KR20130078924A - Method for manufacturing nano fibered non-woven fabrics having uv-shielding and light-stabilized properties - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노섬유 부직포의 제조방법에 관한 것으로, 특히 자외선 차단제와 내광 안정화제가 함유된 고분자 용액을 전기 방사하여 얻어진 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a nanofiber nonwoven fabric, and more particularly, to a method for producing a nanofiber nonwoven fabric provided with UV blocking and light stabilization properties obtained by electrospinning a polymer solution containing a sunscreen and a light stabilizer.
전기방사 방법은 고분자 용액에 고전압을 인가하여 얻어진 직경 1㎛ 미만의 나노섬유로 구성된 3차원 망목구조의 부직포를 얻는 기술이다. 이러한 나노섬유로 구성된 부직포는 용액 방사나 용융 방사 등의 기존 방사방법에 의해 제조된 섬유에 비해 직경이 수십에서 수천 배로 작아 자외선이나 내광 측면에서 매우 취약한 특성을 가지고 있다.The electrospinning method is a technique of obtaining a three-dimensional nonwoven fabric composed of nanofibers having a diameter of less than 1 μm obtained by applying a high voltage to a polymer solution. Nonwoven fabrics composed of such nanofibers have very weak characteristics in terms of ultraviolet light or light resistance because their diameters are tens to thousands of times smaller than fibers manufactured by conventional spinning methods such as solution spinning or melt spinning.
유기계 합성섬유는 다양한 환경에서 사용되는 동안에 물리, 화학적 작용을 받아 서서히 고유의 특성을 잃어 마침내 실용에 견딜 수 없게 된다. 이러한 원인으로는 빛, 열, 기계적 작용, 방사선, 약품, 미생물, 수분, 대기와 오염물 등을 들 수 있고, 이러한 환경의 복합적 요인에 의해 열화하여 외관이나 형태가 변하게 된다. 따라서 합성섬유를 제조할 경우 자외선 차단특성과 내광특성을 부여하기 위해 고분자 중합단계에서 내광 안정화제나 자외선 차단제를 첨가하거나, 후처리 공정에서 기능을 부여하는 방법을 이용하고 있다. Organic synthetic fibers undergo physical and chemical reactions during their use in a variety of environments, slowly losing their intrinsic properties and eventually becoming intolerable to practical use. These causes include light, heat, mechanical action, radiation, chemicals, microorganisms, moisture, air and pollutants, and deterioration due to the complex factors of the environment changes the appearance and shape. Therefore, in the production of synthetic fibers, in order to impart UV blocking properties and light resistance properties, a method of adding a light stabilizer or a sunscreen agent in a polymer polymerization step or giving a function in a post-treatment process is used.
고분자 중합단계에서 자외선 차단 특성을 부여하는 방법으로는 벤조트리아졸계, 벤조페논계 등의 유기계 화합물이나 자외선을 흡수, 차폐하는 산화아연, 산화티탄, 활석, 카올린 등의 무기계 화합물을 첨가하여 용융 및 용액 방사 등의 방법으로 섬유를 제조하여 자외선 차단 특성을 부여해 왔다. 또 내광특성을 부여하기 위한 방법으로는 라디칼 포착제인 산화방지제 등을 방사용액에 혼합 방사하거나 후처리 공정에서 자외선 흡수제나 산화방지제 등을 부여하는 방법을 사용하고 있다.As a method of imparting UV blocking properties in the polymerization step of the polymer, melting and solution by adding organic compounds such as benzotriazole and benzophenone, or inorganic compounds such as zinc oxide, titanium oxide, talc, and kaolin to absorb and shield ultraviolet rays Fibers have been produced by methods such as spinning, imparting UV blocking properties. As a method for imparting light resistance, a method of mixing and spinning an antioxidant, which is a radical scavenger, into a spinning solution, or applying a UV absorber or an antioxidant in a post-treatment process is used.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자외선 차단제와 내광 안정화제를 방사용액에 함께 혼합하여 단독으로 전기 방사하는 방법 또는 자외선 차단제를 함유하는 방사용액과 내광 안정화제를 함유하는 방사용액을 각각 따로 준비하여 이들 방사용액을 교차 전기 방사하는 방법을 통하여 자외선 차단과 내광 안정화 특성을 동시에 부여할 수 있는 나노섬유 부직포의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, a method of electrospinning alone by mixing a sunscreen and a light stabilizer together with a spinning solution or a spinning solution containing a sunscreen and a radiation solution containing a light stabilizer It is an object of the present invention to provide a method for producing a nonwoven fabric of nanofibers that can provide UV protection and light stabilization at the same time by separately preparing each of these spinning solutions by cross-electrospinning.
