KR20120133334A - 복합 직물 시트 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
생체 친화적이면서 착용감이 우수한 복합 직물 시트 및 그 제조 방법을 제공한다. 복합 직물 시트는 i) 섬유 기재, ii) 섬유 기재 위에 전기 방사되어 제공된 나노 섬유층, 및 iii) 나노 섬유층 위에 전기 분사되어 제공된 복수의 나노 캡슐들을 포함한다.
Description
본 발명은 복합 직물 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 생체 친화적이면서 착용감이 우수한 복합 직물 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
다양한 나노 섬유들이 제조되어 사용되고 있다. 나노섬유는 생명과학(life science), 조직공학(tissue engineering), 필터 미디어(filter media), 방호복(protective clothing) 및 나노센서(nanosensors) 등 다양한 분야에 적용되고 있고, 의료용 소재 또는 피부 미용 시트에 적용되는 방법이 연구되고 있다. 나노섬유는 전기 방사법에 의해 다양한 고분자 소재들을 사용하여 제조되고 있다. 종래에는 상분리, 자가 조립 또는 템플레이트를 이용하여 나노섬유를 제조하였지만, 전기 방사법이 이를 대체하고 있다. 전기 방사법을 이용하는 경우, 제조 장치가 간단하고 나노섬유를 연속적으로 균일하게 제조할 수 있다. 그리고 고분자 소재에 무기재료를 혼입하고 고분자간 블렌드 비율과 무기재료의 함량을 조절하여 우수한 특성을 가진 나노 복합체를 제조할 수 있다.
나노섬유를 의료용으로 사용하는 경우, 나노섬유로부터 약물을 방출시켜서 의료용으로 사용할 수 있다. 이 경우, 약물의 방출은 나노섬유내에서 약물의 확산 또는 투과에 의존하지 않고 단지 담체인 고분자 섬유의 분해에 영향을 받는다. 나노섬유의 약물전달시간을 조절함으로써 약물 효과를 지속적으로 유지하고 치료기간을 늘리면서 치료 효과를 높이며 약물이 한꺼번에 대량으로 방출되는 것을 막아서 안정성을 높일 수 있다. 한편, 약물 방출을 위하여 나노 캡슐을 이용할 수도 있다. 즉, 전기 방사법을 이용하여 폴리비닐 알코올 또는 수분산 우레탄 등의 합성 고분자와 풀루란 또는 키토산 등의 천연 고분자를 단독으로 사용하거나 함께 혼합한 후, 은 나노 입자, 금 나노 입자 및 클레이를 포함시킨 나노 캡슐을 제조하고 있다.
생체 친화적이면서 착용감이 우수한 복합 직물 시트를 제공하고자 한다. 또한, 전술한 복합 직물 시트의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합 직물 시트는, i) 섬유 기재, ii) 섬유 기재 위에 전기 방사되어 제공된 나노 섬유층, 및 iii) 나노 섬유층 위에 전기 분사되어 제공된 복수의 나노 캡슐들을 포함한다.
섬유 기재는 면, 레이온, 모달, 라이오셀, 폴리에스테트 테레프탈레이드(PET), 나일론 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 소재를 포함하고, 섬유 기재의 두께는 30g/m2 내지 120g/m2 일 수 있다. 나노 섬유층은 복수의 나노 섬유들을 포함하고, 나노 섬유의 직경은 240nm 내지 480nm일 수 있다. 나노 섬유층의 두께는 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
복수의 나노 캡슐들 중 하나 이상의 나노 캡슐은 키토산, 콜라겐, 젤라틴, 엘라스틴, 전분, 풀루란, PLA(poly lactic acid, 폴리유산), PGA(polyglutamic acid, 폴리글루탐산) 및 PLGA(polylacticcoglycolic acid, 폴리락티드코글리콜리드 중합체)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 복수의 나노 캡슐들 중 하나 이상의 나노 캡슐의 평균 직경은 20nm 내지 1000㎛일 수 있다.
복수의 나노 캡슐들 중 하나 이상의 나노 캡슐은 금, 은, 산화철 및 몬모릴로나이트(montmorillonite)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 무기물을 포함할 수 있다. 복수의 나노 캡슐들 중 하나 이상의 나노 캡슐은 어성초, 도인, 도인피, 판람근, 리기다, 상황, 망태버섯, 운지버섯, 영지버섯, 신이화, 포공영, 율피, 동백유, 피톤치드, 버드나무, 자작나무, 소나무, 느릅나무, 조팝나무, 자귀나무, 감자, 감초, 고삼, 갈조, 구아검, 굴, 그레이프씨드, 꿀, 녹차, 당근, 당약, 동백유, 들국화, 딸기, 로즈마리, 로커스트빈검, 마카데미아넛 오일, 마트리카리아, 전분, 비피두스, 사플로워오일, 상백피, 세이지, 수세미, 식물성 스쿠알렌, 실크, 아카시아, 쌀, 쑥, 아몬드, 아보카도, 아이비, 알로에, 옥수수, 올리브, 우유단백질, 울금, 유용성 감초, 인삼, 작약, 장미, 창포, 천궁, 치자, 코코넛, 파슬리, 헨나, 호스테일, 호호바, 황토, 천연유기유황, 포도씨, 석류, 베타 카로틴, 비타민, 허브, 생강, 지부자, 지골피 및 연잎으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 추출물을 더 포함할 수 있다. 나노 캡슐은 에센스, 비타민, 다래 추출물 및 글리코릭산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 약제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합 직물 시트의 제조 방법은, i) 섬유 기재를 제공하는 단계, ii) 5wt% 내지 15wt%의 제1 고분자 수지 및 0.1wt% 내지 10wt%의 가교제 및 증류수를 포함하는 제1 혼합액을 제공하는 단계, iii) 섬유 기재 위에 제1 혼합액을 전기 방사하여 나노 섬유층을 제공하는 단계, iv) 제2 고분자 수지, 첨가제 및 증류수를 포함하는 제2 혼합액을 제공하는 단계, 및 v) 나노 섬유층 위에 제2 혼합액을 전기 분사하여 복수의 나노 캡슐들을 제공하는 단계를 포함한다.
나노 섬유층을 제공하는 단계에서, 0 보다 크고 40kV 이하의 전압을 인가하여 0.03ml/h 내지 0.1ml/h의 유속으로 제1 혼합액을 전기 방사할 수 있다. 제1 혼합액을 제공하는 단계에서, 가교제는 에피클로로하이드린, 붕산, 아크릴산, 폴리비닐알콜수지 및 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 제1 혼합액을 제공하는 단계에서, 제1 고분자 수지는 폴리비닐 알코올 및 셀룰로오스 아세테이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
제2 혼합액을 제공하는 단계에서, 제2 고분자 수지는 키토산, 콜라겐, 젤라틴, 엘라스틴, 전분, 풀루란, PLA(poly lactic acid, 폴리유산), PGA(polyglutamic acid, 폴리글루탐산) 및 PLGA(polylacticcoglycolic acid, 폴리락티드코글리콜리드 중합체)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 제2 혼합액을 제공하는 단계에서, 첨가제는 금, 은, 산화철 및 몬모릴로나이트(montmorillonite, MMT)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 무기물을 포함하고 첨가제의 양은 제2 혼합액의 0.1wt% 내지 30wt%일 수 있다. 제2 혼합액을 제공하는 단계에서, 첨가제는 어성초, 도인, 도인피, 판람근, 리기다, 상황, 망태버섯, 운지버섯, 영지버섯, 신이화, 포공영, 율피, 동백유, 피톤치드, 버드나무, 자작나무, 소나무, 느릅나무, 조팝나무, 자귀나무, 감자, 감초, 고삼, 갈조, 구아검, 굴, 그레이프씨드, 꿀, 녹차, 당근, 당약, 동백유, 들국화, 딸기, 로즈마리, 로커스트빈검, 마카데미아넛 오일, 마트리카리아, 전분, 비피두스, 사플로워오일, 상백피, 세이지, 수세미, 식물성 스쿠알렌, 실크, 아카시아, 쌀, 쑥, 아몬드, 아보카도, 아이비, 알로에, 옥수수, 올리브, 우유단백질, 울금, 유용성 감초, 인삼, 작약, 장미, 창포, 천궁, 치자, 코코넛, 파슬리, 헨나, 호스테일, 호호바, 황토, 천연유기유황, 포도씨, 석류, 베타 카로틴, 비타민, 허브, 생강, 지부자, 지골피 및 연잎으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 추출물을 포함할 수 있다.
