KR20120064736A

KR20120064736A - 키토산 가공사로 제직한 양면 이색 문양 직물 및 제조방법

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Publication number: KR20120064736A
Application number: KR1020100082280A
Authority: KR
Inventors: 김휘종; 조진원
Original assignee: 김휘종
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2012-06-20

Abstract

본 발명은 직물을 제작할 때 천연물 가공사를 이용하여 제직함으로서 양면이색 색상을 표현될 수 있도록 한다. 따라서 디자인을 향상 시켜 제품의 고급화를 꾀할 수 있고, 차별화로 인한 상품성을 향상 시킬 수 있다.
천연 고분자 키토산의 농도에 따라 Cellulose(면, 라이오셀, 마 등)계 원사에 열처리 단계를 포함하여 가공하고, 경사를 조율하여 양면 이색 디자인이 첨가된 조직을 제작한다. 직물을 염색 하게 되면 키토산 농도에 따라 가공된 원사에 고발색이 이루어져 다양한 톤의 디자인을 첨가할 수 있다. 따라서 이는 직물의 조직을 이용하여 문양 직물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
도 1

도 2

Description

키토산 가공사로 제직한 양면 이색 문양 직물 및 제조방법{Weaving method of both different color pattern fabric used chitosan finishing fiber}

섬유기술 분야

본 발명은 Cellulose계 원사(絲) 즉 방적사 및 필라멘트사에 키토산을 농도별로 원사에 가공하고 열처리하여 셀룰로오스 원사에 키토산을 가공한 원사를 제직공정 중 경사를 조율하여 양면 이색 문양에 따라 이를 조직 설계하여 키토산 물성을 유지하면서 제직 한다. 일욕에서 염색하게 되면 키토산 농도에 따른 이색 문양을 표현하여 다양한 디자인을 얻을 수 있는 제직물 및 그 제직 방법에 관한 것이다.

키토산은 자연계로부터 풍부하게 얻어질 수 있으며, 상품으로 널리 공급될 수 있는 물질이다. 키토산은 자연계에 존재하는 키틴을 탈아세틸화되어 얻어진다. 키틴은 게, 새우, 가재, 갑오징어, 곤충 등의 껍질에 존재하는 천연물질이고 천연고분자인 폴리(N-아세틸-D-글루코사민)으로 얻어진다. 키틴은 대부분의 용매에도 잘 용해되지 않으며 섬유, 필름 등의 제조를 위한 용액을 얻기 어렵다.

키토산은 독성이 없고 생분해가 가능하여 생체친화성을 가지며, 세포의 결합 및 생체조직배양, 항균성, 지혈작용, 생체적합성 등의 생체학적 특성이 있는 것으로 알려져 있다. 최근 키틴, 키토산이 갖고 있는 독특한 성질이 알려지면서 이를 인간생활에 유익하게 활용하고자 하는 노력이 이루어지고 있다. 그 한방법으로 섬유를 만들어서 피부와 접촉하는 부위에 적용시켜 항균성, 생체적합성 등 기능을 나타내도록 사용하는 것이 심도 있게 개발되고 있다.

미국특허 제4,029,727호에서는 키틴을 무수 유기용매에 용해시켜서 비교적 고강도섬유 또는 필름을 제조할 수 있음을 설명하고 있다. 여기서는 유기용매로서 트리클로로아세트산등을 사용하고 있어서 키틴 용해는 용이하나 환경적인 문제를 고려할 때 널리 활용하기 어렵다.

Cellulose는 자연계의 식물부터 널리 얻어질 수 있는 천연물질로서 면, 마, 펄프 등과 같이 섬유의 형태로 얻어진다. Cellulose는 인간의 일상생활과 밀접한 관계를 갖고 있으며, 옷, 종이, 나무 등 편리한 인간생활을 영위하는데 필수 불가결한 존재이고 과거부터 현재뿐만 아니라 미래에까지 다양하게 활용될 수 있는 대표적인 섬유소재이다.

Cellulose와 키토산은 폴리사카라이드계 고분자물질로서 구조적으로 매우 유사한 것으로 알려져 있으며, 이들 두 고분자간에는 상당한 친화성이 있는 것으로 보고 되고 있다.

노구찌 등(Kobunshi kagaku, 30, 320-326, 1973)은 Cellulose 잔테이트와 키틴 잔테이트 알칼리용액에서 Cellulose와 키틴의 복합섬유를 제조하였으며, 하세가와 등(J. Appl. Polym. Sci., Vol. 45, 1837-1897, 1992)에서는 Cellulose와 키토산을 삼불화초산에 용해시켜서 용액을 얻고 이로부터 Cellulose와 키토산의 브랜드 필름을 제조할 수 있음을 알려 주었다.