기타 본 발명의 다른 목적들은 아래에 기재하는 본 발명의 구체적 구현예 등의 설명에 의해 분명하게 이해될 것이다. Other objects of the present invention will be clearly understood by description of specific embodiments of the present invention and the like.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의하면, (a) 자외선 차단제와 내광 안정화제를 나노섬유 형성용 고분자 물질과 함께 용매에 용해 및 분산시켜 방사용액을 준비하는 단계; (b) 상기 방사용액을 전기 방사하여 고분자의 나노섬유 웹을 얻는 단계; 및 (c) 상기 나노섬유 웹을 열융착하여 나노섬유 부직포를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조방법이 제공된다.According to the present invention to achieve the above object, (a) preparing a spinning solution by dissolving and dispersing a sunscreen and a light stabilizer in a solvent together with a polymer material for forming nanofibers; (b) electrospinning the spinning solution to obtain a nanofiber web of polymer; And (c) heat-sealing the nanofiber web to provide a nanofiber nonwoven fabric, wherein the nanofiber nonwoven fabric is provided with UV blocking and light stabilization properties.
또한 본 발명에 의하면, (a) 자외선 차단제와 내광 안정화제를 각각 별도로 나노섬유 형성용 고분자 물질과 함께 용매에 용해 및 분산시켜 방사용액을 각각 준비하는 단계; (b) 상기 방사용액들을 교차 전기 방사하여 고분자의 나노섬유 웹을 얻는 단계; 및 (c) 상기 나노섬유 웹을 열융착하여 나노섬유 부직포를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조방법이 제공된다.In addition, according to the present invention, (a) preparing a spinning solution by dissolving and dispersing a sunscreen and a light stabilizer in a solvent together with a polymer material for forming nanofibers, respectively; (b) cross electrospinning the spinning solutions to obtain a nanofiber web of polymer; And (c) heat-sealing the nanofiber web to provide a nanofiber nonwoven fabric, wherein the nanofiber nonwoven fabric is provided with UV blocking and light stabilization properties.
상기 자외선 차단제로는 벤조트리아졸계(Benzotriazole), 벤조페논계(Benzophenone) 등의 유기계 자외선 차단제, 또는 산화아연계, 산화티탄계, 또는 산화아연 산화티탄 혼합물계와 같은 무기계 자외선 차단제를 나노섬유 형성용 고분자 물질 대비 0.1 내지 10중량%로 함유한 것을 특징으로 한다.As the sunscreen agent, an organic sunscreen agent such as benzotriazole or benzophenone, or an inorganic sunscreen agent such as zinc oxide, titanium oxide, or zinc oxide mixture is used for forming nanofibers. It is characterized by containing 0.1 to 10% by weight relative to the polymer material.
내광 안정화 특성을 부여하는 라디컬 포착제로는 페놀계 산화방지제, 아민계 내광 안정화제(HALS, Hindered Amine Light Stabilizers), 인계 산화방지제, 황계 산화방지제 등을 단독 내지는 2종 이상 혼합하여 나노섬유 형성용 고분자 물질 대비 50~10,000ppm으로 포함되는 것을 특징으로 한다.As a radical scavenger to impart light stabilization properties, phenolic antioxidants, amine-based light stabilizers (HALS), phosphorus antioxidants, sulfur-based antioxidants, etc. may be used alone or in combination of two or more to form nanofibers. It is characterized in that it comprises 50 ~ 10,000ppm compared to the polymer material.
상기 무기계 자외선 차단제로는 산화아연계, 산화티탄계, 산화아연과 산화티탄 혼합물계로 입자 사이즈가 5㎚~1000㎚의 범위, 바람직하게는 5㎚~100㎚의 범위를 갖는 것이 전기 방사시 노즐의 막힘을 방지하는 면에서나 효과면 에서 유리하다. As the inorganic sunscreen agent, a zinc oxide-based, titanium oxide-based, zinc oxide-titanium oxide-based mixture has a particle size in the range of 5 nm to 1000 nm, preferably in the range of 5 nm to 100 nm. It is advantageous in preventing clogging and in effect.
상기 자외선 차단과 내광 안정화제를 함께 혼합하여 전기방사 용액을 제조하여 단독으로 전기방사를 할 경우에 있어서는 유기계 자외선 차단제와 유기계 내광 안정화제를 혼합한 것에 한하며, 무기계 자외선 차단제를 사용하고자 하는 경우에는 무기계 자외선 차단제를 함유한 방사용액과 내광 안정화제를 함유한 방사용액을 각각 별도로 제조한 후 이들 방사용액을 교차시켜 방사한다. 그 이유는 산화티탄 등의 무기계 자외선 차단제의 경우 내광 안정화제와의 반응에 의해 착색, 변색 등이 발생할 수 있으며, 착체를 형성하여 방사노즐의 막힘에 원인을 제공할 우려가 있기 때문이다.When the electrospinning solution is prepared by mixing the UV blocking agent and the light stabilizing agent together, and electrospinning alone, the organic UV blocking agent and the organic light stabilizing agent are mixed. The spinning solution containing the sunscreen and the spinning solution containing the light stabilizing agent are separately prepared, and the spinning solution is crossed by spinning. The reason for this is that in the case of inorganic sunscreens such as titanium oxide, coloring and discoloration may occur due to reaction with the light stabilizer, and there is a fear of forming a complex to provide a cause for clogging of the radiation nozzle.
