 항균력 99.9%로 입증이 되었고, 이를 다시 50회 세탁한 후 측정한 결과 (표5)의 ③에 기재된 바와 같이 원적외선 방사율 89%, 항균력 99.9%로 초기의 기능과 차이가 없음을 확인하였다.
구 분
 게르마늄
(Ge) 		은
(Ag)		 비 고
① 면(Cotton)
 40ppm 40ppm 항균력은 황색포도상 구균과 폐렴균으로 실험
② 원적외선 방사율
/항균력		 89.3% 99.9% 원적외선의 방사율은 섭씨 37도 온도 조건임
③ 원적외선 방사율
/항균력		 89.0% 99.9%
50회 세탁 후 측정치 결과
-항균성 시험에 적용되는 사용공시균주로는 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)과 폐렴쌍구균(Klebsiella pneumoniae ATCC 4352)를 각기 5.0g 상정하고 표준포로서는 면을 사용하여 'KS K 0693'에 적합하게 항균도를 시험하여 (표 5)의 결과를 얻음.
-원적외선은KFIA-FI-1005 시험방법에 의한 FI-IR Spectrometer를 이용한 Black Body 대비 측정 결과 임.
(실시예3)
아래의 (표 6)에 제시 기재된 바와 같이 ①면(Cotton) 원단에 텐터 공정에 사용되는 가공수의 중량 대비 상기 게르마늄을 0.004wt%(40ppm), 상기 은(Ag)을 0.004wt%(40ppm)로 하여 함침 후 건조를 하여 원단을 제조하였다.
그 결과 원적외선 방사율과 항균력은 표6)의 ②의 기재와 같이 각각 원적외선 방사율 89.3%, 항균력 99.5%로 입증이 되었다. 이를 다시 20회 세탁한 후 측정한 결과 (표6)의 ③에 기재된 바와 같이 원적외선 방사율이 88.8%, 항균력이 99.1%로 초기의 효능보다 그 효능이 다소 감소하였으나 원하는 수준의 규격 성능을 확인하였다.
구 분
 게르마늄
(Ge) 		은
(Ag)		 비 고
① 면(Cotton)
 40ppm 40ppm 황색포도상 구균으로 실험
② 원적외선 방사율
/항균력		 89.3% 99.5% 원적외선의 방사율은 섭씨 37도 온도 조건임
③ 원적외선 방사율
/항균력		 88.8% 99.1%
20회 세탁 후 측정치 결과
-항균성 시험에 적용되는 사용공시균주로는 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)을 5.0g 상정하고 표준포로서는 면을 사용하여 'KS K 0693'에 적합하게 항균도를 시험하여 (표 6)의 결과를 얻음.
-원적외선은KFIA-FI-1005 시험방법에 의한 FI-IR Spectrometer를 이용한 Black Body 대비 측정 결과 임.
(실시예4)
(도 9)에 제시 첨부된 바와 같이 위 실시예 3에서 제조된 섬유원단으로 제작된 의복(환자복) 상하를 50세 남자에 입히고 20분 경과 후 원적외선 방사에 따른 체온의 변화를 열화상측정기를 통하여 측정을 하고, 혈중의 적혈구 응집 상태를 20분 경과 후 비교 검토한 결과, 상기 실시예 (3)의 기능성 의류를 입기 전과 입은 후 20분 경과 시에 그 차이점이 확실히 나타나는 것을 관찰할 수 있었다.
즉, 열화상 측정을 통한 이미지는 기능성 섬유를 입기 전에는 체온이 고르게 온도를 유지하지 못하고 온도 편차를 나타냈으나, 20분 경과 후에는 고르게 체온이 상승하여 분포되는 것을 관찰하였다.
또, 적혈구 응집 상태의 관찰 사진을 비교하여보면, 기능성 의류를 입기 전에는 적혈구가 응집된 현상이 많이 관찰 되었으나 기능성 의류를 입고 20분 경과 후 채혈된 피로 관찰한 결과 응집되었던 적혈구의 다수가 풀어져 혈액의 순환이 원활해 지고 있음을 관찰할 수 있었다.
한편, 본 발명은 상기한 적용 예로 한정되지는 않고 발명의 기술적 요지 및 요점을 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형실시가 가능함은 물론이다.