제2 혼합액을 제공하는 단계에서, 첨가제는 에센스, 비타민, 다래 추출물 및 글리코릭산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 약제를 포함할 수 있다. 제1 혼합액을 제공하는 단계에서, 제1 혼합액은 무기물을 더 포함하고, 제1 혼합액을 제공하는 단계는, i) 무기물과 증류수를 혼합하는 단계, 및 ii) 무기물이 혼합된 증류수를 제1 고분자 수지 및 가교제와 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 무기물은 금, 은 및 몬모릴로나이트(montmorillonite, MMT)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다.
복합 직물 시트를 의료용 패치 또는 피부 미용 재료로서 사용하는 경우, 복합 직물 시트에 포함된 첨가제가 피부에 잘 침투한다. 따라서 신체 건강을 피부를 회복시키거나 피부를 탄력적으로 만들 수 있다. 또한, 복합 직물 시트는 생체 친화적이며 우수한 착용감을 부여하며 피부에 유용한 성분을 빠르고 효과적으로 전달할 수 있다. 그 결과, 복합 직물 시트를 피부에 적용시 여드름, 아토피, 상처, 흉터, 화상 등을 치료할 수 있고, 각질 제거, 주름 개선 또는 피부 재생 등 미용 효과를 거둘 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 직물 시트의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 복합 직물 시트의 개략적인 결합 사시도이다.
도 3은 도 1의 복합 직물 시트의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 4는 도 1의 복합 직물 시트에 포함된 나노 섬유층의 제조시에 사용하는 전기 방사 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 복합 직물 시트에 포함된 나노 캡슐의 제조시에 사용하는 전기 분사 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 실험예 1에 따라 제조한 복합 직물 시트를 부분적으로 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 실험예 1에 따라 제조한 복합 직물 시트의 사진이다.
도 9 내지 도 12는 각각 실험예 11, 실험예 12, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 나노 섬유층의 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 2는 도 1의 복합 직물 시트의 개략적인 결합 사시도이다.
도 3은 도 1의 복합 직물 시트의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 4는 도 1의 복합 직물 시트에 포함된 나노 섬유층의 제조시에 사용하는 전기 방사 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 복합 직물 시트에 포함된 나노 캡슐의 제조시에 사용하는 전기 분사 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 실험예 1에 따라 제조한 복합 직물 시트를 부분적으로 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 실험예 1에 따라 제조한 복합 직물 시트의 사진이다.
도 9 내지 도 12는 각각 실험예 11, 실험예 12, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 나노 섬유층의 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
명세서에 기재된 "나노"라는 용어는 나노 스케일을 의미하며, 마이크로 단위를 포함할 수도 있다. 따라서 나노 섬유층 또는 나노 캡슐은 그 크기가 나노 단위이거나 마이크로 단위일 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 직물 시트(100)를 분해하여 개략적으로 나타낸다. 도 1의 복합 직물 시트(100)의 분해 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 복합 직물 시트(100)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 복합 직물 시트(100)는 섬유 기재(10), 나노 섬유층(20) 및 나노 캡슐(30)을 포함한다. 이외에, 복합 직물 시트(100)는 필요에 따라 다른 구성 성분들을 더 포함할 수 있다. 필요에 따라 나노 섬유층(20) 및 나노 캡슐(30)은 각각 유기물 및 무기물을 복합시켜 하이브리드 형태로 제조할 수 있으므로, 피부 미용에 우수한 효과를 발휘할 수 있다.
도 1에 도시한 섬유 기재(10)의 소재로는 면, 레이온, 모달, 라이오셀, 폴리에스테트 테레프탈레이드(polyethylene terephthalate, PET), 나일론 또는 폴리프로필렌 등을 사용하거나 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 섬유 기재(10)는 피부에 대한 친화력을 높여 준다.
섬유 기재(10)의 두께는 30g/m2 내지 120g/m2일 수 있다. 바람직하게는, 섬유 기재(10)의 두께는 100㎛일 수 있다. 섬유 기재(10)는 매우 얇으므로, 그 두께를 1m2 당 몇 g의 무게를 가지는지 여부로 나타낸다. 섬유 기재(10)의 두께가 너무 작은 경우, 복합 직물 시트(100)의 내구성이 저하된다. 또한, 섬유 기재(10)의 두께가 너무 큰 경우, 섬유 기재(10)로 인해 복합 직물 시트(100)의 제조 비용이 크게 증가하므로 바람직하지 않다. 따라서 섬유 기재(10)의 두께를 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 섬유 기재(10)는 이형지로서 기능한다. 따라서 섬유 기재(10)를 떼어낸 후 피부에 붙이는 경우, 그 충격에 의해 나노 캡슐(30)이 깨지면서 나노 캡슐(30)에 포함된 첨가제들이 나노 섬유층(20)을 관통해 막을 형성하면서 피부에 잘 침투한다. 따라서 피부 미용에 좋은 효과를 얻을 수 있다. 한편, 섬유 기재(10)는 염색에 의해 그 색상을 다양하게 조절할 수 있다.
도 1에 도시한 나노 섬유층(20)은 전기 방사에 의해 섬유 기재(10) 위에 제공된다. 나노 섬유층(20)은 고분자 소재를 포함한다. 이외에, 필요에 따라 나노 섬유층(20)에 금, 은 또는 클레이 등의 무기물을 추가로 첨가할 수 있다. 고분자 소재로는 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 셀롤로오스 아세테이트(cellulose acetate), 키토산, 콜라겐, 젤라틴, 엘라스틴, 전분, 플루란, PLA(poly lactic acid, 폴리유산), PGA(polyglutamic acid, 폴리글루탐산) 또는 PLGA(polylacticcoglycolic acid, 폴리락티드코글리콜리드 중합체)을 사용하거나 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 고분자 소재를 이용하여 나노 섬유층(10)을 용이하게 형성할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 나노 섬유층(20)은 복수의 나노 섬유들을 포함하고, 복수의 나노 섬유들은 웹 구조를 형성한다. 웹 구조는 거의 단층 구조를 가진다. 따라서 나노 캡슐(30)에 포함된 기능성 물질들이 나노 섬유층(20)을 통하여 피부에 잘 흡수될 수 있다. 그 결과, 적은 양의 기능성 물질들을 사용하여도 복합 직물 시트(100)를 피부에 부착시 그 피부 미용 효과를 극대화할 수 있다. 여기서, 나노 섬유의 직경은 240nm 내지 480nm일 수 있다. 나노 섬유의 직경을 전술한 범위로 조절하여 나노 캡슐(30)에 포함된 첨가체의 피부 침투 효과를 극대화할 수 있다. 또한, 나노 섬유층(20)의 두께는 10㎛ 내지 40㎛일 수 있다. 나노 섬유층(20)의 두께는 전기 방사 시간에 따라 조절할 수 있지만 전술한 범위로 조절하는 것이 피부에 약물을 침투시키기 위해 바람직하다.
도 1에 도시한 나노 캡슐(30)은 전기 분사되어 나노 섬유층(20) 위에 제공된다. 나노 캡슐(30)은 키토산, 콜라겐, 젤라틴, 엘라스틴, 전분, 풀루란, PLA, PGA 및 PLGA를 포함한다. 이외에, 필요에 따라 나노 캡슐(30)은 다른 성분을 더 포함할 수 있다. 나노 캡슐(30)에 포함된 전술한 소재들은 나노 캡슐(30)에 첨가되는 무기물, 추출물 또는 약제가 외부로 누출되지 않도록 감싸서 제조한다. 그 결과, 무기물, 추출물 또는 약제 등이 외부에 노출되지 않은 상태에서 감싸져서 보호되므로, 복합 직물 시트(100)를 얼굴 등에 부착하여 피부 미용에 이용시에 약제가 캡슐 외부로 흘러나와 피부에 청량감이나 시원함을 제공하는 등의 부가 기능을 포함하는 미용 효과가 좀더 효율적으로 발휘될 수 있다. 또한, 무기물, 추출물 또는 약제 등은 나노 캡슐(30)에 함유되어 있으므로, 그 사용량이 최소화되면서 피부에 빠르게 침투할 수 있다.