또한 미국 특허 제5,306,550호에서는 Cellulose 섬유와 키토산의 산수용액과 열가소성 수지를 혼합하여 생분해성 복합체를 만들 수 있음을 보여주고 있다.

Cellulose와 키토산은 화학적으로나 물리적으로 서로 상당히 친화성을 갖고 있음을 알 수 있으며 그 예로 Cellulose와 키토산의 블렌드섬유를 제조하거나, 셀룰로오스 섬유와 키토산의 복합체를 제조하거나, 면직물에 키토산을 함유한 수지를 코팅한 기능성 직물을 제조하는 것이 알려지고 있다.

일본특허 제JP188063A2호에 따르면 색상을 부여하기 위한 전처리액으로 알루미나 가수화물과 키토산을 혼합한 것을 사용했을 때 뛰어난 발수성과 염색속도의 개선, 염료 흡착량을 증진시키는 결과를 얻을 수 있다. 또한 일본 특허 제JP5169789A2호에 따르면 양이온 염료와 키토산 또는 키토산염을 염색하려는 물질의 표면에 처리하여 주었을 경우 매우 균일한 염색물을 얻을 수 있다고 소개 하고 있다.

이들은 모두 염색물의 품질개선을 위해서 염색 이전에 키토산을 적용하는 공정을 부수적으로 참가하는 것으로 염색성의 개선을 위해 키토산을 극소량 적용하는 기술에 불과하다. 대한민국 특허출원 특1996-046306호에는 키토산 단독 또는 천연금속화합물을 이용한 위생가공제와 그 가공처리 방법을 제시하고 있다.

키토산이 함유되어 있는 의류, 직물, 시트, 섬유 등은 키토산이 갖고 있는 기능과 유사한 생체학적 기능을 나타낼 수 있음이 알려지고 있다. 이를 위하여 지금까지는 키토산 섬유, Cellulose 섬유-키토산 복합체, 키토산을 함유한 수지가 가공된 직물등의 소재를 제조하여 사용하는 것이 제시 되고 있다.

하지만 이들은 직물 표면에 소량으로 사용하여 단순한 키토산을 가공 처리한 것으로서 무늬를 부여할 수 없다. 키토산 수용액을 직물 표면에 문양을 결착 시켜 문양을 나태 낼 수 있지만 날염 공정과 염색 공정이 거쳐야 하는 번거러움 있다. 또한 양면에 표현할 수 없는 단점을 가진다.

일반적인 양면이색 문양을 표현하기 위해서는 사(絲)염 후 조직 설계를 통해 문양을 제직하게 된다. 하지만 사(絲)염은 가격적인 측면이 너무 높다. 이러한 단점을 극복하기 위해서는 싸이징 공정에서 키토산 용액을 농도별로 가공하여 양면 이색 무늬를 표현한다. 또한 가격적인 측면서 우수할 뿐만 아니라. 동일색상에서의 무늬를 표현할 수 있으므로 심미감이 부여된 키토산 가공사로 제직한 양면 이색 문양 직물을 제공하는 것이다.

본 발명에서는 양면이색 문양을 표현하기 위하여 Cellulose 계열의 원사에 키토산을 농도별로 가공하여 결착 시켜 Cellulose 구성 원사의 특성을 그대로 유지하면서 조직 설계에 따라 제직한 원단을 염색 하면 양면이색의 동일 색상의 무늬를 표현할 수 있어 심미적인 감성 향상 시킨다.

본 발명은 생체 친화적이면서 대량생산 방식을 그대로 유지하게 된다. 싸이징 부를 히팅부를 거쳐 바로 제직할 수 있는 장점을 가진다. 종래에는 싸이징에서는 전분 또는 PVA 호제를 사용한다. 이는 전처리 공정에서 다시금 제거해야 하는 번거러움을 해소하고 투톤 이상의 색상으로 다양한 디자인의 표현이 가능한 키토산 가공사로 제직한 양면 이색 문양 직물을 나타내고자 하는데 그 목적이 있다.

위와 같이 제시된 목적을 이루기 위한 키토산 가공사를 제직한 양면 이색 문양 직물 및 그 제조방법은 아래와 같이 상세하게 설명한다.

본 발명은 키토산을 농도별로 가공한 Cellulose(면, 레이온, 마, 라이오셀 등)계열의 원사에 가공하여 제직함으로서 양면 이색 문양이 가능한 원단을 생산하기 위함이다. 종래의 기술에 달성 할 수 없었던 심미적인 부분과 기능성적인 제품을 고안한 것이다.

