KR20110135793A - 항균성 합성섬유 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 항균성 합성섬유에 관한 것으로, 항균성이 있는 항균성 식물 추출물 1종 이상을 선택하여 섬유 형성 고분자 물질과 혼합하여 200~300℃의 온도로 용융 방사하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의한 항균성 합성섬유는 매우 우수한 항균성을 발휘함과 동시에, 지속적으로 항균성을 발휘한다. 또한 종래의 항균성 합성섬유보다 물성이 우수하여 일반 의생활 소재로 아주 적합하다.
Description
본 발명은 항균성 합성섬유에 관한 것으로, 보다 상세하기로는 항균성을 가지는 식물 추출물을 함유하는 항균성 합성섬유에 관한 것이다.
합성섬유에 항균성을 부여하기 위하여 다양한 시도들이 있어 왔다. 그 주종이 항균성을 가지는 무기물질을 합성섬유에 포함시키는 것이었으며, 사용되는 무기물질은 맥반석, 옥, 은 나노 입자 등이다. 그러나 이러한 무기물질들은 섬유의 제조과정에서 방해물질로 작용하므로 미량 사용할 수밖에 없으므로 원하는 수준의 항균성을 가지지 못하며, 특히 항균 효과가 우수하다고 알려진 은 나노 입자의 경우에는 위의 문제점 외에, 사용된 은 나노 입자가 섬유의 염색 가공 후에 색상이 변하게 하는 치명적인 문제점을 가지고 있다.
또한 미량 사용한다고 하더라도 사용된 무기물질들로 인하여 종래의 항균성 합성섬유는 일반 합성섬유보다 물성이 열악하다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 항균성을 가진 식물 추출물 또는 정유를 이용하려는 시도들도 많이 있어 왔다.
그 대표적인 예로 한국등록특허 제10-0726409호, 한국등록특허 제10-0515808호 등과 같이 항균성을 가진 식물 추출물을 합성섬유에 직접 도포하여 고착시키는 방법을 들 수 있다. 그러나 이러한 방법으로 제조된 합성섬유는 도포된 식물 추출물이 세탁시 탈리되므로 지속적으로 효과를 발휘하지 못한다는 문제점이 있다.
위의 문제점을 해결하고자 식물 추출물 또는 정유를 합성섬유 내부에 포함시키는 방법들도 꾸준히 모색되어 왔다.
그러나 고분자 물질로부터 합성섬유를 제조하기 위한 일반적인 용융방사는 약 200~300℃의 고온에서 실행되므로 방사 전에 투입된 식물 추출물이나 정유는 휘발, 분해, 변질 등이 진행되어 그 성능이 충분히 발휘되지 않는다는 문제점이 있다.
위의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 한국특허 제10-0910241호 등에서 개시하고 있는 전기방사법을 들 수 있다. 이 특허에는 방사 온도를 낮추기 위하여, (a)식물성 천연 추출물 및 식물성 천연 정유로부터 선택되는 1종 이상의 성분, (b)1종 이상의 섬유형성 고분자 및 (c)상기 (a)성분 및 (b)성분을 용해할 수 있는 용매를 혼합한 방사용액을 전기방사 하는 방법이 개시되어 있다.
전기방사 원리는 컬렉터와 노즐 사이에 형성된 전기력에 의하여 노즐을 통하여 토출된 용액이 제트 스트림으로 변하고 제트 스트림에 포함된 용매가 불완전 영역에 도달한 후에 용매가 휘발되면서 순수한 나노섬유가 형성되도록 하는 것이다. 이 기술에 의하여 제반 종래기술들이 가진 문제점들은 대부분 해소되었다. 그러나 이 방법에 의하여 얻어진 섬유는 고분자 자체의 molecular orientation을 통한 강도 향상을 얻기 어렵기 때문에 mechanical property가 낮다는 문제점을 가지고 있다.
또한 전기방사법은 방사 시 드롭이나 비드가 자주 발생하여 공정이 안정적이지 못할 뿐만 아니라, 생산코스트는 매우 높은 반면, 생산량은 매우 적다는 단점을 가지고 있다.