이를 위하여 나노 캡슐(30)은 무기물, 추출물 또는 약제를 더 포함한다. 무기물로는 금, 은, 산화철 또는 몬모릴로나이트(montmorillonite, MMT)(클레이의 한 종류)를 사용하거나 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 무기물은 입상 구조 또는 판상 구조를 가질 수 있다. 무기물이 판상으로 제조되는 경우, 고분자 수지와 잘 혼합된다.
추출물로는 어성초, 도인, 도인피, 판람근, 리기다, 상황, 망태버섯, 운지버섯, 영지버섯, 신이화, 포공영, 율피, 동백유, 피톤치드, 버드나무, 자작나무, 소나무, 느릅나무, 조팝나무, 자귀나무, 감자, 감초, 고삼, 갈조, 구아검, 굴, 그레이프씨드, 꿀, 녹차, 당근, 당약, 동백유, 들국화, 딸기, 로즈마리, 로커스트빈검, 마카데미아넛 오일, 마트리카리아, 전분, 비피두스, 사플로워오일, 상백피, 세이지, 수세미, 식물성 스쿠알렌, 실크, 아카시아, 쌀, 쑥, 아몬드, 아보카도, 아이비, 알로에, 옥수수, 올리브, 우유단백질, 울금, 유용성 감초, 인삼, 작약, 장미, 창포, 천궁, 치자, 코코넛, 파슬리, 헨나, 호스테일, 호호바, 황토, 천연유기유황, 포도씨, 석류, 베타 카로틴, 비타민, 허브, 생강, 지부자, 지골피 또는 연잎 등에서 추출해 사용하거나 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 약제로는 에센스, 비타민, 다래 추출물 또는 글리코릭산 등을 사용할 수 있다. 약제를 사용하여 피부 미용 효과를 극대화할 수 있다.
도 2는 도 1의 복합 직물 시트(100)의 결합 상태를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 확대원에는 복합 직물 시트(100)의 단면 구조를 확대하여 나타낸다.
도 2의 확대원에 도시한 바와 같이, 나노 섬유층(20)의 두께(t20)은 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 제조 공정상 나노 섬유층(20)의 두께(t20)를 너무 작게 하여 제조할 수 없다. 또한, 나노 섬유층(20)의 두께(t20)가 너무 큰 경우, 나노 캡슐(30)에 포함된 첨가제가 복합 직물 시트(100)와 접하는 피부에 잘 침투되기 어렵다. 따라서 나노 섬유층(20)의 두께(t20)를 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 도 2의 확대원에 도시한 바와 같이, 나노 캡슐(30)의 직경(d30)은 20nm 내지 1000㎛일 수 있다. 나노 캡슐(30)의 직경(d30)을 너무 작게 조절하여 나노 캡슐(30)를 제조하기 어렵다. 또한, 나노 캡슐(30)의 직경(d30)이 너무 큰 경우, 복합 직물 시트(100)의 제조 또는 운반중에 나노 캡슐(30)이 터질 수 있고, 나노 캡슐(30)의 제조 비용이 크게 증가한다. 따라서 나노 캡슐(30)의 직경(d30)을 전술한 범위로 조절한다.
도 2의 확대원에 도시한 바와 같이, 나노 캡슐(30)은 코어부(301) 및 쉘부(303)를 포함한다. 쉘부(303)는 코어부(301)를 감싸서 보호한다. 그 결과, 외부 충격에 의해 쉘부(303)가 터져서 코어부(301)에 포함된 액체가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 코어부(301)는 기능성 첨가제 또는 약제 등을 포함할 수 있다. 또한, 쉘부(303)는 키토산, 콜라겐, 젤라틴, 엘라스틴, 전분, 풀루란, PLA, PGA 또는 PLGA 등이 될 수 있다. 한편, 도 2에는 나노 캡슐들(30)이 단층 형태로 나노 섬유층(20) 위에 위치한 것으로 도시하였지만, 나노 캡슐들(30)은 복층 형태로 나노 섬유층(20) 위에 위치할 수 있다.
도 3은 도 1의 복합 직물 시트(100)의 제조 방법을 개략적으로 나타낸다. 도 1의 복합 직물 시트(100)의 제조 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 복합 직물 시트(100)의 제조 방법을 다양하게 변형할 수 있다.
도 3 에 도시한 바와 같이, 복합 직물 시트의 제조 방법은, i) 섬유 기재를 제공하는 단계, ii) 제1 고분자 수지, 가교제 및 증류수를 포함하는 제1 혼합액을 제조하는 단계, iii) 섬유 기재 위에 제1 혼합액을 전기 방사하여 나노 섬유층을 제공하는 단계, iv) 제2 고분자, 첨가제 및 약제를 포함하는 제2 혼합액을 제공하는 단계, 및 v) 나노 섬유층 위에 제2 혼합액을 전기 분사하여 나노 캡슐을 제공하는 단계를 포함한다. 이외에, 복합 직물 시트의 제조 방법은 다른 단계들을 더 포함할 수 있다.
먼저, 단계(S10)에서는 섬유 기재를 제공한다. 여기서, 섬유 기재의 소재로는 면, 레이온, 모달, 라이오셀, 폴리에스테트 테레프탈레이드, 나일론 또는 폴리프로필렌 등을 사용하거나 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 통상적으로 사용될 수 있는 소재를 섬유 기재에 사용함으로써 섬유 기재의 제조 비용을 최소화할 수 있다.
또한, 단계(S20)에서는 제1 혼합액을 제공한다. 제1 혼합액은 제1 고분자 수지, 가교제 및 나머지 증류수를 포함한다. 제1 고분자 수지의 양은 제1 혼합액의 5wt% 내지 15wt%일 수 있다. 제1 고분자 수지로는 폴리비닐 알코올 또는 셀룰로오스 아세테이트를 사용하거나 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 이러한 종류의 제1 고분자 수지는 생체 적합성을 나타내므로, 의료용 또는 피부 미용에 적합하다. 제1 고분자 수지는 전기 방사를 위해 제1 혼합액에 점성을 부여한다.
제1 고분자 수지의 양이 7.5wt% 내지 12.5wt%인 경우, 완전히 깨끗한 섬유 형태의 나노 섬유층을 제조할 수 있다. 또한, 제1 고분자 수지의 양이 5wt% 내지 7.5wt%인 경우, 나노 섬유층은 비드 형태의 혼합물을 포함한다. 이 경우, 비드가 혼재되어 있는 것으로 보이지만 실제로는 섬유 가닥을 형성하는 고분자가 뭉쳐서 섬유 가닥과 이어진다. 따라서 섬유 가닥이 상호 붙는 현상이 발생하더라도 전체적으로는 섬유 가닥들이 모여서 웹 형태의 나노 섬유층을 형성할 수 있다. 한편, 제1 고분자 수지의 양이 12.5wt% 내지 15wt%인 경우, 나노 섬유층에 포함된 섬유 가닥들이 상호 붙어서 나타난다.
이와는 달리, 제1 고분자 수지의 양이 5wt% 미만인 경우, 나노 섬유보다는 주로 비드가 나타나므로, 웹 형태의 나노 섬유층을 형성하기 어렵다. 또한, 제1 고분자 수지의 양이 15wt%를 초과하는 경우, 전기 방사 시간이 너무 길어서 제조 비용이 많이 소모된다. 따라서 전술한 범위로 제1 고분자 수지의 양을 조절하는 것이 바람직하다.