본 발명에서는 사용되는 Cellulose 섬유는 함수량이 10wt% 이하이고 Cellulose가 적어도 90%되고, 굵기가 2 내지 100 사이이고 길이가 0.5mm 내지 200mm 사이인 것이며 Cellulose류 섬유로 사용가능한 것은 면, 마, 펄프, 사이잘, 아바카, 카폭, 플렉스, 쥬트, 라미,햄프 등과 재생섬유인 비스코스 레이온, 폴리노직 레이온, 라이오셀, 텐셀, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트 등이 유용하다.

본 발명에서는 사용되는 키토산을 무게비로 0.1wt% 내지 50wt% 사이의 농도로 용해시켜 용액으로 만든 것이다. 여기서 사용된 키토산은 중합도가 20내지 20,000 사이이고 탈아셀틸화도가 60%내지 99% 사이인 것이 유용하다. 또한 용매로서는 산수용액, 무기염 수용액, 유기용매 중에서 임의로 선택된 것이 사용된다.

키토산은 젖산, 개미산, 글리콜산, 아크릴산, 프로핀산, 석신산, 사과산, 수산, 호박산, 아스콜빈산, 글루콘산, 주석산, 말레인산, 구여난, 글루타민산, 툴로엔설폰산 등 유기산 중에서 1개 이상 임의 선택된 것이나, 염산, 황산, 인산 등 무기산 중에서 1개 이상 임의 선택된 것이 사용될 수 있다.

또한 무기염 수용액으로서는 물에 무기금속염을 무게비로 0.1wt% 내지 70wt% 사이의 농도로 용해시킨 수용액이 사용되며, 무기금속염으로서는 소디움치오시아네이트, 징크클로리드, 염화칼슘, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화리튬 등 무기금속염 중 1개 이상 임의 선택된 것이 사용될 수 있다.

유기용매로서는 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디에틸아세트아미드, 삼불화초산, 삼염화초산, 메틸렌클로리드, 사염화에탄 등 극성유기용매 중 1개 이상 임의의 선택된 것이 사용되며 보다 극성을 높이기 위하여 위의 유기용매에 무게비로 0.1wt% 내지 15wt% 사이 농도로 상기의 무기금속염 중 1개 이상이 임의 선택으로 참가될 수 있다.

상기 키토산 이외에도 식물성, 동물성, 광물성 천연물로 구분되는 다수의 천연물들이 모두 사용될 수 있음이 당연한 것으로, 본 발명이 천연물에만 국한된 것은 아니다.

본 발명은 키토산 각각의 농도별 용액을 Cellulose 원사에 도포 시키는 방법으로서는 싸이징 부에서 농축 용액에 일정 시간 침지 시킨 후 히팅부에서 원사 표면에 고착 시키는 방법으로 온도를 0에서 130 사이의 온도에서 1분 내지 1,000분 사이의 시간동안 열처리하거나 알칼리 수용액으로 0 내지 90사이의 온도에서 1분내지 1일 사이의 시간 동안 고화 처리하는 것이 유용하며 이들은 병행하여 처리할 수 있다.

상기에서 제직 과정은, 종광을 포함한 제직용 구성품에 양면에 다른 키토산 가공사를 복수의 색상이 임의의 비율로 교대로 비치되도록 꿰어주는 통경 단계와 통경이 완료되면 종광을 포함한 제직용 구성품을 설정된 위치로 고정하고 경사에 일정한 장력이 주어지도록 통경 단계와 상관없이 경사의 방향이 결정되도록 하는 경승 단계 경사 사이로 위사를 투입하여 직물에 제직하여 불규칙한 간격의 양면 무늬가 형성되는 제직 단계로 구성된다.

그리고 본 발명에서는 키토산 가공사를 다양한 조직을 별로 무늬가 형성되어 통경 및 경승 단계를 거치면서 무늬가 형성 되도록 통경단계에서 키토산 가공된 원사를 사용할 수 있다. 문양에 따라 상기 경사와 위사를 포함하며, 직물의 길이방향으로 무늬가 형성되고, 이면은 표면과 대칭되게 무늬가 형성 된다. 이를 염색하게 되면 키토산의 영향으로 인해 양면 이색 무늬가 형성되게 된다. 동일 동족의 색상에서 나타나는 톤 차이에 의해서 형성 되는 무늬를 표현은 아주 획기적인 방법이다.

본 발명의 제직공정의 직기는 셔틀방식 또는 셔틀 레스 방식에 관계없이 다양한 직기에 적용 될 수 있다.