본 발명에 따르면, 상기한 제 1예에서는 항균 및 원적외선 섬유용 실(원사(原絲, Fiber)을 제조하는 기술이 상정되었으나, 원사를 방사하여 제조하는 경우 의 섬유원료는 그 소재를 한정하지 않는다.
또한, 원사를 방사하기 위하여 첨가되는 항균과 원적외선 기능을 갖는 열가소성 플라스틱 마스타베치 칩은 상기 열거한 원사용 플라스틱수지 이외의 열가소성 수지를 포함하며, 그 원적외선과 항균력을 동시에 갖는 기능은 본 발명의 요지와 요점으로 볼 때, 특별히 섬유 원사 및 원단에 국한하지 않고 열가소성 플라스특 성형품(예: 식품용기, 포장용기, 의료기구, 인조손톱 등 미용용품 및 미용도구, 욕조 등 건축자재)에 본 발명의 요지와 요점을 이탈하지 않는 범위에서 적용이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따라 섬유원단에 적용되는 나노입자로서의 은(Ag)의 투과전자현미경사진(TEM : Transmission Electron Microscope),
도 2는 본 발명에 따라 섬유원단에 적용되는 나노 크기의 금속입자로서의 셀레늄(Se)의 투과전자현미경사진,
도 3은 본 발명에 따라 섬유원단에 적용되는 금속나노입자로서의 아연(Zn)의 투과전자현미경사진,
도 4는 본 발명에 따라 섬유원단에 적용되는 나노크기의 입자로서의 유기게르마늄(Ge)의 투과전자현미경사진,
도 5는 본 발명에 따라 섬유원단에 적용되는 나노크기의 입자로서의 텅스텐(W)의 투과전자현미경사진,
도 6은 본 발명에 따라 섬유원단에 적용되는 나노입자로서의 이산화규소(SiO2, Silicon dioxide)의 투과전자현미경사진,
도 7은 본 발명에 따라 섬유원단에 적용되는 나노크기의 입자로서의 티타늄디옥사이드 (TiO2, Titanium Dioxide)의 투과전자현미경사진,
도 8은 본 발명에 따라 섬유원단에 적용되는 나노입자로서의 알루미늄옥사이드(Al2O3, Aluminium oxide)의 투과전자현미경사진,
도 9는 본 발명의 실시예 4에 따른 관찰결과를 나타내는 이미지로서, 원적외선을 방사하는 기능성 의류를 착용하기 전과 착용 후 20분이 경과된 상태의 열화상 측정 사진과 적혈구 응집현상 관찰 사진이다.

Claims (8)

  1. 비스코스레이온(Viscos Rayon), 폴리에스터(Polyester), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 면(Cotton), 나이론(Nylon) 및 펄프(Pulp) 중에서 선택된 하나 또는 그 중에서 선택된 2이상 혼합의 섬유 소재를 원료로 하여 실(原絲, FIBER)(원사)을 방사(Spining) 하기 전에, 상기 섬유소재원료에 항균기능을 갖는 나노입자인 은(Ag), 셀레늄(Se), 아연(Zn) 중에서 하나 또는 2이상 선택한 나노입자와, 원적외선 방사 기능을 갖는 나노입자 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 이산화규소(Silica, silicon dioxide), 티타늄디옥사이드(TiO2; Titanium Dioxide), 알루미늄옥사이드 (Al2O3, Aluminium oxide) 중에서 하나 또는 2이상 선택한 나노입자를 혼합하여 원사를 방사함으로써 섬유 원단에서 항균 기능과 원적외선 방사 기능을 동시에 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 섬유소재의 원료를 방사하기 전에 상기 섬유원단소재에 상기 항균 기능을 제공하기 위한 상기 나노 입자로서의 은(Ag)은 그 크기를1～20nm의 크기로 하면서 그 사용 농도를 섬유 원료 중량대비 0.001wt%~0.01wt%(10～100ppm)로 하고, 상기 면(Cotton)과 펄프(Pulp)의 경우에는 섬유 원료 중량 대비 상기 은(Ag) 나노입자의 사용 비율을 0.001~0.005wt%(10~50ppm)의 농도로 하며,
    상기 셀레늄(Se)은 그 입자크기를 1～50nm로 하고, 그 사용 농도를 섬유 원료 중량대비 0.0005wt%~0.005wt%(5～50ppm)로 하고, 상기 비스코스레이온(Viscos Rayon), 면(Cotton), 펄프(Pulp)의 경우에는 0.0005wt%~0.003wt%(5~30ppm)의 농도로 하고,
    상기 아연(Zn)은 입자 크기를 1～50nm의 크기로 하고 그 사용농도를 섬유 원료 중량 대비 0.05wt%~0.08wt%(500～800ppm)로 하고, 상기 비스코스레이온(Viscos Rayon), 면(Cotton) 및 펄프(Pulp)에는0.03wt%~0.05wt%(300ppm~500ppm)로 하며;
    상기 원적외선 방사 기능을 위한 상기 게르마늄(Ge)은 유기게르마늄(Organic Germanium)으로서 1～50nm의 입자 크기로 하고 그 사용농도를 섬유 원료 중량대비 0.0001wt%~0.01wt%(1～100ppm)로 하며,