천연 고분자를 사용하 경우, 합성 고분자에 비해 많은 양의 천연 고분자를 사용해야 동일한 결과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 1wt% 내지 5wt%의 폴리비닐 알코올을 사용하는 경우, 동일한 결과를 얻기 위해서는 약 10wt%의 천연 고분자들을 사용해야 한다.
가교제로는 에피클로로하이드린, 붕산, 아크릴산, 폴리비닐알콜수지 또는 키토산을 사용하거나 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 가교제를 이용하여 제1 고분자 수지에 경도 또는 탄력성 등의 기계적 강도와 화학적 안정성을 부여할 수 있다. 가교제의 양은 제1 혼합액의 0.1wt% 내지 10wt%일 수 있다. 가교제의 양이 너무 적은 경우, 나노 섬유층의 특성이 저하될 수 있다. 또한, 가교제의 양이 너무 많은 경우, 나노 섬유층의 제조 비용이 증가할 수 있다. 따라서 나노 섬유층의 함량을 전술한 범위로 조절한다.
전술한 제1 고분자 수지, 가교제 및 증류수를 0℃ 보다 크고 70℃ 이하의 온도에서 1 시간 내지 48시간 동안 혼합한다. 전술한 온도 범위 및 시간 범위에서 제1 혼합액에 포함된 물질들을 균일하게 혼합하여 전기방사에 적합한 제1 혼합액을 제조할 수 있다.
한편, 제1 혼합액은 무기물을 더 포함할 수 있다. 여기서, 무기물로는 금, 은 또는 몬모릴로나이트(montmorillonite, MMT) 등을 사용할 수 있다. 이 경우, 먼저 무기물과 증류수를 혼합한 후, 무기물이 혼합된 증류수를 제1 고분자 수지 및 가교제와 혼합한다. 무기물은 상온 상태에서 증류수에 혼합되며, 증류수에 녹지 않고 분산되어 떠 있는 상태로 존재한다.
다음으로, 단계(S30)에서는 섬유 기재 위에 제1 혼합액을 전기 방사하여 나노 섬유층을 제공한다. 제1 혼합액을 전기 방사함으로써 나노 섬유층을 섬유 기재 위에 제공할 수 있다. 이하에서는 도 4를 참조하여 단계(S30)의 전기 방사 과정을 좀더 상세하게 설명한다.
도 4는 전기 방사 장치(200)를 개략적으로 나타낸다. 도 4의 전기 방사 장치(200)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 전기방사장치(200)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
전기방사장치(200)는 분사 펌프(21), 고전압 발생기(23) 및 콜렉터(25)를 포함한다. 분사 펌프(21)는 실린지(211), 푸쉬 부재(213) 및 팁(215)을 포함한다. 이외에, 필요에 따라 전기방사장치(200)는 다른 부품들을 더 포함할 수 있다.
분사 펌프(21)에 포함된 실린지(211)는 제1 혼합액을 수용한다. 분사 펌프(21)의 반대측에는 콜렉터(25)가 위치하여 전기 방사되어 제조되는 나노 섬유층을 미리 감겨 있는 섬유 기재(10) 위에 형성한다. 여기서, 콜렉터(25)는 집전체로 사용된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 분사 펌프(21)로 공급된 제1 혼합액은 푸쉬 부재(213)의 미는 힘과 전기력에 의해 팁(215)을 통해 외부로 제트 방사된다. 이 경우, 제1 혼합액은 0.03ml/h 내지 0.1ml/h의 유속으로 전기 방사된다. 제1 혼합액의 전기 방사 속도가 너무 작거나 너무 큰 경우, 나노 섬유층이 잘 형성되지 않는다. 따라서 전술한 범위로 제1 혼합액의 전기 방사 속도를 조절한다.
푸쉬 부재(213)는 제1 혼합액을 정량으로 조절하여 콜렉터(25)를 향해 분사시킬 수 있다. 분사 펌프(21)는 콜렉터(25)를 향해 상온에서 제1 혼합액을 방사시킨다. 고전압 발생기(23)는 팁(215)에 전기적으로 연결되어 팁(215)을 양극으로 대전시킨다. 예를 들면, 고전압 발생기(23)는 팁(215)에 0보다 크고 40kV 이하의 전압을 인가할 수 있다. 팁(215)에 전술한 범위의 전압을 인가하여 제1 혼합액을 효율적으로 전기 방사할 수 있다. 좀더 바람직하게는, 5kV 내지 30kV의 전압을 인가하여 제1 혼합액을 전기 방사할 수 있다.
콜렉터(25)는 음극으로 대전되고, 팁(215)으로부터 제트 분사된 제1 혼합액은 양전하를 가지므로, 음극 기능을 하는 콜렉터(25)에 잘 부착된다. 그 결과, 콜렉터(25)의 섬유 기재(10) 위에는 나노 섬유층이 형성된다. 나노 섬유층이 일정한 두께를 가질 때까지 분사 펌프(21)를 통해 제1 혼합액을 분사할 수 있다. 나노 섬유층의 두께가 너무 작은 경우, 나노 섬유층이 충분한 에너지 밀도를 가지지 못하고, 균일한 층을 얻는데 한계가 있다. 또한, 나노 섬유층의 두께가 너무 큰 경우, 제조 공정 시간 및 비용이 길어진다.
한편, 팁(215)과 콜렉터(25)의 이격 거리(d)는 5cm 내지 20cm일 수 있다. 팁(215)과 콜렉터(25)의 이격 거리(d)가 너무 길거나 너무 짧은 경우, 나노 섬유층이 잘 형성되지 않는다. 따라서 팁(215)과 콜렉터(25)의 이격 거리(d)를 전술한 범위로 조절한다. 전술한 이격 거리(d) 및 전기 방사 속도를 조절하여 나노 섬유층에 포함되는 나노 섬유의 직경을 조절할 수도 있다. 나노 섬유의 직경을 조절함으로써 궁극적으로 전기 방사되어 제조되는 나노 섬유층의 두께도 조절할 수 있다.
한편, 도 4에는 도시하지 않았지만, 실린지(211)를 2개 설치하여 하나는 전기 방사를 위해 사용하고, 다른 하나는 전기 분사를 위해 사용할 수도 있다. 이 경우, 전기 방사 및 전기 분사를 각각 별도로 실시하기 위해서는 양자의 펌핑 속도를 다르게 하는 것이 고분자 종류 및 공정 변수 등을 고려시 바람직하다. 본 발명의 일 실시예처럼 나노 섬유층을 형성한 후 그 위에 복수의 나노 캡슐들을 형성하기 위해서는 한 실린지(211)를 이용해 제1 혼합액을 전기 방사하여 나노 섬유층을 형성한 후, 다른 실린지(211)를 이용해 후술하는 제2 혼합액을 전기 분사하여 복수의 나노 캡슐들을 나노 섬유층 위에 단계적으로 형성할 수 있다.
다시 도 3으로 되돌아가면, 단계(S40)에서는 제2 고분자 수지, 첨가제 및 증류수를 포함하는 제2 혼합액을 제조한다. 여기서, 제2 고분자 수지로서 키토산, 콜라겐, 젤라틴, 엘라스틴, 전분, 풀루란, PLA(poly lactic acid, 폴리유산), PGA(polyglutamic acid, 폴리글루탐산) 또는 PLGA(polylacticcoglycolic acid, 폴리락티드코글리콜리드 중합체)를 사용하거나 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 제2 고분자 수지는 나노 캡슐의 쉘부를 형성한다. 천연 고분자를 사용하 경우, 합성 고분자에 비해 많은 양의 천연 고분자를 사용해야 동일한 결과를 얻을 수 있다.
한편, 첨가제로는 무기물, 추출물 또는 약제 등을 사용할 수 있다. 첨가제는 고분자 수지로 인하여 제2 혼합액내에서 균일하게 분산된다. 여기서, 첨가제의 양은 제2 혼합액의 0.1wt% 내지 30wt%일 수 있다. 첨가제의 양이 너무 적은 경우, 나노 캡슐의 특성이 저하될 수 있다. 또한, 첨가제의 양이 너무 많은 경우, 복합 직물 시트의 제조 비용이 크게 증가할 수 있다. 따라서 첨가제의 양을 전술한 범위로 조절한다.