염색시 사용되는 염료로 다양한 색상을 표현하기 위해서는 안료, 반응성 염료, 분산 염료, 산성염료, 직접염료, 무기염료, 천연염료 등을 사용할 수 있다. 이들 염료를 염색 원액으로 사용하면 제직된 직물에 색상을 부여하는 것이 가능하다. 또한 염색에 할 때 첨가되는 계면활성제, 유화제, 증점제, 분산제, 안정제 등 첨가물을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에서는 키토산 가공사로 제직한 양면 이색 문양 직물 은 Cellulose계 원사에 키토산 용액을 도포시켜 조직에 따라 제직 가능하게 하여 다양한 형태의 양면 이색 무늬를 표현할 수 있는 획기적인 결과를 얻었다.

본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형 예 또는 수정 예들은 본 발명의 특허 청구 범위에 속한다. 해야 할 것이다.

본 발명은 키토산 가공사로 제직한 양면 이색 문양 직물은 의류 또는 생활용품의 원재료로 사용될 수 있으며 의류로서 적용시 항균성, 소취성 및 생체적합성의 기능성을 나타내는 신규의 의류소재로서 내의, 셔츠, 커텐, 스카프, 손수건, 블라우스, 환자복, 침구류 등의 적용이 가능하고, 항균성 생체활성, 지혈작용, 생체조직배양의 등의 기능성을 갖는 각종의류, 시트, 종이용 재료로 사용될 수 있는 것이다.

본 발명은 기존의 공정 상태를 그대로 유지할 수 있는 장점을 가지며 대량으로 생산할 수 있다. 비용절감의 경제적인 효과까지도 이룰 수 있는 것이다.

본 발명은 키토산을 이용하여 Cellulose 계의 원사에 적용이 가능하다. 면, 모, 견, 마, 레이온, 라이오셀 등과 이들이 혼합된 복합 원단에 적용될 수 있으며, 제직 제조과정에 투입되어 제조에 활용될 수 있다. 구성된 원사의 종류에 따라 다양하게 색상을 응용하여 새로운 개념의 양면 이색 무늬를 형성 시켜 기능성의 극대화를 할 수 있다.

키토산 용액 제조

키토산 138cps이고 탈아세틸화도가 94%인 키토산을 200g을 2wt% 초산 수용액 2L에 용해시켜서 투명한 용액을 만들고 이를 온도 5에서 48시간 동안 저장해서 숙성시킨다.

(키토산용액의 농도 변화)

키토산의 농도를 각각 0.5wt%, 1wt%, 1.5wt%, 3wt%, 5wt%, 7wt%, 9wt%가 되도록 용해시켜 키토산 용액을 제조한다.

키토산용액이 농도(wt%)

0.5m

1

1.5

3

5

7

9

싸이징 공정(키토산 용액을 원사에 가공 처리)

각각의 키토산 용액의 온도를 10내지 70를 유지하며, 원사 콘을 호부 욕에 통과시키고 정경기 혹은 와파빔에 정경공정을 3~4회 반복하여 농도 별로 제조되어진 키토산 가공사(絲)가 되게 한 후 건조공정을 통과시킨다. 이때 건조 온도를 50~140사이로 열처리 고정한다.

조직 설계 후 제직

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면 1, 2를 참조하여 보다 상세하게 살펴본다.

본 발명의 실시예에서는 키토산 가공사로 제직한 양면 이색 문양 제직 과정을 설명한다.

본 발명에 따른 규칙적인 조직의 무늬를 갖는 직물을 제직 방법은 키토산 가공사를 제조하고 상기 종광을 포함한 제직용 구성품에 서로 다른 농도의 키토산을 상부를 향하도록 교대로 꿰어주는 통경을 한다. 통경이 완료되면 종간을 포함한 제직용 구성품을 설정된 위치로 고정하고 경사에 적정한 장력이 균일하게 주어지도록 하는 경승 단계, 경사 사이로 위사를 투입하여 직물을 제직하는 제작 단계로 구성한다.

키토산 농도에 따라 가공사를 경사로 사용하기 위하여 정경 과정을 거치게 되는데, 상기한 정경 과정은 경사를 직기에 공급하기 위하여 한올 한올의 경사를 평행하게 배열시키고 장력을 일정하게 하여 정경빔에 실을 감아 주는 것을 말한다.

정경 과정을 거친 키토산 가공사로 사용하기 위하여 종과과 바디 및 드롭퍼등에 경사를 걸어주는 통경 단계를 거치는데, 종광에 키토산 가공사를 걸어주는 과정에서 작업자는 설계된 무늬를 교대로 상부를 향하도록 방향을 결정하여 걸어준다.