상기, 전기방사시 사용되는 고분자 물질로는 폴리우레탄계(PU), 폴리비닐알콜류(PVA), 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리유산(PLA), 폴리카보네이트(PC), 폴리아크릴로니트릴(PVA), 폴리스타이렌(PS), 폴리설폰계(Polysulfone), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리메칠메타클레이트(PMMA), 폴리에테르술폰(polyethersulfone; PES) 등의 소수성, 친수성 고분자를 단독 내지는 복합화하여 구성될 수 있으며, 특정 물질에 제약을 두지는 않는다. 특히, 2성분 이상의 고분자를 복합화하여 블렌드 방사할 경우에는 상 분리나 균일 혼합이 어려울 수 있는데 이때에는 교차 전기방사 방법을 사용하여 방사하는 것이 바람직하다.The polymer material used for electrospinning may include polyurethane (PU), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylidene fluoride (PVDF), polylactic acid (PLA), polycarbonate (PC), polyacrylonitrile ( PVA), polystyrene (PS), polysulfone (Polysulfone), polyetherimide (PEI), polyvinyl chloride (PVC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethersulfone (PES), etc. Hydrophobic, hydrophilic polymers may be composed alone or in combination, and are not limited to specific materials. In particular, in the case of blend spinning by mixing two or more polymers, phase separation or uniform mixing may be difficult. In this case, it is preferable to spin using a cross-electrospinning method.
상기 전기방사 용액을 제조할 때 사용되는 용매로는 디메틸 포름아미드(di-methylformamide, DMF), 디메틸 아세트마아미드(di-methylacetamide, DMAc), THF(tetrahydrofuran), 아세톤(Acetone), 알코올(Alcohol)류, 클로로포름(Chloroform), DMSO(dimethyl sulfoxide), 디클로로메탄(dichloromethane), 초산(acetic acid), 개미산(formic acid), NMP(N-Methylpyrrolidone), 불소계 알콜류, 물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다. The solvent used when preparing the electrospinning solution is dimethyl formamide (di-methylformamide, DMF), dimethyl acetamide (DM-Ac), THF (tetrahydrofuran), acetone (Acetone), alcohol (Alcohol) 1, selected from the group consisting of chloroform (Chloroform), dimethyl sulfoxide (DMSO), dichloromethane, acetic acid (acetic acid), formic acid (N-Methylpyrrolidone), fluorinated alcohols, water, etc. It is characterized by more than one species.
상기 전기 방사방법은 순수 전기방사(electrospinning), 전기분사(electrospray), 전기분사방사(electrobrown spinning), 원심전기방사(centrifugal electrospinning), 플래쉬 전기방사(flash-electrospinning) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 한다.The electrospinning method is selected from the group consisting of pure electrospinning, electrospray, electrobrown spinning, centrifugal electrospinning, flash-electrospinning, and the like. It is characterized by being a species.
상기 전기방사된 나노섬유는 사용된 고분자와 첨가제의 분해가 일어나지 않는 온도범위에서 열 접합, 롤링, 캘린더링 등의 방법을 통하여 나노섬유와 나노섬유 간에 융착이 일어나도록 하며, 이때 사용 온도범위는 60℃~150℃가 바람직하다. The electrospun nanofibers are fused between nanofibers and nanofibers by thermal bonding, rolling, calendering, etc. in a temperature range where decomposition of the used polymer and additives does not occur, wherein the use temperature range is 60 C-150 degreeC is preferable.
본 발명에 따라 제공되는 나노섬유 부직포는 종래의 나노섬유와 비교하여 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여되어 각종 의류용 아웃도어 제품의 핵심 소재로는 물론, 산업용 섬유제품에도 다양하게 응용될 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 나노섬유 부직포는 각종 베이스 물질과 복합화하여 다양한 분야에 활용할 수 있으며, 기존의 나노섬유에 비해 광 안정화 특성을 향상시켜 신뢰성 높은 제품을 구현할 수 있다. The nanofiber nonwoven fabric provided according to the present invention is endowed with UV protection and light stabilization properties as compared with conventional nanofibers, and can be applied to various industrial textile products as well as a core material of various outdoor products for clothing. In addition, the nanofiber nonwoven fabric according to the present invention can be utilized in various fields by complexing with various base materials, and can implement a highly reliable product by improving the light stabilization characteristics compared to the conventional nanofibers.