첨가제 중 무기물로는 금, 은, 산화철 또는 몬모릴로나이트를 사용하거나 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 무기물은 항균성 등의 기능을 발휘한다.
추출물은 어성초, 도인, 도인피, 판람근, 리기다, 상황, 망태버섯, 운지버섯, 영지버섯, 신이화, 포공영, 율피, 동백유, 피톤치드, 버드나무, 자작나무, 소나무, 느릅나무, 조팝나무, 자귀나무, 감자, 감초, 고삼, 갈조, 구아검, 굴, 그레이프씨드, 꿀, 녹차, 당근, 당약, 동백유, 들국화, 딸기, 로즈마리, 로커스트빈검, 마카데미아넛 오일, 마트리카리아, 전분, 비피두스, 사플로워오일, 상백피, 세이지, 수세미, 식물성 스쿠알렌, 실크, 아카시아, 쌀, 쑥, 아몬드, 아보카도, 아이비, 알로에, 옥수수, 올리브, 우유단백질, 울금, 유용성 감초, 인삼, 작약, 장미, 창포, 천궁, 치자, 코코넛, 파슬리, 헨나, 호스테일, 호호바, 황토, 천연유기유황, 포도씨, 석류, 베타 카로틴, 비타민, 허브, 생강, 지부자, 지골피 또는 연잎 등에서 추출해 사용하거나 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 추출물을 사용하여 복합 직물 시트를 제조하고, 복합 직물 시트를 피부에 부착하는 경우, 청량감을 주면서 피부를 부드럽게 할 수 있다.
한편, 전술한 무기물 또는 추출물 이외에 약제를 더 사용할 수 있다. 약제로는 에센스, 비타민, 다래 추출물 또는 글리코릭산을 사용하거나 이들을 둘 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 약제를 사용하여 복합 직물 시트를 제조하고, 복합 직물 시트를 피부에 부착하는 경우, 피부에 영양분을 공급하여 피부를 탄력있게 만들 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 단계(S50)에서는 나노 섬유층 위에 제2 혼합액을 전기 분사하여 나노 캡슐을 제공한다. 별도의 접착제를 사용하지 않고 나노 캡슐을 나노 섬유층 위에 부착시킬 수 있다. 고분자 및 첨가제를 포함하는 제2 혼합액을 전기 분사하는 경우, 제2 혼합액은 강한 전압에 의해 미세 방울로 파괴되고 미세 방울내에 존재하는 고분자 사슬은 표면 장력에 의해 구형으로 변한다. 고분자 사슬은 구형으로 되면서 첨가제를 감싸므로, 최종적으로 첨가제를 함유한 나노 캡슐이 제조된다. 이하에서는 도 5를 참조하여 단계(S50)의 전기 분사 과정을 좀더 상세하게 설명한다.
도 5는 도 1의 복합 직물 시트(100)에 포함된 나노 캡슐(30)의 제조시에 사용하는 전기 분사 장치(300)를 개략적으로 나타낸다. 도 5의 확대원에는 나노 캡슐(30)의 분해 상태를 개략적으로 나타낸다.
도 5의 전기 분사 장치(300)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 전기 분사 장치(300)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다. 또한, 도 5의 전기 분사 장치(300)의 구조는 도 4의 전기 방사 장치(200)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 단계(S50)에서의 제2 혼합액의 전기 분사는 단계(S30)에서의 제1 혼합액의 전기 방사와 유사한 방법으로 실시한다. 즉, 제2 혼합액을 분사 펌프(21)에 공급하고, 푸쉬 부재(213)의 미는 힘과 전기력에 의해 팁(215)을 통해 외부로 제트 분사한다. 전기 분사된 나노 캡슐(30)은 나노 섬유층(20) 위에 부착된다. 도 5의 확대원에 도시한 바와 같이, 나노 캡슐(30)은 코어부(301) 및 이를 감싸는 쉘부(303) 형태로 형성되어 나노 섬유층(20) 위에 부착된다.
한편, 전기 방사는 섬유를 뽑기 위한 것이고, 전기 분사는 캡슐을 만들기 위한 것이므로, 양자는 개념적으로 상호 구분된다. 단계(S50)에서의 제2 혼합액의 전기 분사는 단계(S30)에서의 제1 혼합액의 전기 방사시의 고분자 농도, 분사 거리 및 인가 전압 등과 다르게 하여 실시될 수 있다. 예를 들면, 혼합액내의 고분자 농도가 높은 경우, 용액내의 고분자 사슬이 길거나 사슬수가 많아서 상호간에 엉킴 현상이 많아지므로, 전기 방사시 고분자는 표면 장력을 극복하여 끊김이 없는 긴 섬유형태로 남는다. 그러나 혼합액내의 고분자 농도가 낮은 경우, 고분자 사슬의 엉킴 현상이 줄어들며 표면장력 때문에 전기 방사를 해도 둥근 형태가 유지되므로 캡슐 형태로 남는다.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
복합 직물 시트 제조의
실험예
복합 직물 시트를 제조하기 위한 실험을 실시하였다. 섬유 기재로서 나일론을 사용하였다. 그리고 제1 혼합액으로서 폴리비닐 알코올과 증류수를 혼합하여 제조하였다. 제조한 제1 혼합액을 섬유 기재 위에 전기 방사하여 나노 섬유층을 형성하였다. 그리고 제2 혼합액으로서 콜라겐과 증류수를 혼합하여 제조하였다. 제조한 제2 혼합액을 나노 섬유층 위에 전기 분사하여 나노 캡슐을 형성함으로써 복합 직물 시트를 제조하였다. 제1 혼합액 및 제2 혼합액에는 필요에 따라 첨가제를 더 추가하였다. 각 실험예에 따른 상세한 실험 내용을 이하에서 후술한다.
실험예
1
수평균 중합도 1700 및 99%의 비누화도를 가진 폴리비닐 알코올 1g당 증류수 10g을 넣고 80℃에서 2시간 동안 교반하여 완전히 용해시킨 제1 혼합액을 제조하였다. 제1 혼합액을 팁이 달린 25ml의 주사기에 담아 실린지 펌프에 부착한 후 나일론 원단이 감긴 콜렉터와 15cm의 거리를 유지하면서 팁에 15kV의 전압을 가해 전기 방사를 실시하여 나일론 원단 위에 나노 섬유층을 형성하였다. 그리고 콜라겐 1g당 증류수 10g을 넣고 25℃에서 1시간 동안 교반하여 완전히 용해시킨 제2 혼합액을 제조하였다. 그리고 나노 섬유층 형성시의 전기 방사와 동일한 조건하에서 제2 혼합액을 전기 분사하여 나노 섬유층 위에 나노 캡슐을 형성하였다.
실험예
2
폴리비닐 알코올 대비 0.5wt%의 은 나노입자를 증류수에 넣고 25℃에서 30분 동안 교반하였다. 그리고 수평균 중합도 1700 및 99%의 비누화도를 가진 폴리비닐 알코올 1g당 은 나노입자가 포함된 증류수 10g을 넣고 80℃에서 2시간 동안 교반하여 완전히 용해시킨 제1 혼합액을 제조하였다. 그리고 콜라겐 1g당 증류수 10g을 넣고 25℃에서 1시간 동안 교반하여 완전히 용해시켜 제2 혼합액을 제조하였다. 그리고 제2 혼합액에 0.5g의 에센스, 0.5g의 비타민 및 콜라겐 대비 0.5wt%의 은(Ag) 나노입자를 첨가하여 다시 1시간 동안 교반하였다. 나머지 실험 조건은 실험예 1과 동일하였다.