위의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 US 2010/0221969 A1호에 게시된 방법을 들 수 있다. 여기에는 섬유의 향의 기능을 부여하기 위한 목적으로 식물성 정유를 마이크로캡슐에 넣은 후 방사 전에 고분자 물질과 혼합하여 방사하는 방법이 게시되어 있다. 그러나 이 방법은 마이크로캡슐 자체가 섬유의 물성을 떨어뜨리는 역할을 하며, 또한 마찰이나 세탁 시 마이크로캡슐 자체가 붕괴되어 효과가 지속적이지 못하다는 문제점과 특히 폴리에스텔의 용융방사 시에는 고분자 물질이 용융되어 방사되는 시점까지 받게 되는 고온 및 고압의 환경에서 마이크로캡슐 내부의 물질이 용출될 수 있으며, 이 경우는 고분자 물질의 물성에 악영향을 주어 제조공정 상 이상이 발생할 수 있게 하는 커다란 문제점도 가지고 있다.
본 발명은 지속적인 항균성을 가지는 합성섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다. 항균성 섬유가 반복 세탁 후에도 지속적으로 항균성이 발휘될수록 하기 위해서는 우수한 흡수력이 요구되며 그러기 위해서는 특히 본 발명에서와 같이, 항균성 식물이 함유된 섬유에서는 바람직하게는 연교 같은 식물 더욱 바람직하게는 아마씨 같은 식물을 적정량 혼합하여 방사함으로써 흡수력이 뛰어나고, 항균 효과와 항균 재현성이 우수하도록 하는 것이다. 또 다른 방법으로는 본 발명에서 소용되는 화학섬유는 물성의 특성상 흡수성이 나쁘기 때문에 항균성 식물의 추출물이 함유되는 화학섬유의 구조나 물성에 있어서 흡수성 기능이 있도록 제조되어야 한다. 이와 같은 제조 방법들에 의하여 제조된 섬유는 항균 및 살균 효과가 우수하면서 반복 세탁 후에도 지속적으로 기능이 발휘될 수 있다. 이로써 본 발명에서는 오랜 기간 동안 논란이 되어온 항균 섬유에 대한 항균성 및 재현성에 있어서의 소비자들의 불신을 해결할 수 있게 되었다.
본 발명의 항균성 합성섬유의 제조방법의 일 태양은 합성수지의 표면에 항균성 식물 추출물로 코팅한 다음, 이를 건조하고 통상의 용융방사방법으로 방사하는 것과 또는 마스터 배치 제조 방법으로 칩을 제조하여 용융방사하는 것이다. 본 발명의 제조방법의 다른 태양은 합성수지의 중합 전 항균성 식물 추출물을 첨가한 다음 중합제조공정을 거쳐 통상의 용융방사제조방법으로 방사하는 것이다. 또 다른 방법은 항균성 식물 추출물을 폴리아크릴로니트릴 섬유 형성물질과 혼합한 후 통상의 아크릴섬유 제조 방법에 의하여 제조한다.
본 발명의 항균성 합성섬유는 항균성 식물추출물을 추출하기 전에 사용되는 식물의 함량이 섬유 형성 고분자 물질의 0.1~10.0중량%를 사용하여 추출물을 제조한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
항균성을 가지는 식물은 매우 다양하다.
하기에 나열된 항균성 식물들은 하나의 예를 든 것일 뿐이며 이것들만을 사용하는 것이 아니고 항균성이 있는 식물들은 모두 사용할 수 있다.
녹나무과, 측백나무과, 소나무과, 삼나무과, 두릅나무과, 녹차나무과, 동백나무과, 향나무과, 장비과, 허브과, 물푸레나무과(Oleaceae), 은행나무, 금은화, 계피나무, 아마과(亞麻科 Linaceae), 연교(개나리 열매), 벼과(Poaceae), 운향과 등의 잎이나 줄기, 뿌리 및 열매와 열매의 씨앗에서의 식물 추출물이나 그 오일 등은 뛰어난 항균성을 가지고 있음이 널리 알려져 있다.
이러한 식물 추출물의 유효성분이 열분해 또는 열화되지 않도록 하기 위하여 전기방사 등과 같은 다양한 방법들이 시도되었다는 사실은 이미 언급한 바와 같다.
그러나 식물 추출물의 유효성분은 통상의 용융방사를 통해서도 완전히 열분해 또는 열화되지 않는다는 사실을 본 발명자는 확인하게 되었다. 식물 추출물의 유효성분이 일부 열분해 또는 열화된다고 하더라도 일부가 잔존하여 항균성을 발휘한다면 산업상 매우 유용하며 본 발명자에 의하여 이러한 사실이 명백히 밝혀졌다.