도 1은 본 발명의 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조과정을 나타낸 도,
도 2는 본 발명의 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조방법을 나타낸 모식도로서, (a)는 단독 전기방사, (b)는 교차 전기방사 방법을 각각 나타낸 도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의해 자외선 차단제와 내광 안정화제를 함유한 폴리우레탄 나노섬유 웹의 주사전자 현미경 사진; (a) x 1K, (b) x 5K 배율,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의해 자외선 차단제와 내광 안정화제를 함유한 폴리우레탄 나노섬유 웹의 열판 캘린더링 공정을 거친 후의 주사전자 현미경 사진; (a) x 1K, (b) x 5K 배율,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예인 자외선 차단제와 내광 안정화제를 함유한 폴리우레탄 나노섬유와 PVDF 나노섬유의 교차 전기방사에 의해 제조된 나노섬유 웹의 주사전자 현미경 사진; (a) x 1K, (b) x 5K 배율.1 is a view showing the manufacturing process of the nanofiber nonwoven fabric provided with UV protection and light stabilization properties of the present invention,
Figure 2 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a nanofiber nonwoven fabric provided with UV protection and light stabilization properties of the present invention, (a) is a single electrospinning, (b) is a cross-electrospinning method, respectively;
3 is a scanning electron micrograph of a polyurethane nanofiber web containing a sunscreen and a light stabilizer according to one embodiment of the present invention; (a) x 1K, (b) x 5K magnification,
4 is a scanning electron micrograph after undergoing a hot plate calendering process of a polyurethane nanofiber web containing a sunscreen and a light stabilizer according to another embodiment of the present invention; (a) x 1K, (b) x 5K magnification,
5 is a scanning electron micrograph of a nanofiber web prepared by cross-electrospinning of polyurethane nanofibers and PVDF nanofibers containing a sunscreen and a light stabilizer, which is another embodiment of the present invention; (a) x 1K, (b) x 5K magnification.
본 발명에서는 먼저, 자외선 차단제와 내광 안정화로서 라디컬 포착제와 같은 첨가제를 고분자와 함께 용매에 용해 및 분산시켜 전기방사 가능한 농도로 방사용액을 제조하여 단독으로 전기방사하거나, 또는 이들 첨가제를 각각 별도로 고분자와 함께 용매에 용해하여 따로 방사용액을 제조한 후 이들 방사용액을 교차 전기방사하여 나노섬유 웹을 얻는다. 이렇게 얻어진 나노섬유 웹은 열판 캘린더링 등의 열융착 공정을 거쳐 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포가 제조된다.In the present invention, first, by dissolving and dispersing an additive such as a radical scavenger as a sunscreen and a light stabilizing agent in a solvent together with a polymer to prepare a spinning solution at an electrospinable concentration, electrospinning alone, or each of these additives separately After dissolving in a solvent with a polymer to prepare a spinning solution separately, these spinning solutions are cross-electrospun to obtain a nanofiber web. The nanofiber web obtained as described above is subjected to a heat fusion process such as hot plate calendering to produce a nanofiber nonwoven fabric provided with UV blocking and light stabilization properties.
이하 각 단계별로 본 발명을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail in each step.
자외선 차단제 및 내광 안정화제가 함유된 방사용액의 제조Preparation of spinning solution containing sunscreen and light stabilizer
하나의 방사용액으로 방사하는 단독 전기방사의 경우, 유기계 자외선 차단제와 내광 안정화제인 라디컬 포착제를 고분자 물질 대비 각각 0.1~10중량%, 50~10,000ppm 되도록 하여 방사 가능한 농도로 용매에 용해하여 방사용액을 준비한다. In the case of single electrospinning with one spinning solution, the organic sunscreen and the radical scavenger, which is a light stabilizer, are dissolved in a solvent at a radiation concentration by 0.1-10 wt% and 50-10,000ppm, respectively, relative to the polymer material. Prepare the solution.
상기 방사용액의 제조함에 있어 자외선 차단제와 라디컬 포착제의 함량이 각각 0.1중량%, 50ppm 미만일 경우 첨가량이 너무 적어 자외선 흡수 효과와 내광 안정화 특성을 실질적으로 기대하기 어려우며, 반면에 10중량%, 10,000ppm 초과할 경우 원가상승의 원인으로 작용하게 되어 바람직하지 않다. In the preparation of the spinning solution, when the content of the sunscreen and the radical scavenger is less than 0.1% by weight and 50ppm, respectively, the addition amount is too small, so it is difficult to substantially expect the UV absorption effect and the light stabilization characteristics, whereas 10% by weight, 10,000 It is not preferable to exceed the ppm because it will cause a rise in cost.
한편, 무기계 자외선 차단제를 사용하는 경우 내광 안정화제와의 반응에 의해 착색, 변색 등이 발생할 수 있고, 또한 최종 제품에 기능성을 부여하기 위해 고분자 성분을 2종 이상 블렌드화 할 때 방사용액의 상 분리나 동일 용매를 사용하지 못하는 경우가 발생한다. 따라서 이때에는 교차 전기방사 방법을 사용한다. On the other hand, when the inorganic sunscreen is used, coloration, discoloration, etc. may occur due to the reaction with the light stabilizer, and phase separation of the spinning solution when blending two or more kinds of polymer components to give functionality to the final product. If you do not use the same solvent occurs. Therefore, the cross-electrospinning method is used at this time.