실험예
3
폴리비닐 알코올 대비 0.5wt%의 은 나노입자를 증류수에 넣고 25℃에서 30분 동안 교반하였다. 그리고 수평균 중합도 1700 및 99%의 비누화도를 가진 폴리비닐 알코올 1g당 은 나노입자가 포함된 증류수 10g을 넣고 80℃에서 2시간 동안 교반하여 완전히 용해시킨 제1 혼합액을 제조하였다. 그리고 콜라겐 1g당 증류수 10g을 넣고 25℃에서 1시간 동안 교반하여 완전히 용해시켜 제2 혼합액을 제조하였다. 그리고 제2 혼합액에 0.5g의 다래 추출물, 0.5g의 비타민, 콜라겐 대비 0.5wt%의 은(Ag) 나노입자 및 콜라겐 대비 0.5wt%의 몬모릴로나이트를 첨가하여 다시 1시간 동안 교반하였다. 나머지 실험 조건은 실험예 1과 동일하였다.
실험예
4
폴리비닐 알코올 대비 0.5wt%의 은 나노입자를 증류수에 넣고 25℃에서 30분 동안 교반하였다. 그리고 수평균 중합도 1700 및 99%의 비누화도를 가진 폴리비닐 알코올 1g당 은 나노입자가 포함된 증류수 10g을 넣고 80℃에서 2시간 동안 교반하여 완전히 용해시킨 제1 혼합액을 제조하였다. 그리고 제1 혼합액을 팁이 달린 25ml의 주사기에 담아 실린지 펌프에 부착한 후 나일론 원단이 감긴 콜렉터와 20cm의 거리를 유지하면서 팁에 15kV의 전압을 가해 전기 방사를 실시하여 나일론 원단 위에 나노 섬유층을 형성하였다. 그리고 콜라겐 1g당 증류수 10g을 넣고 25℃에서 1시간 동안 교반하여 완전히 용해시켜 제2 혼합액을 제조하였다. 그리고 제2 혼합액에 0.5g의 글리코릭산, 0.5g의 비타민, 및 콜라겐 대비 0.5wt%의 몬모릴로나이트를 첨가하여 다시 1시간 동안 교반하였다. 나머지 실험 조건은 실험예 1과 동일하였다.
실험예
5
폴리비닐 알코올 대비 0.5wt%의 은 나노입자를 증류수에 넣고 25℃에서 30분 동안 교반하였다. 그리고 수평균 중합도 1700 및 99%의 비누화도를 가진 폴리비닐 알코올 1g당 은 나노입자가 포함된 증류수 10g을 넣고 80℃에서 2시간 동안 교반하여 완전히 용해시킨 제1 혼합액을 제조하였다. 그리고 천연고분자인 키토산 1g당 증류수 10g을 넣고 25℃에서 1시간 동안 교반하여 완전히 용해시켜 제2 혼합액을 제조하였다. 나머지 실험 조건은 실험예 1과 동일하였다.
실험예
6
폴리비닐 알코올 대비 0.5wt%의 은 나노입자를 증류수에 넣고 25℃에서 30분 동안 교반하였다. 그리고 수평균 중합도 1700 및 99%의 비누화도를 가진 폴리비닐 알코올 1g당 은 나노입자가 포함된 증류수 10g을 넣고 80℃에서 2시간 동안 교반하여 완전히 용해시킨 제1 혼합액을 제조하였다. 그리고 키토산 1g당 증류수 10g을 넣고 25℃에서 1시간 동안 교반하여 완전히 용해시켜 제2 혼합액을 제조하였다. 그리고 제2 혼합액에 0.5g의 에센스, 0.5g의 글리코릭산, 0.5g의 비타민, 및 콜라겐 대비 0.5wt%의 금(Au) 나노입자를 첨가하여 다시 1시간 동안 교반하였다. 나머지 실험 조건은 실험예 1과 동일하였다.
실험예
7
폴리비닐 알코올 대비 0.5wt%의 은 나노입자를 증류수에 넣고 25℃에서 30분 동안 교반하였다. 그리고 수평균 중합도 1700 및 99%의 비누화도를 가진 폴리비닐 알코올 1g당 은 나노입자가 포함된 증류수 10g을 넣고 80℃에서 2시간 동안 교반하여 완전히 용해시킨 제1 혼합액을 제조하였다. 그리고 제1 혼합액을 팁이 달린 25ml의 주사기에 담아 실린지 펌프에 부착한 후 나일론 원단이 감긴 콜렉터와 20cm의 거리를 유지하면서 팁에 15kV의 전압을 가해 전기 방사를 실시하여 나일론 원단 위에 나노 섬유층을 형성하였다. 그리고 키토산 1g당 증류수 10g을 넣고 25℃에서 1시간 동안 교반하여 완전히 용해시켜 제2 혼합액을 제조하였다. 그리고 제2 혼합액에 0.5g의 다래 추출물, 0.5g의 글리코릭산, 0.5g의 비타민, 콜라겐 대비 0.5wt%의 금(Au) 나노입자, 및 콜라겐 대비 0.5wt%의 몬모릴로나이트를 첨가하여 다시 1시간 동안 교반하였다. 나머지 실험 조건은 실험예 1과 동일하였다.
실험예
8
폴리비닐 알코올 대비 0.5wt%의 은 나노입자를 증류수에 넣고 25℃에서 30분 동안 교반하였다. 그리고 수평균 중합도 1700 및 99%의 비누화도를 가진 폴리비닐 알코올 1g당 은 나노입자가 포함된 증류수 10g을 넣고 80℃에서 2시간 동안 교반하여 완전히 용해시킨 제1 혼합액을 제조하였다. 그리고 천연고분자인 풀루란 1g당 증류수 10g을 넣고 25℃에서 1시간 동안 교반하여 완전히 용해시켜 제2 혼합액을 제조하였다. 나머지 실험 조건은 실험예 1과 동일하였다.
실험예
9
폴리비닐 알코올 대비 0.5wt%의 은 나노입자를 증류수에 넣고 25℃에서 30분 동안 교반하였다. 그리고 수평균 중합도 1700 및 99%의 비누화도를 가진 폴리비닐 알코올 1g당 은 나노입자가 포함된 증류수 10g을 넣고 80℃에서 2시간 동안 교반하여 완전히 용해시킨 제1 혼합액을 제조하였다. 그리고 천연고분자인 풀루란 1g당 증류수 10g을 넣고 25℃에서 1시간 동안 교반하여 완전히 용해시켜 제2 혼합액을 제조하였다. 그리고 제2 혼합액에 0.5g의 에센스, 0.5g의 글리코릭산, 0.5g의 비타민, 콜라겐 대비 0.5wt%의 금(Au) 나노입자, 및 콜라겐 대비 0.5wt%의 은(Ag) 나노입자를 첨가하여 다시 1시간 동안 교반하였다. 나머지 실험 조건은 실험예 1과 동일하였다.
실험예
10
폴리비닐 알코올 대비 0.5wt%의 은 나노입자를 증류수에 넣고 25℃에서 30분 동안 교반하였다. 그리고 수평균 중합도 1700 및 99%의 비누화도를 가진 폴리비닐 알코올 1g당 은 나노입자가 포함된 증류수 10g을 넣고 80℃에서 2시간 동안 교반하여 완전히 용해시킨 제1 혼합액을 제조하였다. 그리고 제1 혼합액을 팁이 달린 25ml의 주사기에 담아 실린지 펌프에 부착한 후 나일론 원단이 감긴 콜렉터와 20cm의 거리를 유지하면서 팁에 15kV의 전압을 가해 전기 방사를 실시하여 나일론 원단 위에 나노 섬유층을 형성하였다. 나노 섬유층 위에 천연고분자인 풀루란 1g당 증류수 10g을 넣고 25℃에서 1시간 동안 교반하여 완전히 용해시켜 제2 혼합액을 제조하였다. 그리고 제2 혼합액에 0.5g의 다래 추출물, 0.5g의 글리코릭산, 0.5g의 비타민, 콜라겐 대비 0.5wt%의 금(Au) 나노입자, 콜라겐 대비 0.5wt%의 은(Ag) 나노입자, 및 콜라겐 대비 0.5wt%의 몬모릴로나이트를 첨가하여 다시 1시간 동안 교반하였다. 나머지 실험 조건은 실험예 1과 동일하였다.