이때 경사를 키토산 농도에 따라 1:1로 교대되도록 걸어줄 수도 있고, 2:2 또는 1:2 등 다양하게 변형시켜서 교대로 걸어줄 수도 있으며, 이와 같이 색이 교대로 위치되도록 하여야 제직된 후의 무늬를 형성한다. 종광에 걸어줄 경우에는 키토산의 농도에 따라 표출되는 무늬가 형성되도록 마감을 한다.

키토산 농도별로 제직된 무늬포를 액비 100:1, 염색 온도 40로 하여 염료 1 내지 10%(피염물 무게에 대한 중량) 염화나트륨(NaCl) 1내지 20%(피염물 무게에 대한 중량)로 하여 염색을 한다. 30분 후, 탄산수소나트륨(NaHCO₃)를 1내지 20%(피염물의 무게에 대한 중량)을 첨가한다. 그리고 10분이 지난 후, 소다회(Na₂CO₃)첨가하여 온도를 70온도까지 증가 시킨다. 망초(Na2SO4) 및 초산(CH3COOH)를 첨가하여 pH를 조절한 후 60분 동안 염색한다. 염색 후 냉각시킨 후 양이온 및 음이온 계면활성제로 수세하여 양면 이색 무늬를 얻는다.

항균성 측정

본 발명의 키토산 가공사 제직한 양면 이색 무늬 직물을 FITI 시험 연구원에 의뢰하여 항균도 시험방법(FC-TM-20)-2001)으로 항균성 시험을 수행하였다. 그 결과를 하기 표에 나타내었다.

항균가공 제품과 대조편에 공시균을 접종하여 배양한 후, 생균수를 측정하여, 천연물을 이용한 가공 원사 직물과 대조편(표준포)을 비교함으로써 균의 성장을 억제하는 활성도(정균감소율)는 다음과 같은 수학식 1에 의해 계산 하였다.

정균 감소율% = (C-B)/C

(B=가공포의 배양후 균수, C=표준포의 배향후 균수)

수분	평균균수		시험성립여부
0	1)공시균	2)공시균	공시균	공시균
초기균수	2.00⁴	1.90⁴	105배 증가 (31.6배 이상)	200배 증가 (31.6배 이상)
표준포 배양 후	2.10⁶	3.80⁶
시험형태	정균감소율(%)
	1)공시균		공시균
지시상태	99.9이상		99.9이상
비이온계면활성제	접종균 0.05% 비이온 계면활성제(TWEEN 80) 사용
	STOMACHER 400PLOY-BAG

1) 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus) ATCC 6538

2) 클렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae)ATCC 4352

상기 표에 나타낸 바와 같이, 천연물을 이용한 가공 원사 직물을 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus) 및 클렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae) 에 대하여 모두 99.9% 이상의 정균율을 나타내어 매우 우수한 항균성을 가짐을 알 수 있다.

Claims

Cellulose 원사에 가공된 키토산이 전면적으로 고르게 피복되어 있으며, 각각의 키토산 농도별로 가공된 원사를 제직한 양면 이색 무늬 제직물
상기 Cellulose섬유가 키토산에 의해 0.1 내지 20사이의 두께로 가공된다. 키토산의 각각의 농도는 각각 0.1 wt% 내지 20 wt%사이로 조성되어, 양면 이색 무늬로 제직하여 염색한 양면 이색 원단
제 1항에 있어서, 키토산의 중합도가 20내지 20,000 사이이고, 탈아세틸화도가 50% 내지 99% 사이인 것을 특징으로 하는 키토산 가공사로 제직한 양면 이색 무늬 제직물
제 1항에 있어서, 상기 Cellulose 원사의 구성 섬유가 함수량이 15 wt% 이하이고 굵기가 1 내지 100 사이인 것으로 면섬유, 마섬유, 펄프, 플렉스, 쥬트, 라미, 햄프, 케나브, 코일, 등의 천연 섬유와 비스코스레이온, 셀룰로오스아세테이트, 라이오셀, 텐셀 등의 재생섬유
제 1 항에 있어서 키토산 가공의 기능성은 상기 키토산 가공사를 사용한 양면 이색 무늬 제직물의 기능성적은 측면은 항균성
키토산 가공사를 싸이징 처리한 후 정경 빔이나 와퍼빔에 감은 후 레피어 직기, 셔틀레스 직기, 워터제트직기, 에어제트직기, 자카드 직기, 환편기 및 경편기, 횡편기등을 사용하여 균일하게 직물, 편물, 교직물, 자카드 직물 등을 제조하여 양면 이색 무늬 제직 원단을 제조하는 방법