한편, 본 발명에서 제조되는 방사용액 중의 고분자의 함량은 5중량% 내지 60중량%가 적당한데, 그 함량이 5중량% 미만이거나 60중량%를 초과하면 전기방사 자체가 곤란한 경우가 발생할 수 있어 바람직하지 않다. On the other hand, the content of the polymer in the spinning solution prepared in the present invention is 5 to 60% by weight is suitable, if the content is less than 5% by weight or more than 60% by weight may be difficult electrospinning itself may occur Not.
자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 고분자 나노섬유 웹의 형성Formation of Polymer Nanofiber Webs Conferred UV Protection and Light Stabilization Properties
제조된 방사용액을 정량펌프(metering pump)를 사용하여 방사팩(spin pack)으로 이송하고, 고전압 조절장치를 사용하여 방사팩에 전압을 인가하여 전기방사를 실시하여 집전판에 나노섬유 웹을 형성한다. The prepared spinning solution is transferred to a spin pack using a metering pump, and a high voltage regulator is used to apply a voltage to the spin pack to perform electrospinning to form a nanofiber web on the current collector plate. do.
이때 사용되는 전압은 0.5kV~100kV의 범위에서 방사가 가능한 전압으로 실시하며, 집전판은 접지를 하거나 (-)극으로 대전하여 사용할 수 있다. 집전판은 전기전도성 금속이나 박리지, 부직포 등으로 구성되며, 집전판의 경우 방사시 섬유의 집속을 원활하게 하기 위해 포집장치(suction collector)를 부착하여 사용하는 것이 바람직하다.At this time, the voltage used is a voltage capable of radiation in the range of 0.5kV ~ 100kV, the current collector can be grounded or charged to the negative pole. The current collector plate is composed of an electrically conductive metal, a release paper, a nonwoven fabric, and the like, and in the case of the current collector plate, a collector is preferably attached to the fiber to facilitate the concentration of fibers during spinning.
전기방사시 방사팩과 집전판 사이의 거리는 5~50㎝로 조절하며, 방사 토출량은 정량펌프를 사용하여 홀당 0.01~5cc/hole·min으로 토출하여 방사하고, 방사시 온도와 습도를 조절할 수 있는 챔버 내에서 상대습도 10-90%의 환경에서 방사하는 것이 바람직하다. During electrospinning, the distance between the spin pack and the current collector plate is adjusted to 5 ~ 50㎝, and the discharge amount of discharge is discharged at 0.01 ~ 5cc / hole · min per hole using a metering pump, and the temperature and humidity can be controlled during spinning. It is desirable to spin in an environment of 10-90% relative humidity in the chamber.
나노섬유 부직포 제조Nanofiber Nonwoven Fabric
얻어진 나노섬유 웹을 부직포로 형성하기 위해서는 열융착 공정을 이용한다. 대표적인 열융착 공정의 일종인 열판 캘린더링 가공은 단독 전기방사 또는 교차 전기방사에 의해 얻어진 나노섬유 웹을 온도 조절이 가능한 캘린더링 롤에 통과시켜 나노섬유 간의 열 접합을 유도하여 나노섬유가 이탈되지 않도록 하는 공정으로서 열처리 온도는 사용되는 첨가제와 고분자의 유리전이 온도 등을 고려하여 설정한다. 이때 캘린더 가공 시의 가열온도는 60~150℃ 정도가 적당하다. 가공온도가 60℃ 미만인 경우 나노섬유와 나노섬유 간의 결착의 정도가 작아 나노섬유가 분리될 가능성이 있으며, 반면 가공온도가 150℃를 초과하면 고분자의 용융이 일어나 3차원의 다공구조가 파괴될 가능성이 있어 바람직하지 않다.In order to form the obtained nanofiber web into a nonwoven fabric, a heat fusion process is used. Hot plate calendering, a typical thermal fusion process, passes the nanofiber web obtained by single electrospinning or cross electrospinning through a temperature-controlled calendering roll to induce thermal bonding between the nanofibers so that the nanofibers do not escape. The heat treatment temperature is set in consideration of the additive used and the glass transition temperature of the polymer. At this time, the heating temperature at the time of calendering is suitable about 60 ~ 150 ℃. If the processing temperature is less than 60 ℃, the degree of binding between the nanofiber and the nanofiber is small, there is a possibility that the nanofibers can be separated, whereas if the processing temperature exceeds 150 ℃, the polymer melts and the three-dimensional porous structure may be destroyed. This is undesirable.
이상에서 설명한 본 발명에 의한 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조방법에 대한 구성을 도 1에 나타내었으며, 상기에서 설명한 단독 전기방사 방법과 교차 전기방사 방법에 대한 개념도를 도 2의 (a), (b)에 각각 도시하였다.The configuration of the method for manufacturing a nanofiber nonwoven fabric provided with UV blocking and light stabilization properties according to the present invention described above is shown in FIG. 1, and a conceptual diagram of the single electrospinning method and the cross electrospinning method described above are illustrated in FIG. 2. It is shown in (a) and (b), respectively.
(실시예)(Example)
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are merely to illustrate the invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the invention is not to be construed as limited by these examples.