폴리비닐 알코올의 함량 관련 나노
섬유층
형성
실험예
폴리비닐 알코올의 양을 달리하여 제조한 나노 섬유층을 형성하였다. 수평균 중합도 1700 및 99%의 비누화도를 가진 폴리비닐 알코올을 증류수에 넣고 80℃에서 2시간 동안 교반하여 완전히 용해시켜서 폴리비닐 알코올 수용액을 제조하였다. 폴리비닐 알코올 수용액을 팁이 달린 25ml의 주사기에 담아 실린지 펌프에 부착한 후 나일론 원단이 감긴 콜렉터와 15cm의 거리를 유지하면서 팁에 15kV의 전압을 가해 전기 방사를 실시하여 나일론 원단 위에 나노 섬유층을 형성하였다.
실험예
11
7.5wt%의 폴리비닐 알코올 수용액을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예와 동일하였다.
실험예
12
6wt%의 폴리비닐 알코올 수용액을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예와 동일하였다.
비교예
1
4wt%의 폴리비닐 알코올 수용액을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예와 동일하였다.
비교예
2
2wt%의 폴리비닐 알코올 수용액을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예와 동일하였다.
실험 결과
복합 직물 시트 제조의 실험 결과
실험예
1의 실험 결과
도 6은 실험예 1에 따라 제조한 복합 직물 시트를 부분적으로 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 즉, 도 6은 섬유 기재 위에 나노 섬유층이 형성된 사진을 나타낸다.
도 6에 도시한 바와 같이, 웹 형상의 나노 섬유층이 섬유 기재 위에 형성된 것을 알 수 있었다. 또한, 나노 섬유층은 매우 미세한 웹 형상으로 형성되었다. 나노 섬유층을 관찰한 결과, 나노 섬유층에 포함된 나노 섬유의 직경은 250nm 내지 280nm이었다.
도 7은 실험예 1에 따라 제조한 복합 직물 시트를 부분적으로 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 즉, 도 7은 나노 캡슐들을 확대한 사진을 나타낸다. 나노 캡슐을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 그 직경은 200nm 내지 240nm인 것으로 관찰되었다.
도 8은 실험예 1에 따라 제조한 복합 직물 시트를 촬영한 사진이다. 도 8에 도시한 제조한 복합 직물 시트를 피부에 부착하여 사용한 결과, 피부의 노화가 방지되는 것을 확인할 수 있었다.
실험예
2의 실험 결과
나노 섬유층을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 나노 섬유층에 포함된 나노 섬유의 직경은 270nm 내지 310nm이었다. 또한, 나노 섬유층 위에 형성된 나노 캡슐을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 그 직경은 250nm 내지 300nm이었다. 제조한 복합 직물 시트를 피부에 부착하여 사용한 결과, 피부에 보습 효과 및 영양 공급 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.
실험예
3의 실험 결과
나노 섬유층을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 나노 섬유층에 포함된 나노 섬유의 직경은 350nm 내지 460nm이었다. 또한, 나노 섬유층 위에 형성된 나노 캡슐을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 그 직경은 280nm 내지 340nm이었다. 제조한 복합 직물 시트를 피부에 부착하여 사용한 결과, 피부를 안정시키고, 영양 공급 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.
실험예
4의 실험 결과
나노 섬유층을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 나노 섬유층에 포함된 나노 섬유의 직경은 400nm 내지 470nm이었다. 또한, 나노 섬유층 위에 형성된 나노 캡슐을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 그 직경은 330nm 내지 450nm이었다. 제조한 복합 직물 시트를 피부에 부착하여 사용한 결과, 피부 각질을 제거하고, 영양 공급 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.
실험예
5의 실험 결과
나노 섬유층을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 나노 섬유층에 포함된 나노 섬유의 직경은 460nm 내지 510nm이었다. 또한, 나노 섬유층 위에 형성된 나노 캡슐을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 그 직경은 230nm 내지 270nm이었다. 제조한 복합 직물 시트를 피부에 부착하여 사용한 결과, 피부 노폐물을 흡착하는 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.
실험예
6의 실험 결과
나노 섬유층을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 나노 섬유층에 포함된 나노 섬유의 직경은 240nm 내지 290nm이었다. 또한, 나노 섬유층 위에 형성된 나노 캡슐을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 그 직경은 250nm 내지 280nm이었다. 제조한 복합 직물 시트를 피부에 부착하여 사용한 결과, 피부에 보습 효과 및 영양 공급 효과가 있고, 피부 각질을 제거할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
실험예
7의 실험 결과
나노 섬유층을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 나노 섬유층에 포함된 나노 섬유의 직경은 330nm 내지 370nm이었다. 또한, 나노 섬유층 위에 형성된 나노 캡슐을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 그 직경은 200nm 내지 230nm이었다. 제조한 복합 직물 시트를 피부에 부착하여 사용한 결과, 피부를 안정시키고, 피부에 영양 공급 효과가 있으며, 피부 각질을 제거할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
실험예
8의 실험 결과
나노 섬유층을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 나노 섬유층에 포함된 나노 섬유의 직경은 400nm 내지 460nm이었다. 또한, 나노 섬유층 위에 형성된 나노 캡슐을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 그 직경은 250nm 내지 290nm이었다. 제조한 복합 직물 시트를 피부에 부착하여 사용한 결과, 피부에 탄력을 주고, 피부를 복원시키는 것을 확인할 수 있었다.
실험예
9의 실험 결과
나노 섬유층을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 나노 섬유층에 포함된 나노 섬유의 직경은 380nm 내지 440nm이었다. 또한, 나노 섬유층 위에 형성된 나노 캡슐을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 그 직경은 330nm 내지 660nm이었다. 제조한 복합 직물 시트를 피부에 부착하여 사용한 결과, 피부에 보습 효과 및 영양 공급 효과가 있고, 피부 각질을 제거할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
실험예
10의 실험 결과
나노 섬유층을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 나노 섬유층에 포함된 나노 섬유의 직경은 420nm 내지 480nm이었다. 또한, 나노 섬유층 위에 형성된 나노 캡슐을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 그 직경은 310nm 내지 350nm이었다. 제조한 복합 직물 시트를 피부에 부착하여 사용한 결과, 피부를 안정시키고, 피부에 영양 공급 효과가 있으며, 피부 각질을 제거할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
전술한 실험예 1 내지 실험예 10의 실험 조건 및 실험 결과를 정리하여 하기의 표 1에 나타낸다.
폴리비닐 알코올의 함량 관련 나노 섬유층 형성 실험예
도 9 내지 도 12는 각각 실험예 11, 실험예 12, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 나노 섬유층의 주사전자현미경 사진을 나타낸다. 주사전자현미경 사진을 통하여 나노 섬유층의 형성 상태를 확인할 수 있었다.
실험예 11의 실험 결과
도 9에 도시한 바와 같이, 실험예 11에서는 깨끗한 섬유 형태의 나노 섬유층이 형성되었다. 따라서 7.5wt%의 폴리비닐 알코올 수용액을 사용하여 원하는 형태의 나노 섬유층을 형성할 수 있다는 것이 확인되었다.
실험예 12의 실험 결과
도 10에 도시한 바와 같이, 실험예 12에서는 비드가 다소 형성된 섬유 형태의 나노 섬유층이 형성되었다. 여기서, 비드는 섬유에 혼재되어 있는 것으로 보이지만, 실제로는 섬유 가닥을 형성하는 고분자가 뭉쳐서 섬유 가닥과 이어진 것이다. 따라서 비드가 섬유 가닥과 붙어서 형성되더라도 전체적으로는 섬유 가닥들이 모여서 웹 형태의 나노 섬유층이 형성되는 것을 알 수 있었다.
비교예 1의 실험 결과
도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명과의 비교를 위해 4wt%의 폴리비닐 알코올 수용액을 사용한 비교예 1에서는 얇은 섬유 가닥과 이들을 상호 연결하는 큰 비드가 관찰되었다. 따라서 비교예 1의 나노 섬유층은 웹 형태로 형성될 수 없으므로, 복합 직물 시트로 사용하기에 부적합하였다.