유효성분의 일부가 잔존한다는 의미는 유효성분의 일부가 온전히 잔존한다는 의미와 유효성분 중의 일부 성분이 잔존한다는 의미를 포함한다. 예를 들면 고온의 용융방사와 염색공정 등을 거치면 식물 추출물 특유의 향은 소실되지만 항균특성은 그대로 유지되는 것을 들 수 있다.
식물 추출물이라 함은 식물의 잎, 줄기 또는 뿌리, 열매, 씨앗 등을 물로 끓이거나 또는 알콜, 핵산 등의 용매로 추출하고 농축하여 유효성분을 추출할 수 있으며 또한 가압하여 오일로 추출할 수도 있고, 분쇄 장치를 이용하여 분말을 얻을 수 있다. 이때 분쇄기에 의하여 분말로 제조할 수 있는 식물들은 소수에 불과하다. 예를 들면 계피껍질과 같이 분말이 잘되는 것들이 이에 속한다 할 것이다.
추출물에 사용되는 식물의 함량이 섬유화합물과의 중량비로 0.1~10중량%가 바람직하며 더욱 바람직하게는 1~5중량%가 바람직하다.
따라서 얻어진 추출물은 대부분 수분 또는 알콜이나 핵산등의 성분이므로 건조 및 일련의 공정과정에서 없어지게 되고 남은 식물 추출물은 약리 작용을 하는 성분만이 섬유 속에 남아 있게 되는 것이다. 이와 같이 제조된 추출물이 섬유에 함유되어 있는 항균성 추출물의 성분은 바람직하게는 섬유 형성 고분자 물질중량의 0.05~5중량%가 바람직하며 더욱 바람직하게는 0.1~1중량%이다.
추출물에 사용되는 식물의 적절한 첨가량은 0.1~10.0중량%이며, 이 범위 미만의 경우에는 항균효과가 부족하게 되며, 이 범위를 초과하게 되면 더 이상의 항균효과의 상승이 없을 뿐만 아니라 섬유의 물성에 악영향이 초래된다.
본 발명의 제조방법은 합성수지의 표면에 항균성 추출물을 코팅하기 위하여 항균성 식물을 0.1~10.0중량% 사용하여 추출한 후 칩과 혼합하여 코팅한 다음 충분히 건조한 후 통상의 방법으로 용융방사하는 것으로 구성된다. 이 경우 식물 추출물이 코팅된 합성수지와 일반 합성수지를 혼합하여 마스터배치 칩을 만들어 통상의 마스터 배치 칩을 이용한 제조방법에 의하여 방사하게 된다.
본 발명의 다른 제조방법은 합성수지의 중합 전에 항균성 식물 0.1~10.0중량%를 사용하여 추출한 후 얻어진 추출물을 첨가하여 중합한 후 통상의 중합제조방법으로 용융방사하는 것으로 구성된다. 이 때 첨가되는 식물추출물은 액상일 수도 있으며, 분말상일 수도 있다.
본 발명의 항균성 합성섬유는 매우 우수한 항균성을 발휘함과 동시에, 지속적으로 항균성을 발휘한다. 또한 종래의 항균성 합성섬유보다 물성이 우수하여 일반 의생활 소재로 아주 적합하며 또한 반복 세탁 후에도 항균성이 지속되고 피부 질환 및 항 알레르기 효과가 우수하여 부직포로 성형하여 유아 또는 환자용 기저귀로 사용함으로써 효과적이다.
칫솔로 사용하여도 지속적인 항균 칫솔의 기능효과를 발휘하게 된다.
(제조실시예 1)
* 연교 농축액의 제조
연교 파쇄분말 600g과 물 1,500cc를 압력 약탕기에 넣고 130℃의 온도에서 3시간 동안 끓인 후 유압기에서 가압하여 추출액 1,200cc를 추출한 다음, 이를 농축하고 필터에 통과시켜 800cc의 여과된 농축액을 제조하였다.
(제조실시예 2~4)
* 금은화, 계피, 은행잎 농축액의 제조
금은화, 계피나무 껍질, 은행잎을 제조실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 농축액을 제조하였다.
(제조실시예 5)
* 아마씨 농축액의 제조
아마씨 파쇄 분말 600g과 물 15,000cc를 약탕기에 넣고 100℃에서 8시간 끓인 후 유압기에서 가압하여 추출액 7,000cc를 추출하여 3,500cc가 되게 농축한 후 필터를 통과시켜 여과된 농축액을 제조하였다.