실시예 1Example 1
용매 THF/DMAc (50/50 vol.%)에, 고분자로는 폴리우레탄 수지를 15중량%, 자외선 차단제인 벤조트리아졸계인 2-(2'-Hydroxymethylphenyl)benzotrizaole을 고분자 물질 대비 5중량%, 내광 안정화제로는 라디컬 포착제인 아민계 광 안정화제(HALS)인 상품명 Tinuvin 770을 고분자 물질 대비 100ppm이 되도록 용해하여 방사용액을 제조하였다. In solvent THF / DMAc (50/50 vol.%), 15% by weight of polyurethane resin as polymer, 5% by weight of 2- (2'-Hydroxymethylphenyl) benzotrizaole, a benzotriazole-based sunscreen, as compared with polymer As a stabilizer, a spinning solution was prepared by dissolving a brand name Tinuvin 770 which is a amine light stabilizer (HALS), which is a radical scavenger, to 100 ppm relative to a polymer material.
상기 제조된 방사용액을 도 2의 (a)의 단독 전기방사 방법으로 동일 노즐을 사용하여 인가전압 25kV, 방사구와 집전체와의 거리 20㎝, 토출량은 분당 0.05cc/g·hole이 되도록 30℃, 상대습도 60%에서 전기방사를 실시했다. 이렇게 하여 얻어진 나노섬유 웹의 주사전자 현미경 사진을 도 3에 나타냈으며, 도 3의 결과로부터, 섬유경의 분포는 약 400-700㎚ 이었으며 평균 섬유경은 약 500㎚이었다. The prepared spinning solution using the same nozzle as the single electrospinning method of FIG. 2 (a) using an applied voltage of 25 kV, a distance of 20 cm between the spinneret and the current collector, and a discharge amount of 30 ° C. at 0.05 cc / g · hole. And electrospinning at relative humidity of 60%. The scanning electron micrograph of the nanofiber web thus obtained is shown in FIG. 3, and from the results of FIG. 3, the distribution of the fiber diameter was about 400-700 nm and the average fiber diameter was about 500 nm.
상기 방법에 의해 제조된 폴리우레탄 나노섬유 웹을 미리 100℃로 예열된 열판을 통과시켜 캘린더링 가공하여 나노섬유를 상호 열융착시켜 부직포를 제조하였다. 도 4는 본 실시예에 의해 캘리더링 가공한 나노섬유 웹의 표면을 나타내는 주사전자 현미경 사진이다. 도 4로부터, 나노섬유와 나노섬유 간의 열융착에 의해 부직포가 형성된 것을 확인할 수 있다.The polyurethane nanofiber web prepared by the above method was calendered by passing through a hot plate preheated to 100 ° C. in advance to heat-bond nanofibers to prepare a nonwoven fabric. Fig. 4 is a scanning electron micrograph showing the surface of the nanofiber web calendered by the present example. 4, it can be seen that the nonwoven fabric is formed by thermal fusion between the nanofibers and the nanofibers.
실시예 2Example 2
용매 THF/DMAc (50:50 vol.%)에 고분자로 폴리우레탄을 15중량%, 자외선 차단제로는 평균크기 20㎚인 산화티탄 입자를 고분자 대비 5중량%가 되도록 방사용액을 제조하고, 또한 용매 Acetone/DMAc(10:90 vol.%)에 고분자로 PVDF를 15중량%, 내광 안정화제로는 인계 산화방지제인 ADK STAB PEP-36 (旭電化 제품)을 100ppm이 되도록 방사용액을 각각 준비하였다. A spinning solution was prepared in a solvent THF / DMAc (50:50 vol.%) Such that 15% by weight of polyurethane was used as a polymer and 5% by weight of titanium oxide particles having an average size of 20 nm as a sunscreen. A spinning solution was prepared such that 15 wt% of PVDF as a polymer in Acetone / DMAc (10:90 vol.%) And 100 ppm of ADK STAB PEP-36 (product of densification product), which is a phosphorus antioxidant, as a light stabilizer.
상기 준비된 방사용액을 도 2의 (b)의 방법으로 인가전압 25kV, 방사구와 집전체와의 거리 20 ㎝, 토출량 분당 0.05cc/g·hole이 되도록 하였으며, 방사실 온도 30℃, 상대습도 60%에서 교차 전기방사를 실시하여 2 성분계 고분자로 구성된 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 우수한 나노섬유 웹을 얻었다. 상기 얻어진 나노섬유 웹은 미리 140℃로 예열된 캘린더 롤을 통과시켜 2 성분계 나노섬유 부직포를 얻었다. The prepared spinning solution was applied to the applied voltage 25kV, the distance between the spinneret and the current collector 20cm, discharge amount 0.05cc / g / minute per minute by the method of Figure 2b, the radiation chamber temperature 30 ℃, 60% relative humidity The cross-electrospinning was performed at to obtain nanofiber webs with excellent UV protection and light stabilization properties composed of two-component polymers. The obtained nanofiber web was passed through a calender roll preheated to 140 ° C. to obtain a bicomponent nanofiber nonwoven fabric.