비교예 2의 실험 결과
도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명과의 비교를 위해 2wt%의 폴리비닐 알코올 수용액을 사용한 비교예 2에서는 거의 큰 비드만이 관찰되었다. 따라서 비교예 2의 나노 섬유층은 웹 형태를 가지지 않으므로, 복합 직물 시트로 사용하기에 부적합하였다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10. 섬유 기재
20. 나노 섬유층
21. 분사 펌프
23. 고전압 발생기
25. 콜렉터
30. 나노 캡슐
100. 복합 직물 시트
200. 전기 방사 장치
211. 실린지
213. 푸쉬 부재
215. 팁
300. 전기 분사 장치
301. 코어부
303. 쉘부
20. 나노 섬유층
21. 분사 펌프
23. 고전압 발생기
25. 콜렉터
30. 나노 캡슐
100. 복합 직물 시트
200. 전기 방사 장치
211. 실린지
213. 푸쉬 부재
215. 팁
300. 전기 분사 장치
301. 코어부
303. 쉘부
Claims (18)
- 섬유 기재,
상기 섬유 기재 위에 전기 방사되어 제공된 나노 섬유층, 및
상기 나노 섬유층 위에 전기 분사되어 제공된 복수의 나노 캡슐들
을 포함하는 복합 직물 시트. - 제1항에 있어서,
상기 섬유 기재는 면, 레이온, 모달, 라이오셀, 폴리에스테트 테레프탈레이드(PET), 나일론 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 소재를 포함하고, 상기 섬유 기재의 두께는 30g/m2 내지 120g/m2인 복합 직물 시트. - 제1항에 있어서,
상기 나노 섬유층은 복수의 나노 섬유들을 포함하고, 상기 나노 섬유의 직경은 240nm 내지 480nm인 복합 직물 시트. - 제3항에 있어서,
상기 나노 섬유층의 두께는 1㎛ 내지 50㎛인 복합 직물 시트. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 나노 캡슐들 중 하나 이상의 나노 캡슐은 키토산, 콜라겐, 젤라틴, 엘라스틴, 전분, 풀루란, PLA(poly lactic acid, 폴리유산), PGA(polyglutamic acid, 폴리글루탐산) 및 PLGA(polylacticcoglycolic acid, 폴리락티드코글리콜리드 중합체)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 복합 직물 시트. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 나노 캡슐들 중 하나 이상의 나노 캡슐의 평균 직경은 20nm 내지 1000㎛인 복합 직물 시트. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 나노 캡슐들 중 하나 이상의 나노 캡슐은 금, 은, 산화철 및 몬모릴로나이트(montmorillonite)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 무기물을 포함하는 복합 직물 시트. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 나노 캡슐들 중 하나 이상의 나노 캡슐은 어성초, 도인, 도인피, 판람근, 리기다, 상황, 망태버섯, 운지버섯, 영지버섯, 신이화, 포공영, 율피, 동백유, 피톤치드, 버드나무, 자작나무, 소나무, 느릅나무, 조팝나무, 자귀나무, 감자, 감초, 고삼, 갈조, 구아검, 굴, 그레이프씨드, 꿀, 녹차, 당근, 당약, 동백유, 들국화, 딸기, 로즈마리, 로커스트빈검, 마카데미아넛 오일, 마트리카리아, 전분, 비피두스, 사플로워오일, 상백피, 세이지, 수세미, 식물성 스쿠알렌, 실크, 아카시아, 쌀, 쑥, 아몬드, 아보카도, 아이비, 알로에, 옥수수, 올리브, 우유단백질, 울금, 유용성 감초, 인삼, 작약, 장미, 창포, 천궁, 치자, 코코넛, 파슬리, 헨나, 호스테일, 호호바, 황토, 천연유기유황, 포도씨, 석류, 베타 카로틴, 비타민, 허브, 생강, 지부자, 지골피 및 연잎으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 추출물을 더 포함하는 복합 직물 시트. - 제1항에 있어서,
상기 나노 캡슐은 에센스, 비타민, 다래 추출물 및 글리코릭산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 약제를 포함하는 복합 직물 시트. - 섬유 기재를 제공하는 단계,
5wt% 내지 15wt%의 제1 고분자 수지 및 0.1wt% 내지 10wt%의 가교제 및 증류수를 포함하는 제1 혼합액을 제공하는 단계,
상기 섬유 기재 위에 상기 제1 혼합액을 전기 방사하여 나노 섬유층을 제공하는 단계,
제2 고분자 수지, 첨가제 및 증류수를 포함하는 제2 혼합액을 제공하는 단계, 및
상기 나노 섬유층 위에 상기 제2 혼합액을 전기 분사하여 복수의 나노 캡슐들을 제공하는 단계
를 포함하는 복합 직물 시트의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 나노 섬유층을 제공하는 단계에서, 0 보다 크고 40kV 이하의 전압을 인가하여 0.03ml/h 내지 0.1ml/h의 유속으로 상기 제1 혼합액을 전기 방사하는 복합 직물 시트의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제1 혼합액을 제공하는 단계에서, 상기 가교제는 에피클로로하이드린, 붕산, 아크릴산, 폴리비닐알콜수지 및 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 복합 직물 시트의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제1 혼합액을 제공하는 단계에서, 상기 제1 고분자 수지는 폴리비닐 알코올 및 셀룰로오스 아세테이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 복합 직물 시트의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제2 혼합액을 제공하는 단계에서, 상기 제2 고분자 수지는 키토산, 콜라겐, 젤라틴, 엘라스틴, 전분, 풀루란, PLA(poly lactic acid, 폴리유산), PGA(polyglutamic acid, 폴리글루탐산) 및 PLGA(polylacticcoglycolic acid, 폴리락티드코글리콜리드 중합체)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 복합 직물 시트의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제2 혼합액을 제공하는 단계에서, 상기 첨가제는 금, 은, 산화철 및 몬모릴로나이트(montmorillonite, MMT)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 무기물을 포함하고 상기 첨가제의 양은 상기 제2 혼합액의 0.1wt% 내지 30wt%인 복합 직물 시트의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제2 혼합액을 제공하는 단계에서, 상기 첨가제는 어성초, 도인, 도인피, 판람근, 리기다, 상황, 망태버섯, 운지버섯, 영지버섯, 신이화, 포공영, 율피, 동백유, 피톤치드, 버드나무, 자작나무, 소나무, 느릅나무, 조팝나무, 자귀나무, 감자, 감초, 고삼, 갈조, 구아검, 굴, 그레이프씨드, 꿀, 녹차, 당근, 당약, 동백유, 들국화, 딸기, 로즈마리, 로커스트빈검, 마카데미아넛 오일, 마트리카리아, 전분, 비피두스, 사플로워오일, 상백피, 세이지, 수세미, 식물성 스쿠알렌, 실크, 아카시아, 쌀, 쑥, 아몬드, 아보카도, 아이비, 알로에, 옥수수, 올리브, 우유단백질, 울금, 유용성 감초, 인삼, 작약, 장미, 창포, 천궁, 치자, 코코넛, 파슬리, 헨나, 호스테일, 호호바, 황토, 천연유기유황, 포도씨, 석류, 베타 카로틴, 비타민, 허브, 생강, 지부자, 지골피 및 연잎으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 추출물을 포함하는 복합 직물 시트의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제2 혼합액을 제공하는 단계에서, 상기 첨가제는 에센스, 비타민, 다래 추출물 및 글리코릭산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 약제를 포함하는 복합 직물 시트의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제1 혼합액을 제공하는 단계에서, 상기 제1 혼합액은 무기물을 더 포함하고,
상기 제1 혼합액을 제공하는 단계는,
상기 무기물과 상기 증류수를 혼합하는 단계, 및
상기 무기물이 혼합된 증류수를 상기 제1 고분자 수지 및 상기 가교제와 혼합하는 단계
를 포함하고,
상기 무기물은 금, 은 및 몬모릴로나이트(montmorillonite, MMT)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 복합 직물 시트의 제조 방법.
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