    상기 텅스텐(W)은 1～50nm의 입자 크기로 하고 그 사용농도는 섬유 원료 중량대비 0.001~0.02wt%(10～200ppm)로 하며,
    상기 이산화규소(SiO2)는 30～120nm의 입자 크기로 하고 그 사용농도를 섬유 원료 중량대비 0.005wt%~0.05wt%(50～500ppm)로 하며,
    상기 티타늄디옥사이드(TiO2)는 30～150nm의 입자 크기로 하고 그 사용농도를 섬유 원료 중량 대비 0.005wt%~0.05wt%(50～500ppm)로 하며,
    상기 알루미늄옥사이드(Al2O3)는 30～150nm의 입자 크기로 하고 그 사용농도를 섬유 원료 중량대비 0.015wt%~0.07wt%(150～700ppm)로 하는 것을 특징으로 하는 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법.
  3. 비스코스레이온(Viscos Rayon), 면(Cotton), 펄프(Pulp), 폴리에스터(Polyester), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 나이론(Nylon)의 섬유 원사 또는 원단을 염색하는 공정에서, 항균기능을 갖는 은(Ag), 셀레늄(Se), 아연(Zn)의 입자 중에서 하나 또는 2 이상을 선택하고, 원적외선 방사 기능을 갖는 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 이산화규소(Silica, silicon dioxide), 티타늄디옥사이드(TiO2, Titanium Dioxide), 알루미늄옥사이드(Al2O3, Aluminium oxide)의 나노입자 중에서 하나 또는 2이상을 선택하여, 상기 염색공정에 사용되는 염료 또는 안료와 혼합하여 사용함으로써 섬유 원단에서 항균 기능과 원적외선 방사 기능을 동시에 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 항균 및 원적외선 방사 기능을 위한 상기 나노 입자로서의 상기 은(Ag)은 그 사용 농도를 상기 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.001wt%~0.02wt%(10~200ppm)로 하고 그 크기를 1～20nm로 하며,
    상기 셀레늄(Se)은 그 사용 농도를 상기 원사 및 원단 중량대비 0.0005wt%~0.008wt%(5～80ppm)로 하고 그 입자 크기를 1～50nm로 하며,
    상기 아연(Zn)은 그 사용농도를 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.05~0.15wt%(500~1,500ppm)로 하고 그 크기는 1～50nm로 하며,
    상기 게르마늄(Ge)은 유기게르마늄(Organic Germanium)으로서 그 사용 농도를 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.0001wt%~0.015wt%(1~150ppm)로 하고 그 입자의 크기는 1~50nm로 하며,
    상기 텅스텐(W)은 그 사용 농도를 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.001wt%~0.04wt%(10~400ppm)로 하고 그 입자의 크기는 1~50nm로 하며,
    상기 이산화규소(SiO2)는 그 사용 농도를 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.005wt%~0.1wt%(50~1,000ppm)로 하고 그 입자의 크기는 30～120nm로 하며,
    상기 티타늄디옥사이드(TiO2)는 그 사용 농도를 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.005wt%~0.15wt%(50ppm~1,500ppm)로 하고 그 입자의 크기는 30～150nm로 하며,
    상기 알루미늄옥사이드(Al2O3)는 그 사용 농도를 섬유 원사 및 원단 중량대비 0.015wt%~0.15wt%(150ppm~1,500ppm)로 하고 그 입자의 크기는 30～150nm로 하는 것을 특징으로 하는 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 비스코스레이온, 면, 펄프의 천연 섬유 소재의 원사 및 원단을 염색하는 공정에 적용하는 상기 나노입자는 그 용매의 수소이온지수(pH)를 7이상으로 유지하며,
    상기 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 나이론의 화학섬유 원사 및 원단을 염색할 경우에는 사용할 나노입자의 용매 특성을 7 미만의 수소이온지수(pH)를 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법.