이렇게 하여 얻어진 나노섬유 웹의 주사전자 현미경 사진을 도 5에 나타냈으며, 도 5의 결과로부터, 본 실시예에서는 교차방사에 의해 상이한 섬유경 분포를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 즉, 폴리우레탄 고분자의 경우 섬유경 분포는 PVDF의 경우보다 큰 약 500-700㎚이었으며, PVDF는 200-400㎚를 나타냈다. The scanning electron micrograph of the nanofiber web obtained in this way is shown in FIG. 5, From the result of FIG. 5, it can be confirmed from this example that a different fiber diameter distribution is shown by cross-radiation. That is, the fiber diameter distribution of the polyurethane polymer was about 500-700 nm, which is larger than that of the PVDF, and the PVDF showed 200-400 nm.
실시예 3Example 3
상기 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 폴리우레탄 고분자에 자외선 차단제인 벤조트리아졸을 고분자 대비 5중량%, 내광 안정화제 HALS계인 Tinuvin 770과 인계 산화방지제인 ADK STAB PEP-36의 50:50 혼합물이 고분자 대비 100ppm이 되도록 하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 나노섬유 부직포를 제조하였다. In the same manner as in Example 1, a 50:50 mixture of 5% by weight of benzotriazole, a sunscreen agent, and a light stabilizer HALS-based Tinuvin 770 and a phosphorus-based antioxidant ADK STAB PEP-36 were prepared in the polyurethane polymer. The nanofiber nonwoven fabric was prepared in the same manner as in Example 1 to 100ppm relative to the polymer.
비교예 1Comparative Example 1
자외선 차단제와 내광 안정화제가 첨가되지 않는 폴리우레탄 나노섬유를 실시예 1의 방법과 동일한 조건으로 전기 방사하여 폴리우레탄 나노섬유 부직포를 얻었다. Polyurethane nanofibers without the addition of a sunscreen and light stabilizer were electrospun under the same conditions as in the method of Example 1 to obtain a polyurethane nanofiber nonwoven fabric.
비교예 2Comparative Example 2
자외선 차단제와 내광 안정화제가 첨가되지 않는 폴리비닐리덴 플로라이드 나노섬유를 실시예 2의 방법과 동일한 조건으로 전기 방사하여 폴리비닐리덴플로라이드 나노섬유 부직포를 얻었다. Polyvinylidene fluoride nanofibers to which the sunscreen and the light stabilizer were not added were electrospun under the same conditions as in the method of Example 2 to obtain a polyvinylidene fluoride nanofiber nonwoven fabric.
<특성 평가><Characteristic evaluation>
본 발명의 실시예의 방법에 의해 제조된 나노섬유 부직포를 비교예 1의 방법으로 제조된 나노섬유와 파장 320~390㎚인 분광광도계를 사용하여 투과율을 측정하여 자외선 차폐율(%)을 식 (1)에 의해 도출하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 여기서, 자외선 차폐율이 10% 미만인 경우 자외선 차단성이 우수한 것으로 판단하였다.The nanofiber nonwoven fabric prepared by the method of the present invention was measured using a nanofiber prepared by the method of Comparative Example 1 and a spectrophotometer having a wavelength of 320 to 390 nm to calculate ultraviolet ray shielding percentage (%). ), And the results are shown in Table 1. Herein, when the UV shielding ratio was less than 10%, it was determined that the UV blocking property was excellent.
자외선 차폐율 (%) = 100 - 측정 샘플 투과율 .................... 식(1) UV shielding rate (%) = 100-measured sample transmittance ..... Equation (1)
표 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예에 의한 자외선 차폐율은 비교예 들과 비교하여 매우 우수하다는 것을 알 수 있고, 특히, 내광 안정화제인 HALS와 인계 산화방지제를 혼용할 경우 그 특성이 더욱 상승함을 알 수 있다.As shown in Table 1, it can be seen that the UV shielding rate according to the embodiment of the present invention is very excellent compared to the comparative examples, especially, when the HALS and phosphorus antioxidant, which is a light stabilizer, are used in combination It can be seen that it rises.
본 발명의 방법에 의해 제공되는 나노섬유 부직포는 투습방수용 원단뿐만 아니라, 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 요구되는 벽지, 블라인드, 커튼용 소재는 물론, 인테리어 제품, 자동차 내장재, 농업용 부직포, 필터용 재료 등 다양한 용도에 적용할 수 있다.The nanofiber nonwoven fabric provided by the method of the present invention is not only a moisture-permeable waterproof fabric, but also a wallpaper, a blind, a curtain material which requires UV protection and light stabilization properties, as well as interior products, automotive interior materials, agricultural nonwoven fabrics, filter materials, etc. It can be applied to various applications.