(제조실시예 6~10)
* 코팅 칩의 제조
제조실시예 1~5에 의하여 얻어진 각 농축액 800cc를 폴리에스테르 칩 3Kg에 분사하면서 혼합하여 100℃의 온도에서 2시간 동안 건조하여 식물 추출액이 코팅된 칩을 제조하였다.
(제조실시예 11~15)
* 필라멘트사의 제조
제조실시예 6~10에 의하여 제조된 코팅된 칩과 폴리에스테르 칩을 1:4의 비율로 혼합하여 180℃의 온도에서 3시간 동안 건조한 다음 방사하여 75D 24F의 필라멘트사를 제조하였다.
(실시예 1~5)
제조실시예 11~15에 의하여 얻어진 필라멘트사를 양말 형태로 직조하였으며, 이에 대하여 항균성 실험을 한 결과는 모두 균 감소율이 99.9% 이상으로 살균성이 우수하였다. 시험방법 등은 아래와 같았다.
* 시료명 : 편물 각 1점
* 시험방법 : KS K 0693 - 2006 준용
* 시험조건
1) 시험균종 : 시험균 1 - Staphylococcus aureus ATCC 6538
시험균 2 - Klebsiella pneumoniae ATCC 4352
2) 접종균액의 농도 : 시험균 1 - 1.3 × 105CFU/ml
시험균 2 - 1.3 × 105CFU/ml
3) 대조군 (Control Sample) : 표준면포, JAFET(Standaed Cotton Fabric)
4) 비이온계면활성제 (Nonion Surfactant) : Tween80, 접종균액에 0.05% 첨가
(실시예 6)
제조실시예 6에 의하여 얻어진 연교추출물이 코팅된 칩과 TiO2가 2.5% 함유된 폴리에스테르 풀달 칩을 1:4의 무게 비로 혼합하여 건조 후 용융, 방사하여 1.4D 38mm 스테플 화이버를 생산한 후 40s/1로 방적을 하여 S/J 니팅을 편직한 후 이를 고압염색기에서 정련, 염색, 흡수유연제 처리 후 텐타공정을 거쳐 염색가공을 하여 시료를 얻었다.
얻어진 시료를 50회 세탁 후 실시예 1~5에서 행한 항균시험을 하였으며, 균 감소율 99.9% 이상의 항균성을 유지하였다.
(비교예)
폴리에스텔 풀달 40s/1 방적사로 편직한 싱글저지 니팅 원단을 고압염색기에서 정련 염색 쇼핑을 한 후 탈수 건조하여 물 95중량%와 제조실시예 1에서 얻은 연교 추출물 5중량%를 유연제와 혼합한 용액에 침지시켜 망글을 통과시키고 텐타 공정을 거쳐 가공하여 시료를 얻었다.
세탁 전 시료는 99.9%의 항균성을 나타냈으나 50회 세탁 후에는 항균성이 현저하게 감소하였다.
Claims (7)
- 항균성이 있는 항균성 식물 추출물 1종 이상을 선택하여 섬유 형성 고분자 물질과 혼합하여 200~300℃의 온도로 용융 방사하는 것을 특징으로 하는 항균성 합성 섬유의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 항균성 식물 추출물은 0.1~10.0중량% 사용되는 것을 특징으로 하는 항균성 합성섬유의 제조방법.
- 제2항에 있어서, 항균성 식물 추출물은 합성수지 칩에 코팅되며, 이 코팅된 칩과 통상의 합성수지 칩을 혼합, 건조한 다음 용융 방사하는 것을 특징으로 항균성 합성 섬유의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 합성수지의 중합 전 단계에서 0.1~10.0중량%의 항균성 식물 추출물을 섬유 형성 고분자 물질과 혼합하여 교반한 후, 통상의 중합 제조 방법에 의하여 중합한 다음, 용융 방사하는 것을 특징으로 하는 항균성 합성섬유의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 합성섬유의 재질은 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 나일론을 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성 합성섬유의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 항균성 식물 추출물의 성분이 0.05~5중량% 함유된 것을 특징으로 하는 항균성 합성 섬유의 제조 방법.
- 제1항 내지 제6항 기재의 방법으로 제조되며, 항균성 식물 추출물을 0.1~10.0중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 항균성 합성섬유.
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