  6. 섬유 원단의 텐터 공정(TENTER PROCESS)에서, 항균기능을 갖는 은(Ag), 셀레늄(Se), 아연(Zn)의 입자 중에서 하나 또는 2 이상을 선택하고, 원적외선 방사 기능을 갖는 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 이산화규소(Silica, silicon dioxide), 티타늄 디옥사이드(TiO2, Titanium Dioxide), 알루미늄옥사이드(Al2O3, Aluminium oxide)의 나노입자 중에서 하나 또는 2이상을 선택하여 상기 텐터 공정의 가공수와 혼합하여 사용함으로써 상기 섬유 원단에서 항균 기능과 원적외선 방사 기능을 동시에 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 항균 및 원적외선 방사 기능을 제공하기 위한 나노입자 중에서, 상기 은(Ag)은 그 사용 농도를 상기 텐터공정에 사용되는 가공수 중량 대비 0.001wt%~0.005wt%(10~50ppm)로 하고 그 크기는 1～20nm로 하며,
    상기 셀레늄(Se)은 그 사용 농도를 상기 텐터 공정에 사용되는 가공수 중량 대비 0.0005wt%~0.003wt%(5～30ppm)로 하고 그 입자크기를 1～50nm로 하며,
    상기 아연(Zn)은 그 사용농도를 상기 텐터 공정에 사용되는 가공수 중량 대비 0.01wt%~0.04wt%(100～400ppm)로 하고 그 크기는 1～50nm로 하며,
    상기 게르마늄(Ge)은 유기게르마늄(Organic Germanium)으로서 그 사용 농도 를 상기 텐터공정에 사용되는 가공수 중량대비 0.0001wt%~0.01wt%(1~100ppm)로 하고 그 입자의 크기를 1～50nm로 하며,
    상기 텅스텐(W)은 그 사용 농도를 상기 텐터공정에 사용되는 물 중량대비 0.001wt%~0.02wt%(10ppm~200ppm)로 하고 그 입자의 크기를 1～50nm로 하며,
    상기 이산화규소(SiO2)는 그 사용 농도를 상기 텐터공정에 사용되는 가공수 중량대비 0.005wt%~0.05wt%(50~500ppm)로 하고 그 입자의 크기는 30～120nm로 하며,
    상기 티타늄디옥사이드(TiO2)는 그 사용 농도가 상기 텐터공정에 사용되는 가공수 중량대비 0.005wt%~0.05wt%(50~500ppm)로 하고 그 입자의 크기는 30～150nm로 하며,
    상기 알루미늄옥사이드(Al2O3)는 그 사용 농도를 상기 텐터공정에 사용되는 물 중량대비 0.005wt%~0.07wt%(50~700ppm)로 하고 그 입자의 크기는 30～150nm로 하여 항균과 원적외선 방사 기능을 동시에 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 나노입자의 사용량은 상기 섬유원단 중량 대비 원단의 가공수 흡수량을 100%로 기준하여, 상기 원단 중량 대비 그 원단이 상기 텐터공정의 가공수를 흡수하는 그 비율(Pick Up %)이 변동될 경우에는, 그 물 흡수량이 가감 변동되는 비율에 반비례하게 나노입자의 사용비율을 정하여 사용(나노입자의 사용량= Pick Up율 100%시 나노입자 사용량/변동되는 Pick Up%)하는 것을 특징을 하는 항균 및 원적외선 방사 기능을 갖는 섬유원단의 제조방법.
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