Claims (8)
(b) 상기 방사용액을 전기 방사하여 고분자의 나노섬유 웹을 얻는 단계; 및
(c) 상기 나노섬유 웹을 열융착하여 나노섬유 부직포를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조방법.(a) dissolving and dispersing a sunscreen and a light stabilizer in a solvent together with a polymer material for forming nanofibers to prepare a spinning solution;
(b) electrospinning the spinning solution to obtain a nanofiber web of polymer; And
(c) heat-sealing the nanofiber web to obtain a nanofiber nonwoven fabric, the method of manufacturing a nanofiber nonwoven fabric provided with UV protection and light stabilization properties.
(b) 상기 방사용액들을 교차 전기 방사하여 고분자의 나노섬유 웹을 얻는 단계; 및
(c) 상기 나노섬유 웹을 열융착하여 나노섬유 부직포를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조방법.(a) preparing a spinning solution by dissolving and dispersing a sunscreen and a light stabilizer separately in a solvent together with a polymer material for forming nanofibers;
(b) cross electrospinning the spinning solutions to obtain a nanofiber web of polymer; And
(c) heat-sealing the nanofiber web to obtain a nanofiber nonwoven fabric, the method of manufacturing a nanofiber nonwoven fabric provided with UV protection and light stabilization properties.
상기 자외선 차단제는 벤조트리아졸계(Benzotriazole)와 벤조페논계(Benzophenone)를 포함하는 유기계 자외선 차단제, 및 산화아연계, 산화티탄계, 산화아연-산화티탄의 혼합물계를 포함하는 무기계 자외선 차단제 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조방법.The method according to claim 1 or 2,
The sunscreen is selected from organic sunscreens including benzotriazole and benzophenone, and inorganic sunscreens including zinc oxide, titanium oxide, and a mixture of zinc oxide and titanium oxide. Method for producing a nanofiber nonwoven fabric provided with UV protection and light stabilization properties, characterized in that at least one.
상기 내광 안정화제로는 페놀계 산화방지제, 아민계 내광 안정화제(HALS, Hindered Amine Light Stabilizers), 인계 산화방지제, 황계 산화방지제를 포함하는 라디컬 포착제를 단독 내지는 2종 이상 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조방법.The method according to claim 1 or 2,
As the light stabilizer, a phenolic antioxidant, an amine light stabilizer (HALS, Hindered Amine Light Stabilizers), a phosphorus antioxidant, and a sulfur scavenger including a sulfur-based antioxidant are used alone or in combination of two or more. Method for producing a nanofiber nonwoven fabric provided with UV blocking and light stabilization properties.
상기 자외선 차단제의 함량은 상기 방사용액의 나노섬유 형성용 고분자 물질 대비 0.1~10중량%인 것을 특징으로 하는 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조방법.The method of claim 3,
The content of the sunscreen is a method of manufacturing a nanofiber nonwoven fabric given UV blocking and light stabilization properties, characterized in that 0.1 to 10% by weight compared to the polymer material for forming the nanofiber of the spinning solution.
상기 라디컬 포착제의 함량은 상기 방사용액의 나노섬유 형성용 고분자 물질 대비 50~10,000 ppm인 것을 특징으로 하는 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조방법.5. The method of claim 4,
The content of the radical trapping agent is a method of producing a nanofiber nonwoven fabric given UV blocking and light stabilization properties, characterized in that 50 ~ 10,000 ppm compared to the polymer material for forming the nanofiber of the spinning solution.
상기 전기방사에 사용되는 나노섬유 형성용 고분자 물질로는 폴리우레탄계 (PU), 폴리비닐알콜류 (PVA), 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리유산(PLA), 폴리카보네이트(PC), 폴리아크릴로니트릴(PVA), 폴리스타이렌(PS), 폴리설폰계(Polysulfone), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리메칠메타클레이트(PMMA), 폴리에테르술폰(polyethersulfone; PES) 등의 소수성, 친수성 고분자를 단독 내지는 2종 이상 복합화하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조방법.The method according to claim 1 or 2,
Polymer materials for forming nanofibers used in the electrospinning include polyurethane (PU), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylidene fluoride (PVDF), polylactic acid (PLA), polycarbonate (PC), polyacrylic Ronitrile (PVA), polystyrene (PS), polysulfone (Polysulfone), polyetherimide (PEI), polyvinylchloride (PVC), polymethacrylate (PMMA), polyethersulfone (PES) A method for producing a nanofiber nonwoven fabric provided with UV blocking and light stabilization properties, characterized in that the hydrophobic and hydrophilic polymers such as) alone or in combination of two or more.
상기 나노섬유 웹의 열융착은 열 접합, 롤링, 및 캘린더링 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 60℃~150℃의 온도범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는 자외선 차단 및 내광 안정화 특성이 부여된 나노섬유 부직포의 제조방법.The method according to claim 1 or 2,
Thermal fusion of the nanofiber web is a nanofiber nonwoven fabric given UV blocking and light stabilization properties, characterized in that carried out at a temperature range of 60 ℃ to 150 ℃ by any one method selected from thermal bonding, rolling, and calendering Manufacturing